비스브레이커

Visbreaker

바이브레이커(visbreaker)는 원유 증류에서 생산되는 잔존유의 양을 줄이고 정유소의 보다 가치 있는 중간 증류(가열유와 디젤)의 수율을 높이는 것을 목적으로 하는 정유소의 가공단위다. 바이브레이커는 고로에 가열하여 기름 속의 대형 탄화수소 분자를 열로 갈라 점도를 낮추고 소량의 경량 탄화수소를 생산한다(LPG 및 가솔린).[1][2][3] "방사선"의 공정명은 공정이 잔류유의 점도를 감소(즉, 파손)시키는 것을 말한다. 그 과정은 비탄성적이다.

프로세스 목표

Visibration의 목적은 다음과 같다.

  • 피드 스트림의 점도를 줄이십시오. 전형적으로 이것은 원유의 진공 증류에서 나온 잔류물이지만 또한 하이드로스키밍 작업에서 나온 잔류물, 땅이나 타르 모래에서 스며 나오는 천연 비투멘, 그리고 심지어 특정한 고점도의 원유도 될 수 있다.
  • 정제소에서 생산되는 잔존 연료유의 양을 줄인다: 잔존 연료유는 일반적으로 저부가가치 제품으로 간주된다. 발전소에서 증기발생에 필요한 연료 등 전통시장에서 천연가스 등 대체연료를 청정 연소하는 방식으로 대체하면서 잔류연료 수요는 지속적으로 감소하고 있다.
  • 정제소에서 중간 증류제의 비율을 높인다: 중간 증류제는 점도를 시장성 수준으로 낮추기 위해 잔존유를 첨가한 희석제로 사용된다. 바이브레이커의 잔류 흐름의 점도를 줄임으로써 희석액을 적게 사용하여 연료 오일을 만들 수 있고 절약된 중간 증류수를 고부가 디젤 또는 가열 오일 제조로 전용할 수 있다.

기술

코일 비브레이킹

Visbreaker 유닛의 도식도

코일(또는 용해로) 점멸이라는 용어는 용해로 튜브(또는 "코일")에서 균열 프로세스가 발생하는 장치에 적용된다. 용광로에서 나오는 물질은 균열 반응을 멈추기 위해 냉각된다. 이는 종종 용광로에 공급되는 처녀 물질과의 열 교환에 의해 이루어지는데, 이는 에너지 효율이 좋은 단계지만 때로는 냉유(보통 가스 오일)가 같은 효과로 사용된다. 가스 오일을 회수하여 재사용한다. 균열 반응의 정도는 용해로 튜브를 통한 오일 흐름 속도 조절에 의해 제어된다. 그런 다음, 취침된 오일은 균열 제품(가스, LPG, 가솔린, 가스 오일 및 타르)이 분리되어 회수되는 분쇄기로 전달된다.

수커 바이브레이크

소이커 visbreaking에서 균열반응의 대부분은 용광로가 아니라 소이커라고 불리는 용광로 뒤에 위치한 드럼에서 발생한다. 여기서 오일은 응결되기 전에 균열이 발생할 수 있도록 미리 정해진 시간 동안 높은 온도로 유지된다. 그리고 나서 기름은 분리기까지 흐른다. 소이커 바이브레이킹에서는 코일 바이브레이킹보다 낮은 온도가 사용된다. 균열반응의 비교적 긴 지속시간을 대신 사용한다.

프로세스 옵션

바이브레이커 타르는 진공분쇄기에 공급함으로써 더욱 정교해질 수 있다. 여기에서 추가적인 중가스 오일을 회수하여 제련소의 촉매 균열, 하이드로 크랙킹 또는 열 균열 장치에 전달할 수 있다. 그런 다음 진공으로 불린 타르(때로는 피치라고도 함)를 연료 오일 혼합으로 배선한다. 몇몇 정제소 장소에서, visbreaker tar는 양극 코크스나 바늘 코크스 같은 특정 전문 콜라를 생산하기 위해 지연된 코커로 연결된다.

소이커 visbreaking 대 코일 visbreaking

수율의 관점에서 보면, 두 가지 접근법 중에서 선택할 것이 거의 또는 전혀 없다. 그러나 각각은 다음과 같은 특정 상황에서 상당한 이점을 제공한다.

  • 금연: 그 균열 반응은 석유 코크스를 부산물로 만든다. 코일 visbracking 시, 이러한 침전물은 용해로의 튜브에 축적되어 결국 튜브의 오염이나 막힘으로 이어질 것이다. 소이커 드럼에서 사용되는 낮은 온도로 인해 훨씬 느린 속도로 파울링이 발생하지만, 소이커 바이브레이커 드럼에서도 같은 현상이 발생할 것이다. 따라서 코일 바이브레이커는 잦은 탈코킹이 필요하다. 이는 상당히 노동 집약적이지만, 가시적 작동을 정지할 필요 없이 튜브가 순차적으로 탈착되는 루틴으로 발전할 수 있다. 소이커 드럼은 훨씬 덜 자주 주의를 기울여야 하지만, 일반적으로 드럼은 작동을 완전히 중단해야 한다. 그것은 정유공장마다 더 많은 파괴적인 활동이 될 것이다.
  • 연비: 비커 접근법에 사용된 온도가 낮다는 것은 이러한 장치가 연료를 덜 사용한다는 것을 의미한다. 제련소가 공정 운영을 지원하기 위해 연료를 구입하는 경우, 연료 소비의 어떠한 절약도 매우 가치 있을 수 있다. 이런 경우, 더욱 두드러진 돌파가 유리할 수 있다.

품질 및 산출량

사료 품질 및 제품 품질

바이브레이커로 들어가는 사료의 품질은 정유회사가 가공하고 있는 원유의 종류에 따라 상당히 달라질 것이다. 다음은 아라비아 빛의 진공 증류 잔류물(사우디아라비아산 원유, 세계적으로 널리 정제된 원유)에 대한 대표적인 품질이다.

밀도
(kg/l) 		100 °C에서의 점도
(센터) 		황 함량
(wt%)
1.020 930 4.0

일단 이 물질이 바이브레이커를 통해 실행되면(또한, 정확히 동일한 조건에서 두 개가 작동하지 않기 때문에 바이브레이커에서 바이브레이커로 상당한 변화가 있을 것이다) 점도의 감소는 극적이다.

밀도
(kg/l) 		100 °C에서의 점도
(센터) 		황 함량
(wt%)
1.048 115 4.7

수확량

다양한 탄화수소 제품의 수율은 바이브레이커 용해로에서 오일이 가열되는 온도에 따라 결정되는 균열 작동의 "결함도"에 따라 달라진다. 저울의 저단부에서 425 °C로 가열하는 용해로는 약한 균열만 발생하는 반면 500 °C에서의 작동은 매우 심각한 것으로 간주된다. 450°C에서 분리한 아라비아 경질 원유 잔류물은 타르의 76%(중량 기준), 중간 증류제 15%, 가솔린 6%, 가스 및 LPG 3%를 산출한다.

연료 오일 안정성

바이브레이커 작동의 심각성은 안정적인 연료 오일을 만들기 위해 혼합할 수 있는 바이브레이커 타르를 생산해야 하는 필요성에 의해 일반적으로 제한된다.

이 경우의 안정성은 연료유가 저장되었을 때 퇴적물을 생산하는 경향을 의미하는 것으로 간주된다. 이러한 퇴적물은 시간이 많이 소요되는 유지보수를 필요로 하는 오일을 이동시키는 데 사용되는 펌프의 필터를 빠르게 손상시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

바이브레이커에 공급되는 진공 잔류물은 다음과 같이 구성되는 것으로 간주할 수 있다.

  • 아스팔테네즈: 콜로이드 형태로 기름에 매달린 큰 다순환 분자
  • 레진: 또한 다순환적이지만 아스팔텐보다 분자량이 낮다.
  • 방향족 탄화수소: 벤젠, 톨루엔, 자일렌의 유도체
  • 파라핀 탄화수소: 알칸

황 함량이 상대적으로 낮고 밀도가 낮고 점도가 높은 아열성 화합물을 우선적으로 균열하고 제거 효과를 사료와 제품 간 품질 변화에서 확인할 수 있다. 바이브레이커에 너무 심한 균열이 생기면 아스팔테네 콜로이드 성분이 전이될 수 있다. 그 후에 완성된 연료유를 제조하기 위해 희석제를 첨가하면 콜로이드가 분해되어 아스팔테네스가 슬러지로 급상승할 수 있다. 파라핀 희석제는 방향제보다 강수를 유발할 가능성이 더 높은 것으로 관찰되었다. 연료유의 안정성은 다수의 고유 시험(예: "P" 값 및 SHF 시험)을 사용하여 평가한다.

경제학

점도 블렌딩

점성이 다른 두 개 이상의 액체의 점성 혼합은 3단계 절차다. 첫 번째 단계는 다음 방정식(Refutas 방정식)을 사용하여 혼합물의 각 성분의 점성 혼합 지수(VBI)를 계산하는 것이다. [2][4]

(1) VBN = 14.534 × ln[ln(v + 0.8)] + 10.975

여기서 v는 초당 제곱 밀리미터(mm²/s) 또는 센티스토크(cSt)의 점도이고 ln은 자연 로그(loge)이다. 혼합물의 각 성분의 점도를 동일한 온도에서 구하는 것이 중요하다.

다음 단계는 다음 방정식을 사용하여 혼합물의 VBN을 계산하는 것이다.

(2) VBNBlend = [wA × VBNA] + [wB × VBNB] + ... + [wX × VBNX]

여기서 w는 혼합물의 각 성분의 중량 비율(예: % % 100)이다.

혼합의 점성 혼합 번호를 공식 (2)를 사용하여 계산한 후, 최종 단계는 등식(1)의 역치를 사용하여 혼합의 점도를 결정하는 것이다.

(3) v = e - 0e(VBN - 10.975) ÷ 14.534.8

여기서 VBN은 혼합물의 점성 혼합 번호로 e는 초월 번호 2.71828로 오일러의 번호로도 알려져 있다.

2-성분 혼합의 경제성 예

발전소 연료 공급과 같이 시장성 있는 연료 오일은 100 °C에서 점도가 40 센티스토크여야 할 수 있다. 그것은 증류 희석제("커터 스톡")와 결합하여 위에서 설명한 처녀 또는 점멸된 잔여물을 사용하여 준비될 수 있다. 그러한 커터 스톡은 일반적으로 100 °C의 1.3 센티스토크에서 점도를 가질 수 있다. 위의 간단한 두 구성 요소 혼합에 대한 재배열 방정식(2)을 보면 혼합에 필요한 커터 스톡의 비율은 다음을 통해 확인된다.

(4) %cutter 주식 = [VBN40 - VBNresidue] ÷ [VBNcutter stock - VBNresidue]

아랍 경질 원유의 잔류물에 대해 위 표에 인용된 점들을 사용하고 (1)에 따라 VBN을 계산하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

버진 잔여물(즉, 바이브레이커에 대한 비반전 피드): 혼합물의 27.5% 커터 스톡

비산 잔여물의 경우: 혼합물의 커터 재고 13.3%.

중간 증류주는 연료유보다 시중에서 훨씬 높은 가치를 가지고 있기 때문에 바이브레이커를 사용하면 연료유 제조의 경제성이 상당히 향상될 것이라고 볼 수 있다. 예를 들어 커터 재고량이 톤당 300달러, 연료유가 톤당 150달러(석유 가격은 자연적으로 빠르게 변하지만 이러한 가격, 더 중요한 것은 이들 가격 간의 차이가 비현실적이지 않다)라고 한다면, 이 사례에서 다음과 같이 다양한 잔류물의 가치를 계산하는 것은 간단한 일이다.

버진 잔여물: 톤당 93.1달러

비산 잔여물: 톤당 127.0달러

참조

  1. ^ James H. Gary and Glenn E. Handwerk (1984). Petroleum Refining Technology and Economics (2nd ed.). Marcel Dekker, Inc. ISBN 0-8247-7150-8.
  2. ^ a b Robert E. Maples (2000). Petroleum Refinery Process Economics (2nd ed.). Pennwell Books. ISBN 0-87814-779-9.
  3. ^ James G. Speight (2006). The Chemistry and Technology of Petroleum (4th ed.). CRC Press. ISBN 0-8493-9067-2.
  4. ^ C.T. Baird(1989), HPI 컨설턴트, Inc. HPI 웹 사이트, 석유 제품 블렌딩 가이드

외부 링크