CDU (Crude Distillation Unit) Part 1

정유공장에서 가장 기본이 되는 공정은 무엇일까? 

바로 상압증류공정이라고 불리는 CDU (Crude Distillation Unit) 이라고 할 수 있다. 상압증류공정의 상압증류탑은 Atmospheric Tower라고 말하기도 하는데, 통상 업계에서는 CDU, 또는 CDU Tower라고 해도 의미가 모두 통한다. 

 

CDU는 원유 (Crude Oil)가 공장에 들어와서 맨 처음 만나는 공정이자, 이후 모든 공정의 흐름과 수익성을 좌우하는 가장 핵심적인 공정이라고 볼 수 있다. 대략적인 Configuration은 아래와 같다. 

 

 

CDU의 핵심 원리는 아주 간단하다. 원유에 들어있는 수백 가지 성분들은 각자 끓는 온도 (Boiling Point)가 다른데, 이 차이를 이용해서 온도를 높여, 가벼운 성분들을 먼저 기화시켜 위로 올려 보내고, 무거운 성분들은 아래로 남게 하여 분리하는 것이다. 이 과정을 Distillation이라고 한다. 그 결과로 위에 보이는 것과 같은 제품으로 분리하게 된다.

• LPG / Off-gas : 가장 가벼운 성분들이며, 위쪽에서 나옴. LPG는 별도로 분리해서 제품으로 만들게 된다. Off-gas는 공장 내에서 원료로 사용하거나 다른 공정으로 보내서 추가 처리하게 됨.
• Naphtha (나프타/납사) : 가솔린 및 석유화학의 원료가 되는 제품 (요즘 전쟁 이슈로 가장 핫한 제품 중 하나이다)
• Kerosene (등유) : 항공유로 많이 생산되는 유분 
• Diesel / AGO (경유) : 우리가 알고 있는 디젤이다. 
• Atmospheric Residue (상압 잔사유) : 가장 무거운 성분으로, 원유를 처리하고 남는 찌꺼기 느낌이다. 보통은 이 부분을 VDU (Vacuum Distillation Unit)으로 보내서 처리하게 되는데, 어쨌든 이 유분을 얼마나 잘 처리해서 경제성이 있는 제품으로 잘 만드느냐가 정유회사의 수익성을 좌우한다고 볼 수 있다.

위의 분리에서 중요한 개념이 Cut point인데, 각 제품을 어느 온도 기준으로 '자를건지' 정하는 것이다. 컷 포인트를 어떻게 설정하느냐에 따라 제품의 수율이 달라지고, 이것이 곧 정제 마진에 직결되기 때문이다. 예를 들어, Diesel의 Cut Point를 350'C로 하느냐 360'C로 하게 되면 Diesel 의 수율이 높아지게 된다. 왜냐면 350'C에서 360'C 만큼의 끓는점을 가진 유분을 조금 더 뽑아내기 때문이다. Diesel을 더 많이 뽑아내게 되면 정유사 입장에서는 정제 마진이 좋아진다고 볼 수 있다. 보통 Diesel이 가장 비싸기 때문. 

 

만약 원유 처리량이 200 KBPD (Kilo Barrel per day, 하루 20만 배럴 처리)인 정유공장에서, Diesel Cut Point를 살짝 올려서 수율을 0.5 vol%를 높인다면 어떻게 될까?

 

Refining Margin = Total Crude 처리량 * Yield 증가분 * (Diesel price - Low value product price) - Opex 차이

 

위와 같이 Rough하게 식을 세울 수 있을 것이고, 만약 가격 차이를 대충 15$/bbl로 본다면 하루에 15,000$, 연간으로는 약 5.5M$ (약 80억 이상)를 더 벌 수 있는 것이다. (Opex 차이는 무시함)

즉, 정유회사의 경우 처리 규모가 크다 보니, Cut point 조정만으로도 연간 기준으로 보았을 때 엄청난 수익성 증가 기회를 얻을 수 있는 것이다. 

 

그렇다면 쉽게 생각해서 Cut point를 높이면 되는 거 아니야? 라고 할 수 있지만, 그것도 마냥 쉬운 것은 아니다. Cut point가 높아지면, 그만큼 Heavy한 Oil들이 딸려오는 것이기 때문에 (위의 예시에서는 350'C부터 360'C 까지), Diesel 을 만드는 공정에는 더 부담이 갈 수밖에 없다. 통상 Heavy한 성분일수록 처리하기 어려운 성분들이 많다. 즉 Downstream의 탈황공정(HDS)에서 수소 소모량이 늘어난다거나, 제품 품질 스펙(예: 95% 비등점)을 초과할 수 있기 때문에, 전체 공장 관점에서 최적점을 찾아야 한다.

 

다음에는 CDU의 Tower 앞부분에 대해서 조금 더 다뤄보도록 하자.