CDU (Crude Distillation Unit) Part 2

CDU (Crude Distillation Unit) Part 1

CDU (Crude Distillation Unit) Part 1

지난번의 글에서는 CDU의 개괄적인 부분에 대해 설명했다면, 오늘은 CDU 공정의 앞부분에 대해서 알아보자.

CDU 공정의 Column에 들어가기 전, 원유가 거쳐가는 순서를 따라가면 아래와 같다. 정확히 말하면 아래의 Preheat Train 구간의 경우 Desalter에 들어가기 전부터 시작된다고 볼 수 있으나, 편의를 위해 저렇게 생각해도 무방할 것 같다...

 

 

1. Desalter: 기본적으로 원유에는 Salt (염화물)가 들어있다. NaCl, CaCl2, MgCl2 등의 성분들뿐 아니라 뭐 물이나 흙 등의 다양한 불순물들이 섞여 있는데, 이러한 성분들이 그대로 다운스트림 공정으로 들어간다면, 설비들이 막히거나 부식되어 결국 공장을 제대로 돌릴 수가 없을 것이다. 따라서 Desalter라는 장치는 Salt를 없애주는 것이라 보면 된다. 고전압 전기장을 이용해서 물방울들을 뭉치게 하여 가라앉히고, 그로 인해 그 안에 녹아있는 염화물들을 제거하게 된다. 공장마다 다르겠지만, 통상 Desalter 후단에서 Salt 함량을 체크하게 되는데 1 PTB (Pound per Thousand Barrel) 미만으로 관리하는 경우가 많다. 맨 처음 PTB 라는 단위를 들었을 때는 '이게 뭐지?' 하는 생각이 들었는데, 다들 이 단위를 쓰는 것을 보다보니 그러려니 하게 되었다. 참고로 위에서 설명했지만, 원유가 바로 Desalter로 들어가는 것이 아니라, Preheat Train을 일부 거치면서 온도가 적절하게 올라간 상태로 들어가게 된다. 
2. Preheat Train: 예열 구간이라고 보면 되는 단계로, 종종 현업에서는 약자로 PHT 로 표현하는 경우들도 볼 수 있다. 원유를 나중에 분리하려면 열이 필요한데, 만약 그 열을 Heater에서 처음부터 준다면 연료비가 엄청 들 것이다. 따라서 공장 내에서 이미 뜨겁게 달궈진 제품 Stream을 열교환기 (Heat Exchanger)로 연결해서 미리 데워주는 방식을 쓴다. 예를 들어 CDU에서 나오는 Diesel 성분이 200'C가 넘는데, 제품 탱크로 보낼 때는 식혀서 보내니까, 이 열을 차가운 원유를 데우는 데 쓴다고 보면 된다. 이러한 방식을 Heat Integration이라고 하고, 이를 통해서 Heater에서 써야 할 연료를 줄이거나 Cooler에서 써야 할 Cooling Water를 줄일 수 있다. 
3. Fired Heater: 위에서 예열된 원유를 최종적으로 340 ~ 370'C 수준까지 가열하는 장치다. 보통 현업에서는 Heater 에서 나오는 온도를 COT (Coil Outlet Temperature) 라고 부른다. ("지금 Heater COT가 뭐야?" 이런 느낌) 이 정도의 수준으로 온도를 맞추는 이유는, 너무 높게 될 경우에는 원유가 Thermal Cracking이 일어날 수 있고, 너무 낮으면 Column에서 Vaporization이 충분하게 되지 않는다. 
4. Atomospheric Tower: CDU Column과 동일하게 보면 되는데, Heater에서 나온 원유가 탑 하부의 Flash Zone으로 들어오면서 가벼운 성분들이 확 기화되어 탑 위쪽으로 올라가게 된다. 각 높이마다 온도가 다르기 때문에 높이에 따라 다른 제품들이 분리되어 빠져나간다. 탑 내부에는 Tray 라고 불리는 판(?)들이 있는데, 각 Tray에서 열교환을 하면서 Vapor-Liquid Equilibrium (VLE) 원리에 의해 분리 효율을 높인다고 보면 된다. 

CDU를 운전할 때 모니터링하는 주요 변수들은 아래와 같다. 

장치	Monitoring Point	Target Value
Desalter	Salt Content	< 1 ptb
Desalter	Interface Level	50~70%
Fired Heater	COT	340~370°C
Fired Heater	Excess O₂	2~4 vol%
Column	Overflash	2~5 wt%
Column Overhead	Boot Water pH	5.5~6.5
Column  Overhead	Cl⁻ 농도	< 10~20 ppm

위에서 설명하지 않은 부분들을 짚고 넘어가자면,

먼저 Desalter의 Interface Level 같은 경우 물과 기름의 level을 나타내는 것으로 보면 되는데, 물의 Level이 너무 낮으면 원유가 Desalter bottom으로 함께 빠져서 손실이 생기고, Level이 너무 높으면 물로 인해서 Desalter 내부 전극에 악영향을 줄 수 있다.

Heater의 Excess O2는 Heater 내부에서 연소 환경을 잘 만들어주기 위한 지표라고 보면 된다. 이론적으로 딱 필요한 만큼만의 O2가 들어와서 모두 연소에 쓰이는 것이 베스트겠지만, 현실은 다르기 때문에 O2를 조금 더 주입한다고 보면 된다. 그렇다고 너무 많이 넣으면 공기를 데우는데 에너지가 쓰이니까 손해고...

마지막으로 Column Overhead (윗부분)의 지표들은 장치 상부에 발생하는 부식 정도를 모니터링하기 위함이다. 고온에서 염화물이 HCl 형태로 바뀌게 되면 결국 장치를 빠르게 부식시킬 수 있기 때문. 통상 Overhead에 부식 방지를 위한 다양한 Chemical을 주입하면서, 저런 지표를 계속 보게 된다.

 

다음에는 VDU도 다시 한 번 공부해서 이야기해보도록 해야지.