VDU (Vacuum Distillation Unit) Part 1

 

지난번에는 정유공정의 시작이라고 할 수 있는 CDU (Crude Distillation Unit)에 대해 다뤘었는데, 오늘은 그 다음 단계인 VDU (Vacuum Distillation Unit)에 대해 이야기해보려고 한다.

VDU는 쉽게 생각하면 CDU에서 다 처리하지 못한 무거운 성분들을 한 번 더 증류하는 공정이라고 보면 된다. CDU의 하단에서 나오는 Atmospheric Residue(AR, 상압잔사유)를 원료로 받아서, 여기서 더 가치 있는 제품들을 뽑아내는 것이 VDU의 핵심 역할이다.

 

정유공정을 이해하려면 CDU와 VDU의 관계를 명확히 아는 것이 중요하다.

CDU에서는 원유를 상압(대기압) 조건에서 가열해서 끓는점에 따라 여러 제품으로 분리한다:

• 탑 상부: LPG, Naphtha, Kerosene, Diesel 등 가벼운 제품들
• 탑 하부: Atmospheric Residue (AR, 상압잔사유) - 무겁고 끓는점이 높은 성분들

이 Atmospheric Residue가 바로 VDU의 원료(Feedstock)가 된다. CDU와 VDU는 보통 물리적으로 인접해 있으며, CDU 하단의 뜨거운 잔사유가 바로 VDU로 이송되는 구조로 설계되어 있다.

 

여기서 핵심 질문이 생긴다. "왜 굳이 감압 조건에서 Distillation을 해야 할까?"

답은 간단하다. 무거운 성분들을 상압에서 끓이려면 너무 높은 온도가 필요하고, 그 온도에서는 오일이 열분해(Thermal Cracking)되어 버리기 때문이다.

 

물리적으로 압력이 낮아지면 끓는점도 낮아진다. 이것은 고등학교 화학 시간에 배운 내용이기도 한데, 실제 산업 현장에서 아주 중요하게 활용되는 원리다.

압력	끓는점
1기압 (해수면)	100°C
0.5기압 (높은 산)	약 82°C
진공 조건	더욱 낮아짐

VDU는 이 원리를 활용해서 30~50 mmHg 정도의 낮은 압력(거의 진공에 가까운 상태)으로 운전한다. 덕분에 350~400°C 정도의 온도에서도 무거운 성분들을 끓일 수 있게 되는 것이다.

만약 상압에서 같은 성분들을 끓이려면 500°C 이상의 온도가 필요한데, 그 온도에서는 위에서 말한 것과 같이 Thermal Cracking으로 인한 Coke 발생 또는 가스로 변해버려서 원하는 제품을 얻을 수 없다.

 

 

VDU의 핵심 설비들을 정리하면 아래와 같다:

1. Vacuum Heater (감압가열로): CDU에서 넘어온 Atmospheric Residue를 350~400°C까지 가열
2. Vacuum Column (감압증류탑): 실제 증류가 일어나는 탑, 내부 압력 30~50 mmHg 유지
3. Ejector 또는 Vacuum Pump: 탑 내부를 진공 상태로 만들고 유지하는 설비
4. Condenser (응축기): 탑 상부에서 나온 증기를 냉각시켜 액체로 회수

이 중에서 가장 특징적인 것은 Ejector 또는 Vacuum Pump다. 이 설비들이 지속적으로 탑 내부의 기체를 빨아내면서 진공 상태를 유지해준다. 현업에서는 보통 Steam Ejector를 많이 사용하는데, 고압 스팀의 제트 효과로 기체를 흡입하는 원리다. 만약 여기에 문제가 생겨서 진공 상태를 만들지 못하면 결국 Thermal Cracking으로 인한 Coke 발생, 그리고 Light Gas가 발생하며 pressure 증가가 발생할 수도 있다. 

 

다음은 VDU Column 후단에 대해서 조금 더 알아보는걸로...