최적화된 나프타 분해로(爐) 튜브 개발
에틸렌 공장 전경 사진
분해로 튜브는 석유화학산업의 주요 원료인 에틸렌을 생산하는 나프타 분해공정(국내 6개사, 총생산량 : 590만톤/년)의 핵심 설비인데 기존의 분해로 튜브를 이용한 설비는 열효율이 낮았다. 이러한 열효율 저하는 연료의 과다 사용, 수율저하, 생산비용 증가 및 운전의 어려움 등의 문제가 있었으므로 튜브 교체 및 최적화 방안에 대해 면밀히 검토할 필요가 요구되었다. SK주식회사의 R&D 조직인 SK기술원은 ‘과학기술부 21세기 프론티어 연구개발사업’의 일환으로 수행되는 “이산화탄소 저감 및 처리 기술개발사업”의 연구비 지원 하에 2002년 새로운 튜브의 개발에 착수하여 금번 상업공정 적용에 성공하게 되었다.
개발 기술 개요
최연구위원은 기존 분해로 튜브의 문제점인 낮은 열전달 효율로 인한 에틸렌 수율 감소, 생산성 저하 문제를 해결할 수 있는 열전달 효율이 높고 가혹한 운전에서도 최적의 성과를 보여줄 수 있는 새로운 분해로 튜브의 개발을 목표로 하여 연구개발에 착수하였다. SK기술원은 수십년 간의 분해로 운전경험과 축적된 기술을 활용하여 튜브 내부 형태에 따른 성능 개선 방안을 착안하였고, 컴퓨터 모사 및 파일럿 장치를 활용하여 최적의 튜브 형태를 선별하였다. 이와 같은 연구과정을 통해 개발된 분해로 튜브의 실제 공장 적용 가능성에 대해 해외 기술 보유사(Kellogg Brown & Root)에 문의하였으나, 현장적용에 매우 부정적인 의견을 제시하였다. 그러나 연구팀은 SK(주) 울산공장 분해로 1기에 성공적으로 시적용하였고 2004년 현재까지 공장 전체 열분해로의 튜브를 순차적으로 교체하여 놀라운 성능향상을 이루어냈다.
기술 개발에 따른 기대 효과
개발 튜브의 적용에 따라 분해로 운전일수 2배 증대, 에틸렌 8% (연산 600,000 톤 -> 연산 648,000 톤) 증산을 달성하였으며, 이는 연간 100억원 수준의 이익창출에 해당한다. 또한 튜브 열효율 증대로 인해 연료 사용량이 저감됨으로써 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 배출량을 현재의 연간 257,000 TC 중 약 7%인 18,000 TC를 저감할 수 있게 되었다. 당 기술개발의 성공은 원천 기술 보유사를 능가하는 새로운 패러다임을 구축한 쾌거이며, 과거 벤치마킹 대상이었던 해외 생산업체들에게 역으로 기술을 전수할 정도로 기술력을 인정받는 계기가 되었다.
용 어 설 명
1. 나프타
원유 증류과정에서 생산되며 중질 가솔린이라고도 한다. 자동차 엔진 등의 내연기관의 연료 이외의 용도로 사용되는 경우 나프타라고 하며, 석유화학공업의 중요한 원료로 사용된다.
2. 나프타 분해
원유의 증류과정을 통해 생산되는 나프타를 750~850oC에서 열분해하여 석유화학제품의 기초원료인 에틸렌, 프로필렌, 벤젠 등을 생성하는 반응이다. 분해방식으로는 ①기다란 반응관에 나프타와 수증기를 넣고 관의 바깥쪽을 가스 버너로 가열하여 분해하는 방식과 ②가열한 고체입자 모양의 모래 또는 코크스 등을 유동상태에서 나프타와 접촉시키면서 나프타를 분해하는 유동층 방식의 두 가지가 있다.
3. 에틸렌
에텐이라고도 하며 합성 유기화학공업의 주 원료이다. 가공하지 않은 그대로의 형태로는 마취제나 연료 등으로도 사용되지만, 반응성이 극히 풍부한 특징을 살려서 염화비닐, 폴리에틸렌, 아세트산, 합성도료 등을 합성한다. 특히 폴리에틸렌은 대규모로 제조되고 있으므로 에틸렌의 가장 큰 용도로 되어 있다.
4. 탄소톤(Tonnes of Carbon, TC)
이산화탄소 중의 탄소(C)를 기준으로 환산한 톤으로, 1톤의 이산화탄소는 1톤x[12(C)/44(CO2)] = 0.28 TC가 된다.
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이산화탄소저감및처리기술개발사업단 김석우(042-860-3682)
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