[에너지학개론] 제 25강. 올레핀과 방향족 생산공정의 개요

앞서 설명한 것처럼 방향족은 HSR을 원료로 이용하며, 개질설비(Reformer)를 통해 방향족 성분의 수율을 증가시킨다. 하지만 개질설비에 앞서 HSR에 존재하는 황(S), 질소(N), 금속(Metal) 등을 제거하고 올레핀을 포화시키는 공정이 반드시 포함되어야 하는데, 이들 성분들이 개질설비에 들어가는 촉매의 효율을 떨어뜨리는 독으로 작용하기 때문이다. 이 설비를 NHT(Naphtha Hydro-Treater) 설비라 한다. 일반적으로 고온, 고압의 조건에서 수소를 첨가하고 촉매를 활용하여 황, 질소, 금속 등을 제거한다.

NHT를 통해 처리된 물질은 개질설비에 공급되는데, 이때 납사에 존재하는 납센(Naphthene)과 파라핀(Paraffin)을 방향족(Aromatic)으로 변화시켜 방향족 성분이 많아진다. 일반적으로 개질 시설은 고정상(Fixed Bed) 촉매층으로 건설되지만, HSR 처리 시 반응에 의해 촉매에 코크(Coke)가 쌓이는 문제가 있어 촉매 재생을 반드시 필요로 한다. 촉매 재생의 형태에 따라 semi-regeneration type과 continuous-regeneration type으로 구분된다. 전자의 경우에는 Chevron사의 Rheniformer, UOP사의 Platformer 등이 있고, 후자의 경우에는 UOP사의 CCR(Continuous Catalyst Regenerator) Platformer가 있다. 국내에서는 대부분 CCR이 많이 사용되는데, 이는 별도의 촉매 재생을 위한 가동 중단 없이 연속적으로 재생시켜 줌으로써 촉매의 활성을 높게 유지시켜 준다.

CCR에서 생성된 개질유(Reformate)를 분별하여 벤젠, 톨루엔, 자일렌, C9 방향족 등을 최종적으로 생산한다. 경질 개질유(Light reformate)에 존재하는 방향족은 용제로 술포란(Sulfolane)을 사용하여 추출하고 이후 끓는점 차이를 통해 벤젠, 톨루엔, C8 방향족을 생산한다. 일반적으로 톨루엔과 자일렌의 순도를 향상시키는데 유리한 술포란 공정이 많이 사용되고 있다.

여기서 생성된 톨루엔은 C9 방향족과 반응하여 벤젠과 자일렌으로 전환될 수 있는데, 톨루엔의 불균등화 반응(Disproportion)과 톨루엔과 C9 방향족의 트랜스알킬화 반응(Transalkylation)이 촉매를 통해 일어난다. 처음 개발한 Toyo Rayon Company의 이름을 따서 일명 Tatoray 공정이라고 부른다.

중질 개질유(Heavy Reformate)는 파라자일렌(PX, Para-xylene)을 높은 수율로 생산하는데 사용된다. 중질 개질유의 분별 증류를 통해 확보한 자일렌으로부터 파라자일렌을 선택적으로 분리하기 위해 PAREX(Para-xylene Extraction) 공정이 사용되고 있다. PAREX 공정은 흡착분리법을 이용하는데 자일렌 이성질체, 에틸벤젠, 비방향족 성분의 흡착성능 차이를 이용하여 분별하는 것이다. PAREX 공정의 산물인 혼합자일렌(MX, Mixed Xylene)은 파라자일렌을 생산하는데 재처리된다. 이때 Isomar(isomerization of Aromatics) 공정이 활용되는데, 촉매 이성질화 반응을 통해 혼합자일렌을 평형상태의 조성으로 전환시킨다. 이외에도 MTPX(Mobil Toluene to Para-Xylene) 공정을 통해 파라자일렌을 생산할 수 있다.