에틸렌 플랜트

크래킹 로

스팀 크래커의 크래킹 또는 열분해로에서 장쇄 탄화수소는 열적으로 분해됩니다. 대부분의 플랜트에서는 뜨거운 증기를 추가하여 이 작업을 수행합니다.

크래커 내부에는 수많은 코일이 서로 평행하게 이어져 있습니다. 예열 단계가 끝나면 C_xH_x-H₂O 혼합물이 1초도 안 되는 시간 안에 로(furnace) 입구에서 코일을 통화하며, 코일은 오부에서 버너로 가열됩니다. 매체 흐름의 균일한 분포는 일관된 제품 품질을 위해 매우 중요합니다. 이 공정은 높은 표면 품질과 정밀하게 설계된 둥근 프로파일을 갖춘 특수 제작된 벤츄리 노즐을 통해 지원되어, 고르지 않은 코킹을 방지합니다.

또 다른 중요한 변수는 로 출구에서 균열된 탄화수소의 온도, 즉 코일 출구 온도(Coal Outlet Temperature, COT)입니다. 이는 공급 원료에 따라 온도가 750 ~ 900 °C 범위입니다. 이곳에서 사용되는 온도 측정 기기는 마모성이 강한 매체의 흐름을 견뎌내야 합니다. 따라서 침습적인 측정 지점에는 바 스톡 소재 또는 코팅 버전으로 제작된 Stellit^® 써모웰/보호튜브가 필요합니다. 대안으로 빠른 응답 시간을 가가진 표면 온도 센서를 고려할 수 있습니다.

증기 기반 분해 방식 외에도 업계에서는 촉매 방식도 활용하고 있습니다. 예를 들어 촉매 방법은 더 높은 수율의 프로필렌을 가능하게합니다. 촉매 분해의 온도 모니터링은 주로 멀티포인트 온도계를 기반으로 합니다.

크래킹 가스 냉각기, 오일 및 물 급냉

크래킹 과정의 마지막에 나오는 가스는 화학적으로 불안정하고 반응성이 높습니다. 따라서 크래킹 로에서 나온 직후에 수백도까지 냉각시켜야 합니다. 이 작업은 크래킹 가스 냉각기/이송 라인 교환기에서 수행됩니다. 여기서 방출되는 열 에너지는 열교환 공정에서 플랜트에 필요한 고압 증기를 생산하는 데 사용됩니다.

냉각은 오일 급냉과 물 급냉의 후속 공정 단계에서도 계속됩니다. 이 두 공정에서는 열분해 오일, 열분해 벤젠 및 고체 입자가 매체 흐름에서 동시에 제거됩니다.

오일 급냉은 1차 분획기에서 가장 중요합니다. 기둥의 여러 레벨 사이의 차압은 최적의 기능을 위한 주요 지표입니다. 값이 상승하면 처리량을 감소시킬 수 있는 예금이 존재할 수 있음을 의미합니다. 정밀하게 균형 잡힌 차압 트랜스미터는 다이어프램이 매체별 재질로 만들어진 두 개의 플러시 다이어프램 씰과 결합하여 이 파라미터를 정확하게 모니터링할 수 있습니다.

압축기 및 산성 가스 세척(스크러빙)

컴프레서는 준비된 가스 혼합물을 4~6단계에 걸쳐 연속적으로 압축합니다. 산성 가스 스크러빙은 원치 않는 황화수소(H₂S)와 이산화탄소를 제거하는 중간 단계입니다.

압축 과정에서 매체가 상호 냉각되고 결과물인 응축수가 분리기에서 분리됩니다. 잠재적인 오버플로를 방지하기 위해 수위를 지속적으로 모니터링해야 합니다. 따라서 컴프레서와 다운스트림 플랜트 영역은 과도한 수분으로부터 보호됩니다.

모듈식 바이패스 레벨 측정기는 레벨을 정확하게 전송하고 옵션으로 제공되는 스위칭 기능을 통해 적시에 경고를 트리거할 수 있으므로 이 작업에 권장됩니다. 특히 중요한 지점에서는 이중 챔버가 있는 버전으로 중복 측정이 가능합니다. 바이패스 표시기 외에도 리드 체인, 자기 변형 센서, 레이더 및 진동 포크 등과 같은 다른 측정 시스템을 통합할 수 있습니다.

컴프레서의 원활한 작동을 위해서는 스트레스를 많이 받는 베어링의 온도를 모니터링해야 합니다. 진동에 강한 온도 센서는 이를 위해 필요한 정확도를 보장합니다.

분할 컬럼 및 분리기

냉동 플랜트에서 압축 및 추가 냉각을 거친 후, 처리된 가스 혼합물은 최종 제품으로 분리됩니다. 이 과정은 직렬로 연결된 여러 증류 칼럼(데메탄화기, 탈에탄화기, 디프로판화기, 디부탄화기)과 C₂, C₃ 및 C₄ 화합물용용 분리기에서 일어납니다.

증류 칼럼의 온도가 다르기 때문에 끓는점이 낮은 성분은 상단으로 올라가서 걸러지고 끓는점이 높은 물질은 바닥으로 가라앉아 다음 컬럼으로 공급됩니다. 이 과정을 통해 에틸렌, 프로필렌, 부텐 및 기타 탄화수소 분획이 점자척으로 얻어집니다. 에틸렌은 부피 측면에서 가장 큰 비중을 차지합니다.

까다로운 매체를 일정하고 깨끗하게 분리하려면 공정 압력과 공정 온도가 항상 완벽한 균형을 유지해야 합니다. 이를 위해서는 설치된 측정 기기의 높은 가용성과 그에 상응하는 정확도가 모두 필요합니다.

측정 품질은 압력 및 온도 모니터링용 계기에서 중요한 요소일 뿐만 아니라 레벨과 유량에서도 마찬가지입니다. 계기는 공정 조건에 대한 내성이 있어야 요구되는 작업을 수행하는 동시에 제품 품질에 영향을 미치지 않아야 합니다. 따라서 모든 측정 장비는 용도에 맞는 재료로 제작되며 용접 이음새도 비파괴 검사를 거칩니다.

아세틸렌 및 MA/PD 수소화

증류/분해(크래킹) 과정에서 생성된 아세틸렌과 메틸 아세틸렌/프로파디엔(MA/PD)은 수소와의 수소화 과정을 통해 각각 에틸렌과 프로필렌으로 변환됩니다. 이러한 방식으로 이 두 가지 고품질 최종 제품의 총 생산량이 증가합니다.

C₂H₂ + H₂ => C₂H₄
C₃H₄ + H₂ => C₃H₆

선택적 수소화 과정은 관련 촉매로 채워진 고정층 반응기에서 이루어집니다. 이 과정의 제어는 아세틸렌과 MA/PD의 흐름이 균일한 온도에 따라 결정적으로 달라집니다. 촉매층에 최적으로 분산된 여러 온도 측정 지점을 통해 핫스팟과 콜드스팟을 즉시 감지할 수 있습니다. 따라서 모니터링 기능은 반응이 균일하게 진행되기 위한 전제 조건이 되며, 동시에 촉매의 노화에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.

측정에는 두 가지 버전의 멀티포인트 온도계를 사용할 수 있습니다. 써모웰/보호 튜브가 없는 버전은 촉매층에 직접 측정 지점을 설정할 수 있어서 가장 빠른 응답 시간을 제공합니다. 이에 대한 대안으로 써모웰/보호 튜브가 있는 슬라이드 디자인의 멀티포인트 온도계를 사용할 수 있습니다. 여기서 측정 지점의 센서는 가이드 막대를 사용하여 써모웰/보호 튜브에 개별적으로 배치되고 벽에 밀착되어 비교적 짧은 응답 시간을 달성합니다. 이 장점은 필요한 경우 작동 중, 즉 프로세스가 닫힌 상태에서 온도 센서를 써모웰/보호 튜브에서 개별적으로 분리하여 측정 성능을 확인할 수 있다는 점입니다.

온도 외에도 반응기 내의 압력도 모니터링해야 합니다. 측정 시 수소의 온도 상승으로 인해 드리프트가 발생하는 것을 방지하는 것이 중요합니다. 이 경우 금 코팅 다이어프램이 있는 다이어프램 씰은 각 측정 기기에 영구적으로 안정적인 압력 전달을 보장합니다.

저장 탱크 및 플레어 시스템

모든 제품은 추후 사용할 때까지 대형 탱크에 기체 또는 액체 상태로 임시 보관됩니다. 예를 들어 에틸렌은 비교적 작은 공간에 많은 양을 저장할 수 있도록 -103 °C까지 냉각되어야합니다. 채우기 과정에서는 탱크의 온도 상태를 모니터링해야 합니다. 이를 위해 멀티포인트 온도계를 위에서부터 탱크에 삽입합니다.

매체 온도와 주변 온도 간의 큰 차이를 고려하여 탱크의 강철 외벽에 추가 센서가 설치됩니다. 초기 충전 중에는 탱크 외벽이 너무 빨리 냉각되고 있음을 적시에 경고하여 잠재적인 균열을 방지하는 역할을 합니다.

탱크의 콘크리트 바닥과 외부 배관 아래의 집수구에 있는 온도 센서도 비슷한 목적을 수행합니다. 측정 지점에서 갑작스러운 냉각을 감지하면 탱크 용기의 누출을 나타내는 것입니다.

모든 에틸렌 플랜트에는 하나 이상의 플레어 시스템이 있습니다. 생산의 모든 부분에서 불필요하거나 과잉 가스를 제어된 방식으로 태우기 위해 24시간 내내 작동됩니다.

따라서 플레어 시스템은 플랜트 안전의 기본 요소이기도 합니다. 측정 기기에는 열전대가 포함되어 있으며, 이는 파일럿 버너를 모니터링하고 충분한 양의 가스가 불꽃을 생성하는에 대한 정보를 즉시 제공합니다.

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