NCC(Naptha Cracking Center)

원유를 상압 증류할 때 200∼370℃의 비점 범위 30℃∼170℃ 정도의 온도 범위에서 얻어지는 경질 유분을 납사(Naptha)라 하는데, NCC는 납사를 분해하여 석유화학의 기초원료인 에틸렌, 프로필렌 등 기초유분을 생산하는 설비를 말합니다.

 

NCC 이론

 

열분해 공정

 

급냉 공정

 

압축 공정

 

정제 공정

 

 

 

 

1. NCC 이론

납사 분해 공정이란 납사, LPG와 같은 원료를 공급받아 약 800°C 온도 조건에서 열분해를 통해 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 열분해 가솔린 등의 석유화학 기초유분을 생산하는 공정입니다. 
(*납사 : 원유를 증류할 때 35~200°C의 끓는점 범위에서 유출되는 탄화수소의 혼합물)

이때 원료가 에탄(Ethane)일 경우 ECC로 명칭하고 NCC와 ECC의 공정도는 거의 비슷합니다. 미국과 같이 셰일가스(Shale Gas)를 통해 천연가스로부터 에탄을 뽑아내는데 유리한 경우에는 ECC 설비를 사용하는 것이 좋을 때가 많습니다. 반면 ECC의 경우 생산물 중 에틸렌 생산 비중이 75% 수준에 달해 NCC에 대한 경쟁력이 제한적입니다. NCC의 경우 대략 35%, 에틸렌 15%, 프로필렌 11%, 부타디엔 24%, BTX/기타 19% 등 다양한 범위의 생산물을 만들어 낼 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 

NCC에서 생산된 석유화학산업 기초원료는 일상생활에서 쓰이는 대부분의 제품을 만드는 원료로서 사용됩니다. 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 일회용기 포장재료 (PE, PP PS 등), 자동차용 부품 (범퍼 : PS, ABS, PC / 타이어 : SBR, BR / 자동차용 내장재 : PVC, PU), 가전용품 (PS, PP, PVC, ABS 등), 의류 (TPA, AN, 카프로락탐 등), 화장품과 의약 등 정밀화학 제품 등 석유화학 제품이 들어가지 않은 분야를 찾기가 오히려 더 어렵습니다. 

NCC 공정의 전체적인 흐름도는 아래 그림과 같고 열분해 공정, 급랭 공정, 압축 공정, 냉동 공정, 분리 정제 공정으로 구분됩니다. 하나씩 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

 

1. 열분해 공정

 

열분해 공정은 나프타에 희석 스팀을 혼합한 뒤 800~850°C의 높은 온도로 가열하여 분해하는 공정입니다. 높은 열로 나프타를 이루는 탄소 간의 결합을 끊어 탄소의 개수를 낮추는 과정입니다. 열분해 공정의 특성상 가열하기 위해서는 많은 에너지가 필요하기 때문에 효율적인 에너지 사용을 위해 여러 층의 단열재와 다양한 코일 설비가 이용됩니다.

열분해 공정 잠재 위험성 파악
1) 고온 열분해 시 튜브파열 (내부 화재)
2) 스팀드럼 수위 저하 시 드럼 폭발
3) 연료가스로 사용되는 수소 및 메탄 (인화성 가스) 누출에 의한 화재, 폭발
4) 초고압 스팀에 의한 고온 화상

 

 

 

2. 급냉 공정

열분해 공정을 거친 열분해 가스를 고온의 기체 상태로 급랭 설비에 전달됩니다. 이곳에서 고온의 열분해 가스는 열교환 설비*를 거쳐 최종적으로 약 30°C까지 온도를 떨어뜨린 뒤 압축 공정으로 전달됩니다.

급랭 공정은 분해된 탄화수소끼리 서로 반응하지 못하도록 막을 뿐만 아니라 열분해 가스 내에 뒤섞여 있는 코크와 타르를 분리합니다. 이는 다음 공정인 압축 공정에서 압축 설비가 오염되는 일을 막고, 흡입 온도를 낮춰 부하를 줄이는 데 큰 도움을 줍니다.

*열교환 설비 : 칸막이로 나뉜 용기 내에서 한쪽에는 고온의 증기를 다른 쪽에는 저온 유체를 주입해 고온에서 저온으로 열이 이동하도록 하여 고온의 증기가 원래 온도보다 냉각되어 배출될 수 있도록 하는 장치.

 

급랭 공정 잠재 위험성 파악

1) 경질유 누출에 의한 화재, 폭발

2) Tower류, 열교환기류 등의 파열

 

 

3.압축 공정

압축 공정은 경제성을 높이기 위해 분해가스를 압축하여 부피를 줄이는 과정입니다. 더불어 이 과정에서는 열분해 공정에서 설비를 보호할 목적으로 주입한 산성 가스와 촉매의 독성 물질 역시 제거합니다.

압축 설비의 내부는 5단의 다단 압축 과정을 거치도록 구성되어 있고 각 단계 사이에는 냉각 설비가 있어 압축 흡입 온도를 안정시켜줍니다. 또한 압축 과정 중간에는 가스에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 장치도 거치게 됩니다.

압축공정 잠재 위험성 파악

1) 3.8MPa 고압 공정에 의한 핀홀 누출
2) 분해가스 (인화성) 누출, 화재, 폭발
3) 냉각기 고장으로 인한 설비파손
4) 황화수소 누출에 의한 중독
5) 냉매 누출에 의한 화재, 폭발

 

 

 

4. 분리정제 공정

 

이전의 과정들을 통해 불순물이 제거되고 부피를 줄인 압축가스는 각각 -170°C, -135°C의 저온 상태에서 수소와 메탄으로 분리됩니다. 이는 이후 각 유분 (끓는점의 차이로 분별증류 해 얻는 성분)에 특화된 설비를 통해 에틸렌과 프로필렌 등으로 분리되고 정제됩니다.

분리정제 공정을 통해 최종 추출된 산물들은 심장에서 온몸으로 혈액을 내보내듯 제품별 유도품* 생산공정으로 이송됩니다. 이로써 NCC 공정이 끝납니다.

*유도품 : 석유화학제품의 중간원료로 석유제품의 하나인 나프타를 분해하여 얻는 에틸렌, 프로필렌 등을 종합해 만듦.

 

정제 공정 잠재 위험성 파악

1) 수소, 메탄, 에탄 등의 분해가스 누출, 화재, 폭발

2) 반응 폭주 반응

3) 수소, 메탄 분리기의 저온취성(-140°C)

 

 

오늘은 석유화학 공정 중 석유화학의 심장이라고 불리는 NCC 공정의 메커니즘을 알아보았습니다. 심장이 뛰어야 생명체가 살 수 있듯 NCC 공장이 잘 가동되어야 석유화학 제품들도 만들어질 수 있다는 걸 알게 되셨죠? 땅속의 석유가 우리 생활 곳곳으로 쓰임이 되기까지 어떤 과정을 거치는지, 석유화학 공정을 더욱 쉽고 재미있게 이해할 수 있도록 다음번에도 흥미로운 주제로 찾아뵙겠습니다!