[반응공학설계] Hydrodesulfurization
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- 목차
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1. 설계 공정 개요
2. 반응기 설계시 고려 사항
(1) 수첨 탈황(HDS)의 주요 인자
1) 공간속도
2) 수소 분압
3) 온도
4) 반응 압력
5) H2/oil 비
6) 원료유에 대한 영향
7) 촉매 입자 크기와 bed height
(2) 탈질소 반응(부반응)
(3) 반응물의 조성
3. 반응 모델에서 사용되는 반응
4. 물질수지와 반응속도식
(1) 반응 메커니즘
(2) 속도식
5. 설계모델링과 결과
(1) Thiophene - Time
(2) Conversion - Time
(3) Feed - Volume
7. 참고문헌
<첨부 : Matlab M-file Source>
- 본문내용
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1. 설계 공정 개요
나프타의 수첨탈황(HDS)은 촉매 개질 및 이성화 반응 공정의 전처리 단계로서 광범위하게 이용된다. 반응은 높은 온도 및 압력하에서 나프타 원료를 수소와 함께 고정 촉매층을 통과시켜 이루어진다. 주목적은 황성분 제거에 있으며 탈질소 반응, 탈산소 반응, 올레핀 포화반응도 동시에 일어난다. 이런 부반응들은 개질 반응 및 이성화 반응 시 사용되는 금속 촉매들을 피독 시키는 질소, 산소, 올레핀 등을 제거시키는데 유용하다. 황과 질소는 반응기에서 대부분 제거되며 반응기 출구에서 0.5ppm 또는 그 이하를 나타낸다. 탈황반응공정의 대략적인 흐름을 그림1에 나타내었다.
그림1. HDS공정도
수소가 과량 포함된 가스(70% H2 이상) 가 나프타 원료와 합쳐져 완전히 기화되어 주어진 반응조건으로 고정 촉매층을 통과하며, 이 과정동안 탈황 반응이 이루어진다. 반응기 유출물은 열교환되어 분리탑으로 유입된다. 분리탑에서 플래시가 되는 가스는 수소가 과량 포함되었으며 메탄, 에탄, 미량의 황화수소, 암모니아 등이 약간 포함되어있다. 수소를 과량 포함한 가스는 보충 수소 가스와 합쳐져 나프타 원료와 함께 반응기로 재순환되어 유입된다. 분리탑에서 액체 유출물은 스트리퍼로 보내져 액체에 녹아있는 황화수소 또는 암모니아를 제거하며 나프타제품과 C3와 C4 로 분리하는데 이용한다. 스트리퍼는 다음 단계인 촉매 개질 반응에서 사용되는 귀금속 촉매를 보호하기 위하여 나프타에 포함된 황 함량 규격을 맞추도록 운전된다.
2. 반응기 설계시 고려 사항
(1) 수첨 탈황(HDS)의 주요 인자
수첨 탈황(HDS)에서 운전 조건을 결정하는 제일 중요한 인자는 원료의 특성과 제품의 규격이며 이들 인자에 따라 운전모드가 결정된다. 원료의 특성에 따라 제품의 규격을 맞추기 위하여 운전조건들을 변화시키며, 이때 고려해야 할 주요 공정 운전 변수들은 다음과 같다.
1) 공간속도
공간속도(LHSV)는 다음과 같이 나타낸다.
식1. 공간속도식
다른 모든 운전 조건들이 일정하게 유지될 때 공간속도의 증가는 제품의 황 성분 증가를 초래하며 이 상태에서 일정한 제품 규격을 만족시키려면 반응온도/수소분압을 높여서 반응 가혹도를 증가시켜야 한다. 나프타 탈황반응시 공간속도는 원료의 종류에 따라 변화될 수 있다. 버진 나프타의 경우 공간속도는 7-15의 범위이며 분해 나프타는 3-6의 범위이다.
2) 수소 분압
탈황반응은 원료에 수소가 첨가되어 일어나는 수첨(Hydrotreating)반응이기 때문에 수소분압을 증가시키면 다른 운전 조건들이 일정하게 유지될 때 탈황반응
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