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  CDU공정 feed 조성에 따른 제품 spec을 맞추기 위한 온도 변화. 질문드립니다
  글쓴이 : 보오퍼   고유ID : yznz4p     날짜 : 21-07-12 15:51     조회 : 240    
일반적인 CDU 공정입니다.
preaheater 및 heater를 지나 tower에 feed되는 온도는 항상 일정합니다
bottom으로는 stripping stm이 일정하게 들어가고 pump around 는 2point 인데 유량변화를 안줍니다
tower의 상부의 온도는 항상 일정하게 유지합니다 reflux에 top온도가 연계되어져있어 top 온도에 따른 reflux변화로
온도를 일정하게 유지합니다.
overhead에는 drum이 있고 하나는 reflux로 들어가고 하나는 lpg공정으로 들어가서 하부로 납사가 나오고 상부로는
c4.이하가 올라갑니다


질문이 있는데
1.일반적으로 feed 가 light 한 성분이 많을경우 top temp온도가 올라가서 reflux 가 늘어납니다.
top온도에 변화를 주지 앟을겨우
일반적으로는 overhead로 나오는 제품 중에 lpg를 제거한 납사 distillation의 end point가 내려갑니다
feed가 heavy한 성분이 많을경우 납사의 end point가 올라갑니다.
제가 궁금한건 top  온도가 일정할경우 납사의 end point가 일정할꺼 같은데 아니라서 어떤 원리로 feed의 조성변화로 인해서 납사의 end point가 변화하는지 궁금합니다.
저는 reflux변화량 overhead 제품량(LPG+납사)을 보고 경헙적으로 예상을 하는데
안맞는 경우가 있고
reflux 변화량 overhead 제품량이 일정한 규칙이 있는게 아니라서 정리가 잘 되지가 않습니다.
이론적으로 feed 조성에 따른 납사의 end point에 어떤원리로 변화는지 잘이해가 안가서 질문드립니다

2.feed 조성에 따른 draw temp 변화에 대해서 궁금합니다.
feed가 light할 경우 draw temp가 올라가고 heavy할 경우 draw temp가 떨어집니다.
그런식으로 yield를 조정해야 제품 spec이 맞습니다
제 생각에는 feed가 light할경우 flash zone에서 bottom 제품량이 늘어나고 overhead량이 늘어나는데
아무래도 위로 상승하는 증기가 많아서 tray온도를 상승시켜서 그런가요?
draw 온도가 상승하면 제품 distillation 온도도 상승할꺼 같은데 그게아니라서요
feed조성에 상관없이 draw 온도가 일정하게 해주면 제품의 spec이 일정할꺼 같은데 아니라서
그 원리가 궁금합니다
tower feed 온도가 일정한데 bottom으로 나오는 제품의 vis도 feed 조성변화에 영향을 받는데 왜 그런지.....
선배들은 feed가 light하니깐 뭐 전체적으로 light한거지라고 말을 하는데 이론적으로 왜 그런지 궁금합니다.

부가적으로 한가지만 더 ....
tower 상부에 crude와 열교환라는 exchange가 있고 그걸 지나 fancooler가 있어 압력조절을 합니다
control valve가 있고 열릴정도로 압력이 높아지지 않지만
feed가 light하여 tower 상부의 reflux및 overhead량이 늘어날 경우 overhead drum의 압력이 떨어지고
feed에 hvy한 성분이 많아 reflux 및 overhead량이 감소할경우 overhead drum의 압력이 상승합니다.
제 생각엔 crude는 차갑고 fancooler는 tower의 압력을 일정하게 조정해주는데
tower상부에서 올라가는 뜨거운증기가 많을 경우 열교환이 덜되서 drum의 압력이 올라갈꺼 같은데
압력이 떨어져서 왜 이렇게 되는건지 궁금합니다  

초보적인 질문이긴하나 궁금합니다.
답변주시면 감사하겠습니다.





스테파노 Stefano   21-07-16 04:59
A1)Feed Crude Oil 성분에  L + N + H 성분이 일정량 들어 있을 때  Top, Side, Bottom로 동일 압력, 온도로 운전하게 되면 Top,  Side(SD), Bottom의 Yield는 변함이 없고 그에 따른 제품의 End Point도 일정하게 유지될 것입니다. 

이때 Feed 변함없이 L의 Yield를 늘이려면 End Point를 높여야 하므로 Top의 운전온도를 높여주어야 합니다.  만일 N의 Yield를 늘이고자 하면 IBP를 높이거나 EP를 낮추어 운전해야 할 것입니다.

질문에서 <.. light 한 성분이 많을경우 top temp온도가 올라가서 reflux 가 늘어납니다.>라고 적고 있는데  이는 L의 Yield를 늘여줄때의 상황이고  동일 Yield의 L을 생산할 경우라면  Top Temperature는 낮아질 것입니다.  동일 Yield 조건이라면 Light 성분이 많으면 N성분이나 H성분의 함량이 당연히 줄어들어야 같은 L 생산량을 얻게 될 것이므로 Reflux를 늘여 N과 H를 Control해 주어야 하므로 Column 내부 온도는 낮아지고 이로 인해 EP는 낮아집니다.

H성분이 많아진경우 동일 L, N ,H를 생산하려면  EP를 높여야 수율을 맞출 수 있습니다.  그리하려면 Reflux를 줄여야 가능해 지고 Column 내 온도는 올라갑니다.  Feed중 H함량이 늘어난 상태에서  L, N의 수율을 그대로 유지하거나 더 생산하고자 하면 Side Stripper에 공급하는 Steam의 양을최대 한으로 늘여야 하므로 EP는 반드시 상승하게 되어있습니다. 

정유제품은 Feed가 변하더라도 품질규격은 맞추어 주어야 할 것이므로 규격을 맞추는 조건에서 최대의 수율을 얻도록 CDU  Column의 운전조건을 유지하는 것이 요령일 것입니다.  그러므로 우선 규격, 다음엔 수율을 맞추는 조건에서 운전변수를 탐색해야 하지요.  수율이 정해지면 EP는 Stripping Steam의 양을 조절함으로써 맞출수 있습니다.

A2) 여기서도 질문내용에 <..feed가 light할 경우 draw temp가 올라가고 heavy할 경우 draw temp가 떨어집니다.>는  원료규격변화에서 <Yield를 동일>하다면 L성분이 늘어나면 Draw Temp가 낮아지고 반대로 H성분이 늘어나면 올라갈 것입니다.

Feed 성분이 동일하고 하다면 Draw Temp(DT)를 올리면 L 성분수율이 늘어나고 반대로 낮추면 H 성분수율이 늘어날 것인데 만일 L 함량이 늘어난 조건에서도 L 수율을 동일하게 유지하려면 DT를 낮추어야 하고 반대 상황에서는 DT를 높여야 하기 때문이지요.

<선배들은 feed가 light하니깐 뭐 전체적으로 light한거지라고> ...이부분은... Yield가 거의 같은 조건에서 일어나는 것으로 L성분이 늘어나면 EP 낮아지고 H 성분늘어나면  당연히 EP를 (높여야) L,N 수율을 맞출수 있다는 지극히 마땅한 상황을 언급한 것입니다.

Crude Feed 온도는 성분함량이 달라져도 일정온도를 유지하도록 제어계가 동작하기 때문에 일정온도로 CDU  Column에 유입되는 것이지만 Colum에 들어와서는 Reflux, Stripping Stem, SD에 따라 Yield, EP, SD Temp를 달리하여 운전함으로써 규격, Yield를 맞추려는 인위적 조작조건에 의해 달라진 것입니다. 

회사에 Column Simulator가 있다면  (1)Feed 성분 (2) 제품규격 (3) Yield를 달리해가면서 CDU Column을 Simulation 해보면 명확히 규명해 낼 수 있을 것입니다.

A3) Column의 압력은 Crude 성분과는 관계없이 일정하게 유지하도록 Control Valve가 동작하는데 이는 Vapor 통과 유량을 조절함으로서 조절됩니다.  압력이 일정하게 유지되는 Column에서 온도는 Column 단을 흐르는 성분의 L/H 함량에 따라 정해 집니다.  Column의 SD를 늘여주면 SD 하단에서는 Reflux가 줄게 되고 SD의 EP는 Stripping Steam량으로 조절될 것입니다.  EP조절이 규격에 적합하지 않다면 최종적으로 Blending 처리로 하면 되지만  대부분 Side Stipper 조건에 의해 정해질 것입니다.
보오퍼    21-07-16 23:28
감사합니다.feed의 API가 일정한크루드가 들어오는건 아니고 항상다른 crude가들어오고
Top온도를 reflux로 control을 하는데  top온도의 set치가 있어서
항상 일정하고 reflux량만 변합니다 overhead yield는 일정한 top온도에서 나오는데로 뽑아냅니다.
그런데 api가 높은 light한 crude가 들어올경우 bottom량은줄고 overhead량이 늘면서 reflux가 늘어납니다
Reflux가 늘어난다는건 top 온도가 올라가기 때문에 늘어나는건데 뜨거운 vapor가 많이 올라와서 top온도가 올라가고 reflux가 늘어나는거죠?
그리고 reflux가 많이 늘어날경우 overhead에서 나오는 naph의 end point가 light해지는데
Top온도가 일정해도 reflux가 늘어나서 상대적으로 hvy한 성분이 overhead로 올라오지 뭇해서 그런가요?
Top온도가 일정해도 feed조성과 reflux량에 따라서 overhead에서 나오는 naph의 end point가 어떤식으로해서 변화하는지 궁금합니다
Stefano    21-07-20 03:34
(0)질문시 내용 주제별로 번호를 부여하면 답하기가 용이합니다. 

(1) <..Reflux가 늘어난다는건 top 온도가 올라가기 때문에 늘어나는건데 뜨거운 vapor가 많이 올라와서 top온도가 올라가고 reflux가 늘어나는거죠?..>  맞습니다.
Feed 성분이 일정할 때 Top, Side, Bottom 생산량이 일정하게 유지되고 온도와 압력도 일정하게 유지됩니다.  이 때 만일 Light 성분이 많아지면 Column 상부로 Light 성분의 유량이 늘어나게되고 Light 성분에 Heavy 성분이 함께 증발되어 올라오게되어 있습니다.  왜냐하면 증발되는 Light-rich 증기중에 Light 성분만 함량이 늘게되면  Heavy 성분의 분압도 낮아져서 Heavy 성분도 함께 증발되어 나오기 때문이지요. 

Top으로 증발된 증기가 올라올 때 Light 성분만 나온다면 굳이 Reflux를 할 필요는 없습니다.  Reflux를 해주는 이유는 Light 성분과 함께 증발되어 올라오는 Heavy 성분을 응축시켜 Column Bottom 쪽으로 흘러내리도록 하기 위함입니다.  일정온도로 운전되다가 Feed 중 Light 성분 함량이 늘면 Top으로 Heavy 성분이 더 많이 증발되어 올라오게되는데 이로 인하여 Top의 온도가 상승하게 됩니다.  따라서 Heavy 성분 함량을 낮추어 주려면 Reflux를 늘여주어야 하겠지요. Column 압력이 일정할 때 Top 성분중 Heavy 함량늘어나면 온도가 올라가고 Reflux를 늘여줘서 Light  및 Heavy 성분이 일정하게 유지되면 온도도 정상으로 내려옵니다. 

(2) 이경우 만일 Reflux를 늘이지 않고 높은 온도에서 Top Distillate를 배출하게 되면 Top Product 수율이 늘어나고 End Point(EP)가 상승하게 된다는 것이지요.  Reflux Ratio(R/R)변동없이 Light 성분 수율을 늘이면 EP가 올라가지만  동일 Yield에서 R/R를 늘여주면 EP는 낮아집니다 (성분분리가 더 잘된 상태가 됩니다.).  대신 RR이 늘면 Reboiler Duty도 함께 올려주어야 하지요. 

Light 함량이 늘어났는데도 R/R를 늘이지 않으면 EP가 올가가면서 Top의 온도도 상승하는데 그 온도로 Top 제품을 얻으면 EP가 높은 제품이 얻어집니다.  Light 성분이 증가되었음에도 증가 이전의 Distillate 온도로 배출하려면 R/R를 높여주어야 하는데 그리되면 동일 EP를 갖는 제품을 얻을 수 있고 동일 규격의 Top Product를 생산할 수 있습니다.
보오퍼    21-07-22 12:39
너무 감사합니다.
질문을 하나만 더 드려도 될까요?
feed가 들어와서 bottom product (A.R) yield 에 영향을 미치는 요인이 어떤것들이 있나요?
제가 생각했을때는 feed 온도가 일정하고 stripping stm 량이 일정하면
btm량이 변하지 않을꺼 같은데 tower의 압력이 변하면 feed zone에서 상부에 올라오지 못하기 때문에
btm으로 쳐져서 btm yield가 변화하는건 맞는거 같은데 맞지요?
온도 stm 압력이 일정한 상태에서 pump around량,  reflux량이 변한다고 btm yield가 변화수가 있는가요?
flash zone 상부에 있는 overflash zone level이 넘치거나 그런건 아닌데
btm량이 변할수가 있는지요?
Stefano    21-07-24 01:45
(1) 동일 Feed에서 Bottom  Yield 가 늘어나는 이유는  Bottom성분에 Light  성분 함량을 늘였기 때문입니다.  물질지상 Bottom량이 늘면 Top 량이 줄어들게 됩니다.    Bottom 성분에 Light 성분이 늘면 Flash Point가 내려가고 IBP도 낮아집니다.

(2) 동일 Feed에 Stripping Steam이 늘면 Bottom 성분에 잔류하는 저비점 성분의 함량이 줄어들어 Flash Point가 높아지고, IBP도 높아집니다.  이로써 Bottom Yield는 줄어들고 Top Distillate에 Heavy 성분함량이 늘게 되어 EP값이 올라갑니다.

<..feed zone에서 상부에 올라오지 못하기 때문에 btm으로 쳐져서 btm yield가 변화하는건 맞는거 같은데 ..>
==> Steam이 늘면 Light 성분이 Bottom으로 잘 내려오지 못하고 Top으로 Light 성분 생산이 늘게 되므로 Bottom Yield가 줄어듭니다.    Column에서 압력이 변화하게 되면  동일 성분의 제품이 얻어져도 Column 온도가 변화되지만  Yield는 마음대로 정할 수 있습니다.  참고로.. Column 운전은 압력이 흔들리면  불가능합니다.  Column 안정운전의 첫째요소는 일정압력의 유지입니다. 
 
(3)  Column 의 액상을 외부로 순환하면서 Liquid의 현열을 외부에 방출하는 것은  Reflux를 늘여주는 효과를 낳습니다.  이는 Reflux의 온도를 더 낮추어 주는 것과 동일한 효과를 나타내는데 이런 효과를  "Internal Reflux"라고 부릅니다.   

Reflux 혹은 Internal Reflux를 늘여주는 것은 Top에 Heavy  성분함량을 낮추어 주고,  Bottom의 Light 함량을 낮추어 주는 것이기 때문에  성분분리 효과를 높여주는 것이지 Yield를 직접 결정하는 것은 아닙니다. 

Reflux가  0이면  Column 분리효과는 1단의 Flash Column 성분만을 나타내며,  Reflux가 있어야 단효율을 나타내기 시작합니다. 
Yield는  Reflux Drum,  Column Sump에서 Distillate와 Bottom을 얼마만큼 배출하느냐에 따라 결정됩니다.   
동일 조건에서 Distillate의 Yield를 늘이면  Heavy 성부이 Top으로 많이 올라여  Top Quality가 낮아지고  Bottom  Yield를 높이면 Bottom 성분에 Light 성분 잔량이 많아지고 Flash Point가 낮아집니다.  그리되면 부가가치 높은 제품 수율은 떨어지고  고비점 유분 생산량이 늘어납니다.

(4) Feed 가 Vapor-Liquid 혼합물인 경우 Reflux 전혀 없어도 Bottom Yield를 기대할 수 있지만  Feed가 Vapor만으로 들어오는 경우에는 Reflux 없이 Bottom Product를 생산해 낼 수 없습니다.  Column 중간에서 Side Draw를 하는 경우도 마찬가지입니다.
Down-comming Liquid Flow가 하면 그 유량을 최대값으로 해서 Bottom Yield는 원하든대로 정할 수 있습니다.
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