CATOFIN Process 이해 및 OLEFLEX와의 비교

Propylene을 만드는 Lummus 기술에는 2가지가 있으며 하나는 olefins metathesis를 이용하는 OCT (olefins conversion technology)가 있고, 다른 하나는 CATOFIN® PDH가 있다.

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하지만 이 공정을 통한 프로필렌 생산은 전체의 5%정도밖에 되지 않고, 대부분이 steam cracker와 FCC unit의 부산물로 얻어진다.

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OCT 공정은 부가가치가 낮은 부틸렌을 에틸렌과 반응하여 프로필렌을 생산하며 이 때 원료인 에틸렌은 FCC unit의 희석된 에틸렌에서 폴리머 그레이드의 에틸렌까지 다양하다. C4 역시 steam cracking이나 FCC에서 공급되며 아울러 MTBE나 BD extraction으로부터 raffinate C4도 원료로 이용된다.

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OCT 공정은 투자비가 낮고 payout은 1년 정도이며 생성물인 프로필렌의 순도가 높아 폴리머 그레이드의 spec을 초과하며 따라서 프로필렌을 원료로 사용하는 후단 공정의 운전비를 낮출 수 있다.

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Process flow diagram of polypropylene (PP) production through propane dehydrogenation (PDH)

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OCT와 달리 PDH process는 고온, 저압하에서 platinum아나 chromium과 같은 촉매를 이용한 흡열 평형 반응이다. 프로판의 프로필렌으로의 선택도는 85~92wt%를 갖고 있으며 매우 고온에서 운전됨에 따라 촉매층에는 coke가 생성될 수 있어서 이로 인해 효율이 감소된다. 결과적으로 프로판의 전환율과 프로필렌으로의 선택도도 낮아지게 된다.

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steam cracker의 feed가 light material로 변경되면서 프로필렌 생산량이 줄고 운전조건 변경에 의해 생산량이 영향을 받게 됨에 따라 이와는 별도로 독립적으로 운전할 수 있는 PDH가 생산량 수급 조절 면에서는 유리하다.

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Catofin Process의 Reactor 배열 및 가열방식

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한편 CATOFIN 공정은 상업적으로 검증이 된 고정층 반응 공정으로 원료는 프로판이며 여기에 탈수소화 반응을 통해 프로필렌을 생성한다.

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CATOFIN 8-reactors: (a) Installation, (b) 3D layout installation

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CATOFIN 공정의 경우 개별 반응기는 반응과 재생의 cycle운전을 하며 여러 개의 반응기가 운전됨에 따라 전체적으로는 자동화된 프로그램에 의해 cyclic방법으로 운전하므로서 continuous operation이 가능하다. 재생과정에서 hot air가 공급되어 촉매층의 coke를 제거하면서 재생을 한다.

CATOFIN process flow diagram (PFD)

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Clariant에서 생산되는 upgrade된 촉매를 이용하여 92mol%이상의 selectivity가 가능하다. 열역학적으로 진공 및 저온조건에서 파라핀을 올레핀으로 전환시 높은 전환율과 선택도를 제공한다.

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Process & conditions for CATOFIN-ABB Lummus Plants in the Kingdom of Saudi Arabia

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CATOFIN기술은 프로필렌 뿐만 아니라 iso butylene (이 때 원료는 iso butane)도 생산할 수 있으며 동시에 같은 반응기에서 두 물질을 생산할 수 있다.

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CATOFIN reactor

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CATOFIN 장점은 아래와 같다.

• on stream factor가 높다.
• pass당 conversion (>45% for propane and >53% for iso-butane)과 selectivity (>88% wt/wt for propane and >89% wt/wt for iso-butane)가 높다.
• 투자비와 운전비가 낮다.
• 원료 소모량이 낮다.
• 원료의 pretratment가 필요없다.
• H2 yield가 높다.
• start-up시간이 빠르다.
• T/A가 용이하고 짧다.
• 단일 train capacity가 크다. (C3/C4 PDH 년산 백만톤 이상)
• 촉매비용이 낮다.
• 반응기 재질은 저렴한 CS를 사용한다.
• 특허를 요구하는 설비가 없다.
• 촉매 make-up이 필요없다.
• chlorine이나 caustic treating이 필요없다.
• H2 recycle이나 dilution steam이 필요없다.

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Process and conditions for OLEFLEX-UOP Plants in the Kingdom of Saudi Arabia

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CATOFIN 공정과 경쟁관계인 OLEFLEX 공정과의 간략한 비교는 아래 참조한다.

A comparison between PDH technologies (CATOFIN vs. OLEFLEX)

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UOP OLEFLEX process flow diagram (PFD)

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두 기술은 600도 이상의 고온과 1bar이하의 저압에서 운전이 되며 CATOFIN공정은 chromium-oxide catalyst가 있는 수평형 고정층의 parallel 반응기를 이용하지만, OLEFLEX공정은 platinum catalyst가 있는 수직형 이동층 series반응기로 설계된다.

 

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