관형로(Tube Furnace)는 무거운 원료(Heavy Feedstocks)를 어떻게 처리합니까? 코킹 및 효율성 문제 관리

간단히 말해, 관형로(tube furnace)는 무거운 원료를 잘 처리하지 못합니다. 무거운 원료의 고유한 특성, 특히 코킹(coking) 경향이 높다는 점은 상당한 운영상의 문제를 야기합니다. 이러한 문제는 작업자가 생산 효율성을 제한하고 장비 노화를 가속화하는 상당한 타협을 하도록 강요합니다.

핵심 문제는 기존 관형로에서 무거운 원료를 처리하는 것이 코킹과의 끊임없는 싸움이라는 것입니다. 이는 코크스(coke)의 급속한 축적을 관리하고 노 자체를 보존하기 위해 성능을 희생해야 함을 의미합니다 (더 짧은 가동 시간과 덜 강렬한 크래킹을 통해).

핵심 과제: 급속한 코킹

노가 무거운 원료를 어떻게 처리하는지 이해하려면 먼저 무거운 원료가 야기하는 주요 문제인 코킹을 이해해야 합니다.

코킹이란 무엇입니까?

코킹은 노 튜브의 내부 표면에 단단한 고체 탄소 침전물(코크스)이 형성되는 것입니다. 이러한 침전물은 열 분해 반응, 특히 고온에서 발생하는 반응의 부산물입니다.

무거운 원료가 코킹을 가속화하는 이유

무거운 원료는 아스팔텐(asphaltenes) 및 중질 방향족 화합물과 같은 복잡하고 비점이 높은 분자가 풍부합니다. 이러한 구성 요소는 코크스의 전구체이며, 가벼운 원료에 비해 고체 탄소 침전물을 형성하는 중합 및 탈수소화 반응에 훨씬 더 취약합니다.

코크스 축적의 결과

코크스 축적은 단열재 역할을 하여 노에서 튜브 내부의 원료로의 효율적인 열 전달을 방해합니다. 필요한 공정 온도를 유지하기 위해 작업자는 노의 외부 온도를 높여야 합니다.

이것은 튜브에 국부적인 과열점(hot spots)을 생성하여 기계적 강도를 감소시키고 조기 파손을 유발합니다. 또한 침전물은 튜브의 내부 직경을 좁혀 압력 강하를 증가시키고 흐름을 제한합니다.

운영상의 타협 및 전략

급속한 코킹으로 인해 작업자는 이상적인 조건에서 노를 가동할 수 없습니다. 그들은 여러 가지 주요 방식으로 전략을 조정해야 합니다.

낮은 크래킹 깊이

작업자는 크래킹 깊이(cracking depth) 또는 강도를 낮출 수밖에 없습니다. 이는 일반적으로 공정 온도를 낮추거나 원료가 노에 머무는 시간을 단축함으로써 달성됩니다. 이는 코킹 속도를 늦추지만, 원료가 귀중한 가벼운 제품으로 전환되는 것을 낮추는 결과도 초래합니다.

단축된 작동 주기

심지어 강도를 낮추더라도 코크스 축적은 불가피하고 빠르게 일어납니다. 이는 훨씬 더 짧은 작동 주기를 필요로 합니다. 가벼운 원료를 사용하는 노는 몇 달 동안 작동할 수 있지만, 무거운 원료를 사용하는 노는 몇 주마다 코크스 제거를 위해 가동을 중단해야 할 수 있습니다.

제품 초점 전환

낮은 크래킹 강도와 원료의 특성 조합은 종종 작업자가 가볍고 덜 까다로운 제품 생산에 집중해야 함을 의미합니다. 더 복잡한 분자의 높은 수율을 목표로 한다면 코킹을 감당할 수 없는 수준으로 가속화할 것입니다.

트레이드오프 이해

무거운 원료를 처리하는 데 사용되는 전략은 전체 운영에 영향을 미치는 상당한 단점을 수반합니다.

연간 생산량 감소

짧은 작동 주기는 코크스 제거를 위한 더 빈번한 가동 중단으로 직접 연결됩니다. 이는 노가 제품 생산에 온라인 상태로 있는 시간보다 유지 보수를 위해 오프라인으로 보내는 시간이 더 많기 때문에 노의 연간 유효 생산 시간을 극적으로 줄입니다.

장비 수명 단축

고온 작동과 증기-공기 코크스 제거 공정 사이의 끊임없는 순환은 노 튜브에 상당한 열 스트레스를 유발합니다. 이는 과열점의 위험과 결합되어 노 튜브 및 전체 크래킹 노의 수명을 단축시킵니다.

목표에 맞는 올바른 선택

무거운 원료를 관리하려면 모든 목표를 동시에 극대화할 수 없으므로 운영 우선순위를 명확하게 이해해야 합니다.

주요 초점이 가동 시간 극대화인 경우: 낮은 크래킹 강도를 수용하고 심각한 코크스 축적을 방지하기 위해 빈번하고 계획된 코크스 제거 주기를 계획해야 합니다.
주요 초점이 자산 수명인 경우: 매우 보수적인 온도에서 작동하고 코킹 속도를 완화하기 위해 무거운 원료를 가벼운 원료와 혼합하는 것을 고려해야 합니다.
주요 초점이 실행당 전환율 극대화인 경우: 극도로 짧은 작동 주기와 가속화된 장비 노화와 관련된 높은 유지 보수 비용의 결과를 수용해야 합니다.

궁극적으로 무거운 원료를 처리하는 것은 경쟁하는 운영 및 재정적 필수 요소를 신중하게 균형 잡는 과정입니다.

요약 표:

과제	영향	완화 전략
급속한 코킹	튜브를 단열하고, 과열점을 유발하며, 열 전달을 감소시킴	크래킹 깊이를 낮추고, 작동 주기를 단축함
생산량 감소	코크스 제거를 위한 가동 중단 증가, 연간 생산량 감소	빈번한 유지 보수 일정을 잡고, 원료 혼합을 조정함
장비 노화	열 스트레스로 인한 튜브 수명 단축	보수적인 온도에서 작동하고, 더 가벼운 혼합물을 사용함

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