1. 분석자 서문
보통 원유에 존재하는 금속의 양은 수 ppm에서 1000 ppm 이상까지 다양하게 존재한다. 발견되는 금속은 나트륨, 칼륨, 리튬, 칼슘, 스트론튬, 구리, 은, 바나듐, 망간, 주석, 납, 코발트, 티타늄, 금, 크롬, 니켈 등이다. 보통 금속은 naphthenic 산과 결합하여 metalloporphyrin 같은 복잡한 유기금속 화합물의 형태로 존재한다.
위에 언급된 금속 중에서 가장 양이 많고 바람직하지 않은 것은 바나듐과 니켈이다. 원
문서암호 : www.kosen21.org
1. 분석자 서문
보통 원유에 존재하는 금속의 양은 수 ppm에서 1000 ppm 이상까지 다양하게 존재한다. 발견되는 금속은 나트륨, 칼륨, 리튬, 칼슘, 스트론튬, 구리, 은, 바나듐, 망간, 주석, 납, 코발트, 티타늄, 금, 크롬, 니켈 등이다. 보통 금속은 naphthenic 산과 결합하여 metalloporphyrin 같은 복잡한 유기금속 화합물의 형태로 존재한다.
위에 언급된 금속 중에서 가장 양이 많고 바람직하지 않은 것은 바나듐과 니켈이다. 원유의 기원에 따라 바나듐의 농도는 적게는 0.1 ppm에서 많게는 1200 ppm까지 존재한다. 반면 니켈은 아주 소량에서 150 ppm까지 존재한다. 바나듐과 니켈의 양은 각각 2.2-57.9, 0.55-16.7 ppm으로 존재하였다. 이들 원유에서 황의 양은 1.1-2.8 wt%까지 변하였다.
바나듐과 니켈은 석유에서 porphyrinic과 nonporphyrinic의 두 가지 형태로 존재하는 것으로 여겨졌다. Nonporphyrinic에 대해서는 거의 알려지지 않았지만 porphyrinic에 대해서는 많이 알려져 있다. 원유에서 중금속은 아스팔텐 내에 porphyrin 화합물의 형태(아래 그림 참조)로 응집되어 있다. 이 화합물의 분자량은 420과 520 사이에 있다.
금속들은 증류과정에서 축적되어 원유의 품질에 악영향을 끼치기 때문에 많은 양의 금속을 함유하고 있는 원유는 여러 가지 처리를 통하여 금속을 제거해야 한다. 유기금속 화합물의 일부는 정유 증류 온도에서 휘발할 수 있다. FCC 원료 내에 존재하여 비휘발되는 금속 오염물들은 촉매 표면에 코크와 함께 침적되어 매우 중대한 문제를 야기한다. 니켈과 바나듐은 탈수소 능력을 가지고 있다. 따라서 이들이 촉매 표면에 존재하게 되면 탈수소 반응을 촉진시켜 코크와 경질 가스의 양을 증가시키고 가솔린의 양을 감소시키게 된다. 또한 바나듐과 니켈은 촉매의 구조를 변경시켜 촉매 성능을 저하시킨다. 연료유 내에 존재하는 금속은 연료를 태울 때 회재를 생산한다. 회재는 엔진에 침적되어 엔진을 마모시키고 보일러와 로에 해를 끼친다. 따라서 잔사유들은 반드시 금속들을 제거해야 한다.
원유에서 금속들은 다음의 두 가지 조합으로 존재한다.
- 아연, 티타늄, 칼슘, 마그네슘은 naphtenic 산과 결합하여 비누형태로 존재
- 바나듐, 구리, 니켈, 철의 일부는 기름에 용해되는 porphyrin 형태 화합물로 존재
증류는 잔사유 내의 금속 화합물 농도를 증가시킨다. 금속 화합물 대부분은 탄화수소 용매에 의해 아스팔텐과 함께 침전될 수 있다. 따라서 n-알칸으로 아스팔텐을 제거하면 최대 95%까지 오일 내의 금속 함유량을 감소시킬 수 있다.
가장 흔한 금속은 니켈과 바나듐이기 때문에, 많은 연구들이 이들 금속을 제거하는 데 중점을 두고 있다. 금속 제거를 위해서는 물리적, 화학적 방법이 사용된다. 물리적 방법은 본질적으로 아스팔텐을 제거하는 것이다. 화학적 방법은 visbreaking과 coking 같은 열적 공정과 화학적 처리가 포함된다. 아스팔텐 제거 공정에서 프로판과 같은 매우 낮은 끓는점을 가진 용매를 사용하여 경질유를 분리한다. 열적 공정은 기본적으로 잔사유 내의 수소 분포를 재배치시켜 보다 많은 수소를 함유한 경질분을 생성하고 아스팔텐과 금속은 코크 등의 형태로 제거하는 것이다.
본 자료는 이와 같이 석유의 탈금속 방법에 대한 최근 결과들을 요약한 것이다.
2. 목차
분석자 서문
1. 물리적 방법
1.1. 증류
1.2. 추출
1.3. 필터링
2. 화학적 방법
3. 수첨 촉매 반응
4. 금속 passivators
5. 결론
Reference
3. 원문정보
Mohammad Farhat Ali et al., A review of methods for the demetallization of residual fuel oils, Fuel Processing Technology, 2006년 7월
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