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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국화학연구원 Korea Research Institute of Chemical Technology |
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연구책임자 | 이철위 |
참여연구자 | 노남선 , 황성도 , 한종일 , 김영수 |
보고서유형 | 2단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2017-08 |
과제시작연도 | 2016 |
주관부처 | 과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 | TRKO201800037876 |
과제고유번호 | 1711046546 |
사업명 | 국가과학기술연구회연구운영비지원 |
DB 구축일자 | 2018-09-01 |
키워드 | 저가 중질유분.고품위화.패키지 공정.합성원유.화학원료.건설/포장용 재료.Low-Cost Heavy Oil Fractions.Upgrading.Package Process.Synthetic Crude Oil.Chemical Feedstocks.Construction/Paving Materials. |
1. 최종 연구 목표
■ 본 연구는 “고품위화 패키지 공정 개발을 통하여 저가의 중질유분[초중질원유(Extra-Heavy Oil), 천연역청(Natural Bitumen), 감압잔사유(Vacuum Residue)]으로부터 청정 합성원유, 고부가 석유화학제품, 고성능 건설/포장용 재료의 생산기술 확보”를 최종 연구목표로 하고 있음.
2. 연구내용 및 결과
■ 저가 중질유분으로부터 수첨분해반응을 이용한 화학원료/연료제조 기술 개발
♦ 중질유 전처리 기술개발 (황, 질소, 산, 염, 중금속 제거기술)
♦
1. 최종 연구 목표
■ 본 연구는 “고품위화 패키지 공정 개발을 통하여 저가의 중질유분[초중질원유(Extra-Heavy Oil), 천연역청(Natural Bitumen), 감압잔사유(Vacuum Residue)]으로부터 청정 합성원유, 고부가 석유화학제품, 고성능 건설/포장용 재료의 생산기술 확보”를 최종 연구목표로 하고 있음.
2. 연구내용 및 결과
■ 저가 중질유분으로부터 수첨분해반응을 이용한 화학원료/연료제조 기술 개발
♦ 중질유 전처리 기술개발 (황, 질소, 산, 염, 중금속 제거기술)
♦ 기존 상용화 Mo/Al2O3계 촉매 대신 Mo/Fe2O3계 촉매 및 성형 기술 개발
♦ 기존 고가의 수첨분해용 촉매 대신 저가의 철 산화물 촉매 개발
♦ 저가 중질유분 수첨분해반응을 위한 고온·고압 회분식 반응기, 연속식 반응기 설계 및 제작
♦ 기 개발된 촉매 및 반응시스템을 활용한 중질유의 수첨분해반응 기술개발
♦ 중질유 개질에 필요한 촉매 효율 향상, 생성물 품질 향상 기술 개발
■ 저가 중질유분의 고효율 SDA 핵심 기술 개발
♦ 계면활성제를 기반으로 하여 SDA 공정에서 DAO(Deasphalted Oil)의 품질을 향상시키고, 용매/오일 비율을 저감할 수 있는 SDA 전처리 기술을 개발
♦ SDA 생성물과 저가 중질유분의 성상 분석과 물성 측정을 위하여 표준분석법을 분석하고 세부시험 절차를 확립
♦ 오일샌드 역청으로부터 추출한 아스팔텐 개질 물질을 이용하여 SDA 과정에서 아스팔텐 성분의 추출 효율을 향상하고 점도를 감소시킬 수 있는 원천 기술을 개발
♦ CO2를 활용한 새로운 용매 회수 단계를 적용하여 기존의 SDA 공정에 적용된 용매 회수 공정의 효율을 향상시키고 운전비를 절감할 수 있는 가능성을 제시
■ 저가 중질유분의 경질화 부산물을 활용한 도로포장용 재료 및 시공기술 개발
♦ 기존 포장 재료 대체 기술 개발을 통한 국토 교통부 시범사업 추진
♦ 특수 아스팔트 포장 재료 대체 기술 개발을 통한 서울특별시 교면포장 보수 사업 추진
♦ 기술이전이 완료된 균열 보수재 기술 개발을 통한 국토 교통부 국토유지관리 사무소 및 각 지자체 사업 추진
♦ 대량 생산 및 현장 적용을 위한 개발 기술 개량
♦ 현장 적용 및 추적 조사를 통한 현장 공용성 확보
♦ 개발 기술에 대한 현장 시공 품질 관리 매뉴얼 및 국가 시방 기준 개발
■ SDA 공정의 최적화 및 설계 기술 개발
♦ 실증 규모의 고효율 SDA 공정에 대한 기본 설계를 도출
♦ 원료 저장/공급, 용매 추출, DAO 분리, DAO/용매 회수장치로 구성되는 실증 규모 설비의 기본 설계
■ 저가 중질유분의 경질화 부산물을 활용한 도로 포장 재료의 성능 향상을 위한 개량 기술 개발
♦ 연질화 성능 향상을 통한 기존 아스팔트 포장 재료 대체 기술 개발
♦ 노화 안정성 확보를 통한 경제성 확보
♦ 아스팔트 박리 방지 성능 기술 개발을 통한 포트홀 및 도로균열 해결가능성 제시
3. 연구결과 활용
♦ 연료로 사용되고 있는 석유화학 저급유분 업그레이딩 기술을 확보, 고급연료 및 고부가 화학 원료 생산기술을 확보함으로써, 국내 석유화학 촉매, 공정기술로 도약 가능
♦ 전적으로 수입에 의존하고 있는 “저급 유분 고도화 공정기술”에 적용가능
♦ 석유화학 산업현장에서 발생하는 다양한 종류의 저급유분을 고도화 시킬 수 있는 촉매, 공정기술에 적용 가능
♦ 저급원료 전처리(불순물정제)에 의한 최종 생성물 수율 증진 기술 확보
♦ 기존의 고비용 경질화 공정과 차별화된 중질유 고도화 공정에 대한 상용화 기술을 개발하기 위한 원천기술로 활용될 수 있음.
♦ SDA 공정에 적용 가능한 유기용매에 대하여 DAO와의 분리 특성을 파악하고 최적 운전 조건을 도출함으로써 전체 SDA 공정의 운전비용을 절감할 수 있는 효율적인 DAO/용매 분리 방안의 활용이 가능함.
♦ 경질화 공정의 고도화로 인하여 생산되는 부산물을 활용하여 도로포장용 재료로서의 물리/화학적 평가를 통해 가능성을 평가하고 이를 개량할 수 있는 핵심 기초 원천기술을 개발함으로 기존 포장 재료를 대체할수 있음.
♦ 경질화부산물을 활용하여 현재까지 개발된 포장 재료는 기존 재료에 비해 20%이상의 공용성능의 향상을 나타내며 경제적으로도 재료비 측면에서 기존 재료에 비해 15~50%로 예산 절감이 가능함. 또한 Pitch를 활용한 포장 시공 공법은 기존 포장 공법과 동일하게 적용함으로서 시공비용의 절감을 기대할 수 있음.
※ 경제성분석(예시-기존 일반 아스팔트 포장 재료 대체)
- 2012년 기존 아스팔트 혼합물 생산량 2천 3백만톤(한국아스콘공업협동조합 통계자료)이며, 순수 아스팔트 첨가량은 약 1백 15만톤임.
- 이를 Pitch 아스팔트(VR 60만톤 처리기준에 따른 아스팔트 제조비용 적용)로 전량 대체시, 약 8백 60억원/년의 국가 예산 절감 효과
♦ 향후, 경질화 공정의 고도화로 인하여 생산되는 Pitch의 품질은 지속적으로 감소될 것으로 전망되며 이를 도로포장용으로 활용하기 위한 국내 원천 기술 개발을 통하여 국가 경쟁력 확보 및 세계시장 선점을 통한 해외기술 수출이 가능
( 출처: 보고서 요약서 4p )
2. RESEARCH CONTENTS AND RESULTS
◆ Production technologies of petrochemicals/fuels from low value heavy oil by hydrocracking
♦ Removal of impurities such as sulfur, nitrogen, acid, salt, heavy metals in the feedstock of heavy oil
♦ Preparation of new heterogeneous catalysts containing Mo ov
2. RESEARCH CONTENTS AND RESULTS
◆ Production technologies of petrochemicals/fuels from low value heavy oil by hydrocracking
♦ Removal of impurities such as sulfur, nitrogen, acid, salt, heavy metals in the feedstock of heavy oil
♦ Preparation of new heterogeneous catalysts containing Mo over Fe-oxides in stead of Mo over alumina which is known as commercial and their pelletization
♦ Design and construction of fixed-bed and continuous reactors for hydrocracking of heavy oil which will be working in the high temp. and pressure conditions
♦ Hydrocracking reactions of heavy oil with fixed-bed and continuous reactors under optimum operation conditions over newly developed catalysts
■ Development of High-Efficiency SDA Technology for Heavy Oil Fractions
♦ Development of SDA pre-treatment technology based on surfacrnats which can enhance the DAO quality and reduce solvent/oil ratio
♦ Establishment of standard test method and analysis procedure for the characterization of SDA products and heavy oil feed
♦ Development of core technology using asphaltene reforming material from oil sands bitumen, which can be used to improve asphaltene extraction efficiency and suppress viscosity
♦ Application of new solvent recovery system based on CO2 and suggestion as the solvent recovery efficiency increase and OPEX reduction method
■ Development pavement materials and construction technology using by-product from upgrading package process of low cost heavy oil fraction
♦ National pilot project promotion of the Ministry of Land Transport and Maritime Affairs for the technology using alternative pavement materials
♦ Maintenance project promotion of the bridge-deck pavement in Seoul using the alternative technology for the special asphalt materials
♦ Implementing the crack sealing technology, transferred to the private company, to the projects of the Maintenance Office of Ministry of Land Transport and Maritime Affairs and each local government
♦ Improvement of the developed technologies for mass production and field application
♦ Achievement of field performance through on-site application and follow-up survey
♦ Development of on-site construction quality management manual and national standard for developed technologies
■ Optimization of SDA process and obtaining design technology
♦ Acquisition of preliminary design data for high-efficiency SDA process
♦ Basic design of demo-scale process composed of feed storage/supply, solvent extraction, DAO separation and DAO/solvent recovery unit
■ Development of improvement technology to enhance the performance of alternative pavement materials using pitch of low cost heavy oil fraction
♦ Development of the alternative technology through improvement of softening performance
♦ Securing the economic feasibility by improving aging stability
♦ Proposing a preventing technology for porthole and road crack by developing anti-stripping technology of asphalt materials
3. APPLICATIONS OF THE RESULTS
♦ By securing technologies about production of high quality fuels and raw chemicals by upgrading of low value heavy oil which can be used as a low grade fuel, catalysts and processes for domestic petrochemical industry can be a basis of the technology.
♦ Can be applied to “upgradation technology of low value heavy oil” which totally depends on imports currently.
♦ Can be applied to catalysts and processes of upgrading technology for various low grade heavy fractions in the petrochemical industry
♦ Yield increasement of final product by pretreatment of low value feedstock such as impurities removal.
♦ Can be applied to core technology for commercialization of the upgrading process which is different from existing high cost process.
♦ Effective DAO/solvent separation method which reduce overall SDA process OPEX can be utilized through the understanding of DAO separation characteristics and operation condition optimization.
♦ Can substitute existing road pavement materials by using byproducts formed during upgrading process after evaluation physical and chemical properties of final products.
♦ Performance of newly developed materials shows improved performance higher than 20% and materials cost saving by 15~50%, and also construction cost saving using pitch as a road pavement materials.
※ Economic analysis(for example - replacement of conventional asphalt pavement material)
- The amount of asphalt mixture is about 23 million tons in 2012(from statistics of Korea Federation of ASCON Industry Cooperative), and the amount of asphalt binder added is about 1.15 million tons.
- If replacing the whole amount with Pitch asphalt(based on the cost of manufacturing asphalt according to VR 600,000 ton processing), it will reduce the national budget by about 86 billion won per year.
♦ In the future, it is expected that the quality of pitch will be decreased, and newly developed domestic core technology for production of road pavement materials can be exported through technology competitiveness and world market preemption.
( 출처: SUMMARY 45p )
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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