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에틸렌 분해로 튜브용 PTT - 내코킹성 및 내침탄성이 우수한 튜브

전문가 제언: □ 석유 화학 산업의 주원료인 에틸렌 제조 공정은 대단히 중요하며, 다양한 기술 혁신이 시도되고 있다. 에틸렌 분해로의 중심 역할을 담당하는 분해관은 장치 재료 중에서도 특히 가혹한 환경 하에 있다.

□ Fe나 Ni 성분에 의한 탄화수소의 탈수소 촉매 반응으로 판단되는 열분해 공정에서의 코킹은 크래킹 코일 튜브 내면의 전열 저항 및 압력 손실을 증대시키며, 침탄에 의해 튜브 재료의 합금 조직을 변화시켜, 체적 팽창, 열 팽창 계수의 저하, 재료 취화를 일으켜, 튜브 파손을 유발한다.

□ 크래킹 코일의 고온강도, 내크리프성 충족을 위해 사용되는 고Ni계 내열강 중의 Ni와 Fe는 강한 촉매 작용이 있어, 원료 탄화수소(주로 에탄)에 작용하여, 합금 표면에 필라멘트상의 코크를 생성한다. 또 반응 온도가 너무 높거나, 장시간 폭로되면 분해 반응이 과도하게 진행되어, 축중합 반응에 의해 비정질상의 코크가 생성된다.

□ 코킹 억제는 디코킹 등의 메인터넌스 빈도 저감뿐만 아니라, 열 분해로의 조업률 향상과 관 수명의 연장에 크게 기여한다. 최근, 내면 개질 및 내면 코팅, 전열기구(heat transfer mechanism) 개선 및 화학적 처리 등의 기술 분야에서 많은 새로운 방법이 제안되고 있다.

□ 일본의 JGC와 Special Metal은 종래의 Fe-Cr-Ni계 열 분해관의 내코킹성과 내침탄성을 크게 능가하는 철기지의 산화물 분산강화 합금(Fe-20Cr-4.5Al-0.5Ti-0.5Y2O3)의 에틸렌 분해관인 HiPEMA(High Performance Ethylene Furnace Tube)를 개발하였다. HiPEMA는 내면에 형성된 Al2O3층이 종래관의 보호피막인 Cr2O3보다 고온에서 안정하며, 코킹의 촉매 작용이 있는 Ni가 전혀 없으므로, 코킹이나 침탄을 큰 폭으로 억제한다. 2000년 9월부터의 나프타 원료의 U-형로를 이용한 상용로 시험 결과에 의하면, 연속 운전 기간이 종래재에 비해 2배 이상이었으며, 침탄 시험(1,100℃×300hr)의 결과, 관 수명이 20년 이상으로 종래의 2배 이상 되었으며, 종래보다 더 고온 하에서의 운전이 가능하였다.

저자: Kouji Ooya
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