수첨분해 (Hydrocracking)

한 줄 정의: 무거운 탄화수소를 고압의 수소 존재 하에 촉매와 함께 분해해, 더 가볍고 품질 좋은 연료 성분으로 전환하는 정유 공정입니다.

쉽게 풀면

유동층 접촉분해처럼 무거운 분자를 잘게 자르는 공정이지만, 이번에는 수소 기체를 함께 넣어준다는 점이 다릅니다. 수소를 함께 공급하면 분해되면서 생기는 불안정한 조각들이 수소와 결합해서 더 안정적인 분자로 바뀌고, 불필요한 불순물(황, 질소 화합물 등)도 함께 제거되는 효과가 있습니다. 그 결과 유동층 접촉분해보다 더 깨끗하고 품질 좋은 제트유, 디젤 같은 연료를 얻을 수 있습니다. 다만 고압의 수소를 다뤄야 해서 설비 조건이 더 까다롭습니다. 무거운 탄화수소 분자를 수소 존재 하에 더 작은 분자로 쪼개는 정제 공정입니다.

왜 중요한가

황이나 질소 함량이 낮고 품질이 우수한 청정 연료를 생산할 수 있어, 환경 규제가 강화되는 시대에 정유 산업에서 그 중요성이 커지고 있습니다. 무거운 원유 유분의 활용도를 높여 원유 한 단위당 얻을 수 있는 고부가가치 제품의 비율을 늘려주기 때문에 정유 공정 최적화 연구에서 핵심적으로 다뤄집니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"Hydrocracking of vacuum gas oil was carried out over a bifunctional catalyst combining acidic and metal sites."

산성 자리와 금속 자리를 함께 가진 이기능성 촉매를 이용해 감압경유의 수첨분해를 수행했다는 설명입니다.

"Compared to fluid catalytic cracking, hydrocracking produces middle distillates with lower sulfur content."

유동층 접촉분해와 비교했을 때 수첨분해가 황 함량이 낮은 중간 유분(등유, 경유 등)을 생산한다는 비교 문장입니다.

조금 더 깊게 보면

수첨분해에 사용되는 촉매는 분자를 자르는 산성 자리와 수소를 첨가하는 금속 자리를 함께 갖춘 이기능성(bifunctional) 촉매인 경우가 많습니다. 고압 수소 조건 덕분에 코크 형성이 억제되어 촉매 수명이 상대적으로 길게 유지되는 편으로 알려져 있습니다. 산성 자리에서 분자를 쪼개는 기능과 금속 자리에서 수소화하는 기능을 함께 갖춘 이원 기능 촉매를 사용해, 단순히 분자를 쪼개는 열분해 공정보다 원치 않는 코킹과 올레핀 생성을 줄이면서 원하는 옥탄가나 세탄가를 가진 제품을 얻을 수 있습니다.

주의할 점

고압 수소를 다루기 때문에 설비 투자비와 운전 압력, 수소 공급 비용이 유동층 접촉분해보다 높다는 점을 함께 고려해야 합니다.