NCC공정 (나프타 스팀 크래킹) 제조 공정 시뮬레이션 LCI · 석유화학 lcaweb

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. NCC공정 공장 조감도 — 5단계 공정 + 6 유틸리티 공정 구역 (S1 → S5, TYPE-B 분기형) 유틸리티 구역 (U1–U6) S1 원료 전처리 — Naphtha Preheat + DS Mixing Preheat+DS Mix ● 나프타 (3.0-3.3t) ↻ 희석스팀 (0.5-0.7 S/HC) ● DMDS 41ppmw → 예열혼합가스 S1 원료 전처리 S2 열분해 — Cracking Furnace + TLE TLE ● 예열혼합가스 ▲ 연료가스 18-20GJ ○ BFW 2-4 m³ → Cracked Gas ↻ HP스팀 3-4t ↑ CO₂ 1.0-1.6 t/t ↑ NOx 50-90 mg/Nm³ ↓ 코크 0.3-1 kg/t COT 800-850°C S2 열분해 S3 급랭 — Primary Fractionator + Quench Water Tower PFC QWT ● Cracked Gas ○ 냉각수 (QO루프) ○ DS 응축수 회수 → 분해가스(가벼움) → PG/RPG 18-22% ↓ Sour Water ↓ FO 1-6% PFC top 120°C S3 급랭 S4 압축/정제 — CGC + Caustic + MS Dehydrator CGC 5단 Caustic MS Dry ● 분해가스 ● NaOH 1-3 kg/t ⚡ HP 스팀(터빈) → 건조분해가스 ↓ Spent Caustic 10-15kg ↓ Spent 분자체 1→40 bar, 5단 S4 압축/정제 S5 저온분리 — Cold Box + 분리탑 군 Cold Box C1탑 C2 Spl C3 Spl ● 건조분해가스 ○ C₂/C₃ 냉매 ● Pd 촉매(C2/C3 수첨) Demeth -170°C / C2Spl -35°C S5 저온분리/회수 → 에틸렌 30-32% (PG 99.95%) → 프로필렌 14-17% → C4 mix 5-10% (BD) → PG/RPG 18-22% (S3) → H₂ 0.8-1.0% ↻ 메탄(Fuel Gas) 13-16% → U1 → S2 분해로 재순환 U1 Fuel Gas System Fuel Gas Drum + KO/Comp U1 연료가스 ▲ 보조 FO U2 Steam System HP120bar / MP / LP Deaer + DSG U2 스팀시스템 ○ BFW ↻ 응축수 U3 Cooling + Refrigeration Cascade U3 냉각/냉동 ○ 보충수 8-15m³ → C₂/C₃ 냉매 ↓ CT Blowdown U4 Spent Caustic Treatment (WAO) WAO Reactor U4 WAO ● Spent Caustic ○ 공기 → WWT U5 Flare + Flare Gas Recovery U5 Flare+FGR ● 비상 가스 ↑ HRVOC ~45t/event U6 Sour Water Stripper U6 SWS ● Sour Water ↻ 스트리핑스팀 ↑ H₂S/NH₃ → 회수 범례 (물질 흐름) 나프타 (원료) Cracked Gas (중간) 에틸렌/프로필렌/C4/PG 연료가스 (재순환) 스팀 (HP/MP/LP) 냉각수 냉매 (C₂/C₃) NaOH/Pd 촉매/MS/DMDS 대기배출 (CO₂/NOx) 수계배출 (Sour Water) 고형폐기물 (Caustic/MS/코크) 응축수 회수 (DSG)

주공정 흐름 (S1 → S5, TYPE-B 분기형)

나프타(3.0–3.3 t/t-eth)는 S1 원료 전처리에서 희석스팀(S/HC 0.5–0.7)과 혼합·예열된 뒤 S2 분해로로 들어간다. 분해로는 800–850°C COT에서 열분해되어 분해가스(Cracked Gas)를 만들고, TLE가 350–400°C로 급랭하면서 HP 120 bar 스팀 3–4 t/t를 회수한다. S3 급랭에서 가솔린정류탑(PFC)·급랭수탑(QWT)이 PG/RPG(18–22%)와 FO(1–6%)를 1차 분리한다. S4 압축/정제의 CGC(5단, 1→40 bar)가 분해가스를 압축하고, 가성소다 세정·수세·분자체 건조로 산성가스와 수분을 제거한다. S5 저온분리에서 Cold Box(-170°C)와 Demethanizer·C2/C3 Splitter·아세틸렌/MAPD 수첨반응기 군이 에틸렌(30–32%, 99.95%)·프로필렌(14–17%)·C4 mix(5–10%)·H₂(0.8–1.0%)·메탄(13–16%)을 분리한다. 메탄은 U1 연료가스로 재순환되어 분해로 자급률 70–90%를 달성한다.

유틸리티 통합 (U1–U6)

NCC의 핵심 통합 포인트는 에너지·물·약품의 폐쇄 루프이다. U1 연료가스는 S5 회수 메탄을 우선 사용해 S2 분해로 18–20 GJ/t를 공급하고 부족분만 외부 FO로 보충한다. U2 스팀은 TLE 회수 HP120bar + 보일러 보충으로 HP/MP/LP를 만들어 S1 희석스팀·S4 CGC 터빈 구동·S6 SWS 스트리핑까지 책임지며, DSG 응축수 회수율이 70–85%다. U3 냉각·냉동은 냉각탑(보충수 8–15 m³/t) + 프로필렌·에틸렌 냉매 캐스케이드로 S3 QWT, S4 인터쿨러, S5 Cold Box를 동시에 지원한다. U4 WAO는 S4의 Spent Caustic 10–15 kg/t를 120–220°C, 30–100 bar에서 산화 처리해 WWT로 보낸다. U5 Flare+FGR은 비정상 운전 시 HRVOC ~45 t/event를 안전 연소하고 정상 시 FGR 압축기로 회수한다. U6 SWS는 S3 응축수의 H₂S/NH₃를 스팀 스트리핑으로 제거한다. Scope 1 CO₂는 분해로 연소에서 1.0–1.6 t/t-ethylene 발생하며, NOx는 LNB로 50–90 mg/Nm³, SOx <10 mg/Nm³로 EU LVOC BREF BAT-AEL을 충족한다.

공정 5단계 LCI 상세

기준 단위: 1 ton ethylene (PG, polymer grade) · 토폴로지: TYPE-B (분기형)

S1. 원료 전처리 — Feed Preheat & Dilution Steam Mixing

원유 정제 시 나오는 나프타를 분해로에 보내기 전, 미리 따뜻하게 데우고 수증기와 섞는 단계다. 마치 라면을 끓이기 전에 물을 미리 끓여 두는 것과 비슷한데, 분해로에 차가운 원료가 그대로 들어가면 효율이 떨어지기 때문이다.
희석 스팀이 분해로 내 코크(탄소 침적) 형성을 약 30% 줄여 코일 수명을 늘리고, 에틸렌 선택성을 높인다.
현장 인사이트
  • 관찰되는 것: 나프타 저장탱크의 floating roof가 계절·재고 따라 위아래로 움직이고, preheater 배관 단열재에 hot spot(국부 고온)이 보이면 단열 손상 신호.
  • 주의: 나프타 안 미량의 수분이 emulsion(유수 혼합)을 만들면 DSG(희석스팀 발생기) 부식·응축수 회수 불량으로 이어진다.
  • 운전 변수: Steam/HC 비를 0.1 kg/kg 올리면 코킹이 25–30% 줄지만, 동시에 분해로 fired duty가 늘어 연료 소비가 증가한다.
  • 설비: Naphtha Storage Tank · Feed Preheater · Dilution Steam Header.
  • 운전 조건: 나프타 ~80°C, 희석 스팀 600–700°C, S/HC 비 0.5–0.7 kg/kg.
S1 원료 전처리 — 저장탱크 + 예열기 Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. Naphtha Tank Preheater DS 600–700°C → S2
구분물질수량 (per t-eth)신뢰도출처
투입 (주원료) 나프타 3.0–3.3 t 확인 Wikipedia / Lummus
투입 (유틸리티) 희석 스팀 1.5–2.5 t 확인 RSC 2025 / Linde
투입 (유틸리티) 전력 (펌프·예열 보조) 소량 추정 업계 일반
산출 예열된 나프타+스팀 혼합물 → S2 4.5–5.8 t 확인 Mass balance
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S2. 열분해 — Pyrolysis / Cracking

800–850°C의 초고온에서 나프타 분자(C5–C12)를 약 0.5초 만에 깨뜨려 에틸렌·프로필렌 같은 작은 분자로 만든다. 사실상 인공적인 "분자 부수기"로, 분해로 코일 안에서 거대한 탄화수소가 잘게 쪼개진다.
분해로가 NCC 전체 에너지의 65–78%를 차지하는 단일 최대 에너지 소비원. 운전 1°C 차이로 에틸렌 수율이 0.1–0.2 wt% 움직인다.
현장 인사이트
  • 관찰되는 것: 8–10기의 furnace bay가 평행 배열, 보일러창으로 본 화염은 푸른빛–주황색, 굴뚝은 거의 무색(clean burn)이고, 100 dB을 넘는 burner roar가 들린다.
  • 주의: 코일 coking → ΔP↑·효율↓, TLE fouling → HP 스팀 생성↓, hot spot → 코일 파열 사고. 30–60일마다 20–40시간짜리 decoking 작업이 필요하다.
  • 운전 변수: COT(코일 출구 온도) +1°C → 에틸렌 +0.1–0.2 wt%, 동시에 coking +5–8%. Residence time 0.2–1.0초·S/HC 비와 함께 trade-off로 관리.
  • 설비: Cracking Furnace (대류부+복사부, 8–10기) · Low-NOx Burner · Radiant Coil · TLE (Transfer Line Exchanger) · Decoking Drum.
  • 운전 조건: COT 800–850°C, residence 0.2–1.0 s, fired duty 18–20 GJ/t-eth, TLE 출구 350–400°C, HP 스팀 120 bar.
S2 열분해 — Cracking Furnace + TLE + Stack Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. 대류부 복사부 CO₂↑ TLE
구분물질수량 (per t-eth)신뢰도출처
투입 예열된 feed (from S1) 4.5–5.8 t 확인 S1 산출
투입 (연료) 연료가스/연료유 18–20 GJ LHV 확인 RSC 2025
투입 (보조) DMDS (anti-coking) 41 ppmw S/HC 확인 Arkema E2
투입 (유틸리티) 보일러 급수 (TLE용 BFW) 3–4 t 추정 업계 일반
산출 (중간) Cracked Gas (~800°C) → S3 4.5–5.8 t 확인 Mass balance
산출 (회수) HP Steam 120 bar (TLE 회수) 3–4 t 확인 RSC, Linde
배출 (대기) CO₂ (Scope 1) 1.0–1.6 t 확인 ThaiScience 실측 1.57±0.56
배출 (대기) NOx (LNB / SCR 후) 50–90 / <60 mg/Nm³ 확인 EU LVOC BREF
배출 (대기) SOx <10 mg/Nm³ 확인 EU LVOC BREF
배출 (decoking 시) CO / PM (이벤트성) event-based 추정 업계 일반
폐기물 코크 (decoking) 0.3–1 kg 추정 업계 일반
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S3. 급랭 — Quench

분해로에서 막 나온 800°C 가스를 0.1초 안에 약 400°C로 식혀 반응을 멈춘다. 늦게 식히면 만들어진 에틸렌이 다시 부서지거나 코크가 늘어나기 때문이다. 이때 폐열로 만든 HP 스팀이 다음 단계 압축기를 돌리는 동력으로 쓰인다.
급랭이 늦으면 부산물(코크·heavy)이 늘어 수율이 떨어진다. TLE는 millisecond 단위 1차 급랭, 이어 PFC·QWT가 2·3차 급랭을 담당한다.
현장 인사이트
  • 관찰되는 것: PFC 환류 펌프 진동·소음, 외장 단열재의 hot spot, pygas(열분해 가솔린) 누출 시 황색→갈색 변화 등이 관찰된다.
  • 주의: PFC 하부에 tar가 침전되면 순환 펌프가 막히고, quench oil 점도(viscosity)가 올라가면 환류량이 떨어진다. Emulsion 발생 시 DSG 부식 위험.
  • 운전 변수: Quench oil 환류비 0.8–1.2 유지, QWT top 35–40°C 유지가 분리 효율의 핵심. PFC 하부 180–200°C가 무너지면 heavy fuel oil 회수율도 흔들린다.
  • 설비: Primary Fractionator (PFC) · Quench Water Tower (QWT) · Process Water Stripper · Quench Oil 순환 펌프.
  • 운전 조건: TLE 출구 400°C → PFC top 100–120°C / bottom 180–200°C, QWT top 35–40°C.
S3 급랭 — Primary Fractionator (PFC) + QWT Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. PFC 400°C QWT 35–40°C Fuel Oil → S4
구분물질수량 (per t-eth)신뢰도출처
투입 Cracked Gas from TLE (400°C) 4.5–5.8 t 확인 S2 산출
투입 (순환) Quench Oil 보충량 소량 추정 업계 일반
투입 (유틸리티) Cooling Water (U3) TBD 미확정 U3 시스템
산출 (중간) 급랭된 cracked gas (~200°C) → S4 4.0–5.0 t 확인 Mass balance
산출 (제품) Fuel Oil (heavy bottom) 1–6 wt% 확인 업계 일반
산출 (회수) Process Condensate → DSG 회수 ~1.5–2 t 추정 Mass balance
폐기물 Oily wastewater sludge (지정) 0.5–2 kg 추정 업계 일반
폐기물 (수계) Sour water → U6 SWS TBD 미확정 U6 시스템
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S4. 압축/정제 — Compression & Treating

분해가스를 1–2 bar에서 40–50 bar까지 약 30–50배로 압축하고, 그 사이 가성소다 세정으로 산성가스(CO₂·H₂S)를, 분자체로 수분을 제거해 다음 저온분리 단계에 깨끗·건조한 가스를 보낸다. 거대한 5단 압축기가 일렬로 늘어선 모습이다.
압축 단간 caustic scrubber가 산성가스를 99% 제거하고, MS dehydrator가 수분을 ppm 수준까지 낮춰야 -170°C cold box에서 결빙(icing)이 안 일어난다.
현장 인사이트
  • 관찰되는 것: CGC 5단 베어링 진동을 25 µm 이하·온도 90°C 이하로 본다. Caustic tower에 발포(foaming)가 보이면 polymer 흡착 신호.
  • 주의: 압축단에 polymer fouling이 쌓이면 진동·소비전력이 함께 튀어오르고, surge(역류) 한 번이면 베어링 손상. Caustic scrubber에 Na₂CO₃ 결정이 plugging을 일으킨다.
  • 운전 변수: CO₂ + NaOH → Na₂CO₃ 결정 한계(통상 12 wt% NaOH 후단) 미만 운전. MS regen 200–250°C / 8–24 hr 사이클 확보가 cold box 안정성의 전제.
  • 설비: Cracked Gas Compressor (CGC, 5단, 50–80 MW) · Inter-stage Cooler · Caustic Scrubber · Water Wash · Molecular Sieve Dehydrator (3A).
  • 운전 조건: 1–2 → 40–50 bar (5단), 3단 후 caustic 0.5–12 wt% NaOH, MS regen 200–250°C / 8–24 hr.
S4 압축/정제 — CGC 5-stage + Caustic + MS Dryer Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. C1 C2 C3 C4 C5 1–2bar NaOH MS 3A 40bar
구분물질수량 (per t-eth)신뢰도출처
투입 Cracked Gas from S3 4.0–5.0 t 확인 S3 산출
투입 (보조) NaOH (가성소다) 1–3 kg 확인 Petro-Online Applitek
투입 (보조) 분자체 (3A, 교체분 등가) 0.02–0.1 kg 추정 업계 일반
투입 (유틸리티) HP Steam (CGC turbine 구동) 3–4 t (회수) 확인 S2 자체 회수
투입 (유틸리티) Cooling Water (inter-cooler) TBD 미확정 U3 시스템
산출 Dried cracked gas (40 bar) → S5 3.8–4.7 t 확인 Mass balance
폐기물 (지정) Spent Caustic → U4 WAO 10–15 kg 확인 Petro-Online Applitek
폐기물 Spent MS bed (3–5년 교체) 소량/사이클 추정 업계 일반
배출 (대기) VOC fugitive (LDAR 관리) TBD 미확정 EU LVOC BREF
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S5. 저온분리/제품회수 — Cryogenic Separation & Recovery

-170°C라는 극저온에서 메탄·수소·에틸렌·프로필렌 등을 끓는점 차이로 하나씩 분리한다. Cold Box는 거대한 단열 박스 안에 BAHX(Brazed Aluminum Heat Exchanger)가 들어 있고, 그 뒤로 demethanizer→deethanizer→C2 splitter 같은 탑이 줄지어 선다.
에틸렌 폴리머 그레이드 ≥99.95% 도달. 아세틸렌 수첨반응기가 에틸렌 안의 아세틸렌을 0.5 ppm 미만까지 제거해 LDPE/HDPE 촉매독을 차단한다.
현장 인사이트
  • 관찰되는 것: Cold box 외부의 frost band(서리 띠)는 단열 손상의 가장 빠른 시각 신호다. Demethanizer 운전 안정성은 cold box 입구 가스 건조도에 직접 묶여 있다.
  • 주의: MS regen 불량 → cold box icing, acetylene converter runaway → bed T > 250°C, Pd 촉매는 1–3년마다 교체해야 acetylene slip이 spec을 넘지 않는다.
  • 운전 변수: Front-end converter CO 100–300 ppm 유지(선택성 확보), 분자체 5–7년 교체. C2 splitter 환류비가 에틸렌 순도와 에너지 사용량의 가장 큰 trade-off.
  • 설비: Cold Box (BAHX) · Demethanizer · Acetylene Converter (Pd/Al₂O₃) · Deethanizer · C2 Splitter · MAPD Converter · Depropanizer · C3 Splitter · Debutanizer.
  • 운전 조건: 메탄 분리 -170°C, propylene refrig -40°C, ethylene refrig -100°C, demethanizer top -100°C.
S5 저온분리 — Cold Box + Demethanizer + C2/C3 Splitters Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. Cold Box -170°C C1 C2sp C3sp CH₄/H₂↑ C₂H₄↑ C₃H₆↑ C4/Pygas↓
구분물질수량 (per t-eth)신뢰도출처
투입 Dried cracked gas from S4 3.8–4.7 t 확인 S4 산출
투입 (냉매) Propylene Refrigerant (-40°C) cascade 순환 추정 업계 일반
투입 (냉매) Ethylene Refrigerant (-100°C) cascade 순환 추정 업계 일반
투입 (전력) 전력 (보조 + e-compressor 일부) 600–1,000 kWh 추정 업계 일반
투입 (촉매) Pd/Al₂O₃ (수첨, 5–8년 교체) 0.5–2 m³/사이클 추정 업계 일반
산출 (제품) 에틸렌 (polymer grade ≥99.95%) 30–32 wt% 확인 업계 일반
산출 (제품) 프로필렌 (polymer grade ≥99.5%) 14–17 wt% 확인 업계 일반
산출 (제품) Mixed C4 (BD 원료) 5–10 wt% 확인 업계 일반
산출 (제품) PG/RPG (열분해 가솔린, BTX) 18–22 wt% 확인 업계 일반
산출 (회수·재순환) 메탄/H₂ → S2 fuel gas + H₂ 출하 15–18 wt% 확인 업계 일반
폐기물 (지정) Spent Pd catalyst (Pd 회수) 0.5–2 m³/5–8년 추정 업계 일반
폐기물 Spent MS bed 30–150 t/3–5년 추정 업계 일반

물질 흐름 Sankey 다이어그램

1 ton 에틸렌 생산 기준 — 주원료(나프타 3.0 t) + 보조원료 + 유틸리티 → 5단계 공정(전처리·열분해·급랭·압축정제·저온분리) → 제품(에틸렌·프로필렌·C4·PG·H₂) + 배출(CO₂ ~1.3 t) + 폐기물. 흐름 두께는 질량 비례(1 t ≈ 30px). 보조 흐름(NaOH, DMDS, MS, Pd 촉매)은 토글로 표시/숨김.

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. NCC 물질 흐름 Sankey — 1 ton 에틸렌 생산 기준 (per t-eth) 나프타 3.0 t (주원료) 희석 스팀 (DS) 2.0 t 연료가스/유 0.5 t (18-20 GJ) 보일러 급수 3.0 t (BFW) 냉각수 보충 12 t 전력 800 kWh NaOH 2 kg 분자체 (MS) 0.05 kg DMDS 0.1 kg Pd 촉매 0.01 kg S1 원료 전처리 나프타 + DS 혼합 예열기·믹서 S2 열분해 Furnace + TLE 820-870°C, 0.2-0.5s ↑ Scope 1 CO₂ 주배출 S3 급랭 PFC + QWT 오일·수냉 2단 S4 압축/정제 CGC + Caustic + MS 5단 압축, 35 bar S5 저온분리 Cold box + splitters 극저온 증류탑 에틸렌 1000 kg 프로필렌 530 kg Mixed C4 200 kg PG (Pygas) 700 kg 메탄 (재순환) 450 kg 수소 (H₂) 30 kg FO 100 kg CO₂ (Scope 1) 1300 kg NOx 0.3-0.5 kg SOx · PM <1 kg Spent Caustic 12 kg 코크 + 슬러지 ~1.6 kg Sour Water 0.5 m³ CT Blowdown 2 m³ 응축수 회수 1.6 t (DSG) Spent Pd 촉매 0.001 kg 3.0 t 나프타 2.0 t DS 0.5 t 연료 3.0 t BFW 12 t 냉각수 800 kWh 2 kg NaOH MS DMDS Pd 혼합기체 5 t 분해가스 저온분해가스 정제가스 1000 kg C₂H₄ 530 kg C₃H₆ 200 kg C4 700 kg PG 450 kg CH₄ (재순환) 30 kg H₂ 100 kg FO ↑ 1300 kg CO₂ NOx SOx/PM 12 kg Spent Caustic 코크/슬러지 Sour Water CT Blowdown 1.6 t 응축수 (회수) Spent Pd 투입 (Input) 원료·유틸리티·보조 공정 5단계 S1 전처리 → S5 분리 산출 (Output) 제품·배출·폐기물 흐름 두께 ∝ 질량 유량 (1 t ≈ 30px). 보조 화학물질은 토글로 표시/숨김. 전력은 표시 두께 보정.

주원료 + 유틸리티 (좌측 투입)

  • 나프타 3.0 t — 원유 정제 부산물, 주원료
  • 희석 스팀 2.0 t — 분압 저감·코크 억제 (회수 80%)
  • 연료 0.5 t (18-20 GJ) — 분해로 가열, 자체 메탄 80% 재순환
  • 총 freshwater ~15 m³ — BFW 3 t + CT 보충 12 t
  • 전력 800 kWh — 압축기·펌프·계장 (S4 최대)
  • 보조: NaOH 2 kg + DMDS 0.1 kg + MS + Pd 촉매

제품 (우측, 1 t 에틸렌 기준)

  • 에틸렌 1000 kg — 목적 제품 (기준)
  • 프로필렌 530 kg — 주부산물 (P/E ≈ 0.5)
  • Mixed C4 200 kg — BD 원료
  • PG (Pygas) 700 kg — 방향족 농축
  • 메탄 450 kg — 분해로 fuel 재순환
  • H₂ 30 kg + FO 100 kg
  • 총 제품 합 ≈ 2.56 t · CO₂ ≈ 1.3 t · 기타 손실 ≈ 0.14 t

배출 + 폐기물 (우측)

  • CO₂ 1300 kg (Scope 1) — 분해로 연소, NCC GHG의 ~95%
  • NOx 0.3-0.5 kg · SOx <0.05 kg · PM <1 kg
  • Spent Caustic 12 kg — Caustic tower 폐액
  • 코크 + Oily sludge ~1.6 kg — Decoking 발생
  • Sour Water 0.5 m³ → SWS — H₂S/NH₃ 함유
  • CT Blowdown 2 m³ — 농축 방지 배출
  • 응축수 회수 1.6 t (DSG) — 회수율 80%
  • Spent Pd 촉매 0.001 kg — 5-8년 교체
읽는 법: Sankey 흐름의 굵기는 1 t 에틸렌 생산 시 흘러가는 질량에 비례한다. 가장 두꺼운 흐름은 냉각수(12 t)·나프타(3 t)·BFW(3 t)·CO₂(1.3 t)이며, 보조 화학물질(NaOH·DMDS·분자체·Pd 촉매)은 흐름이 1-2px로 거의 안 보일 만큼 미량이다. 5단계(S1-S5) 공정 노드는 같은 색 연속 흐름으로 연결되며, 중간 단계에서 분기되는 폐기물·부산물은 우측의 해당 카테고리로 빠져나간다. 보조 흐름 토글로 미량 항목을 숨기면 주요 mass flow가 더 명확하게 보인다.

유틸리티 서브시스템 상세

NCC 플랜트의 6개 유틸리티 서브시스템 — 연료(U1), 스팀(U2), 냉각/냉매(U3), Spent caustic(U4), Flare(U5), Sour water(U6). 각 카드는 핵심 설비와 흐름, I/O, 약품을 정리한다.

U1. 분해로 연료 시스템 (Fuel Gas System)

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. U1 Fuel Gas System — KO drum, Fuel gas drum, 분해로 burner Tail Gas (S5) CH₄+H₂, ~80% KO Drum 30-40 bar Fuel Gas Drum ↓ 보조 Fuel Oil (~20%) Clean Fuel Gas S2 Burner 운전: 30-40 bar header / 부하 100-150 t/h / 자체회수 ~80%
구분물질수량
투입Tail Gas (CH₄+H₂, S5 회수)~80% of fuel duty
투입보조 Fuel Oil잔여 ~20%
산출Clean Fuel Gas → S218-20 GJ LHV/t-eth
산출KO 응축수 → U6 SWS소량

U2. 스팀 시스템 (HP/MP/LP + DSG)

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. U2 Steam System — HP Steam Drum, Headers, DSG, Deaerator BFW (DM) 2-4 m³/t-eth Deaerator HP Drum 120 bar ↑ HP Steam 500°C MP 40bar LP 4-5bar DSG Process Water (S3 회수) ↓ Dilution Steam → S1 ● O₂ scav, PO₄ ● 모르폴린 HP 120-165 bar 500°C / TLE 회수 ~29% fired duty / BFW <0.1 µS/cm
구분물질수량
투입BFW (DM water)2-4 m³/t-eth makeup
약품O₂ scavenger, PO₄, 모르폴린ppm 단위
산출HP Steam (TLE 회수)3-4 t/t-eth
산출MP/LP Steam, Dilution Steam공정 분배
산출Blowdown → WWT~5-10% of BFW

U3. 냉각 시스템 + Refrigeration Cascade

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. U3 Cooling System — CT cell, Propylene refrig, Ethylene refrig cascade CT Cell 30-35°C CW 30°C → ← Return 40°C C₃ Comp 4-5단 C₃ Chiller -40°C C₂ Comp 3단 Cold Box -100°C ↓ Makeup 8-15 m³/t-eth ● Biocide, HEDP, TTA → Blowdown (CoC 3-7, 20% makeup) → WWT ↑ 전력 (turbine/motor) CoC 3-7, drift 0.005% / Cascade: C₃ -40°C → C₂ -100°C → -170°C BAHX
구분물질수량
투입Makeup Water8-15 m³/t-eth
투입전력 (Refrig 압축기)0.4-0.6 MWh/t-eth
약품Biocide, HEDP, TTA, 분산제ppm 단위
산출CW 30°C, C₃ -40°C, C₂ -100°C공정 분배
산출Blowdown → WWT20% of makeup
산출Evaporation drift0.005%

U4. Spent Caustic 처리 (WAO)

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. U4 Spent Caustic WAO — Storage drum, WAO reactor, Stripper Storage Drum 안전 vent Spent caustic ↓ 10-15 kg/t-eth (S4) WAO Reactor 120-220°C, 30-100 bar ↑ 공기 (Air comp) Stripper ↑ Vent gas → WWT 생분해성 Zimpro/Siemens 표준 / S²⁻ 99% → SO₄²⁻ / 대안: Fenton, 전기응집
구분물질수량
투입Spent Caustic (S4)10-15 kg/t-eth
투입공기 (산화제, Air comp)화학량론적 + α
투입보충수희석용
산출Treated effluent → WWTBOD 감소
산출Vent gas (stripper top)소량

U5. Flare + FGR (Flare Gas Recovery)

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. U5 Flare System — KO drum, FGR compressor, HP/LP flare stack Vent gas (seal vent, ESD trip) KO Drum 정상 FGR Comp → U1 회수 ↓ 비상 (ESD) HP Flare ↑ Smokeless steam (S/HC 0.2-0.5) ↑ Pilot fuel + N₂ purge ↑ CO₂, H₂O 처리능력 1,500-2,000 t/hr / Start-up 시 7,000 t CO₂ + 45 t HRVOC peak
구분물질수량
투입Vent gas (seal/ESD)변동
투입Pilot fuel gas50-150 Nm³/h/pilot
투입Smokeless steamS/HC 0.2-0.5
투입N₂ purge지속 소량
산출회수 fuel gas → U1 (정상)~95% 회수
산출CO₂, H₂O (flare 연소)peak 7,000 t CO₂

U6. Sour Water Stripper (SWS)

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. U6 SWS — Stripper column, Reboiler, Condenser, Reflux drum Sour Water H₂S, NH₃, mercaptan (CGC KO+caustic+응축수) SWS Column Cond Reflux Drum → Flare/SRU H₂S 95%+ reflux ↑ LP Stripping steam (0.3-0.5 kg/kg sour) Reboiler Stripped water → Quench 재순환 / WWT
구분물질수량
투입Sour Water (H₂S, NH₃, mercaptan)S4 KO+caustic+응축수
투입LP Stripping steam0.3-0.5 kg/kg sour
산출Off-gas → Flare/SRUH₂S 95%+ 제거
산출Stripped water → Quench/WWT재순환 가능

시스템 경계 & I/O 총괄

기준 단위: 1 ton ethylene (polymer grade) · 토폴로지: TYPE-B (분기형) · 5 공정단계 + 6 유틸리티

시스템 경계 (Foreground / Background / Cut-off)

Proprietary LCA visualization. Replication prohibited. NCC 시스템 경계 (Foreground / Background / Cut-off) Background System (LCA DB) 나프타 (정유 cradle-to-gate) 원유 채굴 + 분별증류 + 운송 한국 전력 그리드 (KEPCO) 석탄 + LNG + 원자력 + 재생 DM Water 생산 (탈염수) 원수 + RO/EDI + 약품 NaOH (Chlor-Alkali) 소금물 전기분해, 멤브레인 셀 Pd 촉매 (제조 + 회수) Pd 광산 → Al₂O₃ 담지 → 재생 분자체 / Zeolite 합성 알루미노실리케이트 + 활성화 운송 (파이프라인 / 선박) 나프타·연료 inbound 운송 Foreground System — NCC Battery Limit site-specific primary data S1 · 원료 전처리 Feed Preheat + DS Mixing S2 · 열분해 (Pyrolysis) 820-870°C, Cracking Furnace S3 · 급랭 (Quench) TLE + PFC + QWT S4 · 압축/정제 (CGC) 5단 압축 + Caustic + MS S5 · 저온분리/제품회수 Cold Box + Splitters Utility Subsystems (U1-U6) U1 · 연료/공정가열 (분해로 burner) U2 · 증기/BFW (HP/MP/LP 스팀) U3 · 냉각수 시스템 (CT) U4 · 냉동 (C₃R/C₂R 캐스케이드) U5 · 전력 (압축기·펌프·블로어) U6 · 약품/세정 (NaOH·MS·Pd) + Flare / WWT / LDAR (부속 환경 설비) site-specific operating data Outputs → Downstream 에틸렌 → PE/EO/EG 1.0 t (기준값) 프로필렌 → PP/PO/AN 0.45-0.55 t Mixed C4 → BD/MTBE 0.15-0.30 t PG / RPG → BTX 0.55-0.75 t CO₂ Scope 1 (대기) 1.0-1.6 t · NOx/SOx 미량 Spent Caustic / 폐수 / Coke 10-15 kg + 3-6 m³ + 0.3-1 kg Cut-off (시스템 경계 외) 시설 건설/해체 (capital goods) · 인력 이동 · 사무 인프라 · 개별 흐름이 총 질량/에너지의 1% 미만인 minor flows

I/O 종합 테이블 (per 1 ton ethylene · cumulative cradle-to-gate-equiv site basis)

구분 물질 수량 단위 신뢰도 출처 검증
▼ 투입 (Inputs)
주원료 나프타 (C5-C12) 3.0-3.3 t 확인 Wikipedia · Lummus 라이센서 자료 다중출처
유틸리티 희석 스팀 (DS) 1.5-2.5 t 확인 RSC 2025 · Linde Engineering 다중출처
유틸리티 BFW (DM water) 2-4 m³ 확인 산업표준 / Engineering Toolbox 단일출처
유틸리티 냉각수 makeup 8-15 m³ 확인 EPA WaterSense · ChemEng범위 산업범위
에너지 분해로 연료 (LHV) 18-20 GJ 확인 RSC 2025 · IEA Petrochemicals 다중출처
에너지 전력 (보조 + 압축기) 600-1000 kWh 추정 e-cracker 비교값 (BASF-SABIC) 추정
보조 NaOH (가성소다) 1-3 kg 확인 Petro-Online · OilGasJournal 단일출처
보조 DMDS (anti-coking) ~0.1 kg 확인 Arkema E2 (Carelflex) 단일출처
보조 분자체 (3A) 등가 0.02-0.1 kg 추정 Zeochem · UOP datasheet 산업범위
보조 Pd/Al₂O₃ 촉매 등가 ~0.001 kg 추정 OSTI · BASF Acetylene Hydro. 산업범위
▼ 산출 — 제품 (Products)
제품 에틸렌 (polymer grade) 1.0 t (기준) 확인 — 기준값
제품 프로필렌 0.45-0.55 t 확인 Wikipedia · Lummus · 산업표준 다중출처
제품 Mixed C4 (BD 원료) 0.15-0.30 t 확인 산업표준 · KETI 다중출처
제품 열분해 가솔린 (PG/RPG) 0.55-0.75 t 확인 산업표준 · IHS Markit 다중출처
제품 수소 (H₂) 0.025-0.035 t 확인 산업표준 · IEA H2 데이터 단일출처
제품 메탄 (fuel gas 회수) 0.40-0.50 t 확인 산업표준 · Linde 단일출처
제품 열분해 중유 (FO) 0.05-0.20 t 확인 산업표준 · 정유 cracking spec 단일출처
▼ 산출 — 대기 배출 (Air Emissions)
대기 CO₂ (Scope 1, 분해로) 1.0-1.6 t 확인 ThaiScience · RSC 2025 · IEA 다중출처
대기 NOx (Low-NOx 버너) 0.3-0.5 kg 확인 EU LVOC BREF · KR 대기보전법 다중출처
대기 SOx (자체 fuel gas) <0.05 kg 확인 EU LVOC BREF 단일출처
대기 VOC (fugitive + flare) event-based kg 추정 EPA LDAR · Method 21 산업관리
대기 CH₄ (fugitive) TBD kg 미확인 사이트별 LDAR 데이터 필요 미확인
▼ 산출 — 수계 배출 (Water Emissions)
수계 Spent Caustic 10-15 kg 확인 산업표준 · Merichem WAO 다중출처
수계 Sour water (PW) ~0.5 m³ 추정 산업표준 · PW stripper 운영 단일출처
수계 CT Blowdown 2-4 m³ 확인 EPA CT guidance · COC 운영 다중출처
수계 방류수 (WWT 처리후 총) 3-6 m³ 확인 산업표준 · KR 수질배출허용 단일출처
▼ 산출 — 고형 폐기물 (Solid Waste)
폐기물 Coke (decoking) 0.3-1 kg 추정 EPA Memo · Decoke ops 보고 산업범위
폐기물 Spent Pd 촉매 ~0.0001 kg/t-eq 추정 OSTI · Pd 회수율 보고 산업범위
폐기물 Spent MS bed (3A) 0.02-0.1 kg 추정 Zeochem · UOP 교체주기 산업범위

데이터 완전성 대시보드

신뢰도 분포 (n=30 데이터 포인트)

확인 (Confirmed) 22건 (73%)
73%
추정 (Estimated) 7건 (23%)
23%
미확인 (TBD) 1건 (3%)
3%

총 데이터 완전성: 96% (확인 + 추정)

LCA 의사결정 사용 가능 임계치 (90%+) 통과

주요 갭 + 후속 조사 권장

  • TBD CH₄ fugitive 정량값 — 사이트별 LDAR(Method 21) 데이터 필요
  • 사이트별 makeup water 정확값 — 라이센서 NDA 정보
  • 분해로 1기당 정확한 처리량 — 사이트 운영 데이터
  • Feed naphtha PIONA 분율 — 정유 출하 사양
  • 전력 보정값 — KEPCO grid factor 사이트별 적용 필요
  • 권장: 한국 4사 (LG화학 · 롯데케미칼 · YNCC · 한화토탈) ESG/지속가능경영 보고서 직접 파싱으로 사이트별 보정 데이터 확보

핵심 LCI 인사이트

범례 (클릭하여 확장)
나프타 (주원료)
분해가스 (중간생산물)
제품 (에틸렌·프로필렌·C4·PG)
연료가스·연료유
희석/HP/MP/LP 스팀
냉각수·BFW·공정수
냉매 (Propylene/Ethylene)
전력 (압축기)
보조 (NaOH·DMDS·MS·촉매)
응축수 회수 (DSG)
대기배출 (CO₂·NOx·SOx·VOC)
수계배출 (Spent caustic·Sour water)
Blowdown (CT·Boiler)
고형폐기물 (코크·spent cat/MS)