HEFA 공정: SAF 생산에 대한 종합 가이드 — 화학부터 분자체 선정까지

HEFA 공정: SAF 생산에 대한 종합 가이드 — 화학부터 분자체 선정까지

HEFA 절차란 무엇인가요?

HEFA(수소화 처리 에스테르 및 지방산)는 지속가능 항공유(SAF) 생산을 위한 주요 상용 공정입니다. 2011년 ASTM D7566 부록 A2에 따라 인증을 받은 이 공정은 국제 연료 규격 승인을 받은 최초의 SAF 생산 공정입니다. 현재도 전체 SAF 항공편의 95% 이상에 이 기술이 활용되고 있습니다.

95%
SAF 항공편 중 HEFA를 이용하는 비율은

이 개념은 간단합니다. 식용유, 동물성 수지, 식물성 기름과 같은 유지류를 취해, 일련의 수소 기반 화학 반응을 거치게 함으로써 산소를 제거하고, 분자 구조를 재배열하며, 긴 탄화수소 사슬을 제트 연료에 필요한 정확한 길이 범위로 잘라내는 것입니다. 그 결과, 기존 제트 A-1 연료와 최대 50%까지 혼합할 수 있으며, 기존 공항 연료 인프라에서 동일한 방식으로 취급할 수 있는 드롭인형 합성 파라핀계 등유(HEFA-SPK)가 생산됩니다.

그러나 플랜트 설계, 장비 사양 또는 투자 결정에 중요한 수준에서 HEFA 공정을 이해하려면 반응 방정식 그 이상을 살펴봐야 합니다. 반응기 사이의 모든 단계, 즉 정제, 탈수, 오염 물질 제거는 화학 반응 자체만큼이나 중요합니다. HEFA 반응을 촉진하는 촉매는 물, 질소, 황, 미량 금속에 극도로 민감합니다. 각 단계 사이에서 이러한 독성 물질을 제거하는 것은 대부분의 기사에서 간과하는 기술 분야, 즉 분자 체 흡착제와 산업용 정제 시스템입니다.

이 가이드에서는 HEFA 공정의 모든 주요 단계를 단계별로 설명하며, 특히 간과되기 쉬운 정제 단계에 중점을 둡니다. 실제 플랜트에서는 반응기 사이에서 일어나는 과정이 화학 반응이 제대로 작동할지 여부를 결정하기 때문입니다.

HEFA 원료 — 투입되는 것이 산출물을 결정한다

공장에서 선택하는 원료는 촉매 선정, 가드베드 설계, 수소 소비량, 그리고 궁극적으로는 제품 수율에 이르기까지 모든 후속 결정을 좌우합니다. HEFA는 놀라울 정도로 광범위한 지질 기반 물질을 처리할 수 있지만, 각 범주마다 고유한 불순물 특성을 가지고 있습니다.

원료 분류대표적인 출처주요 불순물 위험후처리 과정의 과제
사용 후 식용유 (UCO)식당용 및 산업용 튀김기높은 유리지방산(FFA) 함량, 인, 용존 금속견고한 가드 베드가 없을 경우 심각한 촉매 비활성화 현상
동물성 지방 (우지)도축장 및 동물 사체 처리 폐기물높은 수준의 질소 및 황 화합물HDN 구간에서 발생한 암모니아 누출로 인해 하류 이성질화 촉매가 오염된다
식물성 기름대두, 유채/카놀라, 팜불순물 함량은 낮아졌으나 식품과의 경쟁 우려EU ‘ReFuelEU’ 규정에 따른 규제 위험 (식용 작물 원료 사용 금지)
팜 지방산 증류물 (PFAD)팜유 정제 부산물FFA 수치가 매우 높음 (70–90%), 품질이 들쑥날쑥함강도 높은 전처리와 많은 양의 수소 소비가 필요합니다.
조류 오일배양된 미세조류새로운 불순물 분포, 높은 수분 함량상업적 규모에서는 아직 입증되지 않았으며, 전처리 요건에 대한 규명이 여전히 진행 중입니다.

이 모든 원료에 공통적으로 적용되는 점은, 어느 것도 반응기 입구에 깨끗한 상태로 들어오지 않는다는 것입니다. 사용 후 식용유에 포함된 인(대개 50~200 ppm)은 5 ppm 미만을 견딜 수 있도록 설계된 수소화 처리 촉매를 돌이킬 수 없게 손상시킬 수 있습니다. 물, 용해된 염분, 극성 유기 화합물은 모두 고압 반응기 루프에 도달하기 전에 걸러내야 합니다.

원료 불순물의 실태
사용 후 식용유에 포함된 인(일반적으로 50~200 ppm)은 5 ppm 미만을 견딜 수 있도록 설계된 수소화 처리 촉매를 돌이킬 수 없게 손상시킬 수 있습니다. 모든 원료에는 오염 물질이 포함되어 있으므로, 이를 반응기 루프에 도달하기 전에 차단해야 합니다.

바로 이 단계에서 첫 번째 정제 과정이 시작되며, 첫 번째 배럴의 SAF가 생산되기 훨씬 전부터 분자 체 기술이 필수적인 역할을 하게 됩니다.

HEFA 공정의 핵심 단계 — 트리글리세라이드에서 제트 연료까지

HEFA 공정은 단일한 블랙박스 반응이 아닙니다. 이는 세 가지 핵심 전환 단계가 신중하게 순차적으로 이어지는 연쇄 과정으로, 각 단계는 특정한 분자 ‘편집’ 작업을 수행합니다. 이를 이해하는 기본 틀은 간단합니다. HDO는 탄소 골격의 무결성을 결정하고, 하이드로이소머라이제이션은 저온 유동성을 결정하며, 분별 정제는 생성물 분포를 결정합니다. 각 단계는 이전 단계에 의존하며, 어느 단계에서든 오염이 발생하면 그 영향이 하류 단계로 연쇄적으로 퍼집니다.

수소탈산소화(HDO) — 트리글리세라이드에서 산소 제거

트리글리세라이드—지방과 기름의 분자 형태—는 본질적으로 세 개의 긴 지방산 사슬(일반적으로 C16–C18)이 글리세롤 골격에 에스테르화되어 있으며, 이 구조에는 여섯 개의 산소 원자가 포함되어 있습니다. 탄화수소 연료가 되려면 이 산소 원자들을 모두 제거해야 합니다.

HDO 반응기는 수소와 황화 처리된 바이메탈 촉매(가장 일반적으로 알루미나에 지지된 니켈-몰리브덴(NiMo/Al))가 존재하는 조건에서 고온·고압(일반적으로 280~340°C, 50~100 bar)에서 이 반응을 수행합니다.2O3). 이 반응은 트리글리세라이드를 세 개의 유리 지방산 사슬로 분해하고 이를 수소화하며, 이 과정에서 산소는 주로 물의 형태로(HDO 경로), 일부는 CO와 CO의 형태로 제거된다.2 (탈카르복실화 및 탈카르보닐화 경로).

이러한 경쟁적인 반응 경로 중 어느 것을 선택하느냐는 경제적 측면에서 중요합니다. HDO는 탄소 사슬 길이를 완전히 유지하지만(C18 → C18), 더 많은 수소를 소비합니다. 탈카르복실화 반응은 수소 소비량은 적지만 사슬당 탄소 원자 하나를 잃게 되어(C18 → C17), 전체 탄소 수율을 감소시킵니다. 반응기 생성물 내 C17 및 C18 n-파라핀의 비율은 HDO 선택성을 평가하는 현장 지표입니다. Topsoe의 Mo/Al과 같은 주요 촉매 조성물들은2O3 이 시스템은 최대 97%의 HDO 경로 선택성을 달성하여, 연료 제품에 잔류하는 재생 가능 탄소를 극대화할 수 있습니다.

97%
Topsoe Mo/Al₂O₃ HDO 선택도

HDO 반응기 배출물에는 n-파라핀만 포함된 것이 아닙니다. 여기에는 반응 과정에서 생성된 물(원료 1미터톤당 약 100~120kg)과 더불어, 질소 함유 화합물에서 유래한 암모니아 및 원료 내 황 성분에서 유래한 황화수소도 포함되어 있습니다. 이 중 어느 하나라도 다음 반응기로 유입되면 심각한 결과를 초래합니다. 수증기와 암모니아는 수소이성질화 단계에서 귀금속 촉매를 불활성화시킵니다. 미량이라도 몇 시간 내에 이성질화 활성을 급격히 저하시킬 수 있습니다.

HEFA 공정 4

수소이성질화 및 수소분해 — 차가운 우주를 위한 분자 설계

HDO에서 생산되는 직쇄 n-파라핀에는 한 가지 치명적인 결함이 있습니다. 바로 얼어붙는다는 점입니다. C16–C18 n-알칸은 0°C보다 훨씬 높은 온도에서 고체화되지만, 제트 A-1 연료는 순항 고도에서 −47°C까지 액체 상태를 유지해야 합니다. HDO가 생산하는 연료와 항공기 엔진에 필요한 연료 간의 격차는 하이드로이소머라이제이션(HI) 반응기를 통해 해소됩니다.

HI는 이중 기능성 촉매 기전을 통해 직쇄형 파라핀을 분지형 이소파라핀으로 변환합니다. 금속 사이트(일반적으로 백금 또는 팔라듐)는 수소화·탈수소화 활성을 제공하며, 산성 지지체 사이트는 골격 재배열을 촉매합니다. 지지체 물질 자체가 매우 중요하며, 바로 이 지점에서 제올라이트와 분자 체가 단순한 정제 과정이 아닌 화학 반응에 활용됩니다. SAPO-11은 0.39 nm × 0.63 nm의 정밀하게 정의된 기공 구조를 가지며, 타원형의 10원환 채널을 갖추고 있습니다. 이러한 형상 선택적 골격 구조는 동결점이 현저히 낮은 단일 분지 이성질체의 형성을 촉진하는 동시에, 원치 않는 경질 제품으로의 분해를 최소화합니다.

동시에, 제어된 수소분해 반응을 통해 긴 사슬(C18–C22)을 제트 연료의 탄소 범위(C8–C16)로 분해합니다. HI 단계의 핵심은 이 두 반응의 균형을 맞추는 데 있습니다. 즉, −47°C의 빙점 규격을 충족할 만큼 충분히 이성질화하되, 과도한 분해는 피해야 합니다. 나프타나 연료 가스로 전환되는 모든 탄소 원자는 제트 연료가 되지 못한 탄소이기 때문입니다.

이 단계에서 1단계 방식과 2단계 방식 중 어떤 구성을 선택할지가 중요한 요소가 됩니다. 1단계 공정(“사워 모드”)에서는 HDO 배출액이 중간 정제 과정 없이 HI 반응기로 직접 유입됩니다. 이 과정에서 존재하는 암모니아와 황화수소는 귀금속 촉매 활성을 70~90% 정도 억제하여 이성질화 반응의 진행 정도와 SAF 수율을 제한하며, 일반적으로 전체 액체 제품의 15% 미만에 그칩니다. 2단계 공정(“스위트 모드”)에서는 HDO 유출액이 HI 반응기로 유입되기 전에 중간 기체-액체 분리 및 정제 과정을 거치며, 이로 인해 HI 반응기는 NH3 그리고 H2S. 이성질화 활성이 3~5배 증가하며, SAF 수율은 전체 생산 물량의 75–80% 수준으로 급증한다.

HEFA 공정 1

상업적 함의는 명백합니다. 중간 정제 공정을 생략하거나 이를 부적절하게 설계한 공장은 SAF 공장이 아닙니다. 이는 극히 소량의 제트 연료를 생산하는 재생 가능 디젤 공장일 뿐입니다.

사워 모드
≤15%
중간 정제 단계가 없는 1단계 공정. 암모니아와 H₂S는 귀금속 촉매 활성을 70–90%만큼 저하시킨다.
스위트 모드
75~80퍼센트
중간 정제 단계를 포함한 2단계 공정. 귀금속 촉매는 최대 활성 상태에서 작동하며, 이성질화 반응이 3~5배 증가합니다.

분리 및 혼합 — 최종 편집

합성 반응기 배출물은 증류 과정을 통해 연료 가스 및 LPG(C1–C4), 나프타(C5–C12), SAF 분획(C8–C16 합성 파라핀계 등유), 재생 디젤(C10–C22) 등 네 가지 제품 분획으로 분리됩니다. 최대 SAF 모드에서는 제트 연료 분획이 전체 액체 제품의 75–80%를 차지하며, 나머지는 디젤과 나프타로 나뉩니다.

연료 가스 및 LPG C1–C4
나프타 C5–C12
SAF Cut (SPK) C8–C16
재생 가능 디젤 C10–C22

그런 다음 정제된 HEFA-SPK를 ASTM D7566에서 정한 한계인 부피 기준 최대 50%까지 기존 제트 A-1과 혼합합니다. 여기서 제약 조건은 방향족 함량입니다. HEFA-SPK는 본질적으로 100%의 파라핀계로, 방향족 성분이 사실상 전혀 포함되어 있지 않은 반면, 제트 연료 규격은 항공기 연료 시스템에서 엘라스토머 씰의 팽창을 보장하기 위해 최소 8%의 방향족 함량을 요구합니다. 50%의 혼합 상한선은 기존 제트 연료 성분으로부터 충분한 방향족 성분이 이월되도록 보장합니다.

첨가제 — 윤활성 향상제, 산화 방지제, 그리고 경우에 따라 정전기 소산제 — 가 배합을 완성하며, 이렇게 제조된 연료는 D1655 Jet A-1로 재지정되는데, 취급 및 성능 면에서 화석 연료와 구별할 수 없다.

간과되기 쉬운 정제 단계 — 분자 체가 HEFA 성능을 좌우하는 곳

HEFA 공정에 대한 공개 토론에서는 반응기 화학 및 촉매 성능에 약 95%의 관심이 집중됩니다. 그러나 모든 산업용 HEFA 플랜트의 안정적인 가동은 주 공정과 병행하여 눈에 보이지 않게 작동하는 “다섯 번째 단계”, 즉 네 곳의 전략적 거점에 배치된 분자 체 정제 장치의 분산형 네트워크에 달려 있습니다. HEFA에 대한 여러분의 개념적 모델에서 이 계층을 제외한다면, 여러분이 보고 있는 것은 가동 가능한 생산 시설이 아닌 화학 실험의 흐름도일 뿐입니다.

이 섹션에서는 네 가지 정제 단계를 하나씩 살펴보겠습니다. 각 단계에서 핵심 질문은 동일합니다. 즉, 무엇을 제거해야 하는지, 제거하지 않을 경우 어떤 일이 발생하는지, 그리고 이 작업에 가장 적합한 분자체는 어떤 유형인지입니다.

원료 전처리 — 가드 베드 보호

원료가 HDO 반응기로 유입되기 전에, 다운스트림 촉매를 돌이킬 수 없이 손상시킬 수 있는 오염 물질을 걸러내기 위해 설계된 전처리 공정을 거칩니다. HDO 반응기 내부의 가드 베드 촉매가 반응 단계에서 인과 금속을 처리하는 한편, 상류에 위치한 물리적 흡착 단계는 최후의 방어선 역할을 합니다.

사용된 식용유와 동물성 지방에는 용해된 물(0.1–0.5 wt%), 수용성 염류, 극성 유기 화합물 및 미량 금속이 포함되어 있습니다. HDO 반응기로 유입되는 물은 희석 작용을 통해 수소 분압을 낮추고, 귀중한 수소를 소모하는 수증기-가스 전환 반응의 부반응을 촉진하며, 수열 촉매의 소결을 가속화합니다. 극성 화합물과 금속 염류는 접촉 즉시 활성 부위를 불활성화시킵니다.

이 솔루션은 급송 가열기 상류에 설치된, 3A 분자 체와 활성 알루미나를 충전한 전처리 흡착층입니다. 3A 분자 체의 기공 크기(약 3 Å)는 물 분자(운동학적 직경 ~2.65 Å)는 통과시키면서 더 큰 탄화수소 분자(4–10 Å)는 차단하도록 설계되었습니다. 물은 기공으로 들어가 흡착되며, 더 큰 유기 분자들은 액상 내에 남아 있어 기공 막힘과 탄화수소의 공동 흡착으로 인한 발열 위험을 모두 방지합니다. 동일한 흡착층에 포함된 활성 알루미나(activated alumina)는 양쪽성 표면 화학적 특성을 통해 극성 화합물을 포집합니다.

3A 체의 선별성
H₂O 분자: 2.65 Å → 기공으로 진입
탄화수소: 4–10 Å → 제외됨

촉매 수명에 미치는 영향은 수치로 측정할 수 있습니다. 적절한 전처리 흡착을 통해 가드 베드 촉매의 교체 주기를 30~50%까지 연장할 수 있으며, 이를 통해 촉매 조달 비용과 생산 중단 시간을 직접적으로 줄일 수 있습니다.

수소 재순환 가스 건조 — 귀금속 촉매 보호

HDO 반응에서는 처리된 원료 1톤당 약 100~120kg의 물이 생성됩니다. 반응기 배출물을 냉각 및 분리한 후, 이슬점 40~60°C에서 여전히 수증기로 포화된 수소 풍부 가스 흐름은 반응기 입구로 재순환됩니다. 이 수분을 제거하지 않으면 루프 내에 축적되어 수소 분압을 점차 희석시키고, HDO 반응 속도를 저하시키며, 수열 소결을 통해 촉매 비활성화를 가속화합니다.

2단계 구성에서는 그 영향이 더욱 심화됩니다. HI 반응기로 유입된 수분이 백금 및 팔라듐 기반 촉매를 불활성화시키기 때문입니다. 업계 데이터에 따르면, 유입수의 농도가 50 ppm을 초과하는 상태에 장기간 노출될 경우 이성질화 활성이 눈에 띄게 저하될 수 있습니다. 수분 부하가 더 높아지면 SAF 수율이 설계 목표치인 75%에서 며칠 만에 50% 미만으로 떨어질 수 있습니다.

일반적인 해결책은 수소 재순환 건조기입니다. 이는 가스 조성에 따라 4A 또는 13X 분자 체가 채워진 이중 베드 열교환 흡착 장치입니다. 4A 분자체(기공 크기 ~4 Å)는 대부분의 탄화수소를 배제하면서 수분을 선택적으로 흡착합니다. 40°C 및 30 bar의 일반적인 작동 조건에서 20~22 wt%의 동적 수분 흡착 용량을 달성합니다. 목표 출구 이슬점은 −60°C 이하이며, 이는 10 ppmv 미만의 수분 함량에 해당합니다. CO2 재순환 가스에 상당량이 포함되어 있으므로, 특수 흡착제를 선정하거나 전용 CO2 4A 및 13X 분자체 모두 CO를 흡착하므로 제거 단계가 필요할 수 있다2, 13X는 CO에 대한 공동 흡착 능력이 더 높으며2 물과 함께.

이중 베드 구성은 중단 없는 가동을 보장합니다. 한 베드가 흡착 작업 중일 때(유량 및 수분 부하에 따라 일반적으로 8~24시간 소요), 다른 베드는 건조된 제품 가스나 질소의 분류를 이용하여 200~300°C에서 열 재생 과정을 거칩니다.

20–22 wt%
동적 수용량
−60°C
타겟 아울렛 듀 포인트
10 ppmv 미만
출구 H₂O 함량
8~24시간
흡착 사이클

중간 탈수 — ‘스위트 모드’ 활성화 요소

SAF에 최적화된 HEFA 플랜트와 재생 디젤 생산 시설을 가장 크게 구별 짓는 요소는 바로 중간 정제 단계, 즉 2단계 구성에서 HDO 반응기와 HI 반응기 사이에 위치한 설비입니다.

1단계 공정에서는 물, 암모니아, 황화수소를 포함한 전체 HDO 배출물이 HI 반응기로 유입됩니다. 이러한 조건에서 귀금속 촉매 활성은 70~90% 수준으로 억제되며, 플랜트는 제트 연료 범위의 생성물을 최소화한 채 주로 디젤 연료 범위의 탄화수소를 생산합니다. 2단계 공정에서는 HDO 배출물이 냉각, 기액 분리, 산성 가스 세정(아민 세정 또는 물 세정) 과정을 거친 후, 마지막으로 분자체층을 통한 흡착 기반의 정제 과정을 거칩니다.

이 서비스에 사용되는 흡착 매체는 일반적으로 13X 분자 체이며, 이 매체의 약 10 Å 크기의 기공은 잔류 수분, 암모니아 및 미량의 황화수소를 동시에 흡착합니다. 목표는 HI 반응기 입구에서 암모니아 농도를 1 ppmv 미만으로 낮추는 것이며, 이 수준에서 귀금속 촉매의 활성이 완전히 발휘됩니다. 이러한 스위트 모드 조건 하에서는 이성질화 활성이 3~5배 증가하며, SAF 수율은 전체 액체 제품의 15% 미만에서 75–80%로 변화합니다.

중간 정제 공정은 일반적으로 2단계 HEFA 공장의 총 자본 비용 중 5~8%를 차지합니다. 이 공정이 가져다주는 가치는 디젤 공장과 제트 연료 공장의 차이만큼입니다.

‘스위트 모드’의 경제학
중간 정제 공정은 일반적으로 2단계 HEFA 공장의 총 자본 비용 중 5~8%를 차지합니다. 이 공정이 가져다주는 가치는 디젤 공장과 제트 연료 공장의 차이만큼입니다.
5–8% 규모의 자본지출(CAPEX) 75–80% SAF 수율

제품 정제 — 마지막 마무리

마지막 정제 단계는 생산과 저장 구간의 경계에 위치합니다. 증류된 SAF 분획은 모든 상류 공정을 거친 후에도 탱크 저장 과정에서 용해된 수분을 흡수할 수 있는데, 이는 주간 온도 변화로 인해 습한 주변 공기가 탱크 상부 공간으로 유입되기 때문입니다. 용해된 물은 농도가 50 ppm 미만이라 하더라도 순항 고도에서는 위험을 초래합니다. 연료 온도가 주변 온도(35,000피트에서 −50~−60°C) 수준으로 떨어지면 용해된 물이 미세한 얼음 결정으로 응결되어 연료 필터를 막고 엔진 정지를 유발할 수 있기 때문입니다.

3A 분자체 건조기를 이용한 최종 제품 정제 공정 — 상온에서 액체 시간당 공간 유속(LHSV) 4~12 h 조건으로 작동−1 — 용존수 함량을 15 ppm 미만으로 낮추며, 이는 제트 A-1 연료가 전체 비행 조건에서 자유수 없이 깨끗한 상태를 유지할 수 있는 실질적인 상한선입니다.

종합해 보면, 원료 전처리에 사용되는 3A, 수소 재순환 건조에 사용되는 4A 또는 13X, 중간 정제에 사용되는 13X, 그리고 최종 제품 정제에 사용되는 3A 등 이 네 가지 분자체 응용 기술은 원료 탱크에서 제품 탱크에 이르는 전체 HEFA 공정을 아우르는 분산형 정제 시스템을 구성합니다. 이 기술들은 업계 논의에서 주를 이루는 반응기나 촉매와 같은 맥락에서 거의 언급되지 않습니다. 하지만 이들이 없다면, 항공기 연료 노즐로 공급되는 SAF는 단 한 방울도 없을 것입니다.

HEFA 공정 2
HEFA의 4개 분자 체 노드
3A
사료 전처리
공급 히터 상류에 위치한 3A 분자체 + 활성 알루미나
4A
H₂ 재순환 건조
트윈 베드 열변동 흡착법, 4A 또는 13X 체
13X
중간 탈수
13X 체, 촉매 활성을 최대한 발휘할 수 있도록 NH₃를 1 ppmv 미만으로 저감
3A
제품 폴란드어
3A 체 건조기, 4–12시간−1 LHSV, <15 ppm (출구) H₂O

HEFA 기술 공급업체 및 공정 구성

HEFA 기술 옵션을 평가 중인 프로젝트 개발자 및 엔지니어링 팀의 관점에서 볼 때, 상용 라이선스 제공업체의 현황은 몇 가지 명확히 구분되는 제공 형태로 나뉩니다. 아래 표는 공개된 정보를 바탕으로 주요 업체들을 요약한 것이며, 실제 기술 선정 시에는 현장별 원료 특성, 목표 제품 분포, 기존 정유소 인프라와의 통합 등을 고려해야 합니다.

기술 라이선스 제공자프로세스 이름구성 옵션Catalyst 주요 내용대표적인 프로젝트최대 안전 수확량
TopsoeHydroFlex1단 / 2단Mo/Al₂O₃ HDO 촉매; 97% HDO 선택도몬태나 리뉴어블스, 필립스 66 로데오~75–80%
허니웰 UOP에코파인1단 / 2단독점 촉매; 50개 이상의 유효 라이선스다이아몬드 그린 디젤, 월드 에너지 파라마운트~75%
Axens비건2단계8년 이상 가동 중인 최초의 상용 시범 플랜트Galp, 그린 카본 개발~75%
네스테NExBTL (독점 기술)역류 방식의 2단 HIKetjen에서 제공한 촉매포르보, 싱가포르, 마르티네즈 (마라톤 JV)~75%
술저 켐테크BioFlux액체가 가득 찬 단일 반응기Duke Technologies로부터 라이선스를 취득함태국, 말레이시아, 우루과이 프로젝트해당 없음 (RD 중심)

기술 라이선스 제공업체를 선정하는 것은 필수적인 첫 단계이지만, 이는 단지 첫 단계일 뿐입니다. 어떤 업체의 공정 패키지를 선택하든, 모든 HEFA 플랜트에는 동일한 기본 정제 인프라가 필요합니다. 분자 체 탈수, 중간 정제 및 제품 정제 유닛은 어떤 라이선스 제공업체의 설계에서도 선택적 추가 사항이 아닙니다. 이는 반드시 사양을 정하고, 규모를 산정하며, 공급처를 확보해야 하는 필수적인 단위 공정입니다.

모든 라이선스 제공자에게 공통적으로 적용되는 한 가지 사항

분자 체 탈수, 중간 정제 및 제품 정제 공정은 어떤 라이선스 제공자의 설계에서도 선택 사항이 아닙니다. 이는 어떤 공정 패키지를 선택하든 반드시 명시해야 하는 필수 공정 단계입니다.

공정 설계에서 플랜트 성능까지 — 정제 단계가 중요한 이유

표준 HEFA 교재에는 HDO, 하이드로이소머라이제이션, 분별 정제라는 세 가지 과정이 설명되어 있습니다. 하지만 FEED 연구 단계부터 시운전까지 설비 설계를 담당해 본 모든 플랜트 설계자는 이 세 가지 과정을 관통하는 네 번째 기능이 있다는 사실을 잘 알고 있습니다. 바로 화학 공정을 가능하게 하는 정제 단계입니다.

경제적 논리는 간단명료합니다. 귀금속 HI 촉매의 비용은 반응기 1회 충전당 $500,000에서 $1백만 이상에 달합니다. 수분 또는 암모니아 중독으로 인해 예기치 않게 촉매를 교체해야 할 경우, 직접적인 교체 비용이 발생할 뿐만 아니라 생산이 중단됩니다. 또한 하루 2,000~3,000 배럴을 생산하는 대규모 SAF 플랜트의 경우, 예기치 않은 가동 중단이 하루 발생할 때마다 약 $2백만 상당의 매출 손실을 입게 됩니다. 이러한 촉매를 보호하는 분자체 정제 시스템은 전체 플랜트 투자 비용의 3~5%를 차지하지만, 촉매 수명, 제품 수율 및 가동 신뢰성에 미치는 영향을 통해 가변 운영 비용의 70% 이상에 영향을 미칩니다.

3~5번
CAPEX의
70%+
변동 비용의 영향을 받은

IEA 바이오에너지(IEA Bioenergy)의 분석에 따르면, 전 세계 SAF 생산 능력이 현재 연간 약 150만 톤에서 2050년까지 필요한 연간 4,000억 리터 이상으로 확대됨에 따라(이를 위해 약 5,000~7,000개의 신규 생산 시설이 필요할 것으로 추정됨), 정제 단계는 단순한 설계상의 부수적 요소에서 경쟁 우위를 결정짓는 핵심 요소로 발전할 것입니다. 1세대 HEFA 플랜트는 분자 체 선정을 사후 고려 사항으로 취급하여, 대개 EPC 계약업체가 기본적으로 지정한 흡착제를 그대로 수용하곤 했습니다. 그러나 수익성이 더욱 악화되고, 폐기물 원료의 변동성이 커지며, 수율 효율에 대한 규제 압박이 강화되는 상황에 직면한 차세대 플랜트는 흡착제 사양을 그 자체로 설계 최적화의 변수로 간주할 것입니다.

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1세대 HEFA 플랜트는 분자 체 선정을 부차적인 고려 사항으로 취급했습니다. 차세대 플랜트는 흡착제 사양을 그 자체로 설계 최적화 변수로 다룰 것입니다.
— 이 기사

오늘날 새로운 HEFA 설비 용량을 기획하는 엔지니어들에게 있어 실질적인 교훈은 분명합니다. 즉, 촉매 선정에 쏟는 만큼의 세심함을 흡착제 선정에도 기울여야 한다는 것입니다. 수소 재순환 루프를 건조하는 분자 체는 단순한 일반 상품이 아닙니다. 특정 용도에 맞춘 테스트와 입증된 산업용 가스 정제 전문성을 갖춘 공급업체의 지원을 바탕으로 올바른 사양을 설정하는 것은, 이성질화 촉매가 5년 동안 안정적으로 성능을 발휘하는 것과 1년 차에 예기치 못한 가동 중단을 겪는 것 사이의 차이를 결정지을 수 있습니다.


참고 문헌

  1. ASTM International. “ASTM D7566 — 합성 탄화수소를 함유한 항공 터빈 연료에 대한 표준 사양.” 2025. https://www.astm.org/d7566.html
  2. SkyNRG. “SAF 기술의 기초 — HEFA 공정.” https://skynrg.com/sustainable-aviation-fuel/technology-basics/
  3. Bergwerff, J. “HEFA 공정을 통한 SAF 생산: 화학 및 촉매 작용.” 《탈탄소화 기술》, 2025년 5월. https://decarbonisationtechnology.com/article/329/saf-production-via-the-hefa-route-chemistry-and-catalysis
  4. Shiflett, W. “재생에너지 제2부: SAF에 초점을 맞추어.” Digital Refining, 2025. https://www.digitalrefining.com/article/1003245/renewables-part-2-a-focus-on-saf
  5. IEA 바이오에너지 태스크 39. “바이오제트 연료/지속 가능한 항공 연료(SAF) 상용화 현황.” 2024. https://task39.ieabioenergy.com/
  6. van Dyk, S. 외. “드롭-인 바이오연료 생산과 정유소 내 추가 공동 처리 간의 잠재적 시너지 효과.” IEA Bioenergy, 2019. https://www.ieabioenergy.com/
  7. Goh, B.H.H. 외. “바이오자원을 원료로 한 합성 제트 연료의 촉매 전환 경로에 관한 최근 연구 동향.” 《Energy Conversion and Management》, 2022. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114974
  8. CZapp. “SAF를 위한 HEFA 경로의 장단점.” https://www.czapp.com/analyst-insights/the-pros-and-cons-of-the-hefa-pathway-for-saf/
  9. Ketjen / Albemarle. “ReNewFine 촉매 포트폴리오.” 『Decarbonisation Technology』, 2025년 5월호에서 인용.
  10. Jalon Zeolite. “산업용 분자 체 및 흡착제 솔루션.” https://www.jalonzeolite.com/products/
  11. Jalon Zeolite. “사례 연구.” https://www.jalonzeolite.com/case-studies/
  12. Jalon Zeolite. “기술 역량.” https://www.jalonzeolite.com/capability/

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