JP2020514472A - 原油から芳香族及びオレフィン系石油化学製品への変換 - Google Patents

Abstract

システムは、原油から不純物を除去するように構成された水素化処理ゾーンと、前記水素化処理ゾーンから送り出された液体を、軽質留分と重質留分とに分離するように構成された第１の分離ユニットと、前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するように構成された芳香族抽出サブシステムと、前記重質留分を、複数のオレフィン系の生成物に分解するように構成された熱分解区画と、を含む。

Description

本願は、２０１７年１月４日に出願された米国特許出願第６２／４４２，０５６号及び２０１７年１２月１８日に出願された米国特許出願第１５／８４５，５５７号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願のすべての記載内容を援用する。

オレフィン（エチレン、プロピレン、ブチレン、及びブタン等）並びに芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、及びキシレン等）は、石油化学製品及び化学工業では広く用いられている基本的な中間体である。時には、熱分解又は蒸気熱分解を利用して、石油ガス等の供給原料と、ナフサ、ケロシン、及び軽油等の留出物（蒸留物）とからオレフィン及び芳香族化合物が形成される。

ある１つの態様において、システムは、原油から不純物を除去するように構成された水素化処理ゾーンと；前記水素化処理ゾーンから送り出された液体を、軽質留分と重質留分とに分離するように構成された第１の分離ユニットと；前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するように構成された芳香族抽出サブシステムと；前記重質留分を、複数のオレフィン系の生成物に分解するように構成された熱分解区画と；を含む。

実施の形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。

前記芳香族抽出サブシステムは、溶媒抽出及び抽出蒸留のうちの１つ以上により、前記軽質留分の芳香族石油化学製品を前記軽質留分の他の成分から分離するように構成された芳香族抽出ユニットを含む。

前記芳香族抽出サブシステムは、前記軽質留分を改質物に変換するように構成された改質器を含み、前記芳香族抽出ユニットは、前記改質物を受け容れるように構成されている。

前記改質物は、前記軽質留分と比較して芳香族石油化学製品に富む。

前記芳香族抽出サブシステムは、前記改質器からの送出物を、前記改質物と副生成物留分とに分離するように構成された第２の分離ユニットを含む。

このシステムは、前記副生成物留分を、水素と軽質ガスとに分離するように構成されたガス分離ユニットを含む。

前記水素は前記水素化処理ゾーンへ提供される。

前記軽質ガスは前記熱分解区画へ提供される。

前記改質器は、水素化分解、異性化、脱水素環化、及び脱水素化のうちの１つ以上により、前記軽質留分を前記改質物に変換するように構成されている。

前記改質器は、芳香族石油化学製品の生産に触媒作用を及ぼすように構成された触媒を含む。

前記軽質留分の前記他の成分は、前記水素化処理ゾーンへ戻される。

前記芳香族抽出ユニットは、前記第２の分離ユニットから前記軽質留分を受け容れると共に前記軽質留分と比較して芳香族化合物に富む送出物の流れ（送出物流）を生成するように構成されている。

前記芳香族抽出サブシステムは、前記送出物の流れを改質物に変換するように構成された改質器を含み、前記芳香族抽出ユニットは、前記改質物を受け容れるように構成されている。

このシステムは、原油の投入物の流れ（投入物流）を軽質原油留分と重質原油留分とに分離するように構成された第３の分離ゾーンを含み、前記水素化処理ゾーンは、前記重質原油留分から不純物を除去するように構成されている。

前記軽質原油留分は前記熱分解区画へ提供される。

このシステムは、前記水素化処理ゾーンからの流出物を、前記水素化処理ゾーンから送り出されたガスと、前記水素化処理ゾーンから送り出された前記液体とに分離するように構成された第４の分離ゾーンを含む。

このシステムは、前記水素化処理ゾーンから送り出されたガスを、水素と軽質ガスとに分離するように構成されたガス分離ユニットを含む。

前記水素は前記水素化処理ゾーンに提供される。

前記軽質ガスは前記熱分解区画に提供される。

このシステムは、前記重質留分から燃料油を除去するように構成された第５の分離ゾーンを含み、前記第５の分離ゾーンは前記熱分解ユニットの上流に配置されている。

前記第１の分離ゾーンはフラッシュ分離装置を含む。

前記第１の分離ゾーンは、物理的又は機械的に蒸気を液体から分離する分離装置を含む。

前記熱分解区画は蒸気熱分解ユニットを含む。

前記熱分解区画は、前記重質留分を、メタン、エチレン、プロピレン、ブタジエン、及びブテンのうちの１種以上に分解するように構成されている。

前記水素化処理ゾーンは、（ｉ）水素化脱金属触媒と；（ｉｉ）水素化脱芳香族、水素化脱窒素、水素化脱硫、及び水素化分解の機能のうちの１つ以上を有する触媒と；のうちの１つ以上を含む。

このシステムは、前記分解された重質留分を複数の流れに分離するように構成された精製ユニットを含み、各流れは前記複数の生成物のうちの１つに対応する。

ある１つの態様において、方法は、水素化処理プロセスにより、原油から不純物を除去するステップと；前記水素化処理プロセスから送り出された液体を、軽質留分と重質留分とに分離するステップと；前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するステップと；熱分解プロセスにより、前記重質留分を複数のオレフィン系の生成物に分解するステップと；を含む。

実施の形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。

前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するステップは、溶媒抽出及び抽出蒸留のうちの１つ以上により、前記軽質留分の芳香族石油化学製品を前記軽質留分の他の成分から分離するステップを含む。

前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するステップは、前記軽質留分を改質器で改質物に変換するステップを含む。

前記改質物は、前記軽質留分と比較して芳香族石油化学製品に富む。

この方法は、前記改質器からの送出物を、前記改質物と副生成物留分とに分離するステップを含む。

この方法は、前記副生成物留分を、水素と軽質ガスとに分離するステップを含む。

この方法は、前記水素を前記水素化処理ゾーンへ提供するステップを含む。

この方法は、前記軽質ガスを前記熱分解区画へ提供するステップを含む。

前記軽質留分を改質物に変換するステップは、水素化分解、異性化、脱水素環化、及び脱水素化のうちの１つ以上を行うステップを含む。

この方法は、前記軽質留分の前記他の成分を前記水素化処理プロセスへ戻すステップを含む。

前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するステップは、前記軽質留分と比較して芳香族化合物に富む送出物の流れを生成するステップを含む。

この方法は、原油の投入物の流れを軽質原油留分と重質原油留分とに分離するステップを含み、前記原油から不純物を除去するステップは、前記重質原油留分から不純物を除去するステップを含む。

この方法は、前記軽質原油留分を前記熱分解区画へ提供するステップを含む。

この方法は、前記水素化処理プロセスからの流出物をガスと前記液体とに分離するステップを含む。

この方法は、前記水素化処理プロセスから送り出されたガスを、水素と軽質ガスとに分離するステップを含む。

この方法は、前記水素を前記水素化処理プロセスに提供するステップを含む。

この方法は、前記軽質ガスを前記熱分解プロセスに提供するステップを含む。

この方法は、前記熱分解プロセスの前に前記重質留分から燃料油を除去するステップを含む。

前記重質留分を複数の生成物に分解するステップは、前記重質留分を、メタン、エチレン、プロピレン、ブタジエン、及びブテンのうちの１種以上に分解するステップを含む。

この方法は、前記分解された重質留分を複数の流れに分離するステップを含み、各流れは前記複数の生成物のうちの１つに対応する。

ここで述べるシステム及び方法は、下記の利点の１つ以上を有する。すなわち、ここで述べる芳香族化合物を生産するためのアプローチは、複数の生成物、例えば芳香族とオレフィン系石油化学生成物の両方、を生産できる汎用アプローチである。原油から石油化学製品への直接変換時の、ベンゼン、キシレン、トルエン他の芳香族化合物の生産を増やすことができる。原油から芳香族及びオレフィン系生成物への直接変換により、複雑な蒸留ステップを回避することができる。ここで述べるシステム及び方法は、コークスの形成を減らし、蒸気熱分解区画での望ましくない副生成物の生産を減らすことができる。

変換システムのブロック図である。

フローチャートである。

ここでは、原油を、エチレン、プロピレン、ブチレン、及びブテン等のオレフィン系石油化学製品へ、そしてベンゼン、トルエン、及びキシレン等の芳香族石油化学製品を含む石油化学製品へ直接変換するための統合された水素化処理及び蒸気熱分解アプローチについて述べる。ここで述べる、原油を石油化学製品へ変換するためのアプローチにおいて、原油は、不純物を除去するために水素化処理ゾーンで処理される。水素化処理ゾーンからの送出物の一部は、芳香族石油化学製品を抽出するために処理され、水素化処理ゾーンからの送出物の別の一部は、その一部を複数のオレフィン系生成物に分解するために蒸気熱分解プロセスで処理される。水素化処理ゾーンからの送出物の複数の部分、例えば原油の重質留分と軽質留分の両方、から芳香族石油化学製品を生成する能力により、芳香族石油化学製品の高収率を達成できるようになる。

ここで用いられる用語「原油」は、何らかの前処理を受けた原油を含め、従来の供給源からのすべての原油を意味する。原油は、水油分離、ガス油分離、脱塩、及び安定化のうちの１つ以上が行われてきた物質ということができる。

図１を参照すると、変換システム１００は、原油から、オレフィン系及び芳香族石油化学製品の両方を初めとする石油化学製品への直接変換を実行する。原油１０２の投入流が、変換システム１００の分離ユニット１０４に受け容れられる。分離ユニット１０４は、原油１０２を、ガス等の軽質留分１０６と、液体等の重質留分１０８と、に分離する。実施の例によっては、軽質留分１０６は、ナフサ留分であり得る。実施の例によっては、軽質留分１０６の沸点を、約６５℃未満とすることができる。

実施の例によっては、分離ユニット１０４を、フラッシュドラム等のフラッシュ分離装置とすることができる。例えば、分離ユニット１０４は、約１５０℃と約２６０℃との間の留分境界点（カットポイント）を持つフラッシュ分離器等の単段分離装置であり得る。実施の例によっては、分離ユニット１０４は、フラッシュゾーンが存在しない状態で作動できる。例えば、分離ユニット１０４は、サイクロン相分離装置、スプリッタ、又は、蒸気及び液体の物理的若しくは機械的分離に基づく別の種類の分離装置を含むことができる。サイクロン相分離装置では、蒸気及び液体がサイクロン構成を通って装置に流入する。蒸気は、円形パターンで旋回させられ、より重い液滴と液体を捕捉して液体出口へ向かわせる力を生み出す。蒸気は、蒸気出口へ向けられる。サイクロン分離装置は、等温的に且つ非常に短い滞留時間で作動する。分離ユニット１０４の留分境界点は、要因、例えば気化温度、分離ユニット１０４に入る物質の流体速度、若しくはその両方、又は他の要因に基づいて調節することができる。分離装置については、米国公開特許第２０１１／０２４７５００号で更に説明されており、その内容は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。

重質留分１０８は、不純物、例えば硫黄、金属、窒素、又は他の不純物、を除去するために水素化処理ゾーン１１２へ送られる。図１に示すような、変換システム１００の構成によっては、軽質留分１０６は、水素化処理ゾーン１１２を迂回して、直接、熱分解区画１１０へ送られ、そこで軽質留分１０６をオレフィンへ、直接、変換することができる。変換システム１００の構成によっては、軽質留分１０６は、変換システム１００から送り出され、燃料として使用される。変換システム１００の構成によっては、分離ユニット１０４を迂回又は取り払って、原油１０２の投入流を水素化処理ゾーン１１２に、直接、受け容れる。

水素化処理ゾーン１１２は、重質留分１０８（又は、分離ユニット１０４を迂回する場合は原油１０２）を、再循環させた水素１０５及び下流の処理から戻された非芳香族ガス１５２と共に処理する。水素化処理ゾーン１１２は、水素化脱金属、水素化脱芳香族、水素化脱窒素、水素化脱硫、及び水素化分解のうちの１つ以上のプロセスを実施することができる。水素化処理ゾーン１１２は、有効量の水素化脱金属触媒を含有する１つ以上の床（ベッド）を含むことができる。水素化処理ゾーン１１２は、水素化脱芳香族、水素化脱窒素、水素化脱硫及び水素化分解の各機能のうちの１つ以上を有する、有効量の水素化処理触媒を含有する１つ以上の床を含むことができる。実施の例によっては、水素化処理ゾーン１１２は、複数の触媒床、例えば２つ、３つ、４つ、５つ、又は別の数の触媒床を含むことができる。実施の例によっては、水素化処理ゾーン１１２は、それぞれ機能が同じ又は異なる１つ以上の触媒床を収めた複数の反応槽を含むことができる。水素化処理ゾーンについては、米国公開特許第２０１１／００８３９９６号、並びにＰＣＴ特許出願公開ＷＯ２０１０／００９０７７号、ＷＯ２０１０／００９０８２号、ＷＯ２０１０／００９０８９号及びＷＯ２００９／０７３４３６号で更に説明されており、その内容は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。

水素化処理ゾーン１１２は、約３００℃と約４５０℃の間の温度、例えば約３００℃、約３５０℃、約４００℃、約４５０℃、又は別の温度で作動することができる。水素化処理ゾーン１１２は、約３０ｂａｒ（約３ＭＰａ）と約１８０ｂａｒ（約１８ＭＰａ）の間の圧力、例えば約３０ｂａｒ（約３ＭＰａ）、約６０ｂａｒ（約６ＭＰａ）、約９０ｂａｒ（約９ＭＰａ）、約１２０ｂａｒ（約１２ＭＰａ）、約１５０ｂａｒ（約１５ＭＰａ）、約１８０ｂａｒ（約１８ＭＰａ）、又は別の圧力で作動することができる。水素化処理ゾーン１１２は、約０．１ｈ^−１と約１０ｈ^−１の間の液時間空間速度、例えば約０．１ｈ^−１、約０．５ｈ^−１、約１ｈ^−１、約２ｈ^−１、約４ｈ^−１、約６ｈ^−１、約８ｈ^−１、約１０ｈ^−１、又は別の液時間空間速度で作動することができる。液時間空間速度は、反応器の容積に対する、反応器を通過する反応液の流量の比である。

水素化処理がなされた流出物１１４は、水素化処理ゾーン１１２から送り出され、分離ユニット１１６、例えば高圧の低温又は高温の分離器、に導かれる。実施の例によっては、流出物１１４を、分離ユニット１１６に至る前に熱交換器（不図示）で冷却することができる。分離ユニット１１６は、水素化処理がなされた流出物１１４を、一般にはガスである分離器塔頂物１１８と、実質的に液体である分離器塔底物１２０とに分離する。実施の例によっては、分離ユニット１１６は、フラッシュドラム等のフラッシュ分離装置であり得る。実施の例によっては、分離ユニット１１６は、フラッシュゾーンが存在しない状態で作動することができる。例えば、分離ユニット１１６は、サイクロン相分離装置、スプリッタ、又は蒸気及び液体の物理的若しくは機械的分離に基づく別の種類の分離装置を含むことができる。

分離器塔頂物１１８は、ガス分離・精製ユニット１２２へ送られる。ガス分離・精製ユニット１２２は、分離器塔頂物１１８を精製するアミン成分と、分離器塔頂物１１８を水素ガス１２４及び軽質ガス１２６（Ｃ１〜Ｃ５炭化水素ガス、硫化水素、アンモニア、又は他の軽質ガスなど）に分離する分離成分と、を含むことができる。水素ガス１２４は、水素化処理ゾーン１１２へ向けて再循環される。実施の例（不図示）によっては、水素ガス１２４を、水素化処理ゾーン１１２へ戻す前にコンプレッサで圧縮することができる。実施の例によっては、例えば図１に示すように、軽質ガス１２６を、オレフィン生産のために熱分解区画１１０へ導くことができる。実施の例（不図示）によっては、軽質ガス１２６を、水素化処理ゾーン１１２へ向けて再循環させるか、燃料ガス又は液化石油ガス（ＬＰＧ）として用いるために変換システム１１０から送り出すことができる。

分離器塔底物１２０（水素化処理された流出物１１４の重質塔底物を含有している）は、水素化処理ゾーン１１２への原油投入物の重質留分１０８に比べて、金属、硫黄、又は窒素等の汚染物質の含有量は低く、パラフィン度は上がり、ＢＭＣＩ（鉱山局相関指数）は低く、ＡＰＩ（米国石油協会）比重は上がる。分離器塔底物１２０は、分離ユニット１２８へ導かれる。実施の例によっては、分離器塔底物１２０を、分離ユニット１２８に至る前に熱交換器（不図示）で冷却することができ、分離ユニット１２８は、分離器塔底物１２０を軽質留分１３０と重質留分１３２に分離する。実施の例によっては、分離ユニット１２８は、フラッシュドラム等のフラッシュ分離装置であり得る。実施の例によっては、分離ユニット１２８は、フラッシュゾーンが存在しない状態で作動することができる。例えば、分離ユニット１２８は、サイクロン相分離装置、スプリッタ、又は蒸気及び液体の物理的若しくは機械的分離に基づく別の種類の分離装置を含むことができる。分離ユニット１２８は、ナフサ範囲に類似する炭化水素カット（留分）と、それより広い、例えば、芳香族前駆体に富む炭化水素カット（留分）と、を分画することができる、１つ以上の分離装置を含むことができる。

分離ユニット１２８からの軽質留分１３０は、既に脱硫され水素化処理ゾーン１１２で処理された炭化水素を含む。例えば、軽質留分１３０は、ナフサを含むことができる。軽質留分１３０は、約１５０℃と約２３０℃の間（例えば約１５０℃、約１６０℃、約１７０℃、約１８０℃、約１９０℃、約２００℃、約２１０℃、約２２０℃、約２３０℃、又は別の温度）の初期沸点と最終沸点とを持つ炭化水素を含むことができる。重質留分１３２は、約１５０℃と約２３０℃の間（例えば約１５０℃、約１６０℃、約１７０℃、約１８０℃、約１９０℃、約２００℃、約２１０℃、約２２０℃、約２３０℃、又は別の温度）の初期沸点と、５４０℃以上の最終沸点とを持つ炭化水素を含むことができる。軽質留分１３０、重質留分１３２、又は両方の初期沸点及び最終沸点は、変換システム１００へ投入される原油１０２の種類に依存する可能性がある。

場合によっては、分離ユニット１２８からの軽質留分１３０は、ナフサ改質ユニット等の改質器１３８へ送られる。場合によっては、例えば軽質留分の芳香族含有量が著しい場合に、代替経路１３０’を通じて、以下詳細に検討する芳香族抽出ユニット１３４へ軽質留分を送ることができ、芳香族抽出ユニット１３４から送り出された芳香族流１３６を改質器１３８へ送ることができる。軽質留分１３０は、改質器１３８の上流にある水素化処理ゾーン１１２で処理されているので、軽質留分１３０が改質器１３８へ送り込まれる前に軽質留分１３０の水素化処理が実行されることはない。同じく以下詳細に検討する改質器１３８は、軽質留分１３０を、ベンゼン、トルエン、及びキシレン等の多様な芳香族化合物に富む改質物へ変換する。実施の例によっては、改質器１３８は、ベンゼンの生産量を低く抑えることと引き換えにキシレンの生産量を高めることができる。改質器１３８は、炭化水素副生成物、例えば水素ガス及び軽質炭化水素ガス、も生産することができる。改質器１３８で軽質留分１３０を処理することで芳香族化合物を意図的に生成することにより、変換システム１００からの芳香族化合物の全収率の向上が可能になる。

改質器１３８からの送出流１４０は、改質物と副生成物とを含有しており、分離ユニット１４２へ送り込まれる。実施の例によっては、分離ユニット１４２は、フラッシュドラム等のフラッシュ分離装置であり得る。実施の例によっては、分離ユニット１４２は、フラッシュゾーンが存在しない状態で作動することができる。例えば、分離ユニット１４２は、サイクロン相分離装置、スプリッタ、又は蒸気及び液体の物理的若しくは機械的分離に基づく別の種類の分離装置を含むことができる。分離ユニット１４２は、改質器１３８からの送出流１４０を、液体改質物を含む液体流１４４と、改質器１３８からの炭化水素副生成物（例えば水素ガス及び軽質炭化水素ガス）を含むガス流１４６とに分離する。液体流１４４は、芳香族抽出ユニット１３４へ送られる。ガス流１４６は、水素１２４と軽質炭化水素ガス１２６とに分離するための精製装置１２２へ送り込まれる。

改質器１３８は、水素化分解、異性化、脱水素環化、及び脱水素化等の反応のうちの１つ以上を使って、軽質留分１３０と芳香族流１３６とを、ベンゼン、トルエン、及びキシレン等の芳香族化合物に富む改質物へ変換する。改質器１３８は、水素及び軽質炭化水素ガス等の炭化水素副生成物をも生成することができる。改質器は、芳香族化合物の生産を最大化する触媒工程に適合する触媒を含むことができる。例えば、触媒は、一又は二元機能金属触媒（例えば、白金、パラジウム、レニウム、スズ、ガリウム、ビスマス、又は他の金属触媒のうちの１種以上）、ハロゲン含有触媒、ゼオライトＬ又はＺＳＭ−５ゼオライト等のゼオライトを採用する触媒、メソポーラス若しくはマイクロポーラス（例えば、アルミナ、シリカ、若しくはアルミナシリカの担体）である結晶又は非晶質の担体を採用する触媒、又は、芳香族化合物の生産を最大化できる別の種類の触媒、とすることができる。適切な触媒の例は、米国特許第５，０９１，３５１号及びＰＣＴ特許出願公開ＷＯ２０００／００９６３３号に記載されており、両者の内容は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。

改質器１３８の作動条件は、芳香族化合物の生産を最大化するように選択することができる。改質器１３８は、約０．０１ｂａｒ（約１ｋＰａ）と約５０ｂａｒ（約５ＭＰａ）の間の圧力、例えば約０．０１ｂａｒ（約１ｋＰａ）、約０．１ｂａｒ（約１０ｋＰａ）、約０．５ｂａｒ（約５０ｋＰａ）、約１ｂａｒ（約０．１ＭＰａ）、約５ｂａｒ（約０．５ＭＰａ）、約１０ｂａｒ（約１ＭＰａ）、約２０ｂａｒ（約２ＭＰａ）、約３０ｂａｒ（約３ＭＰａ）、約４０ｂａｒ（約４ＭＰａ）、約５０ｂａｒ（約５ＭＰａ）、又は別の圧力で作動することができる。改質器１３８における水素の炭化水素に対するモル比は、約１：１と約１０：１の間、例えば約１：１、約２：１、約４：１、約６：１、約８：１、約１０：１、又は別の比とすることができる。改質器１３８は、約４００℃と約６００℃の間の温度、例えば約４００℃、約４５０℃、約５００℃、約５５０℃、約６００℃、又は別の温度で作動することができる。改質器は、約０．１ｈ^−１と約５ｈ^−１の間の液時間空間速度、例えば約０．１ｈ^−１、約０．５ｈ^−１、約１ｈ^−１、約２ｈ^−１、約３ｈ^−１、約４ｈ^−１、約５ｈ^−１、又は別の液時間空間速度で作動することができる。

芳香族抽出ユニット１３４は、溶媒抽出、抽出蒸留、その他の抽出技法を用いて、改質物及び熱分解ガソリンから芳香族化合物を分離する。芳香族抽出ユニット１３４は、改質物を含む液体流１４４を分離ユニット１４２から受け容れ、熱分解ガソリン１４９を、以下検討する生成物精製ユニット１５０から受け容れると共に、場合により軽質留分１３０’を分離ユニット１２８から受け容れ、ベンゼン、トルエン、及びキシレンのうちの１種以上等の芳香族化合物に富む富化芳香族化合物流１４８を生産する。富化芳香族化合物流１４８は、変換システム１００外の構成要素によって精製及び収集され得る。芳香族抽出ユニット１３４を出た非芳香族化合物１５２は、更なる処理のために水素化処理ゾーン１１２へ再循環させることができる。

分離ユニット１２８に戻ると、重質留分１３２は、分離ユニット１５４へ送り込まれる。分離ユニット１５４において、重質留分１３２は、重質成分を含む燃料油留分１５６と、軽質成分を含む蒸気留分１５８とに分画される。燃料油留分１５６は、生成物精製ユニット１５０からの熱分解燃料油１６０と混合し、変換システム１００から燃料油ブレンドとして送り出すことができる。実施の例によっては、分離ユニット１５４は、フラッシュドラム等のフラッシュ分離装置であり得る。実施の例によっては、分離ユニット１５４は、フラッシュゾーンが存在しない状態で作動することができる。例えば、分離ユニット１５４は、サイクロン相分離装置、スプリッタ、又は蒸気及び液体の物理的若しくは機械的分離に基づく別の種類の分離装置を含むことができる。

分離ユニット１２８からの蒸気留分１５８は、熱分解区画１１０へ送られる。蒸気留分１５８は、分離器塔底物１２０の初期沸点に対応する初期沸点と、約３７０℃と約６００℃の間の最終沸点とを持つことができる。熱分解区画１１０において、蒸気熱分解ユニット１６２は、蒸気留分１５８と、ガス分離・精製ユニット１２２からの軽質ガス１２６とを、水蒸気の存在下で、複数の生成物、例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン、混合ブテン、及び熱分解ガソリンのうちの１種以上、に分解する。実施の例によっては、例えば図１に示すように、熱分解区画１１０は、蒸気熱分解ユニット１６２での分解前に蒸気留分１５８を加熱する加熱構成要素１６４を含むことができる。例えば、加熱構成要素１６４は、水蒸気の存在下で蒸気留分１５８を加熱する対流ユニットを含むことができる。実施の例によっては、加熱構成要素１６４は熱分解区画１１０に含まれない。

蒸気熱分解ユニット１６２と加熱構成要素１６４とは、約４００℃と約９００℃の間の温度、例えば約４００℃、約５００℃、約６００℃、約７００℃、約８００℃、約９００℃、又は別の温度で作動することができる。蒸気熱分解ユニット１６２と加熱構成要素１６４とは、それぞれ、約０．０５秒と約２秒の間の滞留時間、例えば約０．０５秒、約０．１秒、約０．５秒、約１秒、約１．５秒、約２秒、又は別の滞留時間で作動することができる。加熱構成要素１６４を対流ユニットとして実施する場合、対流ユニットにおける水蒸気対炭化水素の重量比は、約０．３：１と約２：１の間、例えば約０．３：１、約０．５：１、約１：１、約１．５：１、約２：１、又は別の比とすることができる。

実施の例によっては、熱分解区画１１０は、蒸気留分１５８から残留する液体成分１６６を除去して、蒸気成分１６８を蒸気熱分解ユニット１６２へ送り込む気液分離ユニット１６５を含むことができる。除去された液体成分１６６は、生成物精製ユニット１５０からの熱分解燃料油１６０に混合されることになる燃料油成分として排除することができる。気液分離ユニット１６５は、１つ以上の蒸気液体分離装置、例えば米国特許第９，２５５，２３０号に記載する装置を含むことができ、その内容は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。実施の例によっては、気液分離ユニット１６５は熱分解区画１１０に含まれない。

複数の生成物を含有する生成物流１７０は、熱分解区画１１０から生成物精製ユニット１５０へ受け渡される。実施の例によっては、生成物流１７０は、生成物精製ユニット１５０での処理に先立って冷却することができる。例えば、生成物流１７０を、急冷液での急冷、コンプレッサでの圧縮、脱水、又はこれらのプロセスの複数の組み合わせに付すことができる。

生成物精製ユニット１５０は、熱分解区画１１０からの生成物流１６８をその構成成分（例えばメタン１７２、エチレン１７４、プロピレン１７６、ブタジエン１７８、混合ブチレン１８０、及び熱分解ガソリン１４９のうちの１種以上で、それぞれ流れとして吐出される）に分離する。例えば、生成物精製ユニット１５０は、水素とメタンとを生産する脱メタン塔を含むことができる。生成物精製ユニット１５０は、エチレン、プロピレン、ブタジエン、及び混合ブチレンを生産するための脱エタン、脱プロパン及び脱ブタン塔を更に含むことができる。生成物精製ユニット１５０により生産された水素１８２は、場合によっては精製プロセス後に、再循環させて水素化処理ゾーン１１２へ戻すことができる。熱分解ガソリン１４９は、残留する芳香族化合物の抽出のために芳香族抽出ユニット１３４へ戻される。図１の例には６つの生成物流が示されているが、例えば、生成物精製ユニット１５０に採用されている分離ユニットの編成、又は、生成物精製ユニット１５０に対する目標収率若しくは配分に応じ、生成物精製ユニット１５０はこれよりも多い又は少ない数の生成物流を生産することができる。

生成物流１６８を構成成分に分離した後に残留する熱分解燃料油１６０は、一般にＣ５〜Ｃ９炭化水素を含んでおり、分離ユニット１５４からの燃料油留分１５６に混合され、低硫黄燃料油ブレンド等の熱分解燃料油ブレンド１８４として、例えばオフサイト（敷地外）の精製所（製油所）での更なる処理のために、除去することができる。燃料油留分１５６と熱分解燃料油１６０は水素化処理ゾーン１１２の選択的水素化処理にさらされてきているので、熱分解燃料油ブレンド１８４は、変換システム１００に投入される原油１０２と比べて、含有するヘテロ原子化合物、例えば硫黄含有化合物、窒素含有化合物、又は金属化合物、の量が減っている。熱分解燃料油ブレンド１８４のこの組成は、ブレンド１８２の更なる処理を容易にすることができ、又は、ブレンド１８４を、低硫黄で低窒素である重質燃料ブレンドとして有用なものとすることができる。

実施の例によっては、選択的水素化処理又は水素化処理プロセスは、芳香族化合物、とりわけ多環芳香族化合物、の飽和とそれに続く穏やかな水素化分解によって、供給原料（例えば、投入原油流１０２の重質留分１０８）のパラフィン含有量を増やす（又はＢＭＣＩを減らす）ことができる。原油を水素化処理する場合、脱金属、脱硫、及び脱窒素のうちの１つ以上の触媒機能を果たす一連の層状触媒に供給原料を通すことにより、金属、硫黄及び窒素等の汚染物質を除去することができる。実施の例によっては、水素化脱金属（ＨＤＭ）及び水素化脱硫（ＨＤＳ）を行うための一連の触媒は、水素化脱金属触媒、中間触媒、水素化脱硫触媒、及び最終触媒を含むことができる。

ＨＤＭ区画における触媒は、表面積が約１４０ｍ^２／ｇと約２４０ｍ^２／ｇの間のガンマアルミナ担体に基づくこととすることができる。この触媒の細孔容積は非常に高く、例えば約１ｃｍ^３／ｇを超える。細孔径（大きさ）は主にマクロポーラスとすることができ、これは、触媒の表面と、任意であるドーパントと、へ金属を取り込むための大きな容量を提供する。触媒表面上の活性金属は、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、又は両方、の硫化物とすることができ、その際のＮｉ：（Ｎｉ＋Ｍｏ）のモル比が約０．１５未満である。ニッケル及びバナジウムが供給原料自体から多少堆積し、そのため触媒として作用すると予想されるので、ニッケルの濃度は、ＨＤＭ触媒上では他の触媒よりも低くなっている。ドーパントは、リン、ホウ素、ケイ素、ハロゲンのうちの１種以上とすることができ、例えば米国公開特許第ＵＳ２００５／０２１１６０３号に記載されていて、その内容は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。実施の例によっては、触媒は、アルミナ押出物又はアルミナビーズの形態であり得る。例えば、アルミナビーズは、金属が取り込める量が床の頂部で３０〜１００％の範囲となるため、反応器内の触媒ＨＤＭ床の取り出しを容易にするために用いることができる。

水素化脱金属と水素化脱硫の両機能間での移行を行うために、中間触媒を用いることができる。中間触媒は、中間金属充填と細孔径分布とを有することができる。ＨＤＭ／ＨＤＳ反応器内の触媒は、押出物の形態のアルミナベースの担体とすることができ、押出物は、第ＶＩ族（例えば、モリブデン、タングステン、又はその両方）からの少なくとも１種の触媒金属、又は第ＶＩＩＩ族（例えば、ニッケル、コバルト、又はその両方）からの少なくとも１種の触媒金属、又はそれらのうちの任意の２つ以上の組み合わせとすることができる。触媒は、少なくとも１種のドーパント（例えばホウ素、リン、ハロゲン、及びケイ素のうちの１種以上）を含有することができる。中間触媒は、約１４０ｍ^２／ｇと約２００ｍ^２／ｇの間の表面積、少なくとも約０．６ｃｍ^３／ｇの細孔容積、及び約１２ｎｍと約５０ｎｍの間の大きさメソポーラス細孔を有することができる。

ＨＤＳ区画における触媒は、ＨＤＭ範囲の上限に近い、例えば約１８０ｍ^２／ｇと約２４０ｍ^２／ｇの間の表面積を有するガンマアルミナベースの担体材料を含むことができる。ＨＤＳ触媒では表面が大きいほど比較的小さな細孔容積、例えば約１ｃｍ^３／ｇ未満の細孔容積となる。触媒は、モリブデン等の第ＶＩ族からの少なくとも１種の元素と、ニッケル等の第ＶＩＩＩ族からの少なくとも１種の元素とを含有する。触媒は、少なくとも１種のドーパント、例えばホウ素、リン、ケイ素、及びハロゲンのうちの１種以上、を更に含有する。実施の例によっては、コバルト（Ｃｏ）を用いて比較的高レベルの脱硫を提供することができる。活性相に対する金属充填量は、所望の活性が高いほど多く、その結果、Ｎｉ：（Ｎｉ＋Ｍｏ）のモル比は約０．１と約０．３の間となり、（Ｃｏ＋Ｎｉ）：Ｍｏのモル比は約０．２５と約０．８５の間となる。

最終触媒は、水素化脱硫という主要機能を果たすよりはむしろ供給原料の水素化を果たすことができる。実施の例によっては、最終触媒は、中間触媒及びＨＤＳ区画における触媒に置き換えることができる。最終触媒は、ニッケルにより促進させることができ、担体を、広細孔ガンマアルミナとすることができる。最終触媒は、ＨＤＭ範囲の上限に近い、例えば約１８０ｍ^２／ｇと約２４０ｍ^２／ｇの間の表面積を有することができる。最終触媒では、表面積が大きいほど比較的小さな細孔容積、例えば約１ｃｍ^３／ｇ未満の細孔容積となる。

図２を参照すると、原油を石油化学製品に変換するためのプロセスの実施の例において、原油は、ガス等の軽質留分と、液体等の重質留分とに分離される（ステップ２０２）。軽質留分は、オレフィンを生成するための熱分解区画へ送られる（ステップ２０４）。重質留分は、水素化処理ゾーンへ送られ（ステップ２０６）、不純物（例えば硫黄、金属、窒素、又は他の不純物）を除去するために処理される（ステップ２０８）。

水素化処理ゾーンからの水素化処理された流出物は、一般にガスである分離器塔頂物と、実質的に液体である分離器塔底物とに分離される（ステップ２１０）。分離器塔頂物は、ガス分離・精製ユニットへ送られ（ステップ２１２）、水素ガスと、Ｃ１〜Ｃ５炭化水素ガス等の軽質ガスとに分離される（ステップ２１４）。軽質ガスは、オレフィンを生成するための熱分解区画へ送られる（ステップ２１６）。水素は、精製され、水素化処理ゾーンへ向けて再循環される（ステップ２１８）。

水素化処理された流出物の分離器塔底物は、更に軽質留分と重質留分とに分離される（ステップ２２０）。重質留分は、更に燃料油留分と蒸気留分とに分離される（ステップ２２２）。蒸気留分は、熱分解区画へ送られる（ステップ２２４）。熱分解区画に投入された留分は、複数の生成物（例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン、混合ブテン、及び熱分解ガソリンのうちの１種以上）に分解される（ステップ２２６）。生成物は、分離され、変換システムから送り出される（ステップ２２８）。

分離器塔底物の軽質留分は改質器へ送られる（ステップ２３０）。改質器に投入された成分は、ベンゼン、トルエン、及びキシレン等の芳香族化合物に富む改質物に変換される（ステップ２３２）。改質物は、改質器によって生成された副生成物から分離される（ステップ２３４）。改質物中の芳香族成分は、抽出され、変換システムから送り出される（ステップ２３６）。改質物中の非芳香族成分は、水素化処理ゾーンへ向けて再循環される（ステップ２３８）。改質器によって生成された副生成物は、ガス分離・精製ユニットへ送られる（ステップ２４０）。

他の実施も下記の特許請求の範囲に含まれる。

１０２ 原油
１０４ 分離ユニット
１０６ 軽質留分
１０８ 重質留分
１１０ 熱分解区画
１１２ 水素化処理ゾーン
１１６ 分離ユニット
１１８ 分離器塔頂物
１２０ 分離器塔底物
１２２ ガス分離・精製ユニット
１２６ 軽質ガス
１２８ 分離ユニット
１３０ 軽質留分
１３２ 重質留分
１３４ 芳香族抽出ユニット
１３８ 改質器
１４２ 分離ユニット
１４４ 液体流
１４６ ガス流
１４８ 富化芳香族化合物流
１５２ 非芳香族化合物
１５４ 分離ユニット
１５６ 燃料油留分
１５８ 蒸気留分
１６２ 蒸気熱分解ユニット
１６４ 加熱構成要素
１６５ 気液分離ユニット

Claims (46)

1. 原油から不純物を除去するように構成された水素化処理ゾーンと；
   前記水素化処理ゾーンから送り出された液体を、軽質留分と重質留分とに分離するように構成された第１の分離ユニットと；
   前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するように構成された芳香族抽出サブシステムと；
   前記重質留分を、複数のオレフィン系の生成物に分解するように構成された熱分解区画と；を備える、
   システム。
2. 前記芳香族抽出サブシステムは、溶媒抽出及び抽出蒸留のうちの１つ以上により、前記軽質留分の芳香族石油化学製品を前記軽質留分の他の成分から分離するように構成された芳香族抽出ユニットを備える、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記芳香族抽出サブシステムは、前記軽質留分を改質物に変換するように構成された改質器を備え、前記芳香族抽出ユニットは、前記改質物を受け容れるように構成されている、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記改質物は、前記軽質留分と比較して芳香族石油化学製品に富む、
   請求項３に記載のシステム。
5. 前記芳香族抽出サブシステムは、前記改質器からの送出物を、前記改質物と副生成物留分とに分離するように構成された第２の分離ユニットを備える、
   請求項３又は請求項４に記載のシステム。
6. 前記副生成物留分を、水素と軽質ガスとに分離するように構成されたガス分離ユニットを備える、
   請求項５に記載のシステム。
7. 前記水素は前記水素化処理ゾーンへ提供される、
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記軽質ガスは前記熱分解区画へ提供される、
   請求項６又は７に記載のシステム。
9. 前記改質器は、水素化分解、異性化、脱水素環化、及び脱水素化のうちの１つ以上により、前記軽質留分を前記改質物に変換するように構成されている、
   請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記改質器は、芳香族石油化学製品の生産に触媒作用を及ぼすように構成された触媒を備える、
    請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記軽質留分の前記他の成分は、前記水素化処理ゾーンへ戻される、
    請求項２乃至請求項１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記芳香族抽出ユニットは、前記第２の分離ユニットから前記軽質留分を受け容れると共に前記軽質留分と比較して芳香族化合物に富む送出物の流れを生成するように構成されている、
    請求項２乃至請求項１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記芳香族抽出サブシステムは、前記送出物の流れを改質物に変換するように構成された改質器を備え、前記芳香族抽出ユニットは、前記改質物を受け容れるように構成されている、
    請求項１２に記載のシステム。
14. 原油の投入物の流れを軽質原油留分と重質原油留分とに分離するように構成された第３の分離ゾーンを備え、前記水素化処理ゾーンは、前記重質原油留分から不純物を除去するように構成されている、
    請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 前記軽質原油留分は前記熱分解区画へ提供される、
    請求項１４に記載のシステム。
16. 前記水素化処理ゾーンからの流出物を、前記水素化処理ゾーンから送り出されたガスと、前記水素化処理ゾーンから送り出された前記液体とに分離するように構成された第４の分離ゾーンを備える、
    請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載のシステム。
17. 前記水素化処理ゾーンから送り出されたガスを、水素と軽質ガスとに分離するように構成されたガス分離ユニットを備える、
    請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載のシステム。
18. 前記水素は前記水素化処理ゾーンに提供される、
    請求項１７に記載のシステム。
19. 前記軽質ガスは前記熱分解区画に提供される、
    請求項１７又は請求項１８に記載のシステム。
20. 前記重質留分から燃料油を除去するように構成された第５の分離ゾーンを備え、前記第５の分離ゾーンは前記熱分解ユニットの上流に配置されている、
    請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載のシステム。
21. 前記第１の分離ゾーンはフラッシュ分離装置を備える、
    請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載のシステム。
22. 前記第１の分離ゾーンは、物理的又は機械的に蒸気を液体から分離する分離装置を備える、
    請求項１乃至請求項２１のいずれか１項に記載のシステム。
23. 前記熱分解区画は蒸気熱分解ユニットを備える、
    請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載のシステム。
24. 前記熱分解区画は、前記重質留分を、メタン、エチレン、プロピレン、ブタジエン、及びブテンのうちの１種以上に分解するように構成されている、
    請求項１乃至請求項２３のいずれか１項に記載のシステム。
25. 前記水素化処理ゾーンは、（ｉ）水素化脱金属触媒と；（ｉｉ）水素化脱芳香族、水素化脱窒素、水素化脱硫、及び水素化分解の機能のうちの１つ以上を有する触媒と；のうちの１つ以上を備える、
    請求項１乃至請求項２４のいずれか１項に記載のシステム。
26. 前記分解された重質留分を複数の流れに分離するように構成された精製ユニットを備え、各流れは前記複数の生成物のうちの１つに対応する、
    請求項１乃至請求項２５のいずれか１項に記載のシステム。
27. 水素化処理プロセスにより、原油から不純物を除去するステップと；
    前記水素化処理プロセスから送り出された液体を、軽質留分と重質留分とに分離するステップと；
    前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するステップと；
    熱分解プロセスにより、前記重質留分を複数のオレフィン系の生成物に分解するステップと；を備える、
    方法。
28. 前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するステップは、溶媒抽出及び抽出蒸留のうちの１つ以上により、前記軽質留分の芳香族石油化学製品を前記軽質留分の他の成分から分離するステップを備える、
    請求項２７に記載の方法。
29. 前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するステップは、前記軽質留分を改質器で改質物に変換するステップを備える、
    請求項２８に記載の方法。
30. 前記改質物は、前記軽質留分と比較して芳香族石油化学製品に富む、
    請求項２９に記載の方法。
31. 前記改質器からの送出物を、前記改質物と副生成物留分とに分離するステップを備える、
    請求項３０に記載の方法。
32. 前記副生成物留分を、水素と軽質ガスとに分離するステップを備える、
    請求項３１に記載の方法。
33. 前記水素を前記水素化処理ゾーンへ提供するステップを備える、
    請求項３２に記載の方法。
34. 前記軽質ガスを前記熱分解区画へ提供するステップを備える、
    請求項３２又は請求項３３に記載の方法。
35. 前記軽質留分を改質物に変換するステップは、水素化分解、異性化、脱水素環化、及び脱水素化のうちの１つ以上を行うステップを備える、
    請求項２９乃至請求項３４のいずれか１項に記載の方法。
36. 前記軽質留分の前記他の成分を前記水素化処理プロセスへ戻すステップを備える、
    請求項２８乃至請求項３５のいずれか１項に記載の方法。
37. 前記軽質留分から芳香族石油化学製品を抽出するステップは、前記軽質留分と比較して芳香族化合物に富む送出物の流れを生成するステップを備える、
    請求項２８乃至請求項３６のいずれか１項に記載の方法。
38. 原油の投入物の流れを軽質原油留分と重質原油留分とに分離するステップを備え、前記原油から不純物を除去するステップは、前記重質原油留分から不純物を除去するステップを備える、
    請求項２７乃至請求項３７のいずれか１項に記載の方法。
39. 前記軽質原油留分を前記熱分解区画へ提供するステップを備える、
    請求項３８に記載の方法。
40. 前記水素化処理プロセスからの流出物をガスと前記液体とに分離するステップを備える、
    請求項２７乃至請求項３９のいずれか１項に記載の方法。
41. 前記水素化処理プロセスから送り出されたガスを、水素と軽質ガスとに分離するステップを備える、
    請求項２７乃至請求項４０のいずれか１項に記載の方法。
42. 前記水素を前記水素化処理プロセスに提供するステップを備える、
    請求項４１に記載の方法。
43. 前記軽質ガスを前記熱分解プロセスに提供するステップを備える、
    請求項４１又は請求項４２に記載の方法。
44. 前記熱分解プロセスの前に前記重質留分から燃料油を除去するステップを備える、
    請求項２７乃至請求項４３のいずれか１項に記載の方法。
45. 前記重質留分を複数の生成物に分解するステップは、前記重質留分を、メタン、エチレン、プロピレン、ブタジエン、及びブテンのうちの１種以上に分解するステップを備える、
    請求項２７乃至請求項４４のいずれか１項に記載の方法。
46. 前記分解された重質留分を複数の流れに分離するステップを備え、各流れは前記複数の生成物のうちの１つに対応する、
    請求項２７乃至請求項４５のいずれか１項に記載の方法。
    

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