JP2021500461A - Integrated process for mesophase pitch and petrochemicals - Google Patents

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Abstract

メソフェーズピッチおよび石油化学製品の製造のための統合された方法。この方法は原油を反応容器に供給すること、所定の時間、反応容器内の原油を所定の温度に加熱すること、酸素の不在下で高圧で反応容器内で重合反応を起こさせることによって原油中のアスファルテン含有量を低減すること、液体炭化水素成分が脱アスファルト油を含み、固体炭化水素成分がメソフェーズピッチを含む、気体、液体、および固体炭化水素成分を含む三相アップグレード炭化水素生成物を生成すること、気体、液体、および固体炭化水素成分を分離すること、石油化学製品製造のために液体炭化水素成分を直接利用すること、炭素アーチファクト製造のために固体炭化水素成分を直接利用することを含む。【選択図】図1An integrated method for the production of mesophase pitch and petrochemical products. This method involves supplying crude oil to a reaction vessel, heating the crude oil in the reaction vessel to a predetermined temperature for a predetermined time, and causing a polymerization reaction in the reaction vessel at high pressure in the absence of oxygen. To reduce the asphaltene content of, produce a three-phase upgrade hydrocarbon product containing gas, liquid, and solid hydrocarbon components, with liquid hydrocarbon components containing deasphalt oil and solid hydrocarbon components containing mesophase pitch. To separate gas, liquid, and solid hydrocarbon components, to utilize liquid hydrocarbon components directly for the production of petroleum chemicals, to directly utilize the solid hydrocarbon components for the production of carbon artifacts. Including. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本開示の実施形態は、原油および原油残渣のアップグレードに関する。特に、本開示の実施形態は統合されたプロセスにおいてメソフェーズピッチおよび追加の石油化学物質を生成するために、原油および原油残渣をアップグレードすることに関する。 Embodiments of the present disclosure relate to crude oil and crude oil residue upgrades. In particular, embodiments of the present disclosure relate to upgrading crude oil and crude oil residues to produce mesophase pitches and additional petrochemicals in an integrated process.

原油および原油残渣は、エネルギー消費型の精製プロセスによって処理されて、メソフェーズピッチ(MPとも呼ばれる)を生成することができる。ピッチの縮合芳香族性は熱安定性をもたらすので、メソフェーズピッチは、炭素繊維用途のために溶融紡糸することができる。場合によっては、溶融紡糸はポリアクリロニトリル(PAN)系繊維の製造に使用される湿式/乾式紡糸よりも好ましく、多量の溶媒および廃棄副産物を伴う。高品質の炭素繊維は光学的異方性ピッチまたはメソフェーズピッチ(MP)から製造することができるが、この炭素繊維前駆体の製造は広範囲にわたる精製および複雑な処理を必要とするので、メソフェーズピッチから炭素繊維を製造することより、PANベースで炭素繊維を製造する方が望まれている。 Crude oil and crude oil residues can be processed by an energy-consuming refining process to produce mesophase pitch (also called MP). Since the condensed aromaticity of the pitch provides thermal stability, the mesophase pitch can be melt-spun for carbon fiber applications. In some cases, melt spinning is preferred over wet / dry spinning used in the production of polyacrylonitrile (PAN) -based fibers, with large amounts of solvent and waste by-products. High quality carbon fibers can be produced from optically anisotropic pitch or mesophase pitch (MP), but since the production of this carbon fiber precursor requires extensive purification and complex processing, from mesophase pitch. It is desired to produce carbon fiber on a PAN basis rather than producing carbon fiber.

炭素繊維は、高強度および高引張弾性であるとともに、軽量、化学的に不活性、低い熱膨張率、優れた電気伝導性および熱伝導性などの、他の望ましい特性を兼ね備える。繊維形態のより小さな構造的欠陥および強化された分子配向はこれらの特性を可能にし、炭素繊維を多くの構造的および機能的用途に適したものにする。 Carbon fibers have high strength and high tensile elasticity, as well as other desirable properties such as light weight, chemically inertness, low coefficient of thermal expansion, excellent electrical and thermal conductivity. Smaller structural defects in fiber morphology and enhanced molecular orientation enable these properties, making carbon fibers suitable for many structural and functional applications.

原油から直接化学物質を製造する(C2C)技術では、原油の重質またはアスファルテン留分がしばしば問題となり、反応器および熱表面の汚れ、触媒の失活、分解活性の低下、および全体的な性能の低下を引き起こす。分解反応器の前にこれらの重質留分を分離することは原油を直接化学物質に分解する経済的利点を低減し、換言すれば、C2Cは減圧軽油(VGO)およびナフサなどの精製製品を分解するよりもコストが高い。 In the technology of producing chemicals directly from crude oil (C2C), heavy or asphaltene fractions of crude oil are often a problem, stains on reactors and thermal surfaces, catalyst deactivation, reduced degradation activity, and overall performance. Causes a decrease in. Separating these heavy fractions before the decomposition reactor reduces the economic advantage of directly decomposing crude oil into chemicals, in other words, C2C produces refined products such as reduced gas oil (VGO) and naphtha. It costs more than disassembling.

粗分解に関連する課題、例えば、触媒のコーキング速度の増大および金属被毒等の課題により、水蒸気分解(熱分解)およびFCCに向けたある種の研究努力が加速化される。場合によっては、エネルギー消費型蒸気分解装置の経済性は原油のようなより低価値の、より重質の供給原料にとってより好ましい。しかし、実際には、これらの供給原料のアスファルトおよび不揮発性留分が熱分解炉の対流セクションの管内に堆積することにより熱伝達が損なわれ、頻繁に操作を停止する必要がある。いくつかの文献は水蒸気分解を行う前に原油中の重質残渣に対処することを論じており、多くの参考文献は、原油中の不揮発性留分のための予備分離工程を開示している。 Challenges related to crude decomposition, such as increased catalytic caulking rates and metal poisoning, accelerate certain research efforts towards steam decomposition (pyrolysis) and FCC. In some cases, the economics of energy-consuming steam crackers are more favorable for lower value, heavier feedstocks such as crude oil. However, in practice, the asphalt and non-volatile fractions of these feedstocks are deposited in the pipes of the convection section of the pyrolysis furnace, impairing heat transfer and requiring frequent shutdowns. Some literature discusses dealing with heavy residues in crude oil before steam cracking, and many references disclose a pre-separation step for non-volatile fractions in crude oil. ..

原油中の硫黄および窒素のような有害金属は分解触媒および装置に有害であるので、原油の直接接触分解はめったに議論されない。ナフサのような従来の供給原料の分解は、原油および残渣を伴うより重質の供給原料を分解するよりも比較的容易であるから、C2Cプロセスにおいてアスファルテンおよび金属の予備分離工程を適用すると、分解前に原油精製をスキップすることの経済的および競争的利点が大幅に失われる。 Direct catalytic cracking of crude oil is rarely discussed, as harmful metals such as sulfur and nitrogen in crude oil are harmful to cracking catalysts and equipment. Decomposition of conventional feedstocks such as naphtha is relatively easier than cracking down heavier feedstocks with crude oil and residues, so applying a pre-separation step of asphaltene and metal in the C2C process will crack down. The economic and competitive benefits of skipping crude oil refining before are significantly lost.

本開示は、重質原油又は残渣の粘度及び沸点を低下させるアスファルテンの同時除去を伴い、水素化処理を伴う、又は伴わない、原油又は原油残渣から高品質メソフェーズピッチ(MP)を直接製造するための熱処理システム及び方法を提示する。このようなシステムおよび方法の生成物の固体(MP)、液体(脱アスファルト油、DAO)、および気体部分は、精製所生成物に分留され、水蒸気分解プロセスおよび接触分解プロセスを含むC2Cプロセスのための供給原料として使用され得る。より低い沸点を有するメソフェーズピッチを生成するために原油および原油残渣を処理することが望ましく、高品質の炭素繊維を生成するために使用することができる。DAO生成物は軽油として直接使用することができ、流動接触分解(FCC)または熱分解などの分解プロセスのための供給原料として使用することができる。 The present disclosure is for the direct production of high quality mesophase pitch (MP) from crude oil or crude oil residues, with or without hydrogenation, with the simultaneous removal of asphaltene, which lowers the viscosity and boiling point of heavy crude oil or residues. The heat treatment system and method of the above are presented. Solid (MP), liquid (de-asphalt oil, DAO), and gaseous moieties of the products of such systems and methods are fractionated into refinery products and in C2C processes including cracking and catalytic cracking processes. Can be used as a feedstock for. It is desirable to treat crude oil and crude oil residues to produce mesophase pitches with lower boiling points, which can be used to produce high quality carbon fibers. The DAO product can be used directly as light oil and can be used as a feedstock for cracking processes such as fluid catalytic cracking (FCC) or thermal cracking.

水素化処理(HT)の有無にかかわらず、原油またはそれらの残渣から直接高品質MPを製造するための新しい予備熱処理方法、プロセス、およびシステムが開示される。本開示の実施形態は本開示の方法中に生成される脱アスファルト油(DAO)を分解炉への供給原料として直接使用することができ、したがって、直接原油分解に関連する特定のコーキング問題を解決することができることを実証する。メソフェーズピッチは本開示の実施形態により生成され、プロセスの効率を高める貴重な副産物である。 New preheat treatment methods, processes, and systems for producing high quality MPs directly from crude oil or their residues, with or without hydrogenation (HT), are disclosed. Embodiments of the present disclosure can directly use the deasphalt oil (DAO) produced during the methods of the present disclosure as a feedstock to a cracking furnace and thus solve certain caulking problems directly associated with crude oil cracking. Demonstrate what you can do. The mesophase pitch is produced by the embodiments of the present disclosure and is a valuable by-product of increasing the efficiency of the process.

本開示の実施形態では重質原油、例えばアラビア重質(AH)原油は熱および圧力を用いて貴重な化合物に直接変換される。処理容器中の得られた生成物は、得られた炭素留分のうち、室温で、約10重量パーセント±5重量パーセント(供給物、温度、および重合時間に依存する)に相当する固相を含有する。液相(カット)は得られた炭素留分の約80重量パーセント±5重量パーセントを表し、気相は、得られた炭素留分の約10重量パーセント±5重量パーセントである。このようなプロセスの生成物の液体および気体部分は、石油化学供給原料に分留され得るか、または水蒸気熱分解および接触分解プロセス(FCCなど)を含む直接C2Cプロセスのための供給原料として使用され得る。 In the embodiments of the present disclosure, heavy crude oils, such as Arabian heavy (AH) crude oil, are directly converted into valuable compounds using heat and pressure. The product obtained in the treatment vessel has a solid phase corresponding to about 10 weight percent ± 5 weight percent (depending on feed, temperature, and polymerization time) of the carbon fraction obtained at room temperature. contains. The liquid phase (cut) represents about 80 weight percent ± 5 weight percent of the obtained carbon fraction and the gas phase is about 10 weight percent ± 5 weight percent of the obtained carbon fraction. The liquid and gaseous moieties of the products of such processes can be fractionated into petrochemical feedstocks or used as feedstocks for direct C2C processes involving steam pyrolysis and catalytic cracking processes (such as FCC). obtain.

したがって、本明細書に開示されるのは、メソフェーズピッチおよび石油化学製品のための統合された方法であって、原油を反応容器に供給するステップと、反応容器内の原油を所定の温度に所定の時間加熱するステップと、酸素の不在下で高圧で反応容器内で重合反応を起こすことにより原油中のアスファルテン含有量を低減するステップと、気体、液体、および固体炭化水素成分を含み、液体炭化水素成分が脱アスファルト油を含み、固体炭化水素成分がメソフェーズピッチを含む、三相アップグレード炭化水素生成物を生成するステップと、気体、液体、および固体炭化水素成分を分離するステップと、石油化学製品製造のために液体炭化水素成分を直接利用するステップと、炭素アーチファクト製造のために固体炭化水素成分を直接利用するステップとを含むものである。 Accordingly, disclosed herein is an integrated method for mesophase pitch and petrochemical products, in which the steps of supplying crude oil to the reaction vessel and the crude oil in the reaction vessel are defined at a given temperature. A step of heating for a period of time, a step of reducing the asphaltene content in crude oil by causing a polymerization reaction in a reaction vessel at high pressure in the absence of oxygen, and a liquid hydrocarbon containing gas, liquid, and solid hydrocarbon components. Steps to produce three-phase upgrade hydrocarbon products, where the hydrogen component contains deasphalt oil and the solid hydrocarbon component contains mesophase pitch, and steps to separate gas, liquid, and solid hydrocarbon components, and petrochemical products. It includes a step of directly utilizing the liquid hydrocarbon component for production and a step of directly utilizing the solid hydrocarbon component for the production of carbon artifacts.

本方法のいくつかの実施形態では原油は天然ガスから分離され、脱水された後にウェルヘッドから直接受け取る原油であるが、原油を原子炉容器に供給するステップの前に前処理を行わない。さらに他の実施形態では、所定の温度は約350℃〜約575℃である。いくつかの実施形態では、所定の温度が約400℃〜約450℃の間である。さらに他の実施形態では、この方法が反応容器内の原油を所定の温度に所定の時間加熱するステップの前に、容器を約145ポンド/平方インチゲージ(psig)〜約870psigの初期圧力に加圧するステップをさらに含む。 In some embodiments of the method, the crude oil is the crude oil that is separated from the natural gas, dehydrated and then received directly from the wellhead, but without pretreatment prior to the step of supplying the crude oil to the reactor vessel. In yet another embodiment, the predetermined temperature is from about 350 ° C to about 575 ° C. In some embodiments, the predetermined temperature is between about 400 ° C and about 450 ° C. In yet another embodiment, the method applies an initial pressure of about 145 pounds per square inch gauge (psig) to about 870 psig prior to the step of heating the crude oil in the reaction vessel to a given temperature for a given time. It further includes a step of pressing.

さらに他の実施形態では、容器を初期圧力に加圧するステップが窒素を含むガスを使用して反応容器から酸素を排出するステップを含む。特定の実施形態では、本方法が反応容器内の原油を所定の温度に所定の時間加熱するステップの前に、容器を約435psig〜約725psigの初期圧力に加圧するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、容器を初期圧力に加圧するステップが窒素を含むガスを使用して反応容器から酸素を排出するステップを含む。さらに他の実施形態では、所定の時間が約2時間〜約15時間である。本方法の特定の実施形態では、所定の時間が約4時間〜約8時間である。 In yet another embodiment, the step of pressurizing the vessel to the initial pressure comprises the step of expelling oxygen from the reaction vessel using a gas containing nitrogen. In certain embodiments, the method further comprises the step of pressurizing the vessel to an initial pressure of about 435 psig to about 725 psig prior to the step of heating the crude oil in the reaction vessel to a predetermined temperature for a predetermined time. In some embodiments, the step of pressurizing the vessel to the initial pressure comprises the step of expelling oxygen from the reaction vessel using a gas containing nitrogen. In yet another embodiment, the predetermined time is about 2 hours to about 15 hours. In certain embodiments of the method, the predetermined time is from about 4 hours to about 8 hours.

他の実施形態では、アスファルテン含有量を減少させるステップが脱アスファルト油中のアスファルテン含有量を約2重量%未満に減少させる。特定の他の実施形態では、高圧が約1,000psigを超える。さらに他の実施形態では、高圧が約1,800psig〜1,900psigである。本方法の特定の実施形態では、石油化学製品の製造のために液体炭化水素成分を直接利用するステップが、脱アスファルト油を流動接触分解プロセスに供給するステップを含む。特定の実施形態では、石油化学製品の製造のために液体炭化水素成分を直接利用するステップが脱アスファルト油を水蒸気分解プロセスに供給するステップを含む。 In another embodiment, the step of reducing the asphalt content reduces the asphalt content in the de-asphalt oil to less than about 2% by weight. In certain other embodiments, the high pressure exceeds about 1,000 psig. In yet another embodiment, the high pressure is about 1,800 psig to 1,900 psig. In certain embodiments of the method, the step of directly utilizing the liquid hydrocarbon component for the production of petrochemical products comprises supplying deasphalt oil to a fluid cracking process. In certain embodiments, the step of directly utilizing the liquid hydrocarbon component for the production of petrochemicals comprises supplying deasphalt oil to the steam cracking process.

さらに他の実施形態では、炭素アーチファクト製造のために固体炭化水素成分を直接利用するステップがメソフェーズピッチから炭素繊維を製造するステップを含む。特定の実施形態では、原油が重質原油、軽質原油、および約500℃を超える沸点を有する原油残渣からなる群から選択される少なくとも1つの炭化水素を含む。 In yet another embodiment, the step of directly utilizing the solid hydrocarbon component for the production of carbon artifacts comprises the step of producing carbon fibers from the mesophase pitch. In certain embodiments, crude oil comprises at least one hydrocarbon selected from the group consisting of heavy crude oil, light crude oil, and crude oil residues having a boiling point above about 500 ° C.

さらに他の実施形態では、脱アスファルト油のアスファルテン化合物含量が原油のアスファルテン化合物含量に対して少なくとも約50質量%減少する。特定の実施形態では、脱アスファルト油のアスファルテン化合物含量が原油のアスファルテン化合物含量に対して少なくとも約90質量%減少する。さらに別の実施形態では、液体炭化水素成分中の金属含有量が原油中の金属含有量未満である。いくつかの実施形態では、固体炭化水素成分が少なくとも約90%純粋なメソフェーズピッチである。また、他の実施形態では、酸素が存在しない状態で反応器内において高圧で重合反応を起こして原油中のアスファルテン含有量を減少させるステップは、反応器内の圧力を約1,700psig〜約2,500psigに増加させる。 In yet another embodiment, the asphalt compound content of the deasphalt oil is reduced by at least about 50% by weight with respect to the asphalt compound content of the crude oil. In certain embodiments, the asphalt compound content of the deasphalt oil is reduced by at least about 90% by weight with respect to the asphalt compound content of the crude oil. In yet another embodiment, the metal content in the liquid hydrocarbon component is less than the metal content in the crude oil. In some embodiments, the solid hydrocarbon component is at least about 90% pure mesophase pitch. Further, in another embodiment, the step of causing a polymerization reaction at high pressure in the reactor in the absence of oxygen to reduce the asphaltene content in the crude oil increases the pressure in the reactor to about 1,700 psig to about 2. , Increase to 500 psig.

さらに、本明細書に開示されるのは、メソフェーズピッチおよび石油化学製品のための統合システムであって、このシステムは、反応容器に流体連結された原油供給源を含み、反応容器は、所定の時間、所定の温度に加熱されるように動作可能であり、酸素の不在下で高圧で反応容器内で重合反応が起こることで原油供給源中のアスファルテン含有量を低減するように動作可能であり、気液固三相分離器を含み、気液固三相分離器は反応容器内で生成される三相アップグレード炭化水素生成物を分離するように動作可能であり、三相アップグレード炭化水素生成物は、気体、液体、及び固体炭化水素成分から成り、液体炭化水素成分が脱アスファルト油を含み、固体炭化水素成分がメソフェーズピッチを含むものであり、また、分解ユニットを含み、この分解ユニットは、液体炭化水素成分を受け取り、石油化学製品のために液体炭化水素成分を分解するように流体連結される。 Further disclosed herein is an integrated system for mesophase pitch and petrochemical products, which includes a crude oil source fluid-coupled to the reaction vessel, where the reaction vessel is defined. It can operate to be heated to a predetermined temperature for a period of time, and can operate to reduce the asphaltene content in the crude oil source by causing a polymerization reaction in the reaction vessel at high pressure in the absence of oxygen. , Including a gas-liquid solid three-phase separator, the gas-liquid solid three-phase separator can operate to separate the three-phase upgrade hydrocarbon products produced in the reaction vessel, the three-phase upgrade hydrocarbon products. Consists of gas, liquid, and solid hydrocarbon components, the liquid hydrocarbon component contains deasphalt oil, the solid hydrocarbon component contains a mesophase pitch, and also contains a decomposition unit, which is a decomposition unit. It receives the liquid hydrocarbon component and is fluidly linked to decompose the liquid hydrocarbon component for petrochemical products.

システムのいくつかの実施形態では、メソフェーズピッチから炭素繊維を生成するユニットをさらに備える。いくつかの実施形態では、所定の温度が約350℃〜約575℃の間である。さらに他の実施形態では、所定の温度が約400℃〜約450℃の間である。さらに他の実施形態では、所定の時間が約2時間〜約15時間である。特定の実施形態では、所定の時間が約4時間〜約8時間である。いくつかの実施形態では、脱アスファルト油中のアスファルテン含有量が約2重量%未満である。さらに他の実施形態では、高圧が約1,000psigを超える。特定の実施形態では、高圧が約1,800psig〜1,900psigである。さらに他の実施形態では、分解ユニットが流動接触分解プロセスを含む。 Some embodiments of the system further include a unit that produces carbon fibers from the mesophase pitch. In some embodiments, the predetermined temperature is between about 350 ° C and about 575 ° C. In yet another embodiment, the predetermined temperature is between about 400 ° C and about 450 ° C. In yet another embodiment, the predetermined time is about 2 hours to about 15 hours. In certain embodiments, the predetermined time is from about 4 hours to about 8 hours. In some embodiments, the asphalt content in the deasphalt oil is less than about 2% by weight. In yet another embodiment, the high pressure exceeds about 1,000 psig. In certain embodiments, the high pressure is from about 1,800 psig to 1,900 psig. In yet another embodiment, the cracking unit comprises a fluid catalytic cracking process.

特定の実施形態では、分解ユニットが水蒸気分解プロセスを含む。さらに他の実施形態では、原油が重質原油、軽質原油、および約500℃を超える沸点を有する原油残渣からなる群から選択される少なくとも1つの炭化水素を含む。システムの実施形態では、脱アスファルト油のアスファルテン化合物含有量が原油供給源のアスファルテン化合物含有量に対して少なくとも約50質量%減少する。さらに他の実施形態では、脱アスファルト油のアスファルテン化合物含量が原油供給源のアスファルテン化合物含量に対して少なくとも約90質量%減少する。いくつかの実施形態では、液体炭化水素成分中の金属含有量が原油供給源中の金属含有量未満である。 In certain embodiments, the decomposition unit comprises a steam decomposition process. In yet another embodiment, the crude oil comprises at least one hydrocarbon selected from the group consisting of heavy crude oil, light crude oil, and crude oil residues having a boiling point above about 500 ° C. In embodiments of the system, the asphalt compound content of the deasphalt oil is reduced by at least about 50% by weight with respect to the asphalt compound content of the crude oil source. In yet another embodiment, the asphalt compound content of the deasphalt oil is reduced by at least about 90% by weight with respect to the asphalt compound content of the crude oil source. In some embodiments, the metal content in the liquid hydrocarbon component is less than the metal content in the crude oil source.

システムの他の実施形態では、固体炭化水素成分が少なくとも約90%純粋なメソフェーズピッチである。さらに特定の実施形態では、反応容器内の高圧が約1,700psig〜約2,500psigである。 In another embodiment of the system, the solid hydrocarbon component is at least about 90% pure mesophase pitch. In a more specific embodiment, the high pressure in the reaction vessel is from about 1,700 psig to about 2,500 psig.

本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、特許請求の範囲、および添付の図面に関してより良く理解されるのであろう。しかし、図面は本開示のいくつかの実施形態のみを示し、したがって、他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。 These and other features, aspects, and advantages of the present disclosure will be better understood with respect to the following description, claims, and accompanying drawings. However, it should be noted that the drawings show only some embodiments of the present disclosure and therefore other equally valid embodiments can be acknowledged and should not be considered to limit the scope of the present disclosure.

図1は、直接的C2C製造プロセスの1つの例示的な実施形態のシステムおよび方法を示す機械的フローチャートである。 FIG. 1 is a mechanical flow chart showing a system and method of one exemplary embodiment of a direct C2C manufacturing process.

図2は、本開示の分解実験のための実験設定を示す機械図である。 FIG. 2 is a mechanical diagram showing experimental settings for the disassembly experiments of the present disclosure.

図3は100マイクロメートル(μm)、50μm、および20μmスケールで本開示の実施形態を使用して得られたメソフェーズピッチの光学顕微鏡画像を示し、ここで、原油および原油残渣サンプルは、摂氏425度(℃)の温度で、650回転/分(rpm)の撹拌速度で6時間処理された。 FIG. 3 shows light microscopy images of mesophase pitches obtained using the embodiments of the present disclosure on scales of 100 micrometers (μm), 50 μm, and 20 μm, where the crude oil and crude oil residue samples are 425 degrees Celsius. The treatment was carried out at a temperature of (° C.) and a stirring rate of 650 rpm (rpm) for 6 hours.

図4は本開示の実施形態を使用して得られたメソフェーズピッチについてのX線回折(XRD)データを示すグラフであり、ここで、原油および原油残渣サンプルは、425℃の温度で、650回転/分(rpm)の撹拌速度で6時間処理された。 FIG. 4 is a graph showing X-ray diffraction (XRD) data for mesophase pitches obtained using the embodiments of the present disclosure, where the crude oil and crude oil residue samples are rotated 650 rpm at a temperature of 425 ° C. The treatment was carried out at a stirring speed of / min (rpm) for 6 hours.

メソフェーズピッチおよび石油化学製品のための統合されたプロセスのシステムおよび方法の実施形態の特徴および利点、ならびに他の特徴および利点がより詳細に理解され得るように、本明細書の一部を形成する添付の図面に示されるその実施形態を参照することによって、先に簡単に要約された本開示の実施形態のより詳細な説明がなされ得る。しかしながら、図面は本開示の様々な実施形態のみを示し、したがって、他の有効な実施形態も同様に含むことができるので、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。 It forms part of this specification so that the features and advantages of embodiments of integrated process systems and methods for mesophase pitches and petrochemicals, as well as other features and benefits, can be understood in more detail. A more detailed description of the embodiments of the present disclosure, briefly summarized above, may be provided by reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. However, it should be noted that the drawings show only the various embodiments of the present disclosure and therefore other valid embodiments may be included as well and should not be considered to limit the scope of the present disclosure.

最初に図1を参照すると、直接的な原油−化学物質(C2C)製造プロセスの1つの例示的な実施形態のためのシステムおよび方法を示す機械的フローチャートが提供されている。本開示の実施形態では、脱アスファルト油またはDAOとも呼ばれる、非常に低濃度のアスファルテンおよび重金属を有するアップグレードされた原油に加えて、メソフェーズピッチ(MP)を生成するための統合された加熱前処理プロセスについての異なる概要を示す。MPなどの生成物は炭素繊維製造に直接使用することができ、DAOは、C2C技術、例えば流動接触分解(FCC)および熱分解(水蒸気分解)における直接供給材料として使用することができる。熱前処理工程の実施形態は、穏やかな分解条件下での長時間の熱重合を含む。その結果、MP、ガス状分解生成物、および液体DAOが得られる。液体および気体生成物は、石油化学原料に分別され得るか、または直接的C2Cプロセスのための原料として使用され得る。これらのプロセスは、従来の水蒸気/接触分解システムと一体化して、触媒およびコークス前駆体の金属被毒など、先に引用した課題に対する解決策を提供することができる。 First referring to FIG. 1, a mechanical flow chart is provided showing a system and method for one exemplary embodiment of a direct crude oil-chemical (C2C) manufacturing process. In the embodiments of the present disclosure, an integrated heat pretreatment process for producing mesophase pitch (MP) in addition to upgraded crude oil with very low concentrations of asphaltene and heavy metals, also called deasphalt oil or DAO. Give a different overview of. Products such as MP can be used directly in carbon fiber production and DAO can be used as a direct feed material in C2C techniques such as fluid cracking (FCC) and thermal cracking (steam cracking). Embodiments of the thermal pretreatment step include prolonged thermal polymerization under mild decomposition conditions. The result is MP, gaseous decomposition products, and liquid DAO. Liquid and gaseous products can be fractionated into petrochemical raw materials or used as raw materials for direct C2C processes. These processes can be integrated with conventional steam / catalytic cracking systems to provide solutions to the problems cited above, such as metal poisoning of catalysts and coke precursors.

本開示における原油という用語は、天然ガスから分離されたウェルヘッドからの液体原油への言及を含む。定義されるように、本開示の原油供給原料は脱塩などの輸送に適した供給原料にするための処理プロセスを受けることができるが、特定の実施形態では原油供給源入口でいかなる種類の蒸留または分留前処理も受けない。原油は、アラビア軽油、アラビア特別軽油、アラビア重油、および約6°から約39°、または約6から約30°、または約6°から約21°まで変化するアメリカ石油協会(API)度を有する他のタイプの原油を含むことができる。ここで説明する幾つかの実施例では原油の「熱」前処理は実質的に不活性の大気、例えば窒素、または例えばアルゴンの下での高温および高圧で生じるが、一部の予備熱処理ステップの実施例では溶剤および他の化学反応体は原油に追加されない。 The term crude oil in the present disclosure includes references to liquid crude oil from wellheads separated from natural gas. As defined, the crude oil feedstocks of the present disclosure can undergo a processing process to make them transportable feedstocks such as desalting, but in certain embodiments distillation of any kind at the crude oil feedstock inlet. Or, it does not undergo pre-distillation treatment. Crude oil has Arabian gas oil, Arabic gas oil, Arabian heavy oil, and the American Petroleum Institute (API) degree, which varies from about 6 ° to about 39 °, or from about 6 to about 30 °, or from about 6 ° to about 21 °. Other types of crude oil can be included. In some of the examples described herein, the "heat" pretreatment of crude oil occurs in a substantially inert atmosphere, such as nitrogen, or at high temperatures and pressures, such as under argon, but for some preheat treatment steps. In the examples, no solvent and other chemical reactants are added to the crude oil.

アメリカ石油協会(API)比重は石油液体がどの程度「重い」か「軽い」かの尺度である。60°FでのAPI比重と比重(SG)との関係はAPI=(141.5/SG)−131.5である。約32°を超えるAPI比重を有するサウジアラビアからの原油がアラビアン・ライトまたは「AL」と呼ばれ、約28°未満のAPI比重を有する原油はアラビアン・ヘビーまたは「AH」と呼ばれる。本開示中、アラビアン・ライトの水素化処理された(「HT」)残渣は「C2C」(原油から化学物質への)不合格品とも呼ばれ、用語はアラビアン・ライトを水素化処理した後に約500℃を超える沸点で得られる残渣を識別する。例えば、1つの尺度では、アラビアン・ヘビーは約10°≧API>6°、アラビアン・ミディアムは約21°≧API>10°、アラビアン・ライトは約30°≧API>21°、アラビアン・エキストラ・ライトは約39°≧API>30°である。 The American Petroleum Institute (API) gravity is a measure of how "heavy" or "light" a petroleum liquid is. The relationship between the API gravity and the specific gravity (SG) at 60 ° F is API = (141.5 / SG) -131.5. Crude oil from Saudi Arabia with an API gravity greater than about 32 ° is called Arabian Light or "AL" and crude oil with an API gravity less than about 28 ° is called Arabian Heavy or "AH". In the present disclosure, the hydrogenated (“HT”) residue of Arabian Light is also referred to as “C2C” (crude oil to chemical) reject, and the term is approximately after hydrogenating Arabian Light. Identify residues obtained at boiling points above 500 ° C. For example, on one scale, Arabian Heavy is about 10 ° ≥ API> 6 °, Arabian Medium is about 21 ° ≥ API> 10 °, Arabian Light is about 30 ° ≥ API> 21 °, Arabian Extra. The light is about 39 ° ≥ API> 30 °.

図1に示すように、プロセス100は天然ガスから分離され、任意に脱塩され、輸送のために安定化されているが、他の点では未処理であり、分留されておらず、分解されていないウェルヘッドからの未処理原油供給源102から始まる。原油供給源102のための予備熱処理ステップの実施形態は不活性雰囲気または実質的に不活性雰囲気下で未処理原油供給源102を加熱することを含み、雰囲気は実質的に無酸素(例えば、約5体積%未満の酸素、または約1体積%未満の酸素)である。図1に示すように、実質的に不活性な雰囲気は1つ以上の不活性ガス、例えばアルゴンまたはヘリウムに加えて、またはそれらの代わりに、窒素ガスを含むことができる。水素(H)および他の処理添加剤は任意に未処理原油供給源102に添加することができるが、必ずしも必要ではない。 As shown in FIG. 1, process 100 is separated from natural gas, optionally desalted and stabilized for transport, but otherwise untreated, unfractionated and decomposed. It begins at the untreated crude oil source 102 from the untreated wellhead. An embodiment of the preheat treatment step for the crude oil source 102 comprises heating the untreated crude oil source 102 in an inert or substantially inert atmosphere, the atmosphere being substantially oxygen-free (eg, about). Less than 5% by volume of oxygen, or less than about 1% by volume of oxygen). As shown in FIG. 1, the substantially inert atmosphere can include nitrogen gas in addition to, or in place of, one or more inert gases, such as argon or helium. Hydrogen (H 2 ) and other treatment additives can optionally be added to the untreated crude oil source 102, but are not always required.

本開示のプロセスの実施形態は、追加の添加剤なしで、不活性窒素またはアルゴンまたはヘリウム雰囲気下での熱処理を含む。しかしながら、添加剤は重合収率を改善し、メソフェーズピッチの特性を調整するために(例えば、その軟化点を低下させるために)、不活性ガス流または原油供給原料に添加されてもよい。任意の添加剤は有機塩に加えて、または有機塩の代わりに、水素を含むことができる。 Embodiments of the process of the present disclosure include heat treatment in an atmosphere of inert nitrogen or argon or helium, without additional additives. However, the additive may be added to the inert gas stream or crude oil feedstock to improve the polymerization yield and adjust the mesophase pitch properties (eg, to reduce its softening point). Any additive can include hydrogen in addition to or in place of the organic salt.

入口原油は入口104から高圧高温(HPHT)加熱反応器106に入り、これは任意に撹拌機108により撹拌される。ある体積の原油がHPHT加熱反応器106に入り、HPHT加熱反応器106の頂部付近の空隙空間を可能にし、この空隙空間の体積は、窒素により、窒素に加え、またはその代わりに他の不活性ガスにより占有され得る。不活性または実質的に不活性な雰囲気を有する空隙は、HPHT加熱反応器106の約10体積パーセントから約80体積パーセント、またはHPHT加熱反応器106の約30体積パーセントから約50体積パーセントを占めることができる。HPHT加熱反応器106は、いくつかの実施形態では約350℃〜約575℃、または約400℃〜約450℃の所定の(予め選択された)反応温度に加熱され、維持される。 The inlet crude oil enters the high pressure high temperature (HPHT) heating reactor 106 from the inlet 104, which is optionally agitated by the stirrer 108. A volume of crude oil enters the HPHT heating reactor 106, allowing a void space near the top of the HPHT heating reactor 106, and the volume of this void space is added to the nitrogen by nitrogen, or instead, is otherwise inert. Can be occupied by gas. Voids with an inert or substantially inert atmosphere occupy about 10% to about 80% by volume of the HPHT heating reactor 106, or about 30% to about 50% by volume of the HPHT heating reactor 106. Can be done. The HPHT heating reactor 106 is heated and maintained at a predetermined (preselected) reaction temperature of about 350 ° C. to about 575 ° C., or about 400 ° C. to about 450 ° C. in some embodiments.

HPHT加熱反応器106は加熱前に、酸素の非存在下で、不活性または実質的に不活性な雰囲気下で、約145ポンド/平方インチゲージ(psig)〜約870psig、または約435psig〜約725psigの圧力に最初に維持され、加熱中、滞留時間は、約2時間〜約15時間、または約4時間〜約8時間の間に維持される。加熱中、HPHT加熱反応器106内の圧力は約1,000psigを超えることができ、約1,700psig〜約2,500psigであることができる。 The HPHT heating reactor 106 prior to heating, in the absence of oxygen, in an inert or substantially inert atmosphere, is approximately 145 lbs / square inch gauge (psig) to approximately 870 psig, or approximately 435 psig to approximately 725 psig. The pressure is initially maintained and during heating, the residence time is maintained between about 2 hours and about 15 hours, or between about 4 hours and about 8 hours. During heating, the pressure in the HPHT heating reactor 106 can exceed about 1,000 psig and can be from about 1,700 psig to about 2,500 psig.

反応器出口110での流出物は気液固相三相分離器112に進み、流出物は、三相分離器112において、炭化水素を含む気体流、液体DAO流、および実質的に固形のMP生成物に分離される。MPは、出口114を通ってMP生成物収集部116に進む。MPは、統合された炭素繊維紡糸、またはその他の炭素アーチファクト、設備の貴重な副産物として使用でき、MPを貴重な炭素繊維と電池用の電極材料に変換する。 The effluent at the reactor outlet 110 proceeds to the gas-liquid solid phase three-phase separator 112, and the effluent is a hydrocarbon-containing gas stream, a liquid DAO stream, and a substantially solid MP in the three-phase separator 112. Separated into products. MP proceeds to MP product collecting unit 116 through outlet 114. MP can be used as an integrated carbon fiber spinning or other carbon artifact, a valuable by-product of equipment, converting MP into valuable carbon fiber and electrode materials for batteries.

気体状生成物は、水素、メタン、エタン、プロピレン、プロパン、ブタンおよびブテン、ペンタンおよびペンテンに加えて、C−Cパラフィンおよびオレフィンに及ぶ分解生成物である。三相分離器112は生成物を密度によって分離し、ここで、気体生成物は三相分離器112の頂部の近くから排出され、一方、固体および液体は例えば、沈殿に加えて、または沈殿の代わりに、遠心分離のような方法によって分離される。 Gaseous products include hydrogen, methane, ethane, propylene, propane, butane and butene, in addition to pentane and pentene, decomposition products spanning the C 1 -C 5 paraffins and olefins. The three-phase separator 112 separates the products by density, where the gas product is discharged from near the top of the three-phase separator 112, while solids and liquids are, for example, in addition to or in the precipitate. Instead, it is separated by a method such as centrifugation.

プロセスからのDAOは出口118を通って直接C2C精製プロセス120に出るが、これは、例えば、水蒸気分解(熱分解)に加えて、またはその代わりにFCCを含むことができる。本開示の実施形態におけるDAOは約2重量%未満のアスファルテンを含有することができ、石油化学製品製造のための水蒸気/接触分解原料として使用することができる。 DAOs from the process exit directly into the C2C purification process 120 through outlet 118, which can include, for example, FCC in addition to or instead of steam decomposition (pyrolysis). The DAO in the embodiments of the present disclosure can contain less than about 2% by weight of asphaltene and can be used as a steam / catalytic cracking material for the production of petrochemical products.

熱統合の目的のために、一例では、原油が原油供給原料のタイプに応じて、熱分解オーブンの対流セクションの管内で、またはFCCユニットの再生セクション内で、分解温度未満、例えば、約100℃〜約350℃、または約250℃〜約350℃、または約200℃〜約300℃、または約200℃未満に最初に予熱することができる。次に、予熱された油は脱アスファルトユニット、例えばHPHT熱処理反応器106に供給され、そこで圧力下で熱処理されて、メソフェーズピッチ、液体脱アスファルト油、および気体分解生成物を生成し、これらは、三相分離器、例えば三相分離器112で分離される。いくつかの実施形態では、DAOが例えば、図1に示すような任意の過熱蒸気流122を利用して、(FCCの対流ゾーンまたは再生セクションからの)過熱蒸気と混合し、厳しい分解の前に最終予熱ゾーンに供給されることができる。 For the purpose of thermal integration, in one example, the crude oil is below the decomposition temperature, eg, about 100 ° C., in the convection section of the pyrolysis oven or in the regeneration section of the FCC unit, depending on the type of crude oil feed. It can first be preheated to ~ about 350 ° C., or about 250 ° C. to about 350 ° C., or about 200 ° C. to about 300 ° C., or less than about 200 ° C. The preheated oil is then fed to a de-asphalt unit, eg HPHT heat treatment reactor 106, where it is heat-treated under pressure to produce mesophase pitch, liquid de-asphalt oil, and gas decomposition products, which It is separated by a three-phase separator, for example, a three-phase separator 112. In some embodiments, the DAO utilizes any superheated steam stream 122, eg, as shown in FIG. 1, to mix with superheated steam (from the convection zone or regeneration section of the FCC) and prior to severe decomposition. It can be supplied to the final preheating zone.

その残渣に加えて、またはその代わりに、アップグレードされた脱アスファルト原油は水蒸気熱分解および接触流動分解などの炭化水素分解プロセスのための供給原料として使用することができ、一方、原油残渣中のアスファルテンは、高品質MPの生成と同時に除去される。DAOからのアスファルテンの除去は、これらの化合物は蒸気熱分解およびFCCプロセスにおいて反応器のコークス化を引き起こすので有利である。本開示の例示的な熱処理工程からのDAOを分解プロセスの供給原料として使用した場合に、軽質オレフィン、特にエチレンおよびプロピレンに対する優れた選択性が観察された。 In addition to or instead of that residue, upgraded de-asphalt crude oil can be used as a feedstock for hydrocarbon decomposition processes such as steam pyrolysis and catalytic flow decomposition, while asphaltene in crude oil residues. Is removed at the same time as the production of high quality MP. Removal of asphaltene from DAOs is advantageous as these compounds cause coking of the reactor in vapor pyrolysis and FCC processes. Excellent selectivity for light olefins, especially ethylene and propylene, was observed when DAO from the exemplary heat treatment steps of the present disclosure was used as a feedstock for the decomposition process.

[試験例]
ある試験例では、10リットルのオートクレーブ反応器にアラビアン・ヘビー原油を注入し、実質的に不活性な雰囲気を有する空隙空間をオートクレーブの上部に残した。オートクレーブを窒素ガス(N)で数回フラッシュして、反応環境から酸素を除去した。オートクレーブを、N圧力下、室温で約600ポンド/平方インチゲージ(psig)に維持した。約600rpmで撹拌しながら、反応器温度を6℃/分(℃/分)上昇させて所望の温度(例えば、約400℃、410℃、および425℃)にした。所望の反応温度に達したら、所定の重合時間、任意に約6〜約17時間、熱処理を維持した。熱処理のための時間はまた、約2時間〜約15時間、または約4時間〜約8時間であり得る。オートクレーブ反応器内の圧力は、1,000psigを超え、約1,800psig〜約1,900psigに達した。得られた生成物は、室温で気相、液体相、および固体相の3つの別々の相からなっていた。分解ガスを排出し、遠心分離によってMPをDAOから分離した。
[Test example]
In one test example, Arabian heavy crude oil was injected into a 10 liter autoclave reactor, leaving a void space above the autoclave with a substantially inert atmosphere. The autoclave was flushed with nitrogen gas (N 2 ) several times to remove oxygen from the reaction environment. The autoclave, N 2 pressures was maintained at about 600 lbs / square inch gauge (psig) at room temperature. The reactor temperature was raised by 6 ° C./min (° C./min) to the desired temperature (eg, about 400 ° C., 410 ° C., and 425 ° C.) with stirring at about 600 rpm. Once the desired reaction temperature was reached, the heat treatment was maintained for a predetermined polymerization time, optionally for about 6 to about 17 hours. The time for heat treatment can also be from about 2 hours to about 15 hours, or from about 4 hours to about 8 hours. The pressure in the autoclave reactor exceeded 1,000 psig and reached from about 1,800 psig to about 1,900 psig. The product obtained consisted of three separate phases, a gas phase, a liquid phase, and a solid phase at room temperature. Decomposition gas was discharged and MP was separated from DAO by centrifugation.

特定の他の類似の試験例について、表1は、アラビアン・ヘビー、熱処理されたアラビアン・ヘビー、水素化処理された原油残渣、および熱処理、水素化処理された原油残渣についての飽和炭化水素、芳香族化合物、樹脂、およびアスファルテンについての値を示す。
For certain other similar test examples, Table 1 shows Arabian Heavy, Heated Arabian Heavy, Hydrogenated Crude Oil Residues, and Saturated Hydrocarbons, Fragrances for Heated, Hydrogenated Crude Oil Residues. Values for group compounds, resins, and asphaltene are shown.

原油またはその誘導体は4つの化学群、すなわち、アルカンおよびシクロパラフィンなどの飽和物、芳香族、樹脂、およびアスファルテン、いわゆるSARA留分に分離することができる。SARA分析を用いて、トップの石油サンプル中の飽和物、芳香族、樹脂、およびアスファルテンの分布を決定する。この手順は2つの段階に分けられる:第1段階がアスファルテンの沈殿および定量を含み、一方、第2段階は、ASTM D−2007法に従う、脱アスファルト油の飽和分画、芳香族分画、および樹脂分画へのオープンカラムクロマトグラフィー分離である。 Crude oils or derivatives thereof can be separated into four chemical groups: saturated substances such as alkanes and cycloparaffins, aromatics, resins, and asphaltene, the so-called SARA fraction. SARA analysis is used to determine the distribution of saturateds, aromatics, resins, and asphaltene in top petroleum samples. The procedure is divided into two stages: the first stage involves precipitation and quantification of asphaltene, while the second stage follows the ASTM D-2007 method, saturated fraction of deasphalt oil, aromatic fraction, and Open column chromatography separation into resin fractions.

特に、表1は、アスファルテンの約90%が除去されたように、アラビアン・ヘビー(AH)熱処理生成物が脱アスファルト化されたことを示す。表1に示すように、アスファルテン含量の大部分は、原油を処理した後に除去される。また、表1には、アラビアン・ヘビー原油について樹脂含有量の約半分まで減少していることが示されている。アラビアン・ヘビーについては、芳香族含有量が35重量%から78重量%まで100%を超えて増加した。 In particular, Table 1 shows that the Arabian Heavy (AH) heat treatment product was deasphalated, with about 90% of the asphaltene removed. As shown in Table 1, most of the asphaltene content is removed after processing the crude oil. Table 1 also shows that the resin content of Arabian heavy crude oil has been reduced to about half. For Arabian Heavy, the aromatic content increased by more than 100% from 35% to 78% by weight.

表2は、アラビアン・ヘビー原油およびその熱処理生成物の両方の元素分析を示す。得られたメソフェーズピッチ炭化水素生成物(液体+固体)はまた、その前駆体よりもはるかに少ない硫黄、ニッケル、および他の例えばバナジウムなどの金属を含み、メソフェーズピッチ(固体)および脱アスファルト油(液体)は、DAOのための水蒸気分解または接触分解プロセス、ならびに固体MPのための炭素繊維製造のいずれかを介して、直接原油から化学物質を得る技術に適したものとなる。金属を検出するために使用する誘導結合プラズマ(ICP)質量分析計において、使用した試料重量(30ミリグラム、mg)の実際の定量限界(QPL)は、ニッケル=0.05mg、硫黄=0.4mg、およびバナジウム=0.05mgであった。
Table 2 shows the elemental analysis of both Arabian Heavy Crude Oil and its heat treatment products. The resulting mesophase pitch hydrocarbon product (liquid + solid) also contains much less sulfur, nickel, and other metals such as vanadium than its precursors, mesophase pitch (solid) and deasphalt oil (solid). Liquids) will be suitable for techniques for obtaining chemicals directly from crude oil via either steam cracking or catalytic cracking processes for DAOs, as well as carbon fiber production for solid MPs. In an inductively coupled plasma (ICP) mass spectrometer used to detect metals, the actual quantification limit (QPL) of the sample weight (30 mg, mg) used is nickel = 0.05 mg, sulfur = 0.4 mg. , And vanadium = 0.05 mg.

表2に示すように、得られた生成物(DAO)(処理済アラビアン・ヘビー)の液相中には、重金属含有量(Ni及びV)は検出されなかった。液相中の硫黄含有量も大幅に減少した。SIMDISによって分析された液体組成物は100%の成分がアラビアン・ヘビー処理後に500℃未満の沸点を有し、96%の成分が残渣処理後に500℃未満の沸点を有することを示した。原油および残渣中、ならびに熱処理された原油および熱処理された残渣中の異なる成分の揮発性を、テキサス州シュガーランドのアジレント・テクノロジー社のAgilent Simulated Distillation(「SIMDIS」)システムによって測定した。SIMDISは参考マニュアルに記載の標準操作手順(SOP)に従い、ASTM D7169に準拠している。 As shown in Table 2, no heavy metal content (Ni and V) was detected in the liquid phase of the obtained product (DAO) (treated Arabian heavy). The sulfur content in the liquid phase was also significantly reduced. The liquid composition analyzed by SIMDIS showed that 100% of the components had a boiling point of less than 500 ° C. after Arabian Heavy treatment and 96% of the components had a boiling point of less than 500 ° C. after residue treatment. The volatility of different components in crude oil and residues, as well as in heat-treated crude oil and heat-treated residues, was measured by an Agilent Automated Distillation (“SIMDIS”) system from Agilent Technologies, Sugar Land, Texas. SIMDIS complies with ASTM D7169 according to the Standard Operating Procedure (SOP) described in the Reference Manual.

SIMDISの特性評価により、得られたDAOの液体が元のアラビアン・ヘビー原油よりも著しく低い沸点を有する炭化水素を含有することがわかる。したがって、炭化水素生成物は、精製プロセス、水素化処理プロセス、および特に直接的な原油−化学物質プロセスのための適切な供給原料になり得る。特定の実施形態では、アラビアン・ヘビーおよび500℃超のカット温度の熱水処理済アラビアン・ライトを含む異なる前駆体が試験されている。いくつかの実施形態では圧力容器、例えばオートクレーブまたは任意の高圧処理ユニットの開始圧力は少なくとも約600psig(室温で)であり、次いで、温度は約420℃まで徐々に上昇する。処理中、高圧容器内の圧力は、出発原料の体積および到達した温度に応じて、約1700psig〜約2500psigに達し得る。 Characterization of SIMDIS reveals that the resulting DAO liquid contains hydrocarbons with a significantly lower boiling point than the original Arabian Heavy Crude Oil. Therefore, hydrocarbon products can be suitable feedstocks for refining processes, hydrogenation processes, and especially direct crude oil-chemical processes. In certain embodiments, different precursors are being tested, including Arabian Heavy and hydrothermally treated Arabian Light with a cut temperature above 500 ° C. In some embodiments, the starting pressure of a pressure vessel, such as an autoclave or any high pressure processing unit, is at least about 600 psig (at room temperature), then the temperature gradually rises to about 420 ° C. During the process, the pressure in the high pressure vessel can reach from about 1700 psig to about 2500 psig, depending on the volume of the starting material and the temperature reached.

DAOの分解は以下のように図2に関して議論されるが、本開示の試験例において生成されたMPに関して、図3は100μm、50μm、および20μmスケールで得られた固体メソフェーズピッチの光学顕微鏡画像を示し、ここで、メソフェーズピッチは425℃の温度で、650回転/分(rpm)の撹拌速度で6時間、試料を処理した後に得られた。本開示の実施形態を使用して生成されるメソフェーズピッチは、ピッチベースの炭素繊維に適した高品質の前駆体である。得られたメソフェーズピッチは、適切な量のアルキル側鎖、より低い軟化点をもち、有利で一貫した結晶構造をもつことが、偏光光学顕微鏡およびX線回折(XRD)により認められた。図3の画像は、メソフェーズピッチが全体を通して有益に均一であることを示す。同様の結果が、アラビアン・ヘビーおよびアラビアン・ライト(C2C不合格品)出発物質のHT残渣の両方について、光学顕微鏡画像で得られた。 The decomposition of DAO is discussed with respect to FIG. 2 as follows, but with respect to the MP produced in the test examples of the present disclosure, FIG. 3 shows light microscope images of solid mesophase pitches obtained on the 100 μm, 50 μm, and 20 μm scales. Here, the mesophase pitch was obtained after processing the sample at a temperature of 425 ° C. and a stirring speed of 650 rpm for 6 hours. The mesophase pitch produced using the embodiments of the present disclosure is a high quality precursor suitable for pitch-based carbon fibers. The resulting mesophase pitch was found by polarizing light microscopy and X-ray diffraction (XRD) to have an appropriate amount of alkyl side chains, lower softening points, and an advantageous and consistent crystal structure. The image in FIG. 3 shows that the mesophase pitch is beneficially uniform throughout. Similar results were obtained with light microscopy images for both Arabian Heavy and Arabian Light (C2C rejected) starting material HT residues.

メソフェーズピッチの純度は、「非メソフェーズ」領域とは異なる光を反射するメソフェーズ領域のパーセンテージを計数することによって、偏光顕微鏡によって決定した。本開示の実施形態におけるメソフェーズピッチの純度は、約90%を超え、約99%を超えることができる。 The purity of the mesophase pitch was determined by a polarizing microscope by counting the percentage of mesophase regions that reflect light differently than the "non-mesophase" regions. The purity of the mesophase pitch in the embodiments of the present disclosure can exceed about 90% and can exceed about 99%.

図4は本開示の実施形態を使用して得られたメソフェーズピッチについてのX線回折(XRD)データを示すグラフであり、ここで、メソフェーズピッチは、425℃の温度で、650回転/分(rpm)の撹拌速度で6時間撹拌して得られた。XRDグラフは25.6でピークを示し、これはメソフェーズピッチ炭素材料であることを識別する。ここで述べた方法を用いて得られたメゾフェーズピッチは、原油や原油残渣などのメソフェーズピッチ前駆体よりもアスファルテンが少ない。いくつかの実施形態では、アスファルテン除去が約90%まで実現され、炭素繊維などのC2C用途に適したメソフェーズピッチが得られた。XRDによる最終生成物の特性評価はメソフェーズピッチについての通常の回折グラフを示し、これは原油中の芳香族化合物およびレジン化合物が加熱重合を経て、より大きな分子量の分子になることを表している。 FIG. 4 is a graph showing X-ray diffraction (XRD) data for the mesophase pitch obtained using the embodiments of the present disclosure, where the mesophase pitch is 650 rpm (650 rpm) at a temperature of 425 ° C. It was obtained by stirring for 6 hours at a stirring speed of (rpm). The XRD graph shows a peak at 25.6, which identifies it as a mesophase pitch carbon material. The mesophase pitch obtained using the method described here has less asphaltene than mesophase pitch precursors such as crude oil and crude oil residues. In some embodiments, asphaltene removal was achieved up to about 90%, resulting in a mesophase pitch suitable for C2C applications such as carbon fiber. The characterization of the final product by XRD shows a normal diffraction graph for the mesophase pitch, which indicates that the aromatic and resin compounds in the crude oil undergo heat polymerization to become molecules of higher molecular weight.

本技術の特定の実施形態では、熱処理は、熱処理プロセスを加圧するために、1つ以上の不活性ガスに加えて、または、窒素なし、あるいは窒素以外の添加剤がない状態で、実施される。いくつかの実施形態では約90%を超える純粋なメソフェーズピッチ生成物が熱処理後に得られ、いくつかの実施形態では約99%を超える純粋なメソフェーズピッチ生成物が熱処理後に得られる。本開示の加圧熱処理を用いて、原油およびHT原油残渣を同時にアップグレードおよび脱アスファルト化することができる。 In certain embodiments of the technique, the heat treatment is performed in addition to one or more inert gases, or in the absence of nitrogen, or in the absence of additives other than nitrogen, to pressurize the heat treatment process. .. In some embodiments, more than about 90% pure mesophase pitch product is obtained after heat treatment, and in some embodiments, more than about 99% pure mesophase pitch product is obtained after heat treatment. The pressure treatment of the present disclosure can be used to simultaneously upgrade and de-asphalt crude oil and HT crude oil residues.

ここで図2を参照すると、本開示の直接C2C分解実験のための実験設定を示す機械図が提供されている。実験装置200では、シリンジポンプ202を使用してDAO入口204からヘリウムタンク206からのキャリアガスとしてヘリウム(窒素タンク208内の窒素ガスに加えて、またはその代わりに)と共にDAOを供給した。DAOは、前述の試験例に記載された実施形態を使用して生成された。分解実験で使用した重量空間速度(WHSV)は、61/時(h−1)であった。実験装置200はさらに、電気炉210、分解触媒212、ガスクロマトグラフ214、およびコンデンサー216を含んでいた。液体生成物を生成物出口218で収集した。ガスをガスクロマトグラフィー(GC)によって分析した。一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、窒素、メタン、軽質オレフィン、CからCの炭化水素およびBT(ベンゼンおよびトルエン)を定量することができる。 With reference to FIG. 2, a mechanical diagram showing experimental settings for the direct C2C decomposition experiments of the present disclosure is provided. In the experimental apparatus 200, a syringe pump 202 was used to supply DAO from the DAO inlet 204 as carrier gas from the helium tank 206 together with helium (in addition to or instead of the nitrogen gas in the nitrogen tank 208). DAOs were generated using the embodiments described in the test examples described above. The weight space velocity (WHSV) used in the decomposition experiment was 61 / hour (h -1 ). The experimental apparatus 200 further included an electric furnace 210, a decomposition catalyst 212, a gas chromatograph 214, and a condenser 216. The liquid product was collected at product outlet 218. The gas was analyzed by gas chromatography (GC). Carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, nitrogen, methane, light olefins, C 1 to C 7 hydrocarbons and BT (benzene and toluene) can be quantified.

分解温度は例えば約450℃〜約850℃の範囲であってよく、FCCのような接触分解では供給原料の種類に応じて約500℃〜約650℃、水蒸気分解では約650℃〜約850℃であってよい。いくつかの実施形態で使用される分解触媒は、固体酸触媒を含む。1つ以上の実施形態において、固体酸触媒床はアルミノシリケートゼオライト、シリケート(例えば、シリカライト)、またはチタノシリケートを含み得る。さらなる実施形態では、固体酸触媒がモルデナイト型(MFI)構造を有するアルミノケイ酸塩ゼオライトである。 The cracking temperature may be in the range of, for example, about 450 ° C. to about 850 ° C., for catalytic cracking such as FCC, about 500 ° C. to about 650 ° C. depending on the type of raw material to be supplied, and for steam cracking, about 650 ° C. to about 850 ° C. It may be. Decomposition catalysts used in some embodiments include solid acid catalysts. In one or more embodiments, the solid acid catalyst bed may comprise aluminosilicate zeolite, silicate (eg, silicalite), or titanosilicate. In a further embodiment, the solid acid catalyst is an aluminosilicate zeolite having a mordenite-type (MFI) structure.

例えば、限定するものではないが、MFI構造化アルミノシリケートゼオライト触媒はZeolite Socony Mobil−5(ZSM−5)触媒であってもよい。さらに別の実施形態では、ZSM−5触媒がZSM−5触媒イオン交換サイトの少なくとも一部がH+イオンによって占有されているH−ZSM−5触媒であってもよい。さらに、アルミノシリケートゼオライト触媒、例えば、H−ZSM−5触媒は、Si/Alモル比が少なくとも10を有することができる。さらなる実施形態において、アルミノシリケートゼオライト触媒は、少なくとも30、または少なくとも35、または少なくとも40のSi/Alモル比を有し得る。さらに、アルミノシリケートゼオライト触媒は、アルミノシリケートゼオライト触媒の構造および性能を改変するために使用される1つ以上の追加の成分を含んでもよい。具体的には、アルミノシリケートゼオライト触媒がリン、ホウ素、ニッケル、鉄、タングステン、他の金属、またはそれらの組み合わせを含むことができる。様々な実施形態では、アルミノシリケートゼオライト触媒が0〜10重量%の追加成分、1〜8重量%の追加成分、または1〜5重量%の追加成分を含むことができる。 For example, but not limited to, the MFI structured aluminosilicate zeolite catalyst may be a Zeolite Society Mobile-5 (ZSM-5) catalyst. In yet another embodiment, the ZSM-5 catalyst may be an H-ZSM-5 catalyst in which at least a portion of the ZSM-5 catalyst ion exchange site is occupied by H + ions. In addition, aluminosilicate zeolite catalysts, such as H-ZSM-5 catalysts, can have a Si / Al molar ratio of at least 10. In a further embodiment, the aluminosilicate zeolite catalyst may have a Si / Al molar ratio of at least 30, or at least 35, or at least 40. In addition, the aluminosilicate zeolite catalyst may contain one or more additional components used to modify the structure and performance of the aluminosilicate zeolite catalyst. Specifically, the aluminosilicate zeolite catalyst can include phosphorus, boron, nickel, iron, tungsten, other metals, or combinations thereof. In various embodiments, the aluminosilicate zeolite catalyst can comprise 0-10% by weight of additional components, 1-8% by weight of additional components, or 1-5% by weight of additional components.

例えば、限定するものではないが、これらの追加の成分はZSM−5中に湿式含浸され、続いて乾燥およびか焼されてもよい。アルミノシリケートゼオライト触媒は、メソポーラス構造を含有する可能性がある。触媒は、25〜2,500マイクロメートル(μm)の直径を有するようにサイズ決定され得る。さらなる実施形態では、触媒が400〜1200μm、425〜800μm、800〜1000μm、または50〜100μmの直径を有する可能性がある。触媒粒子の最小サイズは、反応生成物と共に触媒粒子がフィルターを通過するのを防止するための反応器の設計に依存する。 For example, but not limited to, these additional components may be wet impregnated into ZSM-5, followed by drying and calcination. Aluminosilicate zeolite catalysts may contain mesoporous structures. The catalyst can be sized to have a diameter of 25-2,500 micrometers (μm). In a further embodiment, the catalyst may have a diameter of 400-1200 μm, 425-800 μm, 800-1000 μm, or 50-100 μm. The minimum size of the catalyst particles depends on the design of the reactor to prevent the catalyst particles from passing through the filter along with the reaction product.

以下の表3において、DAOの分解の実現可能性が実証され、有益な生成物の生成を示す。

In Table 3 below, the feasibility of decomposition of DAO is demonstrated and the production of beneficial products is shown.

表3において、転化率(*)は図2の装置において実施される分解反応においてDAOから形成される気相の量を指し、C4オレフィン(**)は1−ブテン、cisおよびtrans−2−ブテン、ならびにイソブテンを指し、選択率(***)は、形成される気相生成物のみを考慮する。本開示では、分解または炭素繊維の製造のような他の下流の化学的製造工程の前のプロセスおよび工程が原油供給原料の望ましくない成分を蒸発させること、もしくは分離することを目標とするのではなく、代わりに、圧力下で、アスファルト留分中の不揮発性芳香族環を、例えばメソフェーズピッチとして容易に沈殿および分離することができるように、長時間の熱重合を行うことを目標とする。反応温度、圧力、および滞留時間を制御することにより、再現性および柔軟性が保証される。 In Table 3, the conversion (*) refers to the amount of gas phase formed from DAO in the decomposition reaction carried out in the apparatus of FIG. 2, and C4 olefin (**) refers to 1-butene, cis and trans-2-. Refers to butene, as well as isobutene, and selectivity (***) considers only the vapor phase products formed. In the present disclosure, it is not desired that the processes and steps prior to other downstream chemical manufacturing processes, such as decomposition or carbon fiber production, evaporate or separate unwanted components of the crude oil feedstock. Instead, the goal is to perform long-term thermal polymerization under pressure so that the non-volatile aromatic rings in the asphalt fraction can be easily precipitated and separated, eg, as a mesophase pitch. Reproducibility and flexibility are guaranteed by controlling reaction temperature, pressure, and residence time.

本開示の方法およびシステムによって可能になる特定の利点には、原油および重質供給原料のための水蒸気分解におけるコークス沈殿の問題を低減すること、コークスによる急速な触媒失活の問題を低減すること、分解触媒を被毒させる原油中の金属の問題を低減すること、MPの共産生がプロセス経済性を高めること、およびナフサおよび真空軽油(VGO)を使用するなどの従来の精製方法からの分解生成物と比較してより高い炭化水素収率が含まれる。約400℃以上の高温での処理では、アスファルテンに加えて、またはアスファルテンの代わりに芳香族化合物の分岐が分解されて、低分子量の炭化水素になり、接触分解にさらに多くの炭化水素を利用できると考えられる。 Certain advantages enabled by the methods and systems of the present disclosure are to reduce the problem of coke settling in steam decomposition for crude oil and heavy feedstock, and to reduce the problem of rapid catalytic deactivation due to coke. Decomposition from traditional refining methods such as reducing metal problems in crude oil that poison the decomposition catalyst, increasing process economics by co-producing MP, and using naphtha and gas oil (VGO). It contains higher hydrocarbon yields compared to the product. Treatments at high temperatures above about 400 ° C. decompose the branching of aromatic compounds in addition to or instead of asphaltene to low molecular weight hydrocarbons, making more hydrocarbons available for catalytic cracking. it is conceivable that.

Claims (39)

メソフェーズピッチおよび石油化学製品の製造のための統合された方法であって、
原油の反応容器への供給と、
前記反応容器内の前記原油を所定の温度に所定時間加熱する工程と;
酸素の不在下、高圧で前記反応容器中で重合反応を起こさせることにより前記原油中のアスファルテン含量を減少させることと、
気体、液体、および固体の炭化水素成分を含み、前記液体炭化水素成分が脱アスファルト油を含み、前記固体炭化水素成分がメソフェーズピッチを含む、三相アップグレード炭化水素生成物の製造と、
前記気体、液体および固体炭化水素成分の分離と、
石油化学製品の製造には前記液体炭化水素成分を直接利用し、
炭素アーチファクトの製造には前記固体炭化水素成分を直接利用すること、
の各工程を含む方法。
An integrated method for the production of mesophase pitch and petrochemicals,
Supply of crude oil to the reaction vessel and
A step of heating the crude oil in the reaction vessel to a predetermined temperature for a predetermined time;
In the absence of oxygen, the content of asphaltene in the crude oil can be reduced by causing a polymerization reaction in the reaction vessel at high pressure.
Production of three-phase upgraded hydrocarbon products, which comprises gaseous, liquid, and solid hydrocarbon components, said liquid hydrocarbon component containing deasphalt oil, and said solid hydrocarbon component containing mesophase pitch.
Separation of gas, liquid and solid hydrocarbon components,
The liquid hydrocarbon component is directly used in the production of petrochemical products.
Direct use of the solid hydrocarbon component for the production of carbon artifacts,
A method that includes each step of.
前記原油は天然ガスから分離され、脱水された後にウェルヘッドから直接受け取る原油であるが、原油を前記原子炉容器に供給する前記ステップの前に前処理されない、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the crude oil is crude oil that is separated from natural gas, dehydrated and then received directly from the wellhead, but is not pretreated prior to the step of supplying the crude oil to the reactor vessel. 前記所定の温度が350℃〜575℃である請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the predetermined temperature is 350 ° C to 575 ° C. 前記所定の温度が400℃〜450℃である請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the predetermined temperature is 400 ° C. to 450 ° C. 前記反応容器内の原油を所定の温度に所定の時間加熱する工程の前に、前記容器を145psig〜870psigの初期圧力に加圧する工程をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 The invention according to any one of claims 1 to 4, further comprising a step of pressurizing the vessel to an initial pressure of 145 psig to 870 psig before the step of heating the crude oil in the reaction vessel to a predetermined temperature for a predetermined time. the method of. 前記容器を初期圧力に加圧する工程が、窒素を含むガスを使用して前記反応容器から酸素を排出する工程を含む、請求項5に記載の方法。 The method of claim 5, wherein the step of pressurizing the vessel to an initial pressure comprises the step of discharging oxygen from the reaction vessel using a gas containing nitrogen. 前記反応器内の前記原油を所定の温度に所定の時間加熱する前記工程の前に、前記容器を435psig〜725psigの初期圧力に加圧する工程を、さらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 Any one of claims 1 to 4, further comprising a step of pressurizing the container to an initial pressure of 435 psig to 725 psig prior to the step of heating the crude oil in the reactor to a predetermined temperature for a predetermined time. The method described in the section. 前記容器を初期圧力に加圧する前記工程が、窒素を含むガスを使用して前記反応容器から酸素を排出する工程を含む、請求項7に記載の方法。 The method according to claim 7, wherein the step of pressurizing the vessel to an initial pressure includes a step of discharging oxygen from the reaction vessel using a gas containing nitrogen. 前記所定の時間が2時間〜15時間である請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the predetermined time is 2 hours to 15 hours. 前記所定の時間が4時間〜8時間である請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the predetermined time is 4 to 8 hours. アスファルテン含有量を減少させる前記工程が、前記脱アスファルテン油中の前記アスファルテン含有量を2重量%未満に減少させるものである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the step of reducing the asphaltene content reduces the asphaltene content in the deasphalted oil to less than 2% by weight. 前記高圧が1,000psigより大きい、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the high pressure is greater than 1,000 psig. 前記高圧が1,800psig〜1,900psigである請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the high pressure is 1,800 psig to 1,900 psig. 前記液体炭化水素成分を石油化学製品の製造に直接利用する工程が、前記脱アスファルト油を流動接触分解プロセスに供給する工程を含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the step of directly utilizing the liquid hydrocarbon component for the production of a petrochemical product includes a step of supplying the deasphalt oil to a fluidized catalytic cracking process. 前記液体炭化水素成分を石油化学製品の製造に直接利用する工程が、前記脱アスファルト油を水蒸気分解プロセスに供給する工程を含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 14, wherein the step of directly utilizing the liquid hydrocarbon component for the production of a petrochemical product includes a step of supplying the deasphalt oil to a steam decomposition process. 炭素アーチファクト製造のために前記固体炭化水素成分を直接利用する工程が、前記メソフェーズピッチから炭素繊維を製造する工程を含む、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the step of directly utilizing the solid hydrocarbon component for producing carbon artifacts comprises a step of producing carbon fibers from the mesophase pitch. 前記原油が、重質原油、軽質原油、および500℃を超える沸点を有する原油残渣からなる群から選択される少なくとも1つの炭化水素を含む、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-16, wherein the crude oil comprises at least one hydrocarbon selected from the group consisting of heavy crude oil, light crude oil, and crude oil residues having a boiling point above 500 ° C. .. 前記脱アスファルト油のアスファルテン化合物含量が、前記原油のアスファルテン化合物含量に対して少なくとも50質量%減少する、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 17, wherein the asphalt compound content of the de-asphalt oil is reduced by at least 50% by mass with respect to the asphalt compound content of the crude oil. 前記脱アスファルト油のアスファルテン化合物含量が、前記原油のアスファルテン化合物含量に対して少なくとも90質量%減少する、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 18, wherein the asphalt compound content of the de-asphalt oil is reduced by at least 90% by mass with respect to the asphalt compound content of the crude oil. 前記液体炭化水素成分中の金属含有量が、前記原油中の金属含有量未満である請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the metal content in the liquid hydrocarbon component is less than the metal content in the crude oil. 前記固体炭化水素成分が少なくとも90%純粋なメソフェーズピッチである請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 20, wherein the solid hydrocarbon component is at least 90% pure mesophase pitch. 酸素の非存在下で高圧で前記反応容器中で重合反応を起こさせることによって前記原油中のアスファルテン含量を減少させる前記工程が、前記反応容器中の圧力を1,700psig〜2,500psigに増加させるものである、請求項1に記載の方法。 The step of reducing the asphaltene content in the crude oil by causing a polymerization reaction in the reaction vessel at high pressure in the absence of oxygen increases the pressure in the reaction vessel from 1,700 psig to 2,500 psig. The method according to claim 1, which is a thing. メソフェーズピッチおよび石油化学製品製造のための統合システムであって、
反応容器に流体的に連結されている原油供給源を含み、前記反応容器は所定の時間、所定の温度に加熱されるように動作可能であり、酸素の非存在下で高圧で前記反応容器内で重合反応を起こさせることによって、前記原油供給源中のアスファルテン含有量を減少させるように動作可能であり、
前記反応容器内で生成される三相アップグレード炭化水素生成物を分離するように操作可能な気液固三相分離器を含み、前記三相アップグレード炭化水素生成物は、気体、液体、固体炭化水素成分から成り、前記液体炭化水素成分が脱アスファルト油を含み、前記固体炭化水素成分がメソフェーズピッチを含むものであり、および、
前記液体炭化水素成分を受け取り、石油化学製品のために前記液体炭化水素成分を分解するように流体結合される分解ユニット、
を含むシステム。
An integrated system for mesophase pitch and petrochemical manufacturing,
It contains a crude oil source that is fluidly coupled to the reaction vessel, the reaction vessel can be operated to be heated to a predetermined temperature for a predetermined time, and in the reaction vessel at high pressure in the absence of oxygen. By causing a polymerization reaction in the above, it is possible to operate so as to reduce the asphaltene content in the crude oil supply source.
The three-phase upgrade hydrocarbon product comprises a gas-liquid solid three-phase separator that can be operated to separate the three-phase upgrade hydrocarbon product produced in the reaction vessel, the three-phase upgrade hydrocarbon product being a gas, liquid, solid hydrocarbon. Consisting of components, the liquid hydrocarbon component comprises deasphalt oil, the solid hydrocarbon component comprises a mesophase pitch, and
A decomposition unit that receives the liquid hydrocarbon component and is fluid-bonded to decompose the liquid hydrocarbon component for petrochemical products.
System including.
前記メソフェーズピッチから炭素繊維を製造するためのユニットをさらに含む、請求項23に記載のシステム。 23. The system of claim 23, further comprising a unit for producing carbon fibers from the mesophase pitch. 前記所定の温度が350℃〜575℃である請求項23または24に記載のシステム。 The system according to claim 23 or 24, wherein the predetermined temperature is 350 ° C to 575 ° C. 前記所定の温度が400℃〜450℃である請求項23または24に記載のシステム。 The system according to claim 23 or 24, wherein the predetermined temperature is 400 ° C. to 450 ° C. 前記所定の時間が、2時間〜15時間である請求項23〜26のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 26, wherein the predetermined time is 2 hours to 15 hours. 前記所定の時間が、4時間〜8時間である請求項23〜26のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 26, wherein the predetermined time is 4 hours to 8 hours. 前記脱アスファルト油中のアスファルテン含有量が2重量%未満である請求項23〜28のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 28, wherein the asphalt content in the deasphalt oil is less than 2% by weight. 前記高圧が1,000psigより大きい、請求項23〜29のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 29, wherein the high pressure is greater than 1,000 psig. 前記高圧が1,800psig〜1,900psigである請求項23〜30のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 30, wherein the high pressure is 1,800 psig to 1,900 psig. 前記分解ユニットが流動接触分解プロセスを含む、請求項23〜31のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 31, wherein the cracking unit comprises a fluid catalytic cracking process. 前記分解ユニットが水蒸気分解プロセスを含む、請求項23〜32のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 32, wherein the decomposition unit comprises a steam decomposition process. 前記原油が、重質原油、軽質原油、および500℃を超える沸点を有する原油残渣からなる群から選択される少なくとも1つの炭化水素を含む、請求項23〜33のいずれか1項に記載のシステム。 The system of any one of claims 23-33, wherein the crude oil comprises at least one hydrocarbon selected from the group consisting of heavy crude oil, light crude oil, and crude oil residues having a boiling point above 500 ° C. .. 前記脱アスファルト油のアスファルテン化合物含量が、前記原油供給源のアスファルテン化合物含量に対して少なくとも50質量%減少する、請求項23〜34のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 34, wherein the asphalt compound content of the de-asphalt oil is reduced by at least 50% by mass with respect to the asphalt compound content of the crude oil source. 前記脱アスファルト油のアスファルテン化合物含量が、前記原油供給源のアスファルテン化合物含量に対して少なくとも90質量%減少する、請求項23〜35のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 35, wherein the asphalt compound content of the de-asphalt oil is reduced by at least 90% by mass with respect to the asphalt compound content of the crude oil source. 前記液体炭化水素成分中の金属含有量が、前記原油供給源中の金属含有量未満である請求項23〜36のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 36, wherein the metal content in the liquid hydrocarbon component is less than the metal content in the crude oil source. 前記固体炭化水素成分が少なくとも90%純粋なメソフェーズピッチである請求項23〜37のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of claims 23 to 37, wherein the solid hydrocarbon component is at least 90% pure mesophase pitch. 前記反応容器内の高圧が1,700psig〜2,500psigである請求項23に記載のシステム。 23. The system of claim 23, wherein the high pressure in the reaction vessel is 1,700 psig to 2,500 psig.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5144103A (en) * 1974-09-25 1976-04-15 Maruzen Oil Co Ltd Sekyukookusuno seizoho
JPS56101915A (en) * 1979-10-22 1981-08-14 Union Carbide Corp Production of carbon fiber
JPS57125289A (en) * 1981-01-28 1982-08-04 Toa Nenryo Kogyo Kk Preparation of optically anisotropic carbonaceous pitch
JPS6312689A (en) * 1986-07-03 1988-01-20 Asahi Chem Ind Co Ltd Production of precursor pitch for carbon fiber

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1842105A (en) * 1928-03-28 1932-01-19 Standard Oil Dev Co Method of making asphalt
US5437780A (en) * 1993-10-12 1995-08-01 Conoco Inc. Process for making solvated mesophase pitch
CA2370591C (en) * 1999-04-16 2011-01-11 Exxonmobil Research And Engineering Company Improved process for deasphalting residua by reactive recycle of high boiling material
JP2003147368A (en) * 2001-11-14 2003-05-21 Yoshinari Kuga Apparatus and method for producing bamboo or wood charcoal
JP6461588B2 (en) * 2014-12-12 2019-01-30 川崎重工業株式会社 Combustion system
KR101540987B1 (en) * 2014-12-31 2015-08-03 극동씰테크 주식회사 Pitch binder manufacturing apparatus and a manufacturing method for a carbon powder based on coal tar pitch binder

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5144103A (en) * 1974-09-25 1976-04-15 Maruzen Oil Co Ltd Sekyukookusuno seizoho
JPS56101915A (en) * 1979-10-22 1981-08-14 Union Carbide Corp Production of carbon fiber
JPS57125289A (en) * 1981-01-28 1982-08-04 Toa Nenryo Kogyo Kk Preparation of optically anisotropic carbonaceous pitch
JPS6312689A (en) * 1986-07-03 1988-01-20 Asahi Chem Ind Co Ltd Production of precursor pitch for carbon fiber

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