KR100311428B1 - 석유공급원료를수소화처리하는방법및수소화변환장치 - Google Patents

석유공급원료를수소화처리하는방법및수소화변환장치 Download PDF

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Abstract

통합된 중간 증류물 개량방법 및 장치가 개시된다. 종래의 단단계 수소화 분류방법의 중간 증류물 측류는 중간 증류물을 개량하기 위해 방향족 포화 반응기 및/또는 촉매 탈왁스 반응기 등과 같은 수소화 처리단계로 순환되어진다. 상기 개량된 산물은 분류단계 측방 스트리퍼 컬럼내에서 최종처리 되어진다. 상기 통합된 수소화처리 반응기는 종래 수소화 분해단계 설비의 부담을 공유할 수 있으며 종래 기술의 단일 수소화처리 반응기에서 통상 요구되던 장비들을 사용하지 않아도 되도록 기존 방법 열을 사용할 수 있게 한다.

Description

석유 공급 원료를 수소화 처리하는 방법 및 수소화 변환 장치
제1도는 본 발명의 중간 증류생성물 개량 병합방법의 개략 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 병합 수소화 변환 방법 12 : 탄화수소 공급원료
14 : 수소 농후 스트림 16 : 도관
18 : 반응기 20 : 수소 농후 순환 스트림
22 : 수소화 분해 반응기 유출물 스트림
24 : 수소 농후 순환 스트림 25a,25b,25c : 고정 촉매층
26,28 : 도관 30 : 교차 교환기
32 : 증기-액체 유출물 스트림 34 : 고압 분리기
35,36,38 : 도관 37 : 저온 고압 분리기
40 : 혼합 액체 스트림 42 : 증기 스트림
44 : 순환 압축기 46 : 분별증류탑
47 : 도관 48 : 측방 컬럼
50,52,54,56,58,60 : 도관 62 : 펌프
64 : 도관
66 : 압축 수소 메이크업(make-up) 스트림
68,70 : 도관 72 : 수소 메이크업 압축기
74 : 제1단계 76 : 제2단계
78 : 중간 증류믈 스트림 80 : 교차 교환기
82 : 유출물 스트림 84,86 : 중간 증류물 스트림
88 : 수소화 처리기 90a,90b : 고정 촉매층
94,96,100,102 : 도관 104 : 증기 스트림
108 : 냉각기 110 : 혼합상 스트림
112 : 증기-액체 분리기 114 : 수소함유 증기
116,118,120,122,124,126 : 도관
본 발명은 수소화처리 장치를 단일 단계 수소화 분해 방법으로 병합하므로써 중탄화수소 공급원료로 부터의 중간 증류생성물을 개량하기 위한 방법에 관한 것이다.
중유에 기초한 탄화수소 공급원료를 액체 석유가스, 가솔린, 제트연료 및 디젤오일 등의 저분자량 생성물로 수소화 분해하는 방법이 공지되어 있다. 최근에, 진공 가스오일(VGO)을 고품질 중간 증류물로 처리하는 것이 원유 품질이 저하됨에 따라 더욱 중요하게 되었으며 청정 연소하는 디젤 및 제트 연료에 대한 요구도 증가하는 추세이다.
정제 생성물상태의 질을 증가시키기 위하여 (새로운 시장요구에 맞추기 위한 선택성 및 유연성도 포함하며), VGO등과 같은 공급원료를 상대적으로 낮거나 높은 압력으로 수소화 분해하고, 상기 수소화 분해된 유출물을 부분 전환된 고품질 공급원료로서 단일 처리 단계 하류로 공급하는 것이 통상의 방식이다. 잠재적 저류 처리 단계들 중에서, 방향족 포화, 탈황 및 탈질, 촉매 탈왁스, 열 분해 등과 같은 것들을 들 수 있다. 이러한 방식에 있어서, VGO 공급원료는 선택적으로 가솔린, 중간 증류물 그리고/또는 황, 질소 및 방향족 함유량이 개선되고, 저온 점도 발화온도 등이 개선된 특성을 갖는 윤활유 생성물로 선택적으로 정제되어 왔다.
히브스 등에 의해 1990년 일리노이즈 데스 플레인스의 UOP에 의해 발간된 "대체 수소화 분해 응용법"에는 몇가지 방법들이 기술되어 있는 바, VGO 공급원료는 적정 또는 고압 조건하에서 초기 수소화 분해되어 고품질의 부분 변환된 공급원료를 만들어 낸다고 기술된다. 이러한 공급원료들은 디젤 생산을 최대로하기 위해 저류 열분해 장치내에서 사용되며, 가솔린 생산을 최대로 하기 위해 FCC 장치내에서 사용되며, 윤활유 원료를 개선하도록 촉매 탈왁스 장치, 그리고 에틸렌을 생산하기 위해 증기 분해기에 사용된다.
도넬리 등에 의해 간행된 1980년 10월 27일판 오일 및 가스저널 제77 내지 82페이지에는 촉매 탈왁스 방법이 설명되어 있으며, 여기서 왁스 가스 오일의 왁스 분자가 선택적으로 분해되며 탈왁스 유출물이 탈거기에 이송된다. 저류 수소화탈황 반응기는 상기 탈거기의 전 또는 후에 위치될 수 있다.
겜비키 등의 1983년 2월 21일판 오일 및 가스저널 제116 내지 128 페이지에는 VGO 변환방법이 기술되어 있으며, 수소화탈황 또는 FCC 이송 수소화처리기가 온건 수소화분해기(MHC; mild hydrocracker)로서 중간 증류물 생산을 증진하도록 개장된다.
에스. 엘. 이 등의 약조 케미칼 NV 발행 "디젤 연료의 방향족 환원 및 센탄 개선"에는 디젤연료의 방향족 환원 및 센탄 개선용 단일 및 2단계 방법이 기술되어 있다. 상기 단일 단계 방법을 높은 활동도의 NiMo 촉매를 사용하는 중 디젤형 공급원료의 엄격한 수소화처리로 이루어진다. 상기 2중 단계 방법은, 수소화탈황 및 수소화탈질을 실행하기 위해 디젤형 원료의 강한 수소호처리 전처리와 그후 일어나는 귀금속 촉매메 대한 수소화를 조합한다.
헌 등에 허여된 미합중국 특허 제5,114,562호에는 중간 증류물 공급 원료의 2단계 수소화처리가 기술되어 있는 바, 스트림은 귀금속 촉매에 대한 수소화 이전에 수소화탈황되어진다. 수소화처리 후에, 상기 공급 원료는 생성물 회수 분별증류 수단으로 보내어진다.
마키에 허요된 미합중국 특허 제4,973,396호에는 순수나프타 공급원료의 2단계 수소화처리가 기술되어 있다. 저압 수소화처리기 단계 이후에, 상기 유출물은 세정되고 H2S가 탈거되며, 탈거기 탑저물은 탑상 및 탑저 스트림으로 분별증류된다. 그후, 상기 탑상 스트림은 귀금속 촉매를 사용하여 수소화 분해되며, 탑저 스트림은 생성물 분별증류기에 공급된다.
루이 등에 허여된 미합중국 특허 제4,990,242호에는 저황연료를 생산하는 방법이 기술되며, 순수 나프타 스트림이 제1단계 분별증류기에 공급되어지고 탑상 및 탑저 스트림을 만들어낸다. 상기 양 스트림 모두는 수소화처리기, H2S 세정기 그리고 증기 탈거기로 이루어진 평행 수소화처리 장치로 보내진다. 상기 평행 탈거기로 부터의 유출물은 2단계 분별증류기로의 공급 원료용으로 혼합되어질 수 있다.
에른스트 쥬니어에 허여된 미합중국 특허 제2,853,439호에는 조합증류 및 탄화수소 변환방법이 기술되어 있으며, 제1 분류기로 부터 제거된 가스 오일형 공급원료가 촉매분해 반응기에 공급되어진다. 상기 분해된 유출물의 대부분은 탈거기 스트림으로서 상기 제1분별증류기의 저단부로 복귀되어진다. 상기 분해된 유출물의 소부분은 제2분별증류기에 공급돈다. 상기 제2분별증류기의 상부는 제1분류기의 상단에 공급된다.
어렌드 등에 허여된 미합중국 특허 제3,671,419호에는 원유 고품질화 방법이 기술되며, VGO형 원료 수소화반응되고, 수소화 반응기 유출물이 탑상 스트림 및 탑저 스트림으로 분류된다. 상기 분별증류기 탑상 스트림은 수소화 분해기에 공급되어지며 상기 분별증류기 탑저 스트림은 촉매 분해기에 공급되어진다. 상기 분해된 유출물은 생성물 스트림으로 분별증류 되어진다.
상기 기술된 방법들에는, 탄화수소 공급원료가 적정 조건에서 수소화 분해되고, 상기 수소화 분해된 유출물이 냉각되며 생성물 분별증류기로 공급되며, 분별증류기 중간 증류물 측방생성물이 일차로 수소 분해기 유출물류에 대한 열교환에 의하여 가열된 후 수소화 처리기 반응기에 공급되며, 그리고 수소화처리기 유출물이 증류물 측방 탈거기에 공급되어지는 개선된 중간 증류물을 생산하기 위한 변환 방법이 기술되어 있지 않다.
촉매 탈왁스 또는 방향족 포화 등의 수소화 처리단계를 단일 단계 수소화분해 방법으로 병합하는 것은, 종래 기술의 단일 수소화분해 기술과 비교하여 볼때, 저렴한 비용으로 중간 증류 연료 생산을 개량한다. 본 발명의 집적 방법은 탄화수소 변환의 일부가 수소화처리 단계로 전환될 수 있기 때문에 보다 낮은 수소화 분해압력으로 소망의 품질을 갖는 중간 증류 생성물을 생산할 수 있게 한다. 또 다른 장점들 중에는 열병합 기술 설비 그리고 소요비용을 최소화하기 위해 기존의 압축 및 증기 탈거 방법을 공유하는 것 등이 포함된다. 그러므로, 본 발명의 방법은 단일 단계 수소화 분해기를 개장하는데 적합하다.
일 태양에 있어서, 본 발명은 석유 공급원료를 수소화 처리하는 방법을 제공한다. VGO등과 같은 석유 공급 원료는 비교적 고압에서 수소의존재하에서 단계(a)에서 촉매에 의해 수소화 분해된다. 단계(b)로서, 상기 수소화 분해 단계(a)로부터의 유출물이 냉각되며 증기와 액체 스트림으로 분리된다. 상기 (b)로 부터의 증기 스트림은 단계(c)에서 수소화 분해단계(a)로 재순환 되어진다. 단계(d)로서, 상기 단계(b)로 부터의 액체 스트림은 분별 증류 컬럼 내에서 하나 이상의 중간 증류물 스트림을 포함하는 하나 또는 그 이상의 석유 증류물 스트림으로 증류된다. 상기 단계(d)로부터의 중간 증류물 스트림은 수소의 존재하에서 단계(e)에서 촉매 수소화 처리된다. 상기 수소화 처리 단계(e)로 부터의 유출물은 단계(f)에서 수소를 포하하는 증기 스트림과 실질적으로 수소를 함유하지 않는 액체 스트림으로 분리되어진다. 단계(g)로서, 상기 단계(f)로 부터의 수소 함유 스트림은 수소분해 단계(a)로 재순환 되어진다. 상기 단계(f)로 부터의 액체 스트림에서의 경질성분은 단계(h)에서 제거되어 개량된 중간 증류 생성물 스트림을 형성한다.
바람직한 태양에 있어서, 본 발명의 방법은 다음 단계들을 추가로 포함한다 : (j) 다단계 압축기의 제1단계에서 메이크업 수소를 압축하는 단계 : (k) 상기 단계(j)로 부터의 압축된 수소를 처리 단계(e)로 공급하는 단계; 그리고 (1) 상기 단계(f)로 부터의 수소 함유 스트림을 재순환 단계(g)를 위하여 다단계 압축기의 제2단계에서 압축하는 단계, 상기 분리단계(f)는 바람직하게는 다음 단계들로 이루어진다 : (1) 상기 수소화처리 단계(e)로 부터의 유출물에서 액체를 부분적으로 응축시키기 위한 일차 냉각 단계; (2) 상기 일차 냉각단계(1)로 부터 형성된 응축물을 분리하기 위한 일차분리단계; (3)0 상기 일차 분리단계(2)로 부터의 잔류 증기내에서 추가 액체를 응축하기 위한 이차 냉각단계; 그리고 (4) 상기 제2단계 압축단계(1)용으로 수소 함유 스트림을 형성하기 위해 상기 이차 냉각단계(3)로 부터 형성된 응축물을 분리하기 위한 2차 분리단계. 상기 수소 공급단계(k)는, 바람직하게는, 상기 단계(j)로 부터의 압축된 수소의 제1부를 수소화 처리단계(e)에 공급하는 단계로 이루어지며, 또한 상기 방법은 단계(m)로서, 상기 단계(j)로 부터의 압축된 수소의 제2부를, 적어도 상기 2차 냉각단계(f)(3)내에서의 결과 혼합물을 냉각하기 위하여, 수소화 처리단계(e)로 부터의 유출물 내로 방출하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 수소화 처리단계(e)는 탈왁스, 방향족 포화, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 수소화 처리단계(e)는, 바람직하게는 1 내지 10MPa의 압력에서 실행된다. 상기 증류단계(d)는 바람직하게는 2MPa 이상의 압력에서 실행된다. 상기 탈거단계(h)는 바람직하게는 분별증류컬럼상에서 증기 측방 탈거기를 동작시키는 것을 포함하며, 상기 측방 탈거기에 공급되는 공급 원료는 상기 단계(f)로 부터의 액체 스트림과 분별증류컬럼으로 부터의 제2중간 증류 생성물 스트림을 포함하며, 그리고 상기 측방 탈거기로 부터의 상부 증기는 상기 분별증류 컬럼으로 복귀되어진다. 상기 분별증류 단계(d)로 부터의 증간 증류물 스트림은, 상기 수소화 처리단계(e) 및 수소분해 단계(a)로 부터의 유출물에 대한 일련의 열교환기에 의해, 상기 수소화처리 단계(e)에 공급하기 위해 바람직하게 가열된다.
또 다른 태양으로서, 본 발명은 수소 변환장치를 제공한다. 수소 분해기는 상대적으로 고온 고압에서 수소의 존재하에 석유 공급 원료를 촉매 처리하기 위해 제공된다. 상기 수소 분해기로 부터의 유출물을 냉각하기 위한 수단들이 제공된다. 하나 또는 그 이상의 수소분해기 유출물 분리기가 상기 냉각된 수소화분해기 유출물을 증기 및 액체 스트림으로 분리하기 위해 제공된다. 순환 압축기가 상기 분리기로 부터의 증기 스트림을 수소화 분해기로 순환시키기 위해 압축하도록 제공된다. 분별증류 컬럼이 상기 분리기로 부터의 액체 스트림을 적어도 하나의 중간 증류물 스트림을 포함하는 다수의 석유 증류물 스트림으로 증류하기 위해 제공된다. 수소화 반응기가 수소의 존재하에 상기 분별증류 컬럼으로 부터의 중간 증류물 스트림을 처리하기 위해 제공된다. 적어도 하나의 열교환기가 상기 수소 반응기 유출물을 냉각하기 위해 제공된다. 적어도 하나의 반응기 유출물 분리기가 상기 냉각된 반응기 유출물을 증기 및 액체 스트림으로 분리하기 위해 제공된다. 탈거기가 개량된 중간 증류생성물을 형성하기 위하여, 반응기 유출물 분리기로 부터의 액체 스트림에서 경질성분을 탈거하기 위해 탈거기에 제공된다. 메이크업 수소 압축기가 상기 촉매 반응기 및 수소화분해기에 압축된 수소를 공급하기 위해 제공된다.
상기 메이크업 수소 압축기는 바람직하게는 2단계 압축기이다. 제1단계는 수소 반응기로 수소의제1부를 방출하도록 개작되어졌으며, 상기 반응기 유출물 냉각기들 중 적어도 하나에서의 냉각을 위해 제2부를 촉매 반응기 유출물로 방출하다록 이루어졌다. 상기 제2단계는 반응기 유출물 분리기로 부터의 증기 스트림을 압축하고 수소 분해기로 방출하도록 만들어졌다.
바람직한 설비에 있어서, 상기 장치는 일차 및 이차 열 교환기를 포함하며, 이는 촉매 반응기 유출물과 일차 및 이차 촉매 반응기 유출물 분리기를 냉각하기 위함이다. 상기 일차 분리기는 일차 열교환기에서 냉각된 유출물에서 응축물을 분리하도록 만들어졌다. 상기 이차 열교환기는 상기 일차분리기로 부터의 증기를 냉각하도록 만들어졌다. 상기 이차 분리기는 상기 제2압축기 단계로서 증기 공급 스트림을 형성하도록 이차 열교환기로 부터의 냉각된 유출물에서 응축물을 분리하도록 만들어졌다. 제1도관이 상기 조립 압축기의 제1단계로 부터의 압축된 수소의 제1부를 촉매 반응기로 방출하기 위해 바람직하게 제공된다. 제2도관이 상기 조립 압축기의 제1단계로 부터 압축된 수소의 제2부를 적어도 제2열교환기를 냉각하기 위해 상기 촉매 반응기 유출물로 바람직하게 방출한다.
상기 촉매 반응기는 탈왁스 반응기, 방향족 포화 반응기, 또는 그들의 조합으로서 작동될 수 있다. 상기 촉매 반응기는 1 내지 10MPa의 압력에서 바람직하게 작동한다. 상기 분별증류 컬럼은 2MPa이상의 압력에서 바람직하게 작동한다. 상기 탈거기는 바람직하게는, 상기 분별증류 컬럼과 반응기 유출물 분리기로 부터의 중간 증류물 스트림에서 스트림별된 액체 공급원료를 수용하도록 만들어진 분별증류 컬럼상의 측방 장치이며, 그리고 상기 측방 탈거기로 부터의 증기를 분별증류 컬럼으로 되돌리기 위한 도관을 포함한다. 도관이 중간 증류물 스트림을 촉매 반응기에 공급하도록 가열하기 위해, 상기 촉매 반응기 유출물을 냉각하도록 열 교환기를 통하여 그리고 수소 분해기 유출물을 냉각하도록 열 교환기를 통하여 상기 분별증류 컬럼으로 부터의 중간 증류물 스트림을 통과시키기 위하여 바람직하게 제공된다.
단일 단계 수소 분해방법의 생성물로서 생생산된 중간 증류물은 본 발명의 병합 수소화처리 단계 내에서의 처리에 의해 개량된다. 개량되어질 중간 증류물 스트림은 분별증류탑으로 부터 추출되어 수소화처리 단계로 보내어진다. 상기 수소화처리 단계로 부터의 유출물은 응축되고, 회수된 액체는 개량돈 생성물을 생산하기 위해 분별증류기 측방 탈거기 내에서 경질성분이 제거된다. 단일의 종래기술에 비하여 본 병합된 병합 공정의 장점은 수소화분해기 작동 압력의감쇄를 포함하고 점화된 수소화 처리기 공급원료 예비가열기를 사용하지 않아도 되도록 열 병합기술을 사용하는 것을 포함한다. 또한, 수소분해기 순환 및 수소 메이크업 압축기의의무, 그리고 분별증류기 중간 증류물 측방 탈거기가 상기 수소처리 단계내에 설비된 장비 등과 같은 것을 필요하는 것을 제거하도록 공유될 수 있다.
도면에 있어서, 중간 증류생성물을 개량하기 위한 본 발명의 병합 수소화 변환공정(10)은 수소화 분해단계(A), 생성물 분별증류단계(B), 그리고 상기 단계(A, B)와 통용되는 설비를 구비한 병합 수소화처리 단계(C)로 이루어진다. '개량"이라는 용어는, 오염 감쇄 관점에서 볼때, 개선된 연료 연소의 질(즉, 세탄값, 발연점 및 황/질소 중량 백분율을 의미하는 것이다. 개량된 생성물의 생산뿐 아니라, 본 발명의 방법은 종래 기술에 비하여 생성물 산출량을 증진시키며 수소 소모율을 증진시킨다.
적절한 중탄화수소 공급 원료는 수소 농후 스트림(14)과 혼합되며 도관(16)을 통하여 수소화 분해 단계(A)의 반응기(18)에 도입도어진다. 전형적인 탄화수소 공급물 스트림(12)은, 원유의 진공 증류 및/또는 진공탑으로 부터의 중 잔류 탄화수소 공그원료 스트림의 점결(coking)에 의해 생산된 약180℃ 내지 600℃(360-1100°F)범위의 비등점을 갖는 진공 가스 오일(VGO)이다. 상기 수소 농후 공급원료 스트림(14)은 전형적으로 수소분해 반응기 유출물 스트림(22)으로 부터 회수된 수소 농후 환류 스트림(20) 및 상기 수소처리단계(C)로 부터 회수된 수소 농후 환류 스트림(24)으로 이루어진다.
수소화 분해기(18)의 작동 및 설계는 공지되어 있다. 도시된 수소화 분해기(18)는 연속 단으로 고정된 촉매층(25a, 25b, 25c)을 포함할 수 있다. 상기 채용된 단의 수는 촉매효율 및 설계 반응기 공간 속도 등을 포함하는 다양한 설계 기준에 따른다는 것을 이해할 것이다. 각각의 촉매단은 바람직하게는, 연속 층(들)내에서의 적절한 수소 부분 압력을 보장하기 위하여 별도의 수소 공급 원료를 구비한다. 수소화분해기 수소 농후 환류 스트림(20)의 측방 스트림은 바람직하게는, 도관(26, 28)을 통하여 촉매층(25b, 25c)에 도입되어진다.
요구되는 엄격도에 따라서, 상기 수소호 분해기(18)는 350℃ 내지 450℃의 온도, 그리고 약5 내지 약21MPa의 압력에서 작동한다. 중간 증류 생성물의 저류 수소호처리를 사용하므로써, 본 발명의 수소화 분해기(18)는 약5 내지 약12MPa의 압력에 대응하는 온건한 엄격도에서 작동되어질 수 있다. 적절한 고정층 타입 촉매는 재생을 동반하거나 동반하지 않으면서 사용되어 질 수 있다.
상기 수소화 분해기(18)로 부터 제거된 유출물 스트림(22)은 응축가능한 성분을 응축시키기 위해 교차 교환기(30)내에서 순환하는 냉각매체에 대한 열 교환에 의해 냉각된다. 혼합된 증기-액체 유출물 스트림(32)는 약200 내지 약300℃의 온도에서 증기-액체상 분리를 일으키도록 고온고압 분리기(HHPS)(34)로 보내어진다. 상기 액체상은 도관(35)을 통하여 제거되며, 도관(36)을 통하여 제거된 증기상은 공기 냉각 또는 그와 같은 것(도시되지 않음)에 의해 다른 방법류에 대한 교차 교환에 의해 통상의 방법으로 더욱 냉각되어지며, 약30 내지 약60℃의 온도에서 저온 고압 분리기(CHPS)(37)로 보내어진다. 상기 CHPS(37)내에서, 상기 분리된 액체상은 도관(38)을 통하여 추출되며 상기 HHPS(34)로 부터의 액체 스트림(35)과 선택적으로 혼합된다. 상기 혼합 액체 스트림(40)은 분류단계(B)용 공급원료 스트림(35)을 이룬다. 상기 CHPS(37)로 부터 추출된 증기 스트림(43)은 순환 압축기(44)에 의해 압력이 증대되어지며 전술한 수소화분해기 수소 농후 순환 스트림(20)으로서 방출된다.
상기 액체 스트림(40)은 분별증류탑(46)의 상대적으로 낮은 위치에서 분별증류기 단계(B)의 분별증류탑(46)에 도입되어진다. 분별증류기탑(46)내에서, 적절한 비등점 범위를 갖는 적어도 하나의 중간 증류물 분류가 수소처리부분(C)으로 공급되도록 도관(47)을 통하여 중간 트레이로 부터 제거된다. 도관(47)내의 중간 증류물 분류는 통상 약177℃ 내지 약357℃범위의 비등점 및 약30-45°API의 15℃밀도를 갖는다.
전형적으로, 다른 적절한 탄화수소 증류물 분류 또한 생산된다. 이러한 분류는 바라는 특성을 갖는 연료 생성물로서 또는 요구되는 바대로 생성물 최종처리 측방 컬럼(48)에의 공급원료로서 추출되어질 수 있다. 일반적으로, 상기 증류물 분별증류는 : 도관(50)을 통하여 상부에서 제거된 액체 석유 가스 생성물(LPG); 도관(52)을 통하여 상기 분별증류기(46)의 상부 트레이로 부터 제거된 나프타 생성물; 도관(54)을 통하여 분별증류기(46)의 상대적으로 상부로 부터 제거된 제2의 중간 증류 생성물; 그리고 도관(56)을 통하여 추출된 저황 가스 오일 탑저물을 포함한다. 원한다면, 탑저물의 일부가 도관(58)을 통하여 수소화 분해기 반응기(18)로 재순환되어질 수 있다.
결국, 분별증류탑(46)의 작동과 설계 그리고 최종처리 컬럼(단지 측방 탈거기(48)만 도시됨)은 공지되어 있다. 이러한 탑(46)은 약30-50 증기 - 액체 평형 트레이를 일반적으로 가지며, 약40-60℃ 및 0.05-0.2MPa(10-30psig)의 상부온도 및 상부압력에서 작동하며, 약300-400℃ 및 0.1-0.25MPa(20-40psig)의 저부 온도 및 압력에서 작동한다. 증기는 바람직하게는 도관(60)을 통하여 탑의 저부에서 주입되며 휘발성 성분의 제거를 용이하게 한다.
본 발명의 방법은 열 병합 에너지 절약기술을 총족시키는데 적합하다. 수소화처리단계(A) 및 수소화처리단계(C)내에서 수소화 변환 반응에 의해 생성된 반응열은 수소처리단계(C)로의 중간 증류 공급원료를 가열하기 위해 회수되어질 수 있다. 그러므로, 도관(47)내의 중간 증류물은 바람직하게 도관(64)을 통하여 펌프(62)에 의해 수소화 분해 및 수소화처리단계(A, C)의 유출물 스트림에 대한 열교환용 열교환매체로서 공급된다.
압축된 수소 메이크업 스트림(66) 가열설비로 부터의 상부 스트림으로 도관(64)내로 도입되어진다. 상기 압축된 수소 스트림(66)은 도관(70)을 통하여 도입된 수소 메이크업 스트림의 제1부로 이루어진다. 상기 수소 메이크업 스트림(70)은 제1 및 제2단계(74, 76)를 갖는 수소 메이크업 압축기(72)에 의해 수소 처리기 단계(C)의 작동 압력으로 압축되어진다. 상기 제1단계 방출으 적절한 부분은 도관(66)을 통하여 도관(64)내로 보내어진다. 이렇게 생산된 수소함유 중간 증류물 스트림(78)은 상기 수소화처리단계(C)로 부터의 유출물 스트림(82)에 대한 교차 열교환기(80)를 통한 열교환 매체로서 초기 순환되어진다. 상기 교차 교환기(80)내에서, 상기 중간 증류물 스트림(78)은 부분 가열되어지며 상기 유출물 스트림(82)이 부분 냉각 되어진다. 가열된 중간 증류물 스트림(84)은 그후, 상기 교차 교환기(30)로의 냉각 매체로서 순환된다. 교차 교환기(30)내에서, 상기 수소화 분해기 유출물 스트림(32)은 냉각되어지며 중간 증류물 공급원료 스트림(86)이 반응기의 상단부에서 수소화처리기 반응기(88)로의 공급 원료용으로 가열되어진다.
상기 수소화처리기(88)의 작동 및 설계는 공지되어 있으며 수소화 분해기(18)와 유사하다. 도시된 바와 같이 상기 수소화 처리기(88)는 연속단으로 고정돈 한 쌍의 촉매층(90a, 90b)으로 이루어진다. 채용된 단의 수는 촉매 효율 및 설계 반응기 공간속도 등을 포함하는 다양한 설계 기준에 따른다. 바람직하게는, 각각의 촉매 단은 다음 층(들)내이 적절한 수소 부분 압력을 보장하기 위해 별개의 수소 공급원료를 구비한다. 예를 들어, 도관(68)으로 부터의 압축된 메이크업 수소의 제2부는 도관(94)을 통하여 제2의 수소처리기 단계(90b)로 도입되어질 수 있다.
상기 수소화 처리기(88)의 반응 유출물 스트림(82)은 그로부터의 응축가능 성분을 응축시키기 위하여 전술한 바와 같이 교환기(80)내에서 냉각되어진다. 교차 교환기(80)로 부터의 혼합상 스트림은 도관(96)을 통하여 제1단계 증기-액체 분리 용기(98)로 도입되어진다. 그로부터의 증기상은 도관(100)을 통하여 추출되어지며, 바람직하게, 도관(102)을 통하여 공급된 압축된 메이크업 수소(68)의 제3부와 혼합되어진다. 혼합된 증기 스트림(104)은, 예를 들어 보일러 공급수와 같은 적절한 열전달 매체를 채용한 냉각기(108)내에서의 열교환에 의해 응축가능물을 응축하기 위해 추가로 냉각되어진다. 이렇게 형성되어진, 혼합상 스트림(110)은 제2단계 증기-액체 분리기(112)로 보내어진다. 상기 분리기(112)로 부터 추출되어진 수소(114) 함유 증기는 수소 메이크업 압축기(72) 제2단계(76)에서 수소화 분해 단계(A)의 작동 압력으로 압축되어진다. 압축된 수소 메이크업 스트림은 도관(24,14,16)을 통하여 수소화 분해기로 재순환 되어진다.
상기 제1 및 제2단계 분리기(98,112)내에서 분리된 액체상은 개량된 중간 증류 생성물로서 각각의 도관(116,118)을 통하여 회수된다. 그러나, 상기 개량된 생성물 스트림은 일차로 바라지 않는 경단 성분들을 분리하기 위하여 증기를 사용하여 탈거된다. 본 발명의 방법을 실행함에 있어서, 종래 기술의단일 수소화처리 방법과 함께 통상 사용되는 탈거기 컬럼은 필요치 않다. 대체방식으로 수소화처리단계(C)용 탈거 컬럼이 분별증류단계(B)내의 측방 탈거 컬럼(48)과 병합될 수 있다. 그러므로, 액체 스트림(116,118)이 바람직하게 도관(120)내에서 상기 분별증류기 측방 탈거기(48)로의 공급원료용으로 혼합된다. 상기 측방 탈거기(48)는 탈거 증기를 공급하기 위한 증기 공급도관(122)을 구비한다. 개량된 중간 증류생성물은 도관(124)을 통하여 측방 탈거기 탑저 스트림으로서 바람직하게 제거된다. 상부에서 추출된 증기와 경단 성분은 도관(126)을 통하여 분별증류기로 재순환된다.
상기 개량된 중간 증류물 스트림(124)은 일반적으로 50ppmw미만의 황, 10ppmw 미만의 질소, 25중량% 이하의 단일 방향족, 2- 또는 3- 방향족을 함유하며, 세탄지수가 49이상이다. 바람직하게는, 상기 개량된 중간 증류생성물(124)은 각각 5ppmw 미만의 황과 질소, 15중량%이하의 단일방향족, 0.5중량부%이하의 2- 또는 3-방향족을 함유하며, 세탄지수가 55이상이다.
수소화처리기 반응기(88)내에서 중간 증류물을 개량하기 위해 채용될 수 있는 적절한 수소화처리 반응의 예는 방향족 포화(수소화)반응, 촉매 탈왁스 반응, 수소화처리 반응(온건 또는 엄격), 탈금속, 수소화탈질소, 수소화탈황, 상기 반응의 조합 등과 가은 것을 포함한다. 이러한 반응들은 전형적으로 선택된 고정층 촉매를 사용하여 수소의 존재하에서 증가된 온도 및 압력으로 수행된다.
바람직한 방향족 포화반응을 수행하기 위하여, 반응 온도는 250 내지 350℃범우이며, 작동 압력은 약3 내지 약7MPa이며 CoMo 또는 NiMo기 금속 또는 귀금속 촉매가 사용될 수도 있다.
바람직한 촉매 탈왁스 반응을 수행하기 위하여, 반응기 전형적으로 작동 온도는 60℃ 내지 425℃범위이고, 작동 압력은 2.7 내지 5.5 MPa 범위일 수 있으며, 수소 순환률은 탄화수소 입방미터당 약100 내지 300입방미터의 수소이다. 탈왁스촉매는 보통 및 그 포어에 들어갈 약간의 가지를 갖는 파라핀만을 허용하는 독특한 단일형 선택특성을 갖는 것으로 알려졌다. 이러한 분자들은 가솔린 비등범위 파라핀과 올레핀을 생산하기 위해 촉매구조 내의 활동위치에서 분해된다. 증류물 내의 잔류 분자는 실질적으로 변하지 않은채로 상기 촉매 포어를 통하여 통과한다.
본 발명의 탄화수소 정제방법 및 장치는 전술한 명세서에 기술되어 있다. 전술한 명세는 단지 예시일 뿐이며 다양한 변형이 있을 수 있음은 물론이다. 또한, 그러한 변형들은 본 발명의 청구범위에 기술된 개념 및 정신을 벗어나지 않는다.

Claims (18)

  1. 석유 공급원료를 수소화 처리하는 방법에 있어서,
    (a) 비교적 고압에서 수소의 존재하에서 석유 공급원료를 촉매에 의해 수소화분해하는 단계;
    (b) 상기 수소화 분해 단계(a)호 부터의 유출물을 증기 및 액체 스트림으로 냉각 및 분리하는 단계;
    (c) 상기 단계(b)로 부터의 증기 스트림을 상기 수소화 분해단계(a)로 재순환시키는 단계;
    (d) 분별증류 컬럼 내에서 상기 단계(b)로 부터의 액체 스트림을, 1이상의 중간 증류물 스트림을 포함하는 1이상의 석유 증류물 스트림으로 증류하는 단계;
    (e) 수소의 존재하에서 상기 단계(d)로 부터의 중간 증류물 스트림을 촉매에 의해 수소화처리하는 단계;
    (f) 상기 수소화 처리단계(e)로 부터의 유출물을 수소를 함유하는 증기 스트림과 수소를 함유하지 않는 액체 스트림으로 분리하는 단계;
    (g) 상기 단계(f)로 부터의 수소 함유 스트림을 수소화 분해 단계(a)로 재순환시키는 단계; 그리고
    (h) 개량된 중간증류 생성물 스트림을 형성하기 위해 상기 단계(f)로 부터의 액체 스트림에서 경질성분을 탈거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, (j) 다단계 압축기의 제1단에서 메이크업 수소를 압축하는 단계;
    (k) 상기 단계(j)로 부터의 압축된 수소를 처리단계(e)로 공급하는 단계;
    (l) 상기 순환단계(g)용으로 다단계 압축기의 제2단계에서 상기 단계(f)로 부터의 수소 함유 스트림을 압축하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분리단계(f)는 (1) 상기 수소화 처리단계(e)로 부터의 유출물로 부터 액체를 부분적으로 응축시키기 위한 일차 냉각단계;
    (2) 상기 일차 냉각단계(1)로 부터 형성돈 응축물을 분리하기 위한 일차 분리단계;
    (3) 상기 일차 분리단계(2)로 부터의 잔류증기내의 추가의 액체를 응축시키기 위한 2차 냉각단계; 그리고
    (4) 상기 제2단계 압축단계(1)용 수소 함유 스트림을 형성하기 위하여 상기 2차 냉각단계(3)로 부터 형성된 응축물을 분리하기 위한 2차 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단계(k)는 상기 단계(j)로 부터의 압축된 수소의 제1부를 수소화 처리단계(e)로 공급하며, 그리고 상기 단계(j)로 부터의 압축된 수소의 제2부를 적어도 상기 2차 냉각단계(f) (3) 내의 결과 혼합물을 냉각시키기 위하여 상기 수소화 처리단계(e)로 부터의 유출물 내로 방출하는 단계(m)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수소화 처리단계(e)가 탈왁스, 방향족 포화 또는 그들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수소화 처리단계(e)가 1 내지 10MPa의 압력인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 증류단계(d)가 2MPa이상의 압력인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탈거단계(h)는 분별증류 컬럼상에 측방 탈거기를 작동시키는 것을 포함하며, 상기 측방 탈거기에의 공급원료가 상기 단계(f)로 부터의 액체 및 상기 분별증류컬럼으로 부터의 제2중간 증류물 스트림을 포함하며, 상기 탈거기로 부터의 탑상증기가 상기 분별증류컬럼으로 복귀되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 수소화 처리단계(e)로 공급하기 위하여, 상기 수소화 처리단계(e) 및 수소화 분해단계(a)로 부터의 유출물에 대한 일련의 열교환에 대하여, 상기 분별증류단계(d)로 부터의 중간 증류물 스트림을 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 수소화 변환 장치에 있어서, 비교적 고온 고압에서 수소의 존재하에 석유 공급원료를 촉매로 처리하기위한 수소화 분해기;
    상기 수소화 분해기로 부터의 유출물을 냉각하기 위한 수단;
    상기 냉각된 수소화 분해기 유출물을 증기 및 액체 스트림으로 분리하기 위한 하나 이상의 수소화 분해기 유출물 분리기;
    상기 분리기로 부터의 증기 스트림을 상기 수소화 분해기로 재순환시키기 위해 압축하기 위한 재순환 압축기;
    상기 분리기로 부터의 액체 스트림을 하나 이상의 중간 증류물 스트림을 포함하는 다수의 석유 증류물 스트림으로 증류하기 위한 분별증류 컬럼;
    수소의 존재하에서 상기 분별증류 컬럼으로 부터의 중간 증류 생성물 스트림을 처리하기 위한 촉매 반응기;
    상기 촉매 반응기 유출물을 냉각시키기 위한 하나 이상의 열교환기;
    상기 냉각된 반응기 유출물을 증기 및 액체 스트림으로 분리하기 위한 하나 이상의반응기 유출물 분리기;
    개량된 중간 증류 생성물을 형성하기 위하여 상기 반응기 유출물 분리기로 부터의 액체 스트림에서 경질성분을 제거하기 위한 탈거기; 그리고
    압축된 수소를 촉매 반응기 및 수소화 분해기에 공급하기 위한 메이크업 수소 압축기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 메이크업 수소 압축기가 제1 및 제2단을 구비하며, 상기 제1단이 하나이상의 상기 반응기 유출물 냉각기 내에서의 냉각을 위해 수소의 제1부를 촉매 반응기로 방출하고, 수소의 제2부를 촉매 반응기 유출물로 방출하도록 이루어지며, 그리고 상기 제2단이 상기 반응기 유출물 분리기로 부터의 증기 스트림을 압축하고 상기 수소화 분해기로 방출하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 촉매 반응기 유출물을 냉각하기 위한 일차 및 이차 열교환기, 그리고 일차 및 이차 촉매 반응기 유출물 분리기 포함하며, 상기 일차 분리기가 상기 일차 열교환기 내에서 냉각된 유출물로 부터의 응축물을 분리하도록 이루어지고, 상기 이차 열교환기가 상기 일차 분리기로 부터의 증기를 냉각시키도록 이루어지며, 그리고 상기 이차 분리기가 제2차 압축기 단계로의 증기 공급원료 스트림을 형성하도록 상기 이차 열교환기로 부터의 냉각된 유출물로 부터 응축물을분리하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2열교환기 내에서의 냉각을 위하여 상기 메이크업 압축기의 제1단으로 부터의 압축된 수소의 제1부를 촉매 반응기로 방출하기 위한 제1도관, 그리고 상기 메이크업 압축기의 제1단으로 부터의 압축된 수소의 제2부를 촉매 반응기 유출물 내로 방출하기 위한 제2도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 촉매 반응기가 탈왁스 반응기, 방향족 포화 반응기, 또는 탈왁스 및 방향족 포화 반응기의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 촉매 반응기가 1 내지 10MPa의 압력에서 작동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 분류 컬럼이 2MPa이상의 압력에서 작동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 탈거기는 상기 분별증류컬럼 및 반응기 유출물 분리기로 부터의 중간 증류물로 부터 선별된 액체 공급원료를 수용하도록 이루어진 분별증류컬럼 상의 측방 장치이며, 상기 측방 탈거기로 부터의 증기를 상기 분별증류컬럼으로 복귀시키기 위한 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 촉매 반응기에 공급하기 위한 상기 중간 증류물 스트림을 가열하기 위하여, 상기 분별증류컬럼으로 부터의 중간 증류물 스트림을, 상기 촉매 반응기 유출물을 냉각시키기 위하여 상기 열교환기를 통하여 그리고 상기 수소화 분해기 유출물을 냉각하기 위하여 상기 열교환기를 통하여 통과시키기 위한 도관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
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