KR100442163B1 - 지연된 코커로부터 플래시 영역 가스 오일 스트림을 향상시키는 방법 - Google Patents

지연된 코커로부터 플래시 영역 가스 오일 스트림을 향상시키는 방법 Download PDF

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Abstract

코커 분류기(18)의 바닥으로부터 플래시 영역 가스 오일 스트림은 필터(30)를 사용하여 현탁 고체를 제거하고, 유동화된 베드 촉매 크랙킹 유닛 또는 다른 공정 유닛에 공급될 때 스트림을 더욱 효과적으로 만들기 위해 상기 스트림을 수소화 처리시키는 지연된 코크스화 공정이 제공된다. 필터(30)를 사용하여 고체를 제거하는 것은 스트림이 촉매 베드를 막히지 않게 하여 고정된 베드 촉매 수소화 처리기(32)에서 처리되도록 한다.

Description

지연된 코커로부터 플래시 영역 가스 오일 스트림을 향상시키는 방법 {Process for upgrading the flash zone gas oil stream from a delayed coker}
상기 형태의 코크스화 공정은 그라프(Graf) 등에 의한 미국 특허 제 4,518,487 호에 상세히 개시된다. 상기 특허의 개시된 바와 같이, 보다 초기의 코크스화 방법에서 수행되는 것과 같이 코크스화 리싸이클으로서 스트림을 코커 드럼으로 되돌아가기 보다는 코커 분류기의 바닥으로부터 플래시 영역 가스 오일 스트림을 제거함으로써, 상기 코커로부터 제품 생산 분포는 향상되고, 이러한 모든 것은 미국 특허 제 4,518,487호에 상세하게 기재되어 있다.
상기 특허 "487 호"에서 기재된 방법에 의해서 중요한 개선이 이룩되었지만, 추가적인 방법을 위해 향상시키기에는 어려운점이 있는 플래시 영역 가스 오일을 발생한다는 단점이 있다. 상기 스트림은 미세하게 분리된 미립자 고체(particulatesolid)뿐만 아니라 중질의 점착성(heavy viscous) 메소페이스(mesophase) 물질을 많이 포함된다. 상기 메소페이스 재료는 코크스 드럼을 떠나서 증기 안으로 빨려들어가는 실질적인 액체의 코크스이다. 상기 플래시 영역 가스 오일 스트림의 가치를 향상시키기 위해서는, 수소화 처리를 할 필요가 있다. 그러나, 끌려온 고체와 메소페이스 물질은 그것이 수소화 처리기(hydrotreater)를 통해 스트림을 통과할 때 수소화 처리기의 촉매 베드를 빠르게 막히게 한다. 비수소화 처리된 플래시 영역 가스 오일은 유동성 베드 촉매 크랙킹 유닛(fluidized bed catalytic cracking unit)(FCC 유닛)으로 처리될 수 있지만, 상기 비수소화 처리된 생산 분포는 그것의 높은 방향성 함유물과 다른 요소들에 의해 저하된다. 수소화 처리할 수 있도록 상기 플래시 영역 가스 오일을 여과하는 종래의 시도는, 필터의 빠른 막힘과, 필터 매체의 재생의 어려움 및, 다른 요인들로 인하여 성공적이지 못하였다.
본 발명은 지연된 코크스화 방법(delayed coking process)에 관한 것으로, 특히 코크스 드럼(coke drum)으로부터의 오버헤드 증기(overhead rapor)가 코커 분류기(coker fractionator)를 통과하고, 상기 코커 분류기에서 상기 코커 오버헤드는 증기 스트림(stream), 중간 액체 스트림 및, 바닥 플래시 영역(flash zone) 가스 오일 스트림으로 분리되는 지연된 코크스화 방법에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명이 포함하는 종래의 코크스화 방법을 나타내는 개략적 플로우 챠트.
도 2 는 본 발명에 따른 개선점이 합체된 코크스화 방법을 나타내는 개략적 플로우챠트.
도 3 은 본 발명에 이용되는 필터를 나타내는 개략적인 플로우챠트.
본 발명에 따르면, 상기 플래시 영역 가스 오일 스트림은 수소화 처리기에서의 촉매 베드를 막히게 하는 모든 고체를 제거시키기 위해 여과된다. 그 다음 감소된 고체 스트림은 수소화탈황기(hydrodesulfurizer) 또는 하이드로크랙커(hydrocracker)와 같은 고정된 베드 촉매 수소화 처리기(fixde bed catalytic hydroprocessor)를 통과하고, 스트림의 황 성분을 감소시키고 연속되는 프로세싱 유닛에서 그것의 가치를 향상시키기 위해 스트림 요소의 분자 구조를 변경시킨다.
유동화된 베드 촉매 크랙커(FCC 유닛)로 부터의 제품의 생산 분배는 처리되지 않은 플래시 영역 가스 오일로 부터의 제품 분배와 비교하면 수소화된 플래시 영역 가스 오일용으로 보다 우수하다.
도 1 은 미국 특허 제 4,518,487 호에 개시된 코크스화 방법을 나타내는 플로유챠트이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 라인(10)으로부터의 코커 공급은 로(12)를 통과하고, 그 다음 코크스 드럼(14)중의 하나를 통과한다. 상기 드럼(14)으로 부터의 오버헤드 증기는 라인(16)을 거쳐서 코커 분류기(18)을 통과한다. 코커 가스 오일과 같은 리싸이클 액체는 라인(20)을 거쳐서 분류기(18)의 플래시 영역으로 분사됨으로써, 현탁된 미립자를 떨어뜨리기 위하여 흡입되는 증기와 접촉하고, 흡입되는 코커 증기 스트림에서 보다 높은 끓는 성분을 응축시킨다. 웨트 가스(wet gas)의 오버헤드 스트림은 라인(22)을 경유하여 분류기(18)로부터 제거되며, 중간 액체 부분은 라인(24, 26)을 경유하여 제거된다. 현탁 고체와 점착성 메소페이스를 포함하는 플래시 영역 가스 오일은 라인(28)을 경유하여 분류기(18)의 바닥으로부터 제거된다. 종래 기술에서는, 상기 플래시 영역 가스 오일 스트림(FZGO)은 FCC유닛의 공급에 통상적으로 첨가된다.
도 2 는 종래 기술의 방법에 더하여 본 발명의 개선점을 부가한 것을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1 과 도 2 에서의 동일한 요소들은 같은 도면 부호로 표시된다. 도 2 에서는, 상기 FZGO(flash zone gas oil stream)는 필터(30)에 공급된다. 상기 필터(30)로 부터 FZGO 는 수소화처리 유닛(hydroprocessing unit)(32)으로 향하고, 그 다음 FCC 유닛(34)으로 향한다.
수소화 처리 유닛(32)은 수소화 탈황기 또는 하이드로크랙커(hydrocracker)이지만, 어떤 경우에서는 고정된 촉매 베드를 포함하는 수소화 처리기이다. 종래기술에서는, 현탁 고체와 점착성 메소페이스 물질로 부터 촉매의 빠른 막힘 때문에, 고정된 베드의 촉매 수소화 처리기로 FZGO 스트림이 공급될 수가 없다. 그 결과, 방향성 성분(aromatic compound)을 높은 레벨로 갖는 FZGO 스트림은 FCC 유닛으로 여과되지 않게 공급되어야만하고, 여기에서 상기 FZGO로 부터의 제품 생산 분배는 높은 방향성 성분으로 인하여 낮게된다. 게다가, 상기 FZGO 스트림은 종종 생산물 특성에 문제가 될 수 있는 양의 황을 포함한다. 어떤 경우에는, 상기 FZGO 스트림은 프로세스 연료용과 같이 보다 낮은 가치의 스트림에서 사용되어져야만 한다.
그 직경이 약 25 미크론 이상인 현탁 고체(suspended solid) 모두를 FZGO 스트림으로부터 제거시킨다면, 촉매 베드를 막히게 하지 않고 상기 스트림이 고정된 베드 촉매 수소화 처리기에 공급될 수 있다. 25 미크론의 커트(cut)에 의해서 현탁 물질 전체의 대부분을 제거하며, 남아있는 보다 작은 미립자는 심각한 막힘의 문제를 나타내지 않고 상기 촉매 베드를 통과한다.
25 미크론이나 또는 보다 커다란 미립자를 효과적으로 제거하는 어떤 형태의 필터도 본 발명에 따른 공정이 사용될 수 있다. 약 10 미크론 이하와 같은 작은 미립자를 제거하는 필터도 사용가능하지만, 가격 면에서는 바람직하지 못하다.
본 공정에 특별히 효과적인 필터는, 캘리포니아, 뉴뷰어리 파크 소재의 피티아이 테크놀로지스 인코포레이티드사(PTI Technologies Inc. of Newbury Park, CA)의 에칭된 금속 디스크 필터이다. 복수의 중첩된 디스크로 형성된 하나 이상의 필터 요소로 구성된 에칭된 금속 디스크 필터는 매우 효과적이며, 쉽게 재생시킬 수 있고, 작동 및 제어가 매우 쉽다. 연속되는 용매 플러쉬(flush)를 갖거나 또는 갖지 않고 고압의 충전된 가스로 백플러싱(backflushing)하는 것을 포함하는 재생 단계는 1분 30초 내지 4분이 소요되기 때문에, 필터로의 공급이 백플러싱 단계중에 또는 서지 탱크(surge tank)등의 안에서 유지될 수 있을 때에, 단지 하나의 필터 유닛으로도 쉽게 작동시킬 수 있다. 또한, 2개 또는 그 이상의 필터 유닛이 함께 매니폴드될 수 있으며 개별적으로 백플러싱될 수 있기 때문에, 상기 필터를 통한 공급이 계속될 수 있다.
도 3에 개략적으로 도시된 바람직한 필터는 필터 유닛(30), 공급 라인(36), 필터 출력 라인(38), 가스 어큐뮬레이터(40) 및, 백플러시 유지 탱크(42)를 포함한다. 작동시에는, 상기 라인(36)으로 부터의 FZGO는 필터 유닛(30)으로 공급되며, 라인(38)을 경유하여 배출된다. 상기 필터(30)에서의 배압(back pressure)이 미리 설정된 수준에 도달할 때에, 유닛으로의 공급이 정지되고, 어큐뮬레이터(40)상의 빠른-개방 밸브(도시되지 않음)가 개방된다. 상기 어큐뮬레이터(40)로부터 압력이가해진 가스는 필터 유닛(30)을 통해 뒤쪽으로 흐르며, 상기 필터 표면으로부터 유지 탱크(42)까지 또는 적절한 공정 유닛이나 배치 장소까지 축적된 고체를 청소한다. 배압이 정해진 수준에 도달될 때에 바람직하게는 필터가 싸이클되도록 설계하는 것이 좋다. 백플러시 싸이클후에 배압이 0에 근접하게 감소되는 것은, 축적된 고체가 완전히 제거된다는 것을 나타낸다. 상술된 바와 같이, 용매 백플러시는 원한다면 압력이 가해진 가스 재생 단계에도 이용될 수 있다.
본 발명의 가장 바람직한 실시예가 도 2를 참고로 하여 이하에 후술된다.
코커 로(12)로부터 공급된 코크스는 코크스 드럼(14)중의 하나로 공급되며, 코커 증기는 분류기(18)의 바닥까지 공급된다. 상기 라인(20)으로부터의 무거운 가스 오일 스트림은 그것이 흡수되는 공급량과 접하며, 보다 무거운 요소들을 압축하고, 현탁된 고체를 떨어뜨려서 청소하는 분류기(18)의 플래시 영역 안으로 스프레이된다. 응축된 코커 증기, 고체 및, 점착성 메소페이스 재료를 포함하는 플래시 영역 가스 오일은 라인(28)을 경유하여 분류기(18)로부터 철수된다. 상기 분류기(18)로부터의 생산물 스트림은 라인(22, 24 및 26)을 경유하여 재생된다. 상기 라인(28)으로부터의 플래시 영역 가스 오일(FZGO)은 필터(30)를 통과하게 되고, 그래서 25 미크론 이상인 현탁된 고체가 제거된다. 그 다음, 상기 여과된 FZGO는 촉매 수소화처리 유닛(32)(양호하게는 수소화 탈황기 유닛)을 통과하고, 여기에서 상기 FZGO는 탈황되거나 및/또는 유동화된 베드 촉매 크랙킹에 보다 적합하게 되도록 구조적으로 수정된다. 상기 여과된 FZGO는 상기 수소화 처리기에서 촉매 베드를 막히지 않게 하고, 상기 수소화 처리된 FZGO는 보다 낮은 황 성분의 제품을 제공하며, 상기 FCC 유닛으로부터 수소화 탈황되지 않은 FZGO보다 우수한 제품의 분배가 일어난다. 상술된 바와 같이, 하나 이상의 필터 유닛은 산출량을 유지하기 위해서 주기적 또는 계속적인 백플러싱을 이용할 수 있으며, 제거된 고체를 이용할 수 있거나 또는 폐기시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 상용적인 코커로부터 플래시 영역 가스 오일 스트림의 스트림 하루당 440 배럴(440 barrel per stream day)이 크기가 25 미크론 이상인 미립자를 제거하도록 설계되는 에칭된 금속 디스크 필터로 공급된다. 상기 여과된 스트림은 먼저 테스트 2주 동안 FCC 유닛으로 직접 통과되었으며, 필터가 25 미크론 이상의 모든 미립자를 제거한다는 결과를 얻었다. 상기 필터의 효과성을 확인한 후에, 상기 여과된 스트림은 몇주 동안에 고정된 베드 촉매 수소화 처리기로 공급되었다.
상기 필터는 압력이 20 psi로 떨어질 때에 자동적으로 백플러시 되도록 디자인되었다. 백플러싱후에 곧바로 필터를 통한 압력의 하강은 거의 0으로 까지 되어서, 효과적인 백플러싱이 제공하게 된다. 코크스 드럼이 싸이클을 이행하는 중에, 필터는 매 2시간에 관해 백플러시된다.
플래시 영역 가스 오일에서의 미립자 물질의 약 50 체적 퍼센트는 25 미크론 이상이다. 상기 여과된 스트림은 25 미크론 이상인 미립자를 포함하지 않으며, 여과된 스트림의 미립자의 함유량은 여과된 스트림이 수소화 처리기로 공급되는 주중에 발생될 수 있는 문제점을 일으키지 않는다. 다음의 표 1은 생성된 현탁 고체의 분석이 이루어진 기간의 필터 작동 결과를 나타낸다.
Figure pct00001
상기 실시예는 플래시 영역 가스 오일로부터 현탁 고체를 제거하는 에칭된 금속 디스크 필터의 효과성을 나타낸 것으로서, 여과된 스트림은 여과되지 않은 스트림에서 발생될 수 있는 촉매 베드의 막힘이 없이 고정된 베드 촉매 수소화 처리기에서 공정이 진행될 수 있는 것을 나타낸다.
본 발명에 관하여 특정 실시예가 상술되었지만, 당업자에게는 본 발명의 정신과 영역을 벗어남이 없이도 많은 변경과 개조가 가능하다.

Claims (8)

  1. 코크스 드럼(14)으로부터 오버 헤드 증기(overhead vapor)가 코커 분류기(18)(coke fractionator)로 공급되고, 상기 코커 분류기에서 상기 증기는 오버헤드 증기 스트림, 중간 액체 스트림 및 많은 양의 미립자 고체 물질을 함유한 플래시 영역 가스 오일 스트림(flash zone gas oil stream)으로 분리되는 업그레이드된 플래시 영역 오일 가스 스트림을 제조하기 위한 지연된 코크스화 방법에 있어서,
    (a) 상기 미립자 고체 물질의 양을 줄이기 위해 플래시 영역 가스 오일 스트림을 여과 단계에 적용시키는 단계와;
    (b) 상기 (a) 단계로부터 고정된 베드의 촉매 수소화 처리 유닛(catalytic hydroprocessing unit)(32)까지 상기 여과된 플래시 영역 가스 오일 스트림을 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지연된 코크스화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 여과 단계는 25 미크론 이상의 미립자 크기를 가지는 거의 모든 미립자 고체 물질을 제거하는 지연된 코크스화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매 수소화 처리 유닛은 하이드로크랙킹(hydrocracking) 유닛인 것을 지연된 코크싱 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매 수소화처리 유닛(32)은 수소화 탈황기(hydrodesulfurizer)인 지연된 코크스화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 수소화 탈황기로부터 수소화 탈황된 플래시영역 가스 오일은 FCC 유닛(34)에 공급되는 지연된 코크스화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 여과 단계는 에칭된 금속 디스크의 중첩부(stack)로 구성된 필터 요소(30)를 통과하는 여과를 포함하는 지연된 코크스화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 필터 요소(30)는 주기적으로 백플러시(back flush)되는 지연된 코크스화 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 여과 단계는 복수의 필터 요소(30)를 통과하는 여과를 포함하고, 상기 필터 요소(30)가 연속적으로 백플러시되기 때문에, 고체를 상기 플래시 영역의 가스 오일로부터 제거시키기 위해 적어도 하나의 필터 요소(30)가 스트림상에서 항상 이용가능한 지연된 코스화 방법.
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