KR100964418B1

KR100964418B1 - 지연식 코킹 가스 오일로부터 미립자 물질을 제거하기위한 분리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100964418B1
Application number: KR1020047015063A
Authority: KR
Inventors: 샤론 에이. 어네스리; 개리 씨. 휴즈; 자말 에이. 산다루시
Original assignee: 코노코 필립스 컴퍼니
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2010-06-16
Also published as: US6919017B2; EP1495089A1; CN1646663A; AU2003234719B2; TW200307035A; EA006143B1; EA200401351A1; US7476295B2; WO2003087267A1; NO20044443L; MXPA04009812A; AU2003234719A1; BRPI0308822B1; MY132765A; BR122012025977B1; NO342768B1; AR039407A1; ZA200407504B; CA2479092C; CA2479092A1

Abstract

본 발명은 지연식 코킹 유닛에서 형성된 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 미립자 물질을 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 방법 및 장치는 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 미립자 물질을 제거하기 위해 싸이클론식 분리를 채용한다. 그 후 스트림은 예를 들어, 스트림을 고정된 베드 촉매 하이드로프로세싱 유닛에, 그 후 유체식 베드 촉매 크래킹 유닛 또는 다른 처리 유닛에 보냄으로써 더 처리될 수 있어서 플래쉬 구역 가스 오일 스트림의 가치를 향상시킨다.

지연식 코킹 오일, 하이드로프로세싱 유닛, 스트림, 미립자 물질, 가스 오일 스트림, 오버헤드 증기

Description

지연식 코킹 가스 오일로부터 미립자 물질을 제거하기 위한 분리 방법 및 장치 {SEPARATION PROCESS AND APPARATUS FOR REMOVAL OF PARTICULATE MATERIAL FROM DELAYED COKING GAS OIL}

본 발명은 지연식 코킹 방법(delayed coking processes), 특히 지연식 코킹 유닛의 플래쉬 구역 가스 오일(flash zone gas oil; FZGO) 스트림(stream)으로부터 미립자 물질의 제거를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

지연식 코킹 방법에서, 코크스 드럼으로부터의 오버헤드 증기는 코커 오버헤드 증기를 증기 스트림, 하나 이상의 중간 액체 스트림 및 플래쉬 구역 가스 오일(FZGO) 스트림으로 분리하는 코크스 분별기(coke fractionator)로 보내진다. FZGO 스트림은 종종 무거운 점성 중간상 물질뿐 아니라 가변 직경의 상당히 미세하게 세분된 미립자 고체(예를 들어, 코크스 미분)를 포함한다. 중간상 물질은 코크스 드럼을 나가는 증기에 혼입된 액체 코크스일 수 있고 종종 코크스 입자에 코팅되어 입자로 하여금 점착성을 갖게 한다. FZGO 스트림의 가치를 향상시키기 위해, 다른 처리가 필요하고, FZGO 스트림을 예를 들어, 고정화 베드 촉매식 하이드로프로세싱 유닛 및 후속의 유체화 베드 촉매식 크랙킹(fluidized bed catalytic cracking; FCC) 유닛 또는 다른 처리 유닛으로 보내는 것이 바람직하다. 그러나, 불행히도 FZGO 스트림에 혼입된 고상 및 중간상 물질은 하이드로프로세서의 촉매 베드를 빠르게 막히게 하고 오염시킨다.

비수소화처리된 플래쉬 구역 가스 오일은 유체화 베드 촉매식 크랙킹 유닛(FCC 유닛)에서 처리될 수 있지만, 비수소화처리된 FZGO 스트림의 산출량 분배는 높은 방향족 함유량(aromatic content) 및 다른 인자로 인해 일반적으로 불량하다.

필터 매체는 FZGO 스트림으로부터 미립자를 여과하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 여과 처리는 필터를 막히게 하기 쉽고, 필터 매체를 재생시키기 위해 축척된 검(gum)이나 타르를 제거하거나 세척하기 위해서는 상당한 폐쇄 기간을 요구할 수 있고, 설치를 위한 상당한 초기 투자 비용을 요구할 수 있다.

따라서, FZGO 스트림으로부터 미립자 물질을 제거하기 위해 효율적이면서 경제적으로 작동하여 FZGO 스트림의 후속 처리를 용이하게 하고 FZGO 스트림의 가치를 향상시켜서 정련 경제성을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 직경이 약 15마이크로미터 내지 25마이크로미터 이상인 미립자를 포함해서 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 미립자 물질을 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 싸이클로닉 분리 기술은 감소된 미립자 스트림을 형성하기 위해 FZGO 스트림으로부터 미립자 물질을 원심 분리하는 데 사용된다. 다음에 감소된 미립자 스트림은 가치있는 제품을 공급하기 위해 예를 들어, 하이드로프로세싱 유닛 및 후속의 유체화 베드 촉매 크래킹(FCC) 유닛으로 더 처리될 수 있다. 하이드로프로세싱 유닛에 진입하기 전에 FZGO 스트림으로부터 미립자 물질을 제거하는 것은 스트림이 하이드로프로세싱 유닛 촉매 베드의 막힘이 감소되거나 또는 막힘이 없이 처리되게 한다.

본 발명의 태양으로, 향상된 지연식 코킹 방법이 제공되고, 여기서 코킹 드럼으로부터의 오버헤드 증기가 코커 분별기에 공급되고, 상기 증기는 오버헤드 증기 스트림, 중간 액체 스트림 및 가변 직경의 미립자 물질의 상당 양을 함유한 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로 분리되고, 개선된 방법은 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림을 제1 분리기에 공급하는 단계와, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 약 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하고 제1 감소된 미립자 스트림을 형성하도록 제1 분리기를 작동시키는 단계와, 그 감소된 미립자 스트림을 싸이클론 분리기를 구비한 제2 분리기에 공급하는 단계와, 감소된 미립자 스트림으로부터 약 25마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하고 제2 감소된 미립자 스트림을 형성하도록 제2 분리기를 작동시키는 단계와, 제2 감소된 미립자 스트림을 하이드로프로세서에 공급하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 다른 태양으로, 오버헤드 증기를 생성하는 코킹 드럼, 코킹 드럼으로부터 오버헤드 증기를 수용하고 이러한 증기를 오버헤드 증기 스트림, 중간 액체 스트림 및 가변 직경의 미립자 물질의 상당 양을 함유한 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로 분리하는 코커 분별기, 및 상기 분별기로부터 하류에 위치된 하이드로프로세서를 구비한 장치가 있고, 개선된 장치는 상기 분별기의 하류에 위치되면서 분별기로부터 FZGO 스트림을 수용하고 제1 감소된 미립자 스트림을 형성하도록 FZGO 스트림으로부터 약 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하도록 구성된 제1 분리기와, 상기 제1 분리기의 하류에 위치되면서 제2 감소된 미립자 스트림을 형성하도록 제1 감소된 미립자 스트림으로부터 약 25마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하도록 구성된 싸이클론 분리기를 구비한 제2 분리기를 더 포함한다.

본 발명의 다른 태양에서, 두개의 분리기를 포함하는 장치가 제공되고, 분리기의 적어도 하나는 싸이클론 매니폴드를 갖는 싸이클론 분리기이다.

본 발명의 방법 및 장치는 막힌 장치를 역 분출시키도록 주기적인 폐쇄없이 연속적으로 이어져 유리하게 작동될 수 있어서 유지 보수 및 작동 비용이 감소된다. 종래의 방법과 비교해서, 본 발명의 장치 및 방법은 바람직하게는 낮은 초기 투자 비용으로 실행될 수 있다. 본 발명의 장치 및 방법은 또한 지연식 코커 자연식 재생보다 FCC 유닛 공급 원료로서 수소화 처리된 FZGO의 사용을 허용하고 FZGO 스트림을 더 처리하는 것을 용이하게 함으로써 정제 경제성을 향상시키는 기회를 제공한다.

도1은 지연식 코킹 방법을 도시한 개략적인 흐름도이다.

도2는 본 발명의 방법의 실시예를 도시한 개략적인 흐름도이다.

도3은 본 발명의 방법의 다른 실시예를 도시한 개략적인 흐름도이다.

도4는 본 발명의 방법의 또 다른 실시예를 도시한 개략적인 흐름도이다.

도5는 양호한 싸이클론 분리기(cyclonic separator)의 부분 절단 사시도이 다.

도6은 본 발명에 적절한 양호한 싸이클론 분리기의 부분 절단 측면도이다.

도7은 도6의 싸이클론 분리기의 부분 절단 분해 사시도이다.

도8은 도6 및 도7의 분리기에 유용한 개별적인 싸이클론의 부분 절단 사시도이다.

도1은 기본적인 지연식 코킹 방법(5)을 도시한다. 코킹 방법(5)은 공급 원료를 가스 오버헤드 스트림, 하나 이상의 중간 액체 스트림 및 FZGO 스트림으로 변환시킨다. 작동시, 공급 원료(10)는 노(15)를 통과하고 다음에 두 개의 코크스 드럼(20A, 20B) 중 하나로 진입한다. 코크스 드럼을 나가는 오버헤드 증기(25)는 급냉된 후, 분별기(30) 안으로 공급된다. 무거운 가스 오일 또는 재생 액체와 같은 액체(35)는 분별기(30)의 플래쉬 구역으로 분사되고, 여기서 플래쉬 구역은 전형적으로 분별기의 중간 구역의 하부에 위치된다. 무거운 가스 오일(35)은 그들이 분별기로 진입할 때 증기의 부유 입자와 충돌하고, 그리고/또는 그 증기로부터 더 높은 끊는점을 가진 성분을 응축시키는 두 개의 목적으로 작용할 수 있다. 습식 가스 오버헤드 스트림(40)은 분별기(30)의 상부로부터 나가지만, 하나 이상의 중간 액체 스트림(45, 50, 55)은 분별기(30)의 측면으로부터 나간다. 이러한 입자를 코팅시킬 수 있고 입자가 점착성이 있게 하는 점성 중간상 물질 및 부유식 코크스 입자(이후, 집합적으로 "미립자 물질"라 함)를 함유할 수 있는 합성 FZGO 스트림(60)은 분별기(30)의 바닥부 근처에서 나간다.

종래 방법으로, FZGO 스트림(60)은 일반적으로 부유된 미립자 물질로부터의 빠른 촉매 오염으로 인해 수소화처리기(hydrotreater)에 공급되지 않는다. 결과적으로, FZGO 스트림은 FCC 유닛에 여과되지 않은 상태로 공급될 수도 있다. 그러나, 바람직하지 않게, 오일 스트림의 높은 수준의 방향족 합성물은 좋지 않은 생산 수율 분포를 초래한다. 추가적으로, FZGO 스트림은 종종 바람직하지 않은 수준의 황을 함유하고 FCC 유닛을 나가는 스트림이 정류 산업의 가솔린, 등유 및 디젤 제품 스트림에서의 산업 요구량의 황 수준을 초과하게 할 수 있다. 몇몇 예에서, FZGO 스트림은 높은 황 연료 오일을 생산하는 데 사용되는 것과 같이 낮은 수치의 스트림에 사용된다.

FZGO 스트림으로부터 미립자 물질을 제거하는 것은 유용하고 가치있는 제품을 얻도록 더 처리되게 함으로써 오일 스트림의 가치를 유리하게 향상시킨다. 특히, 감소된 미립자 오일 스트림은 촉매 베드를 오염시키지 않고 고정된 베드 촉매 수소화처리기로 공급될 수 있다. 따라서, 도1에 도시된 프로세스로부터 달성되는 것과 같이 FZGO 스트림(60)을 분리 공정으로 유도하는 것이 바람직하고, 가치있는 제품을 생산하기 위해 FCC 유닛과 같은 유닛에서 더 처리될 수 있다.

본 발명은 적어도 하나의 싸이클론 분리 유닛 또는 분리기를 사용하여 오일 스트림 그 자체로부터 플래쉬 구역 오일 스트림에 부유되는 미립자 물질을 분리하기 위한 향상된 장치 및 방법을 제공한다. 바람직한 태양으로, 제2 분리기는 매니폴드(manifold)에 구비된 복수의 싸이클론을 포함하는 싸이클론 유닛이다. 이 분리기는 최종적으로 촉매식 크랙킹 유닛에 진입하려는 오일 스트림으로부터 약 15마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하기 위해 실행된다. 싸이클론 분리기로부터 상류에 위치된 분리기는 싸이클로닉 분리기의 막힘을 방지하기 위해 직경이 약 75마이크로미터보다 큰 더 큰 미립자 물질을 제거하도록 실행될 수 있다.

이제 도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예가 도시되고, 이는 싸이클론 분리기(80)로 연속해서 실행되는 분리기(65)를 포함한다. 분리기(65)는 바람직하게는 약 500마이크로미터보다 더 큰 직경을 가진 것과 같은 FZGO 스트림에서 큰 입자를 제거한다. 싸이클론 분리기(80)는 사실상 약 25마이크로미터보다 큰 직경을 가진 것과 같은 작은 입자를 분리하고 제거한다. 만약 "더 청결한" 오일 스트림이 요구되면, 분리기(65)는 약 100마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질, 및 특히 약 75마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자를 분리하도록 구성될 수 있다. 유사하게, "더 청결한" 오일 스트림의 경우, 싸이클론 분리기(80)는 약 15마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거한다.

양호한 작동에 있어서, 분리기(65)는 약 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 약 80%를 분리시킨다. 특히 바람직하게는, 분리기(65)는 약 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 약 90%를 분리시킨다. 유사한 수준의 분리 효율은 약 75마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질뿐 아니라 약 100마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질용으로 바람직하다.

분리기(65)는 유체 스트림으로부터 미립자 물질(예를 들어, 고상 및 다른 비유체)을 분리, 치환, 제거, 스트립, 여과 또는 그 조합을 가능하게 하는 임의의 장치일 수 있다. 분리기(65)용으로 적절한 장치는 예를 들어, 스트레이너(strainer), 시브(sieve), 필터, 싸이클론 분리기 또는 그의 조합물을 포함한다. 본 발명의 태양으로, 분리기(65)는 바스켓(basket) 스트레이너이다. 스트레이너는 약 75 내지 약 100마이크로미터의 와이어 메쉬를 포함할 수 있다. 다른 적절한 형상은 예를 들어, 이중 또는 단일 스트레이너를 포함한다. 본 발명의 다른 태양으로, 분리기(65)는 싸이클론 분리기를 포함한다. 이는 아래 도3에 대한 설명으로 더 자세히 설명된다.

도2에 도시된 방법에 이어서, 감소된 미립자 오일 스트림(70)은 분리기(65)를 나가서, 싸이클론 분리기(80)의 하류로 공급된다. 양호한 태양으로, 싸이클론 분리기(80)는 하우징 또는 용기 내측의 매니폴드 내에 함유된 복수의 개별적인 바람직하게 작은 크기의 싸이클론을 포함한다. 양호한 분리기(65)는 도5에 도시되고, 그 함유물은 아래에 상세히 설명된다. 양호하게 작동시, 싸이클론 분리기(80)는 약 25마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질의 적어도 80%를 분리한다. 더 바람직하게는, 싸이클론 분리기(80)는 약 25마이크로미터보다 큰 미립자의 적어도 약 90%를 분리하도록 구성된다. 유사한 수준의 분리 효율이 약 15마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질용으로 바람직하다.

감소된 미립자 수준을 가진 싸이클론 분리기(80)로부터의 오버플로우 스트림(90, overflow stream)은 유체식 베드 촉매 크랙커(FCC)와 같이 촉매식 크랙킹 유닛(100)에서 더 처리하기 위해 적절하게 처리되는 하이드로프로세싱 유닛(95)으로 공급될 수 있다. 언더플로우 스트림(85, underflow stream)은 싸이클론 분리기 (80)의 하부 구역을 나가고, 오일 스트림(70)으로부터 치환된 미립자 물질을 운반한다. 하이드로프로세서(95)는 수소화처리기, 하이드로크랙킹 유닛 또는 수소화탈황기(hydrodesulfurizer)일 수 있고, 전형적으로 고정식 베드 촉매를 포함한다.

또한 도2에 도시된 바와 같이, 무거운 가스 오일(55)의 선택적 스트림은 스트림이 덜 점성적이게 하는 희석제로 작용하도록 공급 스트림(55A)으로서 분리기(65)에 직접 공급될 수 있다. 이는 스트림이 싸이클론 분리기(80)으로 역으로 운반될 때 라인의 막힘을 방지하는 것을 돕는다.

선택적으로, 무거운 코커 가스 오일("HCGO")은 언더플로우 라인의 막힘을 방지하도록 분리기를 떠나는 언더플로우 스트림에 혼합될 수 있다. HCGO는 스트림의 코크스 입자의 농도를 희석시키도록 증류 재생물뿐만 아니라 플러쉬 오일일 수 있다. HCGO 스트림의 사용은 또한 그 프로세스 내의 전체 액체 부피를 증가시키고 그 프로세스 도관에 필요한 유속을 유지시키는 것을 돕는다.

도3은 FZGO 스트림으로부터의 미립자의 분리가 일련의 싸이클론 분리기를 사용하여 수행되는 본 발명의 다른 실시예를 제공한다. 여기서, 분리기(65)는 상업적 코킹 유속, 온도 및 분리 효율로 작동하기에 충분히 크게 구성되고 설계된 바람직한 싸이클론 분리 유닛이다. 두 단계의 싸이클론 분리 방법으로서, 분리기(65)는 사실상 약 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 큰 미립자 물질을 제거하도록 작동되고, 하류 싸이클론 분리기(80)는 더 작은 입자를 제거한다. 바람직하게는, 분리기(65)는 약 100마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 및 더 바람직하게는 약 75마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자를 제거한다. 유리하게는, FZGO 스트림으로부터 대부분의 큰 직경의 미립자를 제거함으로써, 싸이클론 분리기(80)는 제거되지 않는 경우 잠재적인 막힘 또는 막힘의 빈도를 최소화시키면서 효율적으로 작동될 수 있다. 바람직하게는, 분리기(65)는 도2에서 상술된 것과 유사한 분리 효율(제거 퍼센트)로 작동된다. 일반적인 상업적 코킹 프로세스 인자를 유지하기 위해, 분리기(65)의 공칭 직경은 바람직하게는 약 10.2 내지 25.4cm(4 내지 10인치)이다. 그러나, 이는 용기의 길이, 원하는 처리량, 및/또는 분리 방법에 영향을 줄 수 있는 다른 프로세스 인자에 따라 변할 수 있다.

도3에 도시된 바와 같이, FZGO 스트림(60)은 분리기(65)로 진입하고, 여기서 FZGO으로부터 더 큰 미립자를 제거하기 위해 처리된다. 감소된 수준의 미립자 물질을 가진 오버플로우 스트림(70)은 분리기(65)를 나가지만, 언더플로우 스트림(110)은 분리기(65)의 하부 구역을 나간다. 언더플로우 스트림(110)은 FZGO 스트림(60)으로부터 원심적으로 치환된 미립자를 함유한다.

본 발명의 실행시, 프로세스 효율 및 생산성을 최대화하는 것은 바람직한 유속, 부피 및 체적 유량일 수 있다. 본 발명의 태양으로, 산업적 체적이 상업상 가치있는 시간표로 처리되는 경우, 도면번호 65 또는 80과 같은 분리기는 프로세스를 통해 부피와 유속을 유지하기에 충분한 압력 강하로 작동된다. 더욱이, 충분한 압력 강하는 분리기의 효율적이고 방해되지 않는 작동을 보증할 수 있다는 것이 알려져 있다. 따라서, 예를 들어, 분리기(65)가 도3에 도시된 바와 같이 싸이클론 용기인 경우, 유닛은 바람직하게는 적어도 68.95kPa(10psig)의 압력 강하로 작동된다. 더 바람직하게는, 유닛은 적어도 137.90kPa(20psig)의 압력 강하로 작동된다. 양호한 태양으로, 싸이클론 분리기(80)는 적어도 172.37kPa(25psig)의 압력 강하로 작동되고, 더 바람직하게는 그 압력 강하는 적어도 344.74kPa(50psig)이다.

선택적으로, 분별기(30)에 의해 생성된 무거운 가스 오일 스트림(55A, 55B)은 도3에 도시된 바와 같이 각각 분리기(65) 및 싸이클론 분리기(80)로 지향될 수 있다. 스트림(55A)을 분리기(65)로 지향시키는 것은 상당한 양의 큰 입자가 무거운 가스 오일 스트림에 있는 경우 유리하게 될 수 있다. 만약 큰 입자가 거의 없으면, 스트림(55B)은 바람직하게는 펌프 압력 요구량을 감소시키도록 싸이클론 분리기(80)로 지향된다. 또한, 증류 플러쉬 오일의 선택적 스트림은 언더플로우 라인의 막힘을 방지하기 위해 언더플로우 스트림(110)과 혼합될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 도4에 도시된 바와 같이 적어도 세 개의 분리 유닛을 포함한다. 제3 분리기(105)는 바람직하게는 분리기(65)에 대해 하류에 그리고 싸이클론 분리기(80)에 대해 상류에 위치된다. 제3 분리기(105)는 또 다른 싸이클론 분리기, 스트레이너, 필터 또는 임의의 다른 고상 제거 장치일 수 있다. 제3 분리기(105)는 바람직하게는 오일 스트림으로부터 미립자 물질을 제거할 수 있도록 설계되고, 따라서 분리기(65)가 작동하지 않거나 다운되는 기간동안 백업되거나 싸이클론 분리기(80)로 진입하기 전에 큰 미립자가 오일 스트림으로부터 제거되는 제2차 보증으로서 작용한다.

선택적으로, 싸이클론 분리기(80)로부터 발생한 언더플로우 스트림(85)은 자연 재생으로 코커 분별기(30)로 복귀될 수 있는 (도시되지 않은) 결합된 언더플로우 스트림을 형성하도록 분리기(65)로부터 언더플로우 스트림(110)과 결합될 수 있 다. 바람직하게는, 결합된 스트림의 적정량이 사용된다. 따라서, 혼합되지 않은 임의의 증류 플러쉬 오일을 포함하지 않은 두 개의 결합된 언더플로우 스트림의 부피는 바람직하게는 전체 FZGO 스트림의 약 5%보다 작지만, 전체 FZGO 스트림의 약 1.5% 만큼 낮을 수 있다.

이 프로세스 내의 다양한 스트림의 유속은 종래 기술로 공지된 바와 같이 다양한 장비 및 장치로 제어될 수 있다. 따라서, 밸브, 제어기 및 지시기 등과 같은 추가적 장비 및 장치가 도1 내지 도4의 흐름도에 도시되진 않았지만 이 프로세스에 추가될 수 있다. 더욱이, 무거운 코커 가스 오일의 사용은 프로세스의 잠재적인 막힘을 완화시키기 위해 플러쉬 오일로서 또한 추가될 수 있다.

본 발명의 방법으로 유용한 싸이클론 분리기는 싸이클론에 맞추어 설계된 것들이고, 여기서 긴 용기는 입력 포트가 용기 본체에 법선으로 중요하게 위치되도록 설계되고, 유체가 용기 안으로 유동함에 따라 와류가 형성된다. 원심력을 이용하여, 더 무거운 재료(예를 들어, 고상 또는 미립자 물질)가 FZGO 스트림으로부터 제거되거나 분리된다. 본 발명에 적절한 싸이클론 분리기는 약 1.27 내지 38.1 cm(0.5인치 내지 약 15인치)의 크기(예를 들어, 공칭 직경) 범위일 수 있다. 그 크기(예를 들어, 큰 미립자를 제거하기 위한 단일 싸이클론의 직경 또는 다중 싸이클론 유닛에서 싸이클론의 수)는 유체 처리량의 의도된 양(부피)에 의해 결정되기 때문에 변할 수 있다.

본 발명의 지연식 코킹 방법에서 싸이클론 분리기의 허용가능한 작동의 경우, 몇몇 인자가 싸이클론 분리기 유닛이 설계되고 구성되는 방법(예를 들어, 크 기, 직경 및 길이)을 결정할 수 있다. 이러한 인자는 예를 들어, 설계되는 액체 처리량, 제거하려고 의도된 입자의 크기 및 처리 효율을 포함한다. 싸이클론 크기를 결정하는 것이 일반적으로 제1 단계이고, 그 후 장치를 통과하는 유속이 그 크기를 기초로 결정될 수 있다. 다중 싸이클론 유닛(즉, 싸이클론의 매니폴드)의 경우, 원하는 처리 효율을 달성하기 위해 요구되는 싸이클론의 수는 시스템에 대한 전체 원하는 유속을 싸이클론 당 유속으로 나눔으로써 결정될 수 있다.

액체로부터 미립자 물질을 분리하는 싸이클론의 능력은 다양한 인자에 기초한다. 이는 하이드로싸이클론 내의 원심력뿐 아니라 미립자의 비중과 액체의 비중 사이의 차를 포함한다. 싸이클론 내의 원심력은 액체의 점성 및 싸이클론을 따르는 압력 강하 모두에 의해 결정된다. 본 발명에서, 액체는 전형적으로 무거운 오일 분류(heavy oil fraction)인 FZGO 스트림이다. 이러한 형태의 스트림은 주위 온도에서 겔(gel) 형태일 수 있다. 그러나, FZGO 스트림이 분별기를 떠날 때, 이 온도는 일반적으로 코크스 드럼 싸이클에 따라 약 315.6 내지 426.7℃(600 내지 약 800℉)이다. 이 온도에 따라 FZGO 스트림의 비중 및 점성이 변한다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치에 대한 싸이클론 분리기가 허용가능한 작동 및 효율을 보증하기 위해 약 315.6 내지 426.7℃(600 내지 약 800℉)의 온도에서 작동되는 것이 바람직하다.

이제 도5를 참조하면, 본 발명에 적절한 싸이클론 분리기(80)가 도시되고, 여기서 유닛은 각각이 작은 미립자 물질을 원심적으로 제거하도록 구성된 다수의 싸이클론(134)을 포함한다. 개별적인 싸이클론(134)은 바람직하게는 용기 본체(136) 내측에 서로에 평행하고 인접하게 배열되고 싸이클론의 매니폴드를 제공하도록 그 자리에 보유된다. 복수의 개별 유닛을 사용함으로써, 대개 싸이클론 분리기(80)는 상업 또는 산업 크기 부피의 유체를 처리하도록 작동될 수 있다.

바람직한 실시예로, 싸이클론 분리기(80)는 직경이 약 1.3 내지 10.2cm(0.5 내지 4인치)인, 더 바람직하게는 공칭 직경이 약 1.3 내지 5.1cm(0.5 내지 약 2인치)인 개별적인 싸이클론(134)을 구비한다. 싸이클론 분리기(80)는 바람직하게는 싸이클론마다 적어도 초당 약 0.35리터(분당 약 5.5갤런)의 유속으로 작동하도록 구성된다. 더 바람직하게는, 싸이클론 분리기(80)는 적어도 초당 약 0.47리터(분당 약 7.5갤론)를 처리할 수 있는 싸이클론을 포함한다. 싸이클론을 통과하는 원하는 유속은 매니폴드(135)에 사용되는 개별 싸이클론의 수를 결정하는 데 협조할 수 있다. 따라서, 유속이 싸이클론마다 적어도 초당 약 0.35리터(분당 약 5.5갤런)인 본 발명의 임의의 실시예에서, 개별적인 싸이클론의 수는 약 7과 60 사이일 수 있다. 그러나, 개별적인 싸이클론의 수는 프로세스를 통한 예상되는 유속 및 미립자 물질의 원하는 제거 효율에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 더 큰 유속이 매니폴드 내에 더 많은 개별적인 싸이클론을 요구할 수 있다.

바람직한 조립체에서, 매니폴드(135)의 약 20개의 개구 또는 슬롯이 용기 본체(136) 내의 개별적인 싸이클론을 보유하도록 허용가능하다. 얼마나 많은 싸이클론이 매니폴드에 사용되는 지에 따라, 사용되지 않는 개구는 블랭크로 충진되거나 덮일 수 있다.

도6을 참조하면, 싸이클론 분리기(80)는 입구 포트(138) 및 오버플로우 출구(140)를 구비한다. 도면에 도시된 바와 같이, 싸이클론(134)의 길이는 하부 용기 입구(138)로부터 오버플로우 출구(140)에 인접한 구역까지 연장될 수 있다. 싸이클론(134)은 상부판(142) 및 하부판(144)에 고정될 수 있다. 바람직하게는, 각각의 싸이클론(134)은 오버플로우 스트림 출구 포트(140) 안으로의 입구 스트림 진입 포트(138)(감소된 미립자 스트림)의 누출을 최소화하기 위해 상부판(142)과 접촉하고 시일을 형성한다.

매니폴드에 개별적인 싸이클론을 보유하는 시일은 그 시스템이 열 영향(예를 들어, 수축과 팽창)을 견디기에 충분한 강성이 되도록 하고 감소된 미립자 오버플로우 스트림과 후속 감소된 미립자 스트림의 혼합 및/또는 원하지 않은 진입을 방지하게 한다. 그러나, 이러한 시일은 온도의 심한 변동에 의해 영향을 받을 수 있다. 작업 동안, 플래쉬 구역 가스 오일 스트림은 작동 동안 약 315.6 내지 426.7℃(약 600 내지 약 800℉) 사이의 온도에서 싸이클론 분리기에 공급될 수 있다. 그러나, 폐쇄 기간 동안, 싸이클론 유닛은 기후에 따라 약 10 내지 15.6℃(약 50 내지 약 60℉)의 주위 온도보다 더 낮거나 훨씬 더 낮을 수 있다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 폐쇄 및 작업의 개시는 온도의 심한 변경으로 인해 장비, 특히 이음부, 시일 등을 자극할 수 있다. 따라서, 본 발명은 주위 온도 내지 426.7℃(800℉) 그리고 그 역의 온도 등과 같은 넓은 온도 범위 사이에서 다중 싸이클을 통해서도 시일 성능 및 그 원상태를 유지할 수 있는 시일이 되게 함으로써 이러한 도전을 극복한다.

부싱, 와셔 및 가스켓의 구성을 사용하는 것은 유리하게 각각의 싸이클론과 하부판(144) 및 상부판(142) 사이에 충분한 시일을 생성한다는 것이 발견되었다. 바람직한 시일 조립체가 도7에 도시되고, 여기서 용기 본체(136) 내에서 각각의 싸이클론(134)은 바람직하게는 가스켓(156)에 의해 하부판(144)과 접촉하고, 부싱(158), 와셔(160), 가스켓(162) 및 스프링 와셔(164)에 의해 상부판(142)과 접촉한다. 바람직하게는, 조립체는 적어도 두 개의 스프링 와셔를 구비한다. 바람직한 스프링 와셔는 베빌레(Bellville) 와셔 또는 디스크 와셔이다. 가스켓(156, 162)용으로 적절한 재료는 [예를 들어, 315.6℃(600℉) 이상의] 고온에서 가요성이 유지되는 재료를 포함한다. 바람직한 재료는 가요성 흑연이다.

또한 도7에 도시된 바와 같이, 싸이클론(134)은 FZGO 스트림을 [도시되지 않았지만, 도6에 도시된 바와 같이 바람직하게는 상부판(142)과 용기 캡(148) 사이에 위치된] 오버플로우 출구(140)를 통해 나갈 수 있는 오버플로우 스트림과 용기 본체(136)가 바닥부에 위치된 정점(146)을 통해 나갈 수 있는 (치환된 미립자를 함유하는) 언더플로우 스트림으로 분리시킨다. 정점(146)은 조절가능한 클램프(166), 중심 링(168) 및 가스켓(170)으로 용기 본체(136)에 고정될 수 있다. 바람직한 조립체에서는, 정점(146)이 제거 가능하다. 이와 달리, 정점(146)은 제거가능하지 않고 플랜지 형태의 연결을 이용하여 용기 본체(136)에 결합된다.

싸이클론의 매니폴드는 매니폴드에 강성 지지부를 제공하도록 상부 및 하부판(142, 144) 각각에 연결된 긴 형태의 로드를 선택적으로 포함할 수 있다. 로드는 프로세스 작업동안 발생되는 열 변화 중에 용기 판의 잠재적인 이동을 최소화한다. 또한 선택적으로, 검사/배수 도관이 유체 레벨의 배수를 허용하도록 구비될 수 있다. 이는 유닛이 유지보수 작업을 위해 폐쇄될 때에 특히 유용하다.

도8은 싸이클론 분리기(80)로의 구성에 적절한 개별적인 싸이클론(134)을 도시한다. 이 도면은 싸이클론 내의 유체 유동만을 도시하려고 도시되고, 여기서 (점선에 의해 도시된) FZGO 스트림(172)은 치환된 미립자 물질을 함유한 언더플로우 스트림(174)이 감소된 미립자 오버플로우 스트림(176)으로 분리되고, 스트림은 미립자 물질에서 사실상 벗겨진다. FZGO 스트림은 입구 또는 노즐(178)을 통해 싸이클론(134)으로 법선방향으로 진입하고 소용돌이 또는 와류 효과를 형성한다. 부유되는 FZGO보다 고밀도(즉, 더 두꺼움)를 가진 (도시되지 않은) 미립자 고상 재료는 일반적으로 와류의 중심으로부터 원심력에 의해 내던져진다. 미립자 고상 재료가 싸이클론의 내면 벽(182)에 접근할 때 이는 더 천천히 이동하고 중력에 의해 싸이클론의 바닥에 떨어지고, 여기서 이는 싸이클론(134)을 나가서 언더플로우 스트림(174)으로 간다. 미립자 물질로부터 사실상 벗겨진 FZGO의 잔류물은 오버플로우 스트림(176)으로서 싸이클론의 상부를 나간다.

본 발명의 방법 및 장치에 대한 몇몇 특정 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 본 발명의 기술 사상 및 범주 내에서 다양하게 변경될 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다. 더욱이, 구성 재료, 특정 치수 및 장치 및 적용예에 관한 참조사항은 임의의 방식으로 제한되려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범주 내에서 다른 재료, 치수 및 장치 및 적용예로 대체될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 후속의 청구의 범위에 의한 경우만을 제외하고는 제한되지 않고, 다른 실시예들이 후속의 청구의 범위 내에 포함된다.

Claims

코킹 드럼으로부터의 오버헤드 증기가 이 증기를 오버헤드 증기 스트림, 중간 액체 스트림 및 미립자 물질을 함유하는 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로 분리하는 코커 분별기로 공급되는 지연식 코킹 방법에 있어서,

상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림을 제1 분리기로 공급하는 단계와,

상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하여 제1 감소된 미립자 스트림을 형성하도록 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계와,

상기 제1 감소된 미립자 스트림을 싸이클론 분리기를 구비하는 제2 분리기로 공급하는 단계와,

상기 제1 감소된 미립자 스트림으로부터 25마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하여 제2 감소된 미립자 스트림을 형성하도록 상기 제2 분리기를 작동시키는 단계와,

상기 제2 감소된 미립자 스트림을 하이드로프로세서로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 80%를 제거하도록 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 90%를 제거하도록 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 100마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 80%를 제거하도록 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 100마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 90%를 제거하도록 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 75마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 80%를 제거하도록 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 75마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 90%를 제거하도록 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 25마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 80%를 제거하도록 상기 제2 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 25마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 90%를 제거하도록 상기 제2 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 15마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 80%를 제거하도록 상기 제2 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 15마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자의 적어도 90%를 제거하도록 상기 제2 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 적어도 172.37kPa(25psig)의 압력 강하 상태에서 상기 제2 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 적어도 344.74kPa(50psig)의 압력 강하 상태에서 상기 제2 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 분리기는 스트레이너를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제14항에 있어서, 상기 스트레이너는 75 내지 500마이크로미터의 메쉬 크기를 갖는 지연식 코킹 방법.
제14항에 있어서, 상기 스트레이너는 바스켓 스트레이너를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 분리기는 싸이클론 분리기인 지연식 코킹 방법.
제17항에 있어서, 적어도 68.95kPa(10psig)의 압력 강하 상태에서 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제17항에 있어서, 적어도 137.90kPa(20psig)의 압력 강하 상태에서 상기 제1 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 343.3 내지 426.7℃(650 내지 800℉)에서 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림을 상기 제1 분리기로 공급하는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 분리기는 시일을 통해 매니폴드와 접촉하는 복수의 싸이클론을 포함하는 지연식 코킹 방법.
제21항에 있어서, 상기 시일은 주위 온도 내지 426.7℃(800℉)의 범위의 온도로 유지되는 지연식 코킹 방법.
제21항에 있어서, 상기 제2 분리기는 각각이 1.27 내지 10.2cm(0.5 내지 4인치)의 직경을 갖는 적어도 7개의 싸이클론을 포함하는 지연식 코킹 방법.
제21항에 있어서, 상기 복수의 싸이클론의 각각은 2.54 내지 5.08cm(1 내지 2인치)의 직경을 갖는 지연식 코킹 방법.
제21항에 있어서, 상기 복수의 싸이클론의 각각은 2.54cm(1인치)의 직경을 갖는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 감소된 미립자 스트림을 상기 제2 분리기에 공급하기 전에, 상기 제1 감소된 미립자 스트림을 제3 분리기에 공급하는 단계를 더 포함하는 지연식 코킹 방법.
제26항에 있어서, 상기 제3 분리기는 스트레이너를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제27항에 있어서, 상기 스트레이너는 75 내지 500마이크로미터의 메쉬 크기를 갖는 지연식 코킹 방법.
제26항에 있어서, 상기 제3 분리기는 싸이클론 분리기를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제29항에 있어서, 적어도 68.95kPa(10psig)의 압력 강하 상태에서 상기 제3 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제29항에 있어서, 적어도 137.90kPa(20psig)의 압력 강하 상태에서 상기 제3 분리기를 작동시키는 단계를 포함하는 지연식 코킹 방법.
제1항에 있어서, 상기 중간 액체 스트림 중 하나는 무거운 코커 가스 오일을 포함하고,

상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림을 상기 제1 분리기에 공급하기 전에 상기 무거운 코커 가스 오일과 상기 플래쉬 구역 가스 오일 스트림을 혼합하는 단계를 더 포함하는 지연식 코킹 방법.
제26항에 있어서, 상기 중간 액체 스트림 중 하나는 무거운 코커 가스 오일을 포함하고,

상기 제1 감소된 미립자 스트림을 상기 제3 분리기에 공급하기 전에 상기 무거운 코커 가스 오일과 상기 제1 감소된 미립자 스트림을 혼합하는 단계를 더 포함하는 지연식 코킹 방법.
오버헤드 증기를 생성하는 코킹 드럼, 코킹 드럼으로부터 오버헤드 증기를 수용하고 이러한 증기를 오버헤드 증기 스트림, 중간 액체 스트림 및 미립자 물질을 함유하는 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로 분리하는 코커 분별기, 상기 분별기로부터 하류에 위치하는 하이드로프로세서를 구비한 지연식 코킹 장치에 있어서,

상기 분별기의 하류에 위치되면서, 분별기로부터 플래쉬 구역 가스 오일 스트림을 수용하고, 제1 감소된 미립자 스트림을 형성하도록 플래쉬 구역 가스 오일 스트림으로부터 500마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하도록 구성된 제1 분리기와,

상기 제1 분리기의 하류에 위치되면서, 제2 감소된 미립자 스트림을 형성하도록 제1 감소된 미립자 스트림으로부터 25마이크로미터보다 큰 직경을 가진 미립자 물질을 제거하도록 구성된 싸이클론 분리기를 구비한 제2 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지연식 코킹 장치.
제34항에 있어서, 상기 제1 분리기는 스트레이너를 포함하는 지연식 코킹 장치.
제35항에 있어서, 상기 스트레이너는 바스켓 스트레이너를 포함하는 지연식 코킹 장치.
제35항에 있어서, 상기 스트레이너는 75 내지 500마이크로미터의 메쉬 크기를 갖는 지연식 코킹 장치.
제34항에 있어서, 상기 제1 분리기는 싸이클론 분리기를 포함하는 지연식 코킹 장치.
제34항에 있어서, 상기 제2 분리기는 시일을 통해 매니폴드와 접촉하는 복수의 싸이클론을 포함하는 지연식 코킹 장치.
제39항에 있어서, 상기 제2 분리기는 각각이 1.27 내지 10.2cm(0.5 내지 4인치)의 직경을 갖는 적어도 7개의 싸이클론을 포함하는 지연식 코킹 장치.
제39항에 있어서, 상기 복수의 싸이클론의 각각은 2.54 내지 5.08cm(1 내지 2인치)의 직경을 갖는 지연식 코킹 장치.
제39항에 있어서, 상기 복수의 싸이클론의 각각은 2.54cm(1인치)의 직경을 갖는 지연식 코킹 장치.
제39항에 있어서, 상기 시일은 주위 온도 내지 426.7℃(800℉)의 범위의 온도로 유지되는 지연식 코킹 장치.
제34항에 있어서, 상기 제1 분리기로부터 하류에 그리고 상기 제2 분리기로부터 상류에 위치된 제3 분리기를 더 포함하는 지연식 코킹 장치.
제44항에 있어서, 상기 제3 분리기는 스트레이너를 포함하는 지연식 코킹 장치.
제45항에 있어서, 상기 스트레이너는 75 내지 500마이크로미터의 메쉬 크기를 갖는 지연식 코킹 장치.
제44항에 있어서, 상기 제3 분리기는 싸이클론 분리기를 포함하는 지연식 코킹 장치.