KR101316141B1 - 전체 원유 공급 원료를 사용하는 올레핀 제조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마일드 분해를 최소화하되 공급 원료로부터의 일부 잔류 액체를 배출하면서 공급 원료가 실질적으로 기화될 때까지 기화 조건에 처하며, 이렇게 형성된 증기가 노의 복사 구역에서 고강도 분해 처리를 받으며, 공급 원료로부터의 잔류 액체가 1 이상의 퀀칭유와 혼합되는, 올레핀 제조 플랜트의 열분해로에 대한 공급 원료로서 전체 원유를 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

전체 원유 공급 원료를 사용하는 올레핀 제조{OLEFIN PRODUCTION UTILIZING WHOLE CRUDE OIL FEEDSTOCK}

본 발명은 전체 원유(whole crude oil)의 열분해에 의한 올레핀의 형성에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 열분해로(pyrolysis furnace)에서 수증기 분해(steam cracking)와 같은 탄화수소 분해 공정을 이용하는 올레핀 제조 플랜트에 대한 공급 원료로서 전체 원유를 사용하는 것에 관한 것이다.

탄화수소의 열분해는 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 부타디엔과 같은 올레핀 및 벤젠, 톨루엔 및 크실렌과 같은 방향족의 제조에 널리 이용되는 석유 화학 공정이다.

기본적으로, 전체 원유의 증류 또는 분별 증류에 의해 제조되는 나프타, 경유 또는 전체 원유의 다른 분획과 같은 탄화수소 공급 원료를 희석제로서 역할을 하는 수증기와 혼합하여 탄화수소 분자를 분리된 상태로 유지시킨다. 수증기/탄화수소 혼합물을 약 900 내지 약 1,000 화씨(℉ 또는 F)로 예열한 후, 반응 영역에 도입하고, 여기서 약 1,450 내지 약 1,550℉ 범위의 고강도(severe) 탄화수소 분해 온도로 매우 빠르게 가열한다.

이 공정은 열분해로(수증기 분해 장치)에서 약 10 내지 약 30 psig 범위의 반응 영역 내 압력에서 수행한다. 열분해로는 그 내부에 대류 구역 및 복사 구역을 구비한다. 대류 구역에서는 예열이 달성되는 반면, 복사 구역에서 고강도 분해가 일어난다.

고강도 분해 후, 열분해로로부터의 유출물은 예컨대 분자당 1 내지 35 개의 탄소 원자와 같이 매우 다양한 가스상 탄화수소를 함유한다. 이 가스상 탄화수소는 포화, 단일 불포화 및 다중 불포화될 수 있으며, 지방족, 지환족 및/또는 방향족일 수 있다. 분해된 가스는 또한 상당량의 분자 수소(수소)를 함유한다.

따라서, 상업적 올레핀 제조 플랜트에서 수행되는 바의 통상적인 수증기 분해는 전체 원유의 분획을 사용하고, 그 분획을 열분해하면서 완전히 기화시킨다. 분해된 생성물은 예컨대 약 1 중량%의 수소, 약 10 중량%의 메탄, 약 25 중량%의 에틸렌 및 약 17 중량%의 프로필렌(모든 중량%는 상기 생성물의 총 중량을 기준으로 함)을 함유할 수 있으며, 나머지는 분자당 4 내지 35 개의 탄소 원자를 갖는 다른 탄화수소 분자로 대부분 구성된다.

그 다음 분해된 생성물을 올레핀 제조 플랜트에서 추가 처리하여, 플랜트의 생성물로서 수소, 에틸렌, 프로필렌, 분자당 4개의 탄소 원자를 갖는 혼합된 탄화수소, 연료유 및 열분해 가솔린과 같은 고순도의 다양한 각각의 개별 스트림을 생성시킨다. 상기한 각각의 개별 스트림은 자기 권리로 가치 있는 상업적 생성물이다. 따라서, 올레핀 제조 플랜트는 현재 전체 미정제 스트림의 일부(분획)를 취하여, 이로부터 복수의 각각의 가치 있는 생성물을 생성시킨다.

상기 설명한 바와 같이 통상적인 올레핀 제조 플랜트에 대한 공급 원료는 보 통 플랜트에 도달하기 전에 우선 상당히 비용이 많이 드는 처리를 거친다. 보통, 전체 원유를 증류시키거나 또는 고비점 잔류물을 비롯한 가솔린, 등유, 나프타, 경유(진공 또는 대기) 등과 같은 다수의 분획으로 분별 증류한다. 그 다음, 잔류물 이외의 이들 분획 중 임의의 것을 이 플랜트에 대한 공급 원료로서 올레핀 제조 플랜트에 통과시킬 수 있다.

원유를 처리하여 통상적인 올레핀 제조 플랜트에 대한 공급 원료로서 역할을 하는 원유 분획을 생성시키는 정제 증류 유닛(전체 원유 처리 유닛)의 자본 및 작동 비용을 절약할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 비등점 범위 분포가 너무 넓은 탄화수소 컷(분획)으로부터도 이것이 불가능함을 최근까지의 종래 기술은 교시하였다. 예컨대, Lenglet에게 허여된 미국 특허 제5,817,226호 참조.

최근, 미국 특허 제6,743,961호가 Donald H. Powers에게 허여되었다. 이 특허는 패킹을 함유하는 기화/마일드(mild) 분해 영역을 이용하는 전체 원유의 분해에 관한 것이다. 이 영역은 더욱 강력한(tenacious) 탄화수소 액상 성분의 분해/기화가 최대화될 때까지, 아직 기화되지 않은 전체 원유의 액체상을 이 영역에 유지시키는 방식으로 이 영역을 조작한다. 이로써 단지 잔류물이 패킹 상의 침착물로서 나중에 남는 고상 잔류물 형성이 최소화된다. 이 잔류물은 이상적으로는 표준의 노 탄소 제거 주기 동안 통상적인 수증기 공기 탄소 제거에 의해 나중에 패킹을 연소시킨다[이 특허의 컬럼 7, 50-58 줄 참조]. 따라서, 이 특허의 제2 영역(9)은 공정에 이용된 조건 하에서 분해 또는 기화될 수 없는 원유 공급물 중 탄화수소성 물질을 비롯한 성분에 대한 트랩으로서 작용한다[이 특허의 컬럼 8, 60-64 줄 참조].

미국 특허 제6,743,961호와 발명자의 법률적 지위 및 양수인이 동일한 2002년 9월 16일 출원된 미국 특허 출원 제10/244,792호는 상기 특허에 개시된 공정에 관한 것이지만, 기화/마일드 분해 유닛의 전체 기능을 (이전의 마일드 분해 없는) 기화 - 마일드 분해 (후 기화) 스펙트럼의 마일드 분해 말단을 향해 더욱 유도하는 데에 약산성인 분해 촉매를 사용하는 점이 상이하다.

미국 특허 제6,743,961호와 발명자의 법률적 지위 및 양수인이 동일한 2003년 7월 10일 출원된 미국 특허 출원 제10/616,839호는 상기 특허에 개시된 공정에 관한 것이지만, 아직 기화되지 않거나 마일드하게 분해되지 않은 기화/마일드 분해 유닛에 남아 있는 액상 탄화수소의 적어도 일부를 제거하는 점이 상이하다. 원유 공급물의 이들 액상 탄화수소 성분을 이 유닛의 탑저 부근으로부터 흡인하여, 이전에 기화 및 마일드 분해를 견디었던 이들 강력한 탄화수소 성분에 대한 추가의 분해 에너지를 제공하는 개별 제어 캐비테이션 장치에 통과시킨다. 따라서, 이 발명은 또한 기화/마일드 분해 유닛에서 전체 공정을 상기한 기화 - 마일드 분해 스펙트럼의 마일드 분해 말단을 향해 더욱 유도하고자 한다.

발명의 개요

본 발명에 따르면, 기화 기능을 최대화하고, 제외하지 않는 경우 상기한 마일드 분해 기능을 최소화하여, 본 발명의 기화 유닛에서 전체 공정을 상기한 스펙트럼의 기화 말단을 향해 강하게 유도하는, 올레핀 제조 플랜트에 대한 공급 원료로서 전체 원유를 사용하는 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 통상적인 올레핀 제조 플랜트(올레핀 플랜트)에서와 같이 전체 원유를 예열하여, 코크스를 거의 형성하지 않거나 또는 전혀 형성하지 않고 원유 공급 원료로부터 탄화수소 증기 및 액체의 혼합물을 생성시킨다. 그 다음 증기상 탄화수소를 잔류 액체로부터 분리하고, 증기를 고강도 분해 조작에 통과시킨다. 퀀칭유(quenching oil)를 유닛에 도입하고, 이 유닛으로부터 원유 공급물로부터의 잔류 액상 탄화수소 및 퀀칭유로 구성된 액상 잔류물을 배출함으로써, 잔류 액상 탄화수소는 마일드 분해에 비해 기화를 선호하는 조건에 처하게 한다.

도 1은 통상적인 탄화수소 분해 플랜트에 대한 간략화된 유동도를 도시한다.

도 2는 독립형 기화 유닛을 이용하는 본 발명의 일구체예를 도시한다.

발명의 상세한 설명

본 발명에서 사용되는 바의 용어 "전체 원유"는 원유 정제 공장으로의 이송 및/또는 이러한 정제 공장에서의 통상적인 증류에 대해 이를 허용 가능하게 하기 위해 이러한 원유가 받을 수 있는 임의의 처리를 받지 않는, 유정으로부터 유출된 그대로의 원유를 의미한다. 이 처리는 탈염과 같은 단계를 포함할 수 있다. 이는 정제 공장에서의 증류 또는 다른 분별 증류에 적절하지만, 이러한 증류 또는 분별 증류를 거치지 않는 원유이다. 이는 아스팔텐 또는 타르와 같은 비등하지 않는 구성 요소를 포함할 수 있지만, 반드시 항상 포함하는 것은 아니다. 이와 같이, 불가능하지는 않아도 전체 원유에 대한 비등 범위를 제공하는 것은 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 올레핀 플랜트에 대한 초기 공급물로서 사용되는 전체 원유는 이를 임 의로 종래와 같이 분별 증류하지 않고 이용 가능한, 유전 파이프라인 및/또는 통상적인 원유 저장 설비로부터 바로 나온 1 이상의 원유일 수 있다.

본 발명에서 사용되는 바의 용어 "탄화수소(들)"는 엄밀하게 또는 단지 수소 원자 및 탄소 원자를 함유하는 물질을 의미하지 않는다. 이러한 용어는 성질상 탄화수소성이어서 우선 또는 실질적으로 수소 및 탄소 원자로 구성되지만, 심지어 상당한 양으로 산소, 황, 질소, 금속, 무기 염, 아스팔텐 등과 같은 다른 원소를 함유할 수 있는 물질을 의미한다.

본 발명에서 사용된 바의 용어 "가스(들)"는 실질적으로 증기상 상태인 1 이상의 가스, 예컨대 수증기만, 수증기와 탄화수소 증기의 혼합물 등을 의미한다.

본 발명에서 사용되는 바의 용어 "코크스"는 임의의 분자량이 높은 탄소성 고체를 의미하며, 여러고리 방향족의 축합으로부터 형성되는 화합물을 포함한다.

본 발명과 함께 이용 가능한 올레핀 제조 플랜트는 전체 원유 공급물을 우선 수용 및 분해하기 위한 열분해(분해)로를 포함할 수 있다. 탄화수소의 수증기 분해를 위한 열분해로는 대류 및 복사에 의해 가열하며, 일련의 예열, 순환 및 분해 관, 일반적으로 탄화수소 공급물의 예열, 이송 및 분해를 위한 다수의 이러한 관을 포함한다. 노의 복사(radiant) 구역[종종 복사(radiation) 구역"이라고도 부름)에 배치되는 버너에 의해 높은 분해 열이 공급된다. 이 버너로부터 나오는 폐가스는 노의 대류 구역을 통해 순환하여, 유입되는 탄화수소 공급물을 예열하는 데에 필요한 열을 제공한다. 노의 대류 및 복사 구역은 "교차점(cross-over)"에서 연결되며, 상기에서 언급한 관은 하나의 구역의 내부로부터 다음 구역의 내부로 탄화수소 공 급물을 운반한다.

분해로는 낮은 온도로 인해 반응 속도 상수가 낮은 복사관(코일) 입구에서 시작하여 복사 구역에서 빠른 가열이 이루어지도록 설계된다. 이송된 열의 대부분이 입구 온도로부터 반응 온도로 탄화수소를 상승시킨다. 코일의 중간부에서, 온도 상승 속도는 더 낮지만, 분해 속도는 상당히 빠르다. 코일 출구에서, 온도 상승 속도는 어느 정도 증가하지만, 입구만큼 빠르지는 않다. 반응물의 소실 속도는 이의 반응 속도 상수와 이의 편재 농도(localized concentration)의 곱이다. 코일의 말단에서 반응물 농도가 낮으며, 공정 가스 온도를 증가시켜 추가 분해를 얻을 수 있다.

공급물 탄화수소의 수증기 희석으로 탄화수소 부분압이 낮아지고, 올레핀 형성이 강화되며, 복사관 내 코크스 형성 경향이 감소된다.

분해로는 통상적으로 복사 내화성 벽 사이에 집중 배치된 수직 관을 구비하는 직각형 화실(firebox)을 구비한다. 관은 이의 정상부로부터 지지된다.

가스상 연료 또는 가스상/액상 연료의 배합물을 사용하여 벽 또는 바닥 설치 버너 또는 이 둘의 조합을 이용하여 복사 구역의 발화를 달성한다. 화실은 통상적으로 가장 흔히 배연을 상향 유동시키면서 약한 부합 하에 있다. 대류 구역으로의 배연 유동은 1 이상의 자연 통풍 또는 유도 통풍 팬에 의해 달성한다.

복사 코일은 일반적으로 화실의 중심 아래의 한쪽 평면에 걸려 있다. 이는 엇갈린 2열 관 배열로 평행하게 배치하거나 한쪽 평면에 놓일 수 있다. 버너로부터 복사 관으로의 열 전달은 주로 복사에 의해 일어나므로, 열 "복사 구역"에서 탄화 수소가 약 1,450 내지 약 1,550℉로 가열되어 고강도 분해 처리된다.

따라서, 복사 코일은 가열식(fired) 관형 화학 반응기이다. 복사 구역으로부터의 배연을 대류 가열하거나, 대류 구역 내 공급물을 수증기 희석하거나 등 하여, 노로 공급되는 탄화수소 공급물을 대류 구역에서 약 900 내지 약 1,000℉로 예열한다. 예열 후, 통상적인 상업적인 노에서는, 공급물을 복사 구역에 유입시킬 준비가 완료된다.

전형적인 노에서, 대류 구역은 다수의 영역을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 상부 영역에서 공급물을 우선 예열하고, 제2 영역에서 보일러 공급수를 가열하고, 제3 영역에서 공급물과 수증기의 혼합물을 가열하며, 제4 영역에서 수증기를 초가열하고, 탑저의 제5 영역에서 최종 공급물/수증기 혼합물을 완전히 예열할 수 있다. 영역의 수 및 이의 기능은 상당히 변경할 수 있다. 따라서, 열분해로는 복잡하고 가변적인 구조를 가질 수 있다.

복사 구역에서 배출되는 분해된 가스상 탄화수소는 분해 패턴의 파괴를 방지하기 위해 빠르게 온도가 감소된다. 올레핀 제조 플랜트에서 동일한 하류를 추가로 처리하기 전에 분해된 가스를 냉각시키면 노 및/또는 올레핀 플랜트에서 재사용하기 위한 고압 수증기와 같은 에너지가 대량 회수된다. 이는 종종 당업계에 잘 알려진 이송 라인 교환기를 사용하여 달성한다.

복사 코일 설계자는 짧은 체류 시간, 높은 온도 및 낮은 탄화수소 부분압을 얻기 위해 노력한다. 코일 길이 및 직경은 코일당 공급 속도, 온도 특성 측면에서의 코일 야금 및 코일 내 코크스 침착의 속도에 의해 결정된다. 코일은 공급 속도 가 낮고 노당 관 코일 수가 많은 단일의 소직경 관에서, 공급 속도가 높고 노당 코일 수가 더 적은 장방형 관에 이르기까지 다양하다. 더 긴 코일은 U턴 굴곡되어 연결된 긴 관으로 구성될 수 있다. 다양한 관의 조합을 이용할 수 있다. 예컨대, 평행한 4개의 좁은 관은 또한 평행한 2개의 직경이 더 큰 관을 공급할 수 있고, 그 다음 직렬로 연결된 훨씬 더 큰 관을 공급할 수 있다. 따라서, 코일 길이, 직경 및 직렬 및/또는 평행 유동 배열은 노에 따라 넓게 변경될 수 있다. 설계에 있어서의 톡특한 특징으로 인해, 노를 종종 생산자에 의해 지칭한다. 본 발명은 루머스, 엠. 더블유. 켈로그 앤드 컴퍼니, 미쯔비시, 스톤 앤드 웹스터 엔지니어링 코포레이션, 케이티아이 코포레이션, 린데 셀라스 등에 의해 제조된 것들을 포함하나 이에 한정되지 않는 임의의 열분해로에 적용할 수 있다.

노로부터 배출되는 분해된 탄화수소의 하류 처리는 초기 탄화수소 공급물이 가스인지 액체인지에 따라 상당히 그리고 특히 달라진다. 본 발명은 공급물로서 액체 상태의 전체 원유만을 사용하기 때문에, 본 발명에서 하류 처리는 액체가 공급된 올레핀 플랜트에 대해 설명할 것이다. 액상 공급 원료로부터 나오는 분해된 가스상 탄화수소, 종래 기술에 대한 경유를 거치는 나프타 및 본 발명에 대한 전체 원유의 하류 처리는 공급 원료에 존재하는 탄화수소 성분이 더 중질이기 때문에 가스상 공급 원료에 대한 하류 처리보다 더욱 복합하다.

액상 탄화수소 공급 원료의 하류 처리는 플랜트에 따라 달라질 수 있기는 하지만, 통상적으로 예컨대 상기한 바의 이송 라인 교환기에서 액상 탄화수소 공급 원료를 열 교환한 후 노 배출물의 오일 퀀칭을 이용한다. 그 후, 분해된 탄화수소 스트림은 1차 분별 증류 처리하여 연료유와 같은 중질 액체를 제거한 후, 비응축 탄화수소를 압축시키고, 이로부터 산 가스 및 물을 제거하는 처리를 거친다. 그 다음, 다양한 소정의 생성물, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 분자당 4개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 혼합물, 연료유, 열분해 가솔린 및 고순도의 수소 스트림을 각각 분리한다.

본 발명에 따르면, 올레핀 플랜트 열분해로에 대한 1차(초기) 공급 원료로서 (분별 증류, 증류 등의 처리를 받지 않은) 전체 원유 액체를 사용하는 공정이 제공된다. 이렇게 함으로써 본 발명에 의하면, 상기에 처음 설명한 종래 기술에서 우선 수행된 것과 같이, 전체 원유를 노에 대한 1차 공급 원료로서 역할을 하는 예컨대 나프타에서 경유까지의 다양한 분획으로 비용을 많이 들여 증류시킬 필요가 없어진다.

상기에 시사되는 바와 같이, 가스에는 존재하지 않고 액체에 존재하는 더 중질인 성분으로 인해, 액상 탄화수소 1차 공급 원료를 사용하는 것은 가스상 탄화수소 1차 공급 원료를 사용하는 것보다 더 복잡하다. 이는 1차 공급물로서 액상 나프타 또는 경유를 사용하는 것보다 1차 공급 원료로서 전체 원유를 사용하는 경우에 더욱 그러하다. 전체 원유에는 보통 액체이고 그 상태에서 자연 열 발생 경향이 보존되어 있는 탄화수소 성분이 더 많이 존재한다. 액상 공급물은 액체를 이의 기화 온도(더 중질인 성분에 대해 꽤 높을 수 있음)로 가열하기 위한 열 에너지, 및 이러한 성분에 대한 기화 잠열을 필요로 한다.

상기 언급한 바와 같이, 복사 구역을 통과하는 예열된 탄화수소 스트림은 분 해 목적으로 가스 상태에 있을 필요가 있고, 거기에서 노로의 1차 공급물로서 전체 원료를 사용하게 된다. 상기한 더 중질인 성분을 복사 구역 및 심지어 대류 구역의 온도가 더 높은 부분 외부에 유지시키는 것이 또한 매우 바람직할 수 있는데, 이는 상기 성분이 복사 코일의 내부 벽과 접촉하는 경우, 이 코일에서 바람직하지 않은 코크스의 형성을 초래할 수 있기 때문이다. 본 발명에 의하면, 전체 원유를 1차 공급물로서 사용하더라도, 과잉량의 코크스가 생성되는 것이 방지된다. 이는 통상적인 수증기로에 직접 전체 원유를 공급할 수 없다고 교시하는 다수의 종래 기술에 반대되는 것이다.

본 발명에 의하면, 노로의 1차 공급물로서 전체 원유를 사용시 발생했던 이전의 문제점이 방지되어, 기화/마일드 분해(마일드 분해는 공정의 본질적인 목표는 아님) 조합과는 대조적으로, 우선 기화 기능을 이용하여 노의 복사 구역을 통과하는 탄화수소 스트림의 완전한 기화가 달성된다. 본 발명의 기화 단계는 사용되는 물질, 예컨대 원유 공급물 및 퀀칭유(하기에서 정의함)에 따라 약간량의 마일드 분해를 수반할 수 있거나 마일드 분해를 수반하지 않을 수 있지만, 마일드 분해는 본 발명의 목표가 아니다. 약한 정도의 마일드 분해는 탄화수소성 성분을 함유하는 물질을 사용하는 일부 환경에서는 피할 수 없다.

대류 및 복사 구역과는 별개로 그리고 이와는 독립적으로 작동되는 자급식 기화 설비를 이용하여 본 발명을 수행할 수 있으며, (1) 노의 통합 구역(integral section)에, 예컨대 대류 구역 내 또는 그 부근, 그러나 복사 구역의 하류의 노의 내부에, 및/또는 (2) 노 자체의 외부에, 그러나 노와 유체 연통하도록 하여 이용할 수 있다. 노의 외부에서 사용할 경우, 전체 원유 1차 공급물을 노의 대류 구역에서 예열시키고, 대류 구역 및 노로부터 독립형 기화 설비에 통과시킨다. 그 다음 이 독립형 설비의 증기상 탄화수소 생성물을 노에 재차 통과시켜 이의 복사 구역에 유입시킨다. 예열은 필요에 따라 노의 대류 구역 이외에서 또는 노의 내부 및/또는 외부의 임의의 조합에서 수행할 수 있으며, 이는 역시 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명의 기화 유닛은 예컨대 약 500 내지 약 750℉, 바람직하게는 약 550 내지 약 650℉로 예열된 전체 원유 1차 공급물을 수용한다. 이는 공급물의 완전 기화에 필요한 것보다 더 낮은 온도 범위이며, 본 발명의 신규한 측면의 일부이다. 이 낮은 예열 온도 범위는 본 발명에 따라 조작시 예열 구역에서 오염물(fouling) 및 코크스 생성의 방지를 돕는다. 이러한 예열은 반드시 그런 것은 아니지만 바람직하게는 이러한 전체 원유가 1차 공급물인 동일한 노의 대류 구역에서 수행한다.

따라서, 본 발명의 기화 조작 단계에서 제1 영역은, 예열된 공급물 스트림 내 증기상 탄화수소 및 존재하는 경우 다른 가스가 예열 후 액체를 잔류시키는 성분으로부터 분리되는 증기/액체 분리를 이용한다. 상기한 가스는 증기/액체 분리 구역으로부터 제거되어 노의 복사 구역을 통과한다.

이 제1의 예컨대 상부 영역에서의 증기/액체 분리는 당업계에 잘 알려지고 명백한 임의의 통상적인 방식, 다수의 방식 및 수단으로 액체를 형 해체(knock out)한다. 액체 증기/액체 분리에 적절한 장치는 접선 증기 유입구(tangential vapor entry)를 구비하는 액체 형 해체 용기, 원심 분리기, 통상적인 집진 분리기, 쇼에펜토에터(schoepentoeter), 베인 액적 분리기(vane droplet separator) 등을 포함한다.

이렇게 상기한 증기로부터 분리된 액체는 제2의 예컨대 더 하부의 영역으로 이동한다. 이는 이하에 도 2에 도시된 바와 같은 외부 배관에 의해 달성할 수 있다. 대안적으로, 이는 기화 유닛에 의해 내부에서 달성할 수 있다. 이 제2 영역의 길이 방향으로 유입 및 이동하는 액체는 다가오는, 예컨대 상승하는 수증기와 만난다. 가스를 제거하지 않은 이 액체는 다가오는 수증기의 열 에너지 및 희석 효과의 완전한 영향을 받는다.

이 제2 영역은 천공 판(들), 트로프(trough) 분배기, 이중 유동 트레이(들), 연돌(chimney) 트레이(들), 분무 노즐(들) 등과 같은 1 이상의 액체 분배 장치를 구비할 수 있다.

이 제2 영역은 또한 이의 일부에 제2 영역에서 액체와 증기의 친밀한 혼합을 촉진하기 위한 1 이상의 통상적인 증류 탑 패킹 물질을 보유할 수 있다.

액상 탄화수소가 이 제2 영역을 통해 이동(낙하)하면서, 이와 접촉하는 고에너지 수증기에 의해 실질적으로 일부 기화된다. 이로 인해 기화되기 더욱 어려운 탄화수소 성분이 계속 낙하할 수 있고 더 높은 수증기 대 액상 탄화수소 비 및 온도에 있을 수 있어, 수증기의 에너지 및 수증기 부분압의 증가와 함께 액상 탄화수소 부분압의 감소 모두에 의해 이것이 기화 가능하다. 또한, 특정 원유 공급물 조성물의 경우, 수증기는 또한 액체 내 다양한 물질의 분자량을 감소시켜 이를 기화시키기 위해 다소 약간량의 마일드 열분해를 위한 에너지를 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명에 사용되는 신규한 단계로 인해, 마일드 분해가 일어나는 경우, 이는 소량으로, 심지어 무의미한 양으로 일어난다. 본 발명에서 1차 공급물로서 사용되는 특정의 경질 전체 원유에 대해, 마일드 분해가 거의 일어나지 않거나 또는 전혀 일어나지 않으면서, 실질적으로 기화만이 일어난다.

본 발명에 의하면, 종래 기술과는 달리, 실질적으로 본 발명의 기화 유닛에서 액상 탄화수소의 마일드 분해가 없이, 기화가 최대화되며, 제외하지 않는 경우 액상 성분의 마일드 분해가 최소화된다. 이는 퀀칭유를 기화 유닛에 도입하고 이 유닛으로부터 정기적으로 미정제 공급물로부터의 액상 탄화수소와 퀀칭유의 혼합물을 배출함으로써 달성한다. 이러한 방식으로 원유 및 퀀칭유를 적당히 배합하여, 노의 복사 구역에 공급하기 위한 소정량의 탄화수소 증기를 기화 기능에 의해서만 생성시킬 수 있다. 다른 그리고 상이한 조성의 원유 및/또는 퀀칭유를 사용하여, 다소 약간량의 마일드 분해가 일어날 수 있지만, 이러한 상황에서도 소정 탄화수소 증기의 대부분이 기화 기능에 의해서만 생성될 것이다.

도 1은 노(2)가 교차점에 의해 연결된 하부 복사 구역(R)(도 2 참조) 및 상부 대류 구역(C)을 구비하는 통상적인 분해 작동(플랜트)(1)을 도시한다. 공급물(5)은 노(2)에서 분해되지만, 분해 전에 실질적으로 완전한 기화를 보장하기 위해, 이는 영역(6)에서 우선 예열된 후, 희석 수증기(7)와 혼합되고, 생성된 혼합물이 영역(6)보다 더 뜨거운 영역인 구역(C)에 있는 영역(8)에서 추가로 가열된다. 그 다음 생성된 증기 혼합물이 복사 구역(R)을 통과하여 1 이상의 복사 코일(9)에 분배된다. 코일(9)의 분해된 가스 생성물이 수집되고, 라인(10)을 지나 다수의 이송 라인 교환기(11)(도 1에서는 TLE)를 통과하고, 여기서 열분해 기능이 실질적으 로 종결될 정도로 분해된 가스 생성물이 냉각된다. TLE(11)의 바로 하류에서 재순환 냉각된 퀀칭유(20)를 주입하여 분해된 가스 생성물이 추가로 냉각된다. 퀀칭유 및 가스 혼합물은 라인(12)을 거쳐 오일 퀀칭 탑(13)을 통과한다. 이는 탑(13)에서 라인(14)으로부터의 열분해 가솔린과 같은 탄화수소성 액상 퀀칭 재료과 접촉되어, 분해된 가스 생성물이 추가 냉각될 뿐 아니라 추가의 연료유 생성물이 응축 및 회수된다. 일부 추가 냉각(미도시) 후에 라인(20)을 거쳐 생성물(24)의 일부가 라인(12)으로 재순환된다. 분해된 가스 생성물이 라인(15)을 거쳐 탑(13)으로부터 제거되고, 물 퀀칭 탑(16)을 통과하며, 여기서 이것이 탑(16)의 하부 부분으로부터 회수된 재순환되고 냉각된 물(17)과 접촉된다. 물(17)은 부분적으로는 액체 퀀칭 재료(14)로서 사용되고 부분적으로는 다른 곳에서의 다른 처리를 위해 라인(18)을 거쳐 제거되는 탑(16) 내 액상 탄화수소 분획을 응축시킨다. 라인(20)을 통과하지 않는 퀀칭유 분획(24)의 일부는 연료유로서 제거되어 다른 곳에서 처리된다.

이렇게 처리된 분해된 가스 생성물이 탑(16)으로부터 제거되어 라인(19)을 거쳐 압축 및 분별 증류 설비(21)를 통과하며, 여기서 상기한 각각의 생성물 스트림이 라인(23)으로 집합적으로 표시된 각각의 생성물 스트림과 같은 플랜트(1)의 생성물로서 회수된다.

도 2는 본 발명의 공정을 도 1의 노(2)에 적용한 일구체예를 도시한다. 상기 설명한 바와 같이, 실제 노는 구조가 복잡하기 때문에, 도 2는 간단화 및 간결화를 위해 매우 개략적으로 도시하였다. 도 2에서, 노(2)에는 예열 구역(6)으로 유입되는 1차 공급물 스트림(5)이 있는 것으로 도시되어 있다. 공급물(1)이 구역(6) 및/ 또는 구역(6)의 내부에 유입되기 전에, 상기 설명한 이유로 희석 수증기(미도시)와 혼합될 수 있다. 구역(6)은 노의 예열 구역이다. 공급물(5)이 구역(6)을 통과하고, 상기한 소정 온도 범위로 가열될 때 이는 라인(25)을 지나 구역(6)에서 배출된다. 통상적인 올레핀 플랜트에서, 예열된 공급물은 희석 수증기와 혼합될 수 있으며, 그 다음 구역(6), 예컨대 노의 대류 구역(C)으로부터 도 1의 구역(8)에, 그 다음 노(2)의 복사 구역(R)에 통과할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 예열된 공급물[주로 공급물(5)로부터의 탄화수소 액체 및 탄화수소 증기로 구성된 혼합물]이 대신에 약 500 내지 약 750℉의 온도에서 라인(25)을 지나, 이 구체예에서는 노(2)의 외부에 물리적으로 위치한 독립형 기화 유닛(26)에 통과한다. 그러나, 유닛(26)은 노(2)와 유체 연통되어 있다. 예열된 공급물은 우선 유닛(26)의 상부 제1 영역(27)에 유입되고, 여기서 존재하는 가스상 성분이 여전히 함께 존재하는 액상 성분으로부터 분리된다.

유닛(26)은 본 발명의 신규한 특징의 한 요소인 기화 유닛이다. 유닛(26)은 통상적인 분해로에서는 찾을 수 없다. 유닛(26)은 라인(25)을 거쳐 노(2)로부터 전체 원유를 수용하고, 이를 약 650 내지 약 1,100℉로 추가로 가열하여 액체 상태로 남아 있는 1차 공급물의 적어도 상당 부분의 1차적인(우선적인) 기화를 달성한다. 유닛(26)에 의해 수용된, 예열된 전체 원유와 관련되어 있는 가스가 라인(28)을 지나 영역(27)으로부터 제거된다. 따라서, 라인(28)은 영역(27)에 존재하는 실질적으로 모든 탄화수소 증기를 운반한다. 영역(27)에 존재하는 액체가 라인(29)을 거쳐 이로부터 제거되어 하부 영역(30)의 상부 내부를 통과한다. 이 구체예에서 영역(27 및 30)이 고체 트레이일 수 있는 불투과성 벽(31)에 의해 서로 유체 연통부로부터 분리된다. 라인(29)은 영역(27과 30) 사이의 외부 유체 하향 유동 연통을 나타낸다. 이것 대신에, 또는 이것에 더하여, 액체가 영역(30)의 내부로 하향 통과하고 증기가 영역(27)의 내부로 상향 통과 가능하도록 설계된 1 이상의 트레이(들)를 사용하여 벽(31)을 적어도 부분적으로 액체 투과성이 되도록 변경함으로써, 영역(27 및 30)은 그 사이에 내부 유체 연통부를 구비할 수 있다. 예컨대, 불투과성 벽(또는 고체 트레이)(31) 대신에, 라인(42)을 지나 운반된 증기가 대신에 연돌 트레이를 통과하여 라인(28)을 거쳐 유닛(26)으로부터 배출될 수 있으며, 액체(32)가 라인(29)을 거쳐 유닛(26)의 외부 대신에 유닛(26)의 내부에서 구역(30)으로 내부에서 하향 통과할 수 있는 경우에 연돌 트레이가 사용될 수 있다. 이 내부 하향 유동의 경우, 분배기(33)는 임의가 될 수 있다.

액체가 영역(27)으로부터 영역(30)으로 제거되는 어떤 방식에 의해, 이 액체는 화살표(32)로 표시되는 대로 아래로 이동하여 상기에 설명한 바와 같이 1 이상의 액체 분배 장치(33)와 만난다. 액체가 탑의 폭 방향에 걸쳐 균일하게 유동하여 패킹(34)과 접촉할 수 있도록, 장치(33)는 유닛(26)의 횡단면에 걸쳐 액체를 균일하게 분배한다. 본 발명에서는, 패킹(34)에는 탄화수소의 마일드 분해를 촉진할 수 있는 촉매와 같은 재료를 사용하지 않는다.

희석 수증기(7)는 과가열 영역(35)을 통과한 후, 라인(40)을 거쳐 패킹(34) 아래의 영역(30)의 하부 부분(54)을 통과하고, 여기서 화살표(41)로 표시되는 대로 상승하여 패킹(34)과 접촉한다. 패킹(34)에서, 액체(32) 및 수증기(41)는 서로 친 밀히 혼합되어 상당량의 액체(32)기 기화된다. 희석 수증기(41)와 함께 이렇게 새로 형성된 증기가 라인(42)을 거쳐 영역(30)으로부터 제거되어 라인(28)에서 증기에 첨가되어, 라인(43)에서 배합된 탄화수소 증기 생성물을 형성시킨다. 스트림(42)은 실질적으로 공급물(5) 및 수증기로부터의 탄화수소 증기를 함유할 수 있다. 그러나, 퀀칭유(51)의 화학적 조성에 따라, 이는 이러한 퀀칭유의 성분을 함유하지 않을 수 있거나, 오일(51)에 원래 존재하는 상당량의 임의의 더 경질인 탄화수소 성분에 비해 소량으로 함유할 수 있다. 예컨대, 중질 연료유와 같은 중질 퀀칭유에 있어서, 실질적으로 성분들이 기화하여 스트림(24)에서 끝나지 않을 것이지만, 등유, 원유(들) 또는 천연 가스 응축물과 같은 더 경질인 퀀칭유에 있어서, 상당량의 이러한 오일의 더 경질인 성분이 스트림(24)에서 끝날 수 있다.

따라서, 스트림(42)은 상당 부분의 공급물 스트림(5) + 희석 수증기(41), 스트림(50)에 존재하는 공급물(5)로부터의 소량의 액상 잔류물로 구성된다. 스트림(43)이 대류 영역(C)의 더 뜨거운(더 하부의) 구역에서 혼합된 공급물 예열 영역(44)을 통과하여 존재하는 모든 재료의 온도를 추가로 증가시킨 후, 교차점 라인(45)을 거쳐 구역(R) 내 복사 코일(9)을 통과한다. 라인(45)은 노 도관(55)의 내부 또는 외부에 있을 수 있다.

스트림(7)은 영역(30)에서 전적으로 사용할 수 있거나, 또는 [라인(52)을 거쳐] 라인(28)에서 또는 [라인(53)을 거쳐] 라인(43)에서 사용할 수 있거나, 또는 모두 라인(28 및 43)에서 액체 응축의 방지를 돕기 위해 사용할 수 있다.

구역(R)에서, 다수의 다양한 탄화수소 성분을 함유하는 라인(45)으로부터의 증기상 공급물은 상기한 바의 고강도 분해 조건에 처하게 된다.

분해된 생성물은 도 1에 도시된 바와 같이 노(2)의 올레핀 플랜트 하류의 잔류물에서 추가로 처리하기 위해 라인(10)을 지나 구역(R)에서 배출된다.

유닛(26)의 구역(30)은 액체(32)를 고온 가스(들), 예컨대 수증기(41)와 접촉시키기 위한 표면적을 제공한다. 구역(30) 내 액체 및 가스의 역류 유동으로 인해 가장 중질인(비등점이 가장 높은) 액체가 동시에 가장 높은 고온 가스 대 탄화수소 비로 그리고 가장 높은 온도로 접촉할 수 있게 된다. 이로 인해 장치 및 작동이 원유 공급 원료(5)의 가장 중질인 잔류물의 기화를 위해 가장 효율적이 되어, 고강도 분해 구역(R)에 대한 증기상 공급물(45)로서의 이러한 원유의 유용성을 매우 높인다.

본 발명에 의하면, 영역(30)에서 마일드 열분해 기능을 거의 이용하지 않거나 전혀 이용하지 않고 이러한 액체가 우선 기화된다. 이는 라인(50)을 거쳐 영역(30)의 탑저 구역(54)으로부터 연속적 또는 적어도 반연속적 또는 주기적 방식으로 액체를 제거하고 퀀칭유(51)를 이러한 탑저 액체에 도입함으로써 달성된다. 따라서, 적어도 초기에 이러한 탑저 액체 및 퀀칭유(51)의 혼합물로 구성된 액상 잔류물(50)이 형성될 수 있다.

퀀칭유(51)은 반드시 그런 것은 아니지만 분해 플랜트에서 퀀칭유로서 통상적으로 지칭되는 물질, 즉 도 1에서의 오일(24)과 동일한 물질일 수 있다. 오일(51)은 실질적으로 모두 탄화수소성이며, 주위 온도 및 압력의 조건에서 보통 액체이다. 이는 매우 다양한 탄화수소 분자를 함유할 수 있으며, 따라서 불가능하지 는 않지만 화학적 조성에 의해 특성화하기 어렵다. 그러나, 이는 주위 온도 및 압력의 조건에서 액체인 탄화수소성 혼합물로서 특성화될 수 있기 때문에, 업계에 알릴 필요는 없다. 따라서, 도 1의 분해 플랜트 퀀칭유(24), 도 1의 원유 공급물(5), 천연 가스 응축물, 디젤 오일, 연료유, 경유, 등유 등과 같은 매우 다양한 공지 물질을 사용할 수 있다.

영역(30)의 하부 구역(54)에 존재하는 공급물(50)로부터 남은 액체보다 실질적으로 더 낮은 온도에서 오일(51)이 영역(30)에 도입된다. 영역(30)의 구역(54)에서, 특히 수증기(41)가 도입되는 이러한 구역 내의 가장 낮은 지점 아래의 부분에서 지배적인 온도에서 이러한 액체에서 일어날 수 있는(존재할 수 있는) 임의의 코크스 형성 반응을 적어도 감소시키기 위해, 바람직하게는 제거하기 위해, 오일(51)의 온도는 이러한 액체의 온도보다 충분히 낮을 수 있다. 이러한 온도는 넓게 변경될 수 있지만, 일반적으로 약 800℉ 미만, 바람직하게는 약 700℉ 미만일 수 있다. 영역(30)에 도입시 오일(51)의 압력은 이 영역의 내부로 이 오일을 주입하기에 충분한 압력, 예컨대 대기압 이상 내지 약 100 psig에 있을 수 있다.

오일(51)은 스트림(41)이 구역(54)에 도입되는 가장 낮은 지점 아래의 영역(30)에서 지배적인 조건에서 빠르게 증발(flashing)되거나 또는 기화되는 더 경질인 탄화수소 분획을 함유할 수 있거나 함유하지 않을 수 있다. 오일(51)이 천연 가스 응축물인 경우, 예컨대 이의 성분은 기화되어 라인(42)에 도달할 수 있다. 상기 설명한 바와 같이 오일(51)이 혼합되어 이러한 액체의 냉각을 도우면서 이러한 기화, 특히 빠른 증발에 의한 기화가 액체의 냉각을 도울 수 있다. 오일(51)이 영역(30)의 조건 하에서 기화될 수 있는 성분을 함유하고, 라인(42 및 43)에서 끝나는 경우, 이러한 성분은 코일(9)에 대한 분해 공급물로서 적절하고 작동 가능해야 한다. 초기 조성물과 같이 오일(51)은, 영역(30)의 구역(54)에서 실질적으로 그 전체를 기화시키거나 또는 기화시키지 않도록 선택될 수 있다. 액상 잔류물 혼합물(50)에 남아 있는 오일(51)의 분획이 추가로 혼합물(50)의 전체 점도를 감소시키는 역할을 하여 이 공정의 하류의 혼합물(50)의 취급을 돕도록, 오일(51)은 영역(30)의 구역(54)에서 혼합되는 액상 탄화수소의 점도보다 상당히 (측정 가능하게) 더 낮은 점도를 가질 수 있다.

따라서, 본 발명의 퀀칭유(51)를 이용하고 잔류물(50)을 제거함으로써, 마일드 분해 기능을 배제하거나 실질적으로 배제하여 유닛(26)의 전체 작동을 기화 기능을 향해 유도할 수 있다. 이로써 공정에서 사용 가능한 전체 미정제 공급 재료(5)의 조성 범위가 더 넓어진다. 또한, 고온 금속 표면을 사용한 가열 후 빠른 퀀칭을 이용하는 종래 기술과는 대조적으로, 이에 의해 고온 가스를 사용하여 중질 탄화수소를 간단히 가열할 수 있어, 코크스의 형성 및 시스템의 바람직하지 않은 코크스 오염 및 플러깅을 방지할 수 있다. 또한, 코크스가 적게 존재할수록 그 스트림의 석유 화학적 품질 및 가치가 높아지기 때문에, 스트림(50) 내 코크스는 방지하는 것이 바람직하다.

오일(51)은 구역(54) 내 탑저 액체를 냉각시키고 영역(30) 및 라인(50) 내 코크스 형성을 감소시키는 데에 사용될 수 있을 뿐 아니라, 오일(51)에 대한 화학적 조성을 신중히 선택하여 구역(54)의 조작 조건 하에서 오일(51)로부터 더 경질 인 성분을 빠르게 증발시킴으로써 이 냉각 효과를 증대시킬 수 있다. 이 빠르게 증발된 물질은 또한 코일(9) 내 분해 공정에 제공된 공급물의 양에 유리하게 기여하여, 전체적으로 분해 플랜트의 생산성을 증가시킬 수 있다.

따라서, 도 2의 예시적인 구체에에서, 분리된 액상 탄화수소(29)가 영역(27)으로부터 더 하부의 제2 영역(30)으로 하향 낙하하여, 마일드 분해와 관련 없이 영역(30)에서 부분적으로 기화된다. 이 가스상 탄화수소는 라인(40)을 지나 영역(30)[구역(54)]의 더 하부의 부분, 예컨대 탑저의 1/2 또는 1/4에 도입된 후, 영역(30)을 통해 상승하는 고온 가스, 예컨대 수증기(41)의 영향으로 인해, 라인(42)을 지나 유닛(26)으로부터 배출된다.

대기압보다 약간 높은 압력 내지 약 100 psig(이하 "대기압 내지 100 psig"라 함)의 압력에서 약 주위 온도 내지 약 300℉의 온도에서 공급물(5)이 노(2)에 유입될 수 있다. 예열된 공급물(5)은 대기압 내지 100 psig의 압력에서 약 500 내지 약 750℉, 바람직하게는 약 600 내지 약 650℉의 온도에서 라인(25)을 거쳐 영역(27)에 유입될 수 있다.

스트림(28)은 공급물(5)로부터 형성된 실질적으로 모든 탄화수소 증기일 수 있으며, 대기압 내지 100 psig의 압력에서 약 500 내지 약 750℉의 온도에 있을 수 있다.

스트림(29)은 예열기(6)에서 기화되며 대기압보다 약간 높은 압력 내지 약 100 psig(이하 "대기압 내지 100 psig"라 함)의 압력에서 약 500 내지 약 750℉의 온도에 있는 공급물(5)로부터의 실질적으로 모든 잔류 액체일 수 있다.

스트림(43)으로 표시된 바의 스트림(28 및 42)의 배합물은 대기압 내지 100 psig의 압력에서 약 650 내지 약 800℉의 온도에 있을 수 있으며, 예컨대 탄화수소 1 파운드당 약 0.2 내지 약 2 파운드의 비로 전체 수증기/탄화수소를 함유한다.

스트림(45)은 대기압 내지 100 psig의 압력에서 약 900 내지 약 1,100℉의 온도에 있을 수 있다.

스트림(51)은 약 800℉ 미만, 바람직하게는 약 700℉ 미만의 온도, 및 스트림(40)을 구역(54)으로 주입하는 가장 낮은 지점 아래의 영역(30)의 내부의 더 하부 부분, 구역(54)으로 스트림을 주입하는 데 충분한 압력에 있을 수 있다. 영역(30)에서 스트림(51)을 스트림(40) 아래로 주입함으로써, 구역(54) 내 액체의 온도 감소(빠른 퀀칭 효과)가 최대화된다.

액상 잔류물(50)은 분획, 예컨대 모든 오일(51) 또는 이의 성분으로, 실질적으로 이것으로 희석되거나 또는 이것으로 희석되지 않은 공급물(5)의 총 중량을 기준으로 약 50 중량% 미만의 공급물(5)의 분획으로 이루어질 수 있다. 스트림(50)은 실질적으로 공급물(5) 성분만을 함유할 수 있거나, 또는 오일(51) 또는 이의 성분을 포함하는 공급물(5) 성분의 혼합물일 수 있다. 따라서, 스트림(50)은 초기에 사용된 공급물(5) 및 오일(51)의 초기 조성 및 유닛(26)의 작동 조건에 따라 100%의 공급물(5)로 또는 공급물(5) 성분과 퀀칭유(51)(또는 이의 성분)의 임의 중량의 혼합물로 구성될 수 있다. 잔류물(50)에 존재하는 공급물(5) 성분의 비등점은 약 1,000℉보다 높을 수 있다. 잔류물(50)은 대기압 내지 100 psig의 압력에서 약 700℉ 미만의 온도에 있을 수 있다.

영역(30)에서, 희석 비(고온 가스/액체 액적)가 높은 것이 바람직하다. 그러나, 전체 원유의 조성이 넓게 변경될 수 있으므로 희석 비는 넓게 변경될 것이다. 일반적으로, 영역(30)의 정상부에서의 고온 가스(41), 예컨대 수증기 대 탄화수소 비는 약 0.2/1 내지 약 5/1, 바람직하게는 약 0.2/1 내지 약 1.2/1, 더욱 바람직하게는 약 0.2/1 내지 약 1/1일 수 있다.

수증기는 라인(40)을 지나 도입된 적절한 고온 가스의 예이다. 다른 물질이 사용된 수증기에 존재할 수 있다. 스트림(7)은 통상적인 분해 플랜트에서 보통 사용되는 수증기의 유형일 수 있다. 이러한 가스는 바람직하게는 영역(30)에 유입되는 액상 탄화수소(32)의 상당한 분획을 휘발시키기에 충분한 온도에 있다. 일반적으로, 도관(40)으로부터 가스가 유입되는 영역(30)은 대기압 내지 100 psig에서 약 800℉ 이상, 바람직하게는 약 800 내지 약 1,100℉에 있을 것이다. 이러한 가스를 간단히 이하에서 수증기라는 용어만으로 지칭할 것이다.

스트림(42)은 약 1,100℉보다 낮은 온도에서 비등하는 [1차적으로 공급물(5)로부터, 그리고 가능한 경우 일부 소량은 오일(51)로부터 유도되는] 수증기와 탄화수소 증기의 혼합물일 수 있다. 이 스트림은 대기압 내지 100 psig의 압력에서 약 600 내지 약 800℉의 온도에 있을 수 있다.

통상적인 증류 탑 패킹(34)은 라인(41)으로부터 유입되는 수증기에 대한 표면적을 제공한다. 따라서, 구역(34)은 하향 유동 액체를 라인(40)으로부터 유입되는 상향 유동 수증기(41)와 접촉시키기 위한 표면적을 제공한다. 구역(30) 내 역류 유동으로 인해 가장 중질인(비등점이 가장 높은) 액체가 가장 높은 수증기 대 오일 비로 그리고 동시에 가장 높은 온도의 수증기와 접촉할 수 있게 된다. 이로 인해 장치 및 작동이 더 중질인 오일 공급 원료의 가장 중질인 부분의 기화를 위해 가장 효율적이 되어, 고강도 분해 구역(R)에 대한 증기상 공급물(45)로서의 이러한 공급 원료의 유용성을 매우 높인다. 따라서, 이러한 강력한 물질을 기화시킬 가능성이 최대화되도록, 더욱 어렵게 기화된 액체 액적이 가장 고온인 상태로 그리고 가장 높은 수증기 희석 비로 완전한 열 강도를 갖는 유입되는 수증기를 수용한다.

구역(30) 내 체류 시간과 조합된 유닛(26), 특히 영역(30) 내 온도 범위는 공급물(5)의 총 중량을 기준으로 약 1,000℉ 이하의 대기 비등점을 갖는 공급물(5) 내 액상 성분의 대부분, 적어도 약 90 중량%를 실질적으로 기화시키는 것일 수 있다. 이러한 식으로 액상의 전체 미정제 1차 공급물의 상당 부분이 구역(R)에 도입하기 위한 공급물로서 적절한 가스상 탄화수소 스트림으로 전환된다.

라인(40)으로부터의 수증기는 예컨대 도관(5)(미도시)에 도입될 수 있는 희석 수증기가 그런 것처럼, 부분압 목적을 위한 희석제로서만 작용하지 않음을 알 수 있다. 오히려, 라인(40)으로부터의 수증기는 희석 기능 뿐 아니라, 액체 상태로 남아 있는 탄화수소에 대한추가의 기화 에너지도 제공한다. 이는 더 중질인 탄화수소 성분의 기화를 달성하기에 충분한 에너지를 사용하여 그리고 에너지 투입을 제어함으로써 달성된다. 예컨대, 라인(40)에서 수증기를 사용함으로써, 구역(30) 내 코크스 형성을 감소시키면서 공급물(5) 액체의 실질적인 기화가 달성된다. 이는 오일(51) 성분의 빠른 증발을 수반하거나 수반하지 않고 오일(51)의 코크스 형성 퀀칭 효과와 조합되어, 구역(54) 내 및 잔류물(50) 내 코크스 형성을 최소화시킨다. 그에 따라 액상 탄화수소 액적이 영역(30)에서 더 하부로 전진 이동하면서, 매우 높은 수증기 희석 비 및 가장 높은 온도의 수증기가 가장 필요한 장소에 이것이 제공된다. 기화되지 않은 액체 액적을 오일(51)로 빠르게 퀀칭시킨다.

노(2) 외부의 독립형 유닛을 대신하는 도 2의 유닛(26)은, 영역(30)이 완전히 노(2)의 내부에 있도록, 대류 영역(C)의 내부에 물리적으로 포함될 수 있다. 다양한 노 설계를 고려하여 노 내에 유닛(26)을 완전히 포함시키는 것이 바람직할 수 있지만, 본 발명의 이점을 달성하기 위해 그것은 필요하지 않다. 유닛(26)은 또한 노의 외부에서 완전히 또는 부분적으로 사용할 수 있으며, 이는 역시 본 발명의 사상 내에 있을 수 있다. 노(2)에 대한 유닛(26)의 완전한 내부 및 완전한 외부 배치의 조합은 당업자에게 명백할 수 있으며, 또한 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명의 유닛(26)의 작동은 탄화수소성이던 아니던 간에 분해 또는 기화될 수 없는 물질을 제거하는 역할을 할 수 있다. 이러한 물질의 통상적인 예로는 금속, 무기 염, 미전환 아스팔텐 등이 있다. 이러한 물질은 라인(50)을 지나 시스템으로부터 취할 수 있다.

Saharan Blend로서 특성화된 저장 탱크로부터의 전체 원유 스트림(5)을 주위 온도 및 압력의 조건에서 열분해로(2)의 대류 구역에 직접 공급하였다. 이 대류 구역에서, 이 전체 원유 1차 공급물을 약 70 psig에서 약 650℉로 예열한 후, 이를 기화 유닛(26)으로 공급하고, 여기서 약 650℉ 및 63 psig에 있는 탄화수소 가스를 이 유닛의 영역(27)에서 액체로부터 분리하였다. 분리된 가스를 복사 코일(9)의 출구에서 1,450 내지 1,500℉의 온도 범위에서의 고강도 분해를 위한 동일한 노의 복사 구역에 이송하기 위해 영역(27)으로부터 제거하였다.

상기한 함께 존재하는 탄화수소 가스로부터 분리한 후, 공급물(5)로부터 남아 있는 탄화수소 액체를 하부 구역(30)으로 이송하고, 이를 이 구역에서 이의 탑저를 향하여 하향 낙하시켰다. 약 1,100℉에서 예열된 수증기(40)를 영역(30)의 탑저 부근에 도입하여 약 3.8/1의 구역(54) 내 수증기 대 탄화수소 비를 얻었다. 낙하 액체 액적은 영역(30)의 탑저로부터 이의 정상부를 향하여 상승하는 수증기를 포함하는 역류 유동물이었다. 영역(30)에서 하향 낙하하는 액체에 대한 수증기 대 액상 탄화수소 비는 영역(30)의 정상부로부터 탑저로 증가하였다.

약 710℉에 있는 수증기와 탄화수소 증기(42)의 혼합물이 영역(30)의 정상부 부근으로부터 배출되고, 이것이 라인(28)을 거쳐 영역(27)으로부터 제거된 이전의 가스와 혼합하여 존재하는 탄화수소 1 파운드당 수증기 약 0.4 파운드를 함유하는 복합 수증기/탄화수소 증기 스트림을 형성시킨다. 이 복합 스트림을 영역(44)에서 약 50 psig 미만에서 약 1,025℉로 예열시키고, 이를 노(2)의 복사 구역(R)에 도입하였다.

Claims (16)

1. (a) 가열된 전체 원유(whole crude oil) 공급 원료를 기화 기능을 제공하는 유닛에서 증기상 및 액상 탄화수소로 분리하는 단계;

   (b) 상기 증기상 탄화수소의 적어도 일부를 노의 복사 가열 구역으로 이송하여 고강도(severe) 열분해를 유도하는 단계;

   (c) 상기 액상 탄화수소의 적어도 일부를 상기 유닛에 보유시키는 단계;

   (d) 상기 보유된 액상 탄화수소를 1 이상의 가열된 가스와 접촉시켜, 노의 복사 가열 구역으로 이송하기 위한 추가의 증기상 탄화수소를 형성시키는 단계;

   (e) 코크스 형성 반응을 최소화하기 위해 잔류 액상 탄화수소를 냉각시키기에 충분한 온도에 있는 1 이상의 퀀칭유(quenching oil)를 상기 유닛의 탑저 부근으로 유도하여, 오일-액상(oil-liquid) 탄화수소 혼합물을 형성시키는 단계; 및

   (f) 상기 유닛으로부터 상기 오일-액상 탄화수소 혼합물의 적어도 일부를 제거하여, 상기 유닛의 작동을 상기 기화 기능을 향해 유도하는 단계

   를 포함하는,

   올레핀 제조 플랜트에 대한 공급 원료로서 전체 원유를 사용하는 방법.
2. 올레핀 제조 플랜트에서 고강도로 열분해된 탄화수소 재료를 후속 처리하기 위한 상기 탄화수소 재료의 고강도 열분해에 내부에 적어도 대류 가열 구역 및 상기 고강도 분해에 사용되는 개별 복사 가열 구역을 구비하는 열분해로(pyrolysis furnace)를 이용하는, 올레핀 제조 플랜트를 작동하는 방법에 있어서,

   상기 방법은 1차 공급 원료로서 전체 원유를 상기 노에 제공하는 단계,

   상기 공급 원료를 예열하여 증기상 및 액상 탄화수소의 혼합물을 형성시키는 단계,

   상기 액상 탄화수소로부터 상기 증기상 탄화수소를 분리하는 기화 유닛에서 상기 혼합물을 수집하는 단계,

   상기 증기상 탄화수소를 상기 복사 가열 구역에 통과시키는 단계,

   상기 액상 탄화수소를 상기 유닛에 보유시키는 단계,

   1 이상의 가열된 가스를 상기 유닛에 도입하여 상기 유닛에서 상기 액상 탄화수소와 혼합하여 상기 액상 탄화수소를 희석하고, 이를 가열하여 추가의 증기상 탄화수소를 형성시킨 후, 상기 유닛 내 잔류 액상 탄화수소를 배출시키는 단계,

   상기 추가의 증기상 탄화수소를 상기 복사 가열 구역으로 제거하는 단계,

   상기 유닛에 1 이상의 퀀칭유를 도입하여 상기 유닛에서 상기 퀀칭유와 상기 잔류 액상 탄화수소의 혼합물을 형성시키는 단계(상기 퀀칭유는 상기 잔류 액상 탄화수소를 냉각시켜 상기 잔류 액상 탄화수소에 존재하는 임의의 코크스 형성 반응을 최소화하기에 충분한 온도에 있음), 및

   상기 유닛으로부터 상기 잔류 액상 탄화수소의 적어도 일부를 제거하여, 상기 유닛의 작동을 기화를 향해 유도하는 단계

   를 포함하는 것에 개선점이 있는, 올레핀 제조 플랜트를 작동하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 공급 원료를 500 내지 750℉의 온도로 가열하고, 상기 가열된 가스는 상기 액상 탄화수소를 650 내지 1,100℉의 온도로 가열하며, 상기 퀀칭유의 온도는 800℉ 미만인 것인 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 퀀칭유의 온도는 700℉ 미만인 것인 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 퀀칭유는 주위 온도 및 압력 조건에서 탄화수소성 액체인 것인 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 퀀칭유는 점도가 실질적으로 상기 잔류 액상 탄화수소의 점도 미만이며, 점도가 실질적으로 상기 잔류 액상 탄화수소 단독의 점도 이하인 퀀칭유 및 잔류 액상 탄화수소의 혼합물을 생성시키는 것인 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 퀀칭유는 탄화수소 분해 플랜트 퀀칭유, 전체 원유, 천연 가스 응축물, 경유, 디젤 오일 및 등유로 구성된 군에서 선택되는 1 이상인 것인 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 퀀칭유는 상기 잔류 액상 탄화수소와 혼합시 증기로 빠르게 증발(flashing)되어 상기 잔류 액상 탄화수소의 냉각을 돕는 탄화수소 성분을 포함하며, 빠르게 증발되는 상기 성분은 상기 복사 가열 구역에서 분해용 공급물로서 작용할 수 있는 것인 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 1 이상의 가열된 가스를 상기 유닛에 도입하는 가장 낮은 지점 아래에서 상기 퀀칭유를 상기 유닛에 도입하는 것인 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 가열된 가스를 상기 유닛으로부터 제거한 후에 그리고 상기 가열된 가스를 상기 복사 구역에 도입하기 전에, 상기 가열된 가스를 상기 증기상 탄화수소 및 추가의 증기상 탄화수소 중 1 이상과 혼합하는 것인 방법.
11. 제1항에 있어서, 모든 증기상 탄화수소를 상기 잔류 액상 탄화수소로부터 분리하여, 상기 유닛에 보유된 탄화수소 액체만을 추가적인 기화 처리하는 것인 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 가열된 가스를 0.2/1 내지 5/1의 가열된 가스/탄화수소 희석 비로 상기 유닛에 도입하는 것인 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 가열된 가스를 800℉ 이상의 온도에서 상기 유닛에 도입하는 것인 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 가열된 가스는 수증기인 것인 방법.
15. 제2항에 있어서, 상기 유닛은 a) 상기 대류 가열 구역의 내부에, 또는 b) 상기 노의 외부에, 그러나 상기 노의 내부와 유체 연통하여 있는 것인 방법.
16. 삭제

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