KR101610057B1 - 중유 전환 및 감압 경유 처리의 최적의 통합을 위한 선택적인 중질 경유 재순환 - Google Patents

중유 전환 및 감압 경유 처리의 최적의 통합을 위한 선택적인 중질 경유 재순환 Download PDF

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Abstract

중유 전환과 업그레이드를 위한 향상된 프로세스 및 중유 전환과 감압 경유 처리를 위한 조합된 방법이 본 명세서에 기재되어 있다. 상기 방법은 감압 증류기로부터 개별 생성물의 생성과 재순환을 이용하고, 이는 나중에 중유 전환 반응기로 다시 재순환된다. 그 결과, 일반적인 감압 경유 처리 프로세스에 이용되기에 적합한 전체 감압 경유 생성물에 비해 더 높은 품질의 중간 경유 생성물이 생성된다. 부가적으로, 중유 전환 유닛으로부터 더 높은 디젤 수율 선택도가 얻어진다.

Description

중유 전환 및 감압 경유 처리의 최적의 통합을 위한 선택적인 중질 경유 재순환{SELECTIVELY HEAVY GAS OIL RECYCLE FOR OPTIMAL INTEGRATION OF HEAVY OIL CONVERSION AND VACCUM GAS OIL TREATING}
탄화수소 화합물은 다수의 목적에 있어 유용하다. 특히, 탄화수소 화합물은 연료, 용제, 탈지제 (degreasers), 세척제, 및 폴리머 전구체로서 유용하다. 탄화수소 화합물의 가장 중요한 원천은 석유 원유이다. 원유를 개별 탄화수소 화합물 분류물 (fractions) 로 정제하는 것은 잘 알려져 있는 처리 기술이다.
일반적으로 말해서, 정제소는 들어오는 원유를 받아서, 하기 방식으로 다양한 다른 탄화수소 생성물을 생성한다. 조생성물 (crude product) 은 먼저 원유 타워 (crude tower) 에 도입되어, 나프타, 디젤, 및 상압 바텀 (atmospheric bottoms) (약 650 ℉, 즉 343 ℃ 이상에서 비등) 을 포함하는 다양한 다른 성분으로 분리된다.
그리고 나서, 원유 타워로부터의 상압 바텀은 후 처리를 위해 감압 증류기 (vacuum still) 로 보내지고, 감압 증류기에서 중질 감압 잔사유 스트림 (예컨대, 1050 ℉, 즉 566 ℃ 이상에서 비등) 과 감압 경유 (VGO) 스트림 (통상적으로 650 ℉ ∼ 1050 ℉, 즉 343 ℃ ∼ 566 ℃ 에서 비등) 으로 더 분리된다. 이때, 중질 감압 잔사유 생성물은 원하지 않는 불순물을 제거하기 위해 더 처리되거나 또는 유용한 탄화수소 생성물로 전환될 수 있다.
감압 잔사유 스트림을 처리하기 위해, 특히 중질 원유를 이용하는 경우 성능과 효율에 있어 다양한 이점을 갖는 에불레이트 베드 (ebullated-bed) 기술이 개발되어 판매되고 있다. 이 프로세스는 여기서 참조로 인용되는 Johanson 의 미국특허 제 Re 25,770 호에 개략적으로 기재되어 있다. 감압 잔사유의 처리는 일반적으로, 전환 생성물 및 비전환 감압 잔사유의 업그레이드 (오염물질 감소) 와 함께 더 경질의 비등 생성물로의 전환을 수반한다.
에불레이트 베드 프로세스는 액체들 또는 액체와 고형물의 슬러리 및 가스의 동시 유동 스트림을, 촉매를 담고 있는 수직방향 원통형 도관에 통과시키는 것을 포함한다. 촉매는 액체 내에서 움직이도록 위치되고, 고정된 때의 질량 (mass) 의 체적보다 더 큰, 액체 매체에 분산된 총 체적을 갖는다. 이 기술은 중질 액체 탄화수소, 일반적으로 감압 잔사유의 업그레이드 또는 석탄의 합성유로의 전환에 이용된다.
여기서 기술하는 본 발명은 감압 잔사유의 중유 전환/업그레이드 및 바람직하게는 전환 프로세스 감압 경유의 수소처리/수소분해를 최적으로 통합하는 향상된 계획이다. 본 발명은, 석유 상압 또는 감압 잔사유, 석탄, 갈탄, 탄화수소 폐기물 스트림 또는 이들의 조합을 포함 (이들로 국한되지 않음) 하는 에불레이트 베드 반응기 시스템, 고정 베드 시스템, 분산된 촉매 슬러리 반응 시스템 및 이들의 조합을 포함하는 넓은 범위의 용도에 적용될 수 있다.
본 발명은 선택적 생성 감압 증류 생성물 (중질-중질 감압 경유 또는 HHVGO) 의 생성 및 다시 중유 전환 반응기로의 재순환을 포함한다. 재순환은 일반적으로 850 ~ 1050 ℉ 비등 범위에서 비등하는 선택적 분류물이고, CCR 및 전체 VGO 생성물에서의 헵탄 불용성 물질을 포함하는 중요한 오염물질의 대부분을 포함한다.
수소처리기 또는 수소분해기로 향하는 나머지 VGO (예컨대, LVGO 및 MVGO 분류물) 는 훨씬 더 낮은 CCR 및 아스팔텐을 가지므로, 처리하기 더 용이하다. 본 발명에서 단계 생성물의 전환을 분리하는 감압 증류기는, 일반적으로 (비등 범위 순으로) LVGO (경질 감압 경유); MVGO (중간 (medium) 감압 경유); HHVGO (중질 중질 감압 경유); 및 감압 바텀 (vacuum bottoms, 잔사유) 를 포함하는 4 개의 생성물을 갖는다. MVGO 는 수소처리 촉매 비활성화에 주로 기여하는 감압 잔사유를 적게 갖는다.
그리고 나서, HHVGO 스트림은, LVGO, MVGO 및 디젤 비등 범위 생성물로 이루어진 순 (net) 감압 증류 경유 생성물로, 다시 중유 전환 반응기로 재순환될 때 분해 및 수소화를 포함하는 처리를 거친다.
본 발명의 목적은, 감압 경유 (VGO) 전환 생성물의 수소처리/수소분해에 적합한 공급물을 생성하면서, 중질 감압 잔사유 공급물을 최적으로 처리하기 위한 신규 프로세스 구성 반응기 디자인을 제공하는 것이다.
본 발명이 신규 특징은, 진공 분리를 통한, 중유 전환 프로세스 감압 증류기로부터 개별 HHVGO 생성물의 생성, 및 그로 인한 경질 및 중간 감압 경유 생성물의 생성을 포함한다. 이 MVGO 는 향상된 품질을 갖고, 일반적인 감압 오일 처리 프로세스 및 VGO 처리기 공급물에서의 바람직하지 않은 동반 감압 잔사유의 최소 위험에 적합하다.
본 발명의 다른 신규한 점은, HHVGO 스트림의 전환 반응기, 바람직하게는 종결 (extinction) 로의 재순환이고, 그 결과 중유 전환 유닛으로부터 값진 디젤 수율 선택도가 더 높아진다.
또한, 본 발명을 다음과 같이 기술할 수 있다: 감압 잔사유 공급물이 먼저 중유 전환 업그레이드 유닛을 통해 처리되어, 이후 수소처리를 위한 중질 감압 경유 (HVGO) 스트림을 생성하는 중질 감압 잔사유 전환/업그레이드 및 감압 경유 처리에 있어서, 개선점에, 상기 중질 감압 경유 스트림의 일부를 분리하여, 나중에 중유 전환 업그레이드 유닛으로 다시 재순환되는 중질 중질 감압 경유 (HHVGO) 스트림을 생성하는 것이 포함되고, 상기 HHVGO 스트림의 90 % 이상은 850 ~ 1050 ℉ (454 ~ 566 ℃) 범위에서 비등한다.
재순환 결과, 더 높은 순 디젤 수율로 HHVGO 가 전환되고, 더 경질이면서 처리하기 용이한 MVGO 생성물이 하류의 VGO 수소처리 유닛에 공급된다. 그러므로, 본 발명에 의하면, 중유 전환 유닛으로부터 더 바람직한 수율 선택도가 달성되고, 더 경제적이고 효율적인 감압 경유 처리 유닛이 달성된다.
더 구체적으로, 본 발명은, 중질 감압 잔사유 전환 및 감압 경유 처리의 프로세스에 관한 것으로서, 여기서 감압 잔사유 공급물이 먼저 중유 전환 단계를 통해 처리되고, 상기 프로세스는, 상기 전환 단계로부터 유출물을 감압 분리하여, 중질 중질 감압 경유 (HHVGO) 스트림을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 HHVGO 스트림의 90 wt% 이상이 840 ~ 1050 ℉ (449 ~ 566 ℃) 범위에서 비등하고, HHVGO 스트림의 분류물이 다시 중유 전환으로 재순환된다.
유리한 실시형태에 있어서, 감압 분리에서, 90 ~ 100 wt% 가 1000 ℉ (538 ℃) 미만에서 비등하는 경질 감압 경유 (LVGO), LVGO 와 HHVGO 사이의 범위에서 비등하는 중간 감압 경유 (MVGO), 및 감압 바텀 생성물이 또한 획득되고, 상기 LVGO 및/또는 MVGO 의 적어도 분류물이 수소처리되며, 선택적으로는, 상기 감압 바텀의 적어도 분류물이 중유 전환 단계로 재순환된다.
상압 또는 감압 잔사유 전환을 위한 바람직한 프로세스는,
a) 중유 전환 반응기에 상압 또는 감압 잔사유를 제공하는 단계로서, 상기 상압 또는 감압 잔사유의 적어도 40 % 가 1000 ℉ (538 ℃) 이상에서 비등하고, 상기 반응기는, 750 ℉ ~ 850 ℉ (399 ~ 454 ℃) 온도, 0.10 ~ 3.0 h-1 의 무게 시간당 공간 속도 및 1000 ~ 3000 psia (pounds per square inch, absolute) 의 입구 수소 분압의 반응 조건에서 작동하여, 전체범위 (C5+) 전환 유출물의 유출물 및 비전환 잔사유 유출물 (650 ℉, 즉 343 ℃ 이상에서 비등) 을 분리하는 단계;
b) 상기 비전환 잔사유를 감압 증류기로 전달하여, 상기 비전환 잔사유를, 경질 감압 경유 스트림 (LVGO), 중간 감압 경유 스트림 (MVGO), 850 ~ 1050 ℉ (454 ~ 566 ℃) 에서 비등하는 중질 중질 감압 경유 스트림 (HHVGO) 및 감압 잔사유 스트림 (1050 ℉+, 즉 566 ℃+) 으로 분리하는 단계;
c) 상기 경질 감압 경유 스트림 및 중간 감압 경유 스트림을 수소처리 또는 수소분해하는 단계; 및
d) 선택적인 비전환 감압 잔사유 스트림과 함께 상기 HHVGO 스트림의 적어도 일부를 상기 중유 전환 반응기로 재순환시키는 단계를 포함하고,
e) 상기 HHVGO 의 재순환의 결과, HHVGO 의 재순환이 없을 때의 동일한 프로세스에 비해, 중유 전환으로부터 수율 선택도가 더 높아지고, 상기 VGO 수소처리기 또는 수소분해기로의 공급물 품질이 현저히 향상된다.
이하에서, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더 설명한다.
도 1 은, 여기서 설명하는 본 발명의 신규 특징을 갖는 통합 프로세스의 개략적인 플로우차트이다.
도 1 은 본 발명의 개략적인 플로우차트이다. 먼저, 중유 공급 스트림 (10) 이 원유 분류 타워 (12) 에 도입되어, 증류물 및 상압 바텀 (650 ℉, 즉 343 ℃ 이상에서 비등) 을 포함하는 상이한 여러 성분으로 분리된다.
그리고 나서, 추가적인 수소화 및 헤테로원자의 제거를 위해, 원유 타워 (12) 로부터 증류물 (14) 이 수소처리기 (19) 로 보내진다. 그리고, 이후 처리를 위해, 원유 타워 (12) 로부터 상압 바텀 스트림 (16) 이 원유 감압 증류기 또는 타워 (17) 로 보내지고, 그곳에서 중질 감압 잔사유 스트림 (20) (예컨대, 약 1000 ℉, 즉 538 ℃ 이상에서 비등) 및 감압 경유 (VGO) 스트림 (18) (650 ℉ ~ 1000 ℉, 즉 343 ~ 538 ℃ 에서 비등) 으로 분리된다. 중질 감압 잔사유 스트림 (20) 은 원하지 않는 불술물을 제거하도록 처리될 수 있고, 유용한 탄화수소 생성물로 전환될 수 있다.
감압 타워 (17) 로부터 감압 경유 스트림 (18) 은 감압 경유 수소처리기 (23) 로 보내지고, 그곳에서 VGO 스트림은 이용가능한 탄화수소 생성물을 얻기 위해 후 처리된다. 이 후 처리는, 가솔린과 디젤 연료로 전환되는 유체 촉매 분해기 (Fluid Catalytic Cracker, "FCC") 유닛 (도시 생략) 에서의 일반적인 최종 처리 전의 일부 세척 수소처리뿐만 아니라, VGO 공급물의 디젤 (400 ℉ ~ 650 ℉, 즉 204 ~ 343 ℃ 에서 비등) 로의 일부 전환을 포함할 수 있다.
감압 타워 (17) 로부터 감압 잔사유 스트림 (20) 이 중유 전환 업그레이드 유닛 (21) 으로 보내진다. 중유 전환 업그레이드 유닛 (21) 은 에불레이트 베드 반응기, 고정 베드 반응기, 분산된 촉매 슬러리 반응 시스템 또는 이들의 조합일 수 있지만, 중질 그레이드 공급물에의 적용가능성으로 인해 에불레이트 베드 시스템을 채용하는 것이 바람직할 수 있다.
중유 전환 업그레이드 유닛 (21) 은, 수소화 및 헤테로원자의 제거를 위해 수소처리기로 보내지는 증류물 스트림 (15), 및 약 90 % 가 650 ℉ (343 ℃) 초과의 비등점을 갖고 생성물 감압 증류기 (product vacuum still) (25) 로 보내지는 비전환 상압 잔사유 스트림 (22) 을 생성한다.
일반적으로, 감압 증류기로부터의 총 VGO 생성물은 감압 경유 수소처리기/수소분해기로 보내진다. 이 총 VGO 생성물은 일반적으로 비교적 높은 함량의 헵탄 불용성 물질, CCR, 다핵 방향족 (PNAs) 및 오염물질 금속을 포함한다. 그러한 재료는 VGO 수소처리 및 수소분해 촉매의 잘 알려져 있는 비활성화제 (deactivator) 이다. 더욱이, 이러한 재료의 본질로 인해, VGO 처리 반응기는 더 깨끗한 공급물을 이용할 때보다 더 큰 체적을 갖게 되고 더 큰 압력에서 작동하게 되고, 따라서 실질적으로 투자 및 작동 비용이 증가하게 된다.
그러나, 본 발명의 프로세스에서, 처리용 다중 생성물 스트림을 생성하기 위해 감압 증류기 (25) 가 이용된다. 감압 증류기 (25) 는 비전환 상압 생성물을 경질 감압 경유 (28) (LVGO) (1000 ℉, 즉 538 ℃ 미만에서 90 ~ 100 % 비등), 중간 감압 경유 (MVGO) (26), 및 중질-중질 감압 경유 스트림 (HHVGO) (32) 및 감압 바텀 생성물로 분리한다. LVGO 와 MVGO 의 조합인 순 VGO 생성물은 하나의 스트림이거나, 또는 도 1 에 나타낸 것처럼, 감압 증류기에서, 이후에 증류물 수소처리기 (19) 로 보내지는 경질 감압 경유 스트림 (LVGO) (28) 및 이후에 감압 경유 수소처리기/수소분해기 (23) 로 보내지는 중간 감압 경유 스트림 (MVGO) (26) 으로 더 분리될 수 있다.
전체 VGO 생성물로부터 HHVGO (32) 의 제거는, 스트림에서 전술한 오염물질의 레벨을 감소시킴으로써 VGO 수소처리기/수소분해기 (23) 공급물의 품질을 크게 향상시킨다. 부가적으로, HHVGO 스트림 (32) 의 많은 분류물은, 다시 중유 전환 유닛 반응기 (21) 로의 총 재순환 스트림 (36) 을 형성하기 위해, 감압 증류기 (25) 로부터의 가능한 감압 바텀 재순환 (30) 을 따라 이후에 조합되고, 따라서 VGO 수소처리기/수소분해기 (23) 공급율이 감소하고, 그러므로 실질적으로 전체 구성 투자 비용이 감소된다.
이미 언급한 것처럼, 감압 증류기 (25) 로부터 감압 바텀 (24) 의 일부가 추가적인 감압 잔사유 전환을 위해 중유 전환 업그레이드 유닛 (21) 으로 다시 재순환될 수 있고, 이때 순 감압 증류 바텀 (31) 은 일반적으로 중질 연료 오일 또는 코커 (coker) 또는 용제 탈아스팔트화기 (solvent deasphalter, SDA) 유닛 (도시 생략) 으로 향하게 된다.
이하의 예를 통해 본 발명을 더 설명하며, 이하의 예는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
예 1
본 발명의 프로세스 및 경제적 이점을 입증하기 위해, 하류 VGO 수소처리를 갖는 2 개의 에불레이트 베드 반응기 케이스가 개발되었고, 이하에 기재되어 있다. 케이스 1 에서는, 생성 감압 타워로부터의 개별 HHVGO 스트림이 존재하지 않는다. 본 발명을 보여주는 케이스 2 에서는, 감압 타워로부터 HHVGO 스트림이 회수되고, 그 중 일부가 중유 전환 업그레이드 유닛으로 재순환된다. 두 케이스는, 표 2 의 감압 바텀 생성물의 동일한 속도에 의해 나타낸 것처럼, 감압 잔사유 전환의 동일한 레벨에서 작동한다. 대응하는 케이스의 작동 조건 및 공급물 분석을 이하의 표 1 및 표 2 에 나타내었다.
예는 1시간 당 중유 전환 유닛에의 감압 잔사유 공급 200 톤의 처리를 포함한다. 1050 ℉+ 초과 (>566 ℃) 에서 비등하는 재료의 순 전환은 78 W% 이다.
케이스 2 에서, HHVGO 의 28 TPH 또는 약 14 % 재순환 (신규 공급에 기초하여) 이 중유 전환 반응기로 보내진다. 이 HHVGO 선택 분류물 다량이 반응기에서 더 경질의 재료로 전환된다. 중유 전환 감압 증류기로부터의 순 HHVGO 생성물의 작은 퍼지 (purge) 가 존재한다.
Figure 112010082679546-pct00001
Figure 112010082679546-pct00002
Figure 112010082679546-pct00003
주석: IBP ~ 712℉ 는 712℉ 미만을 의미하고; 712℉ ~ 932℉ 는 712℉ 이상 932℉ 미만을 의미하며; 932 ~ 1050℉ 는 932℉ 이상 1050℉ 미만을 의미하고; 1050℉+ 는 1050℉ 이상을 의미한다.
표 2 에서 명확히 입증된 것처럼, 본 발명의 신규 특징을 포함하는 케이스는 값진 디젤 비등 범위 재료를 포함하는 경질 생성물에 대한 향상된 전환 선택도를 보여준다. 나프타 + 디젤 범위 비등 생성물의 선택도가 54 % 로부터 60 % 로 증가되었다. 이는 보다 적은 VGO 수율 (전환 생성물의 46 % 로부터 40 % 로 감소됨) 로 달성된다.
표 3 에서 드러난 것처럼, 본 발명의 결과, VGO 처리기에의 공급이 크게 향상된다. 중요한 C7 아스팔텐이 200 wppm 미만으로 감소되어, 수소처리기/수소분해기 촉매 성능 및 수명 (사이클 시간 - 촉매 교체 시간) 이 현저히 향상된다. 추가적으로, 본 발명의 결과, VGO 처리기 공급물의 CCR 및 오염물질 금속이 약 절반으로 된다.
더욱이, 향상된 VGO 공급물의 결과, 더 작은 반응기 체적 (공급율 감소 및 향상된 공급물 품질에 기인함) 및 감소된 설계 압력이 요구되므로, VGO 처리기의 설계가 덜 비싸진다.
본 발명을 폭 넓게 그리고 바람직한 실시형태를 이용하여 설명하였지만, 이하의 청구항에 기재되는 본 발명의 범위 내에서 반응기 및 프로세스에 수정 및 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (5)

  1. 중질 감압 잔사유 전환 및 감압 경유 처리의 프로세스로서,
    감압 잔사유 공급물이 먼저 중유 전환 단계를 통해 처리되고, 상기 프로세스는, 상기 전환 단계로부터 유출물을 감압 분리하여, 중질 중질 감압 경유 (HHVGO) 스트림을 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 HHVGO 스트림의 90 wt% 이상이 840 ~ 1050 ℉ (449 ~ 566 ℃) 범위에서 비등하고, HHVGO 스트림의 분류물이 다시 중유 전환으로 재순환되는 프로세스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 HHVGO 스트림의 분리 후에, 나머지 VGO 는 수소처리기 또는 수소분해기로 보내지는 프로세스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    감압 분리에서, 90 ~ 100 wt% 가 1000 ℉ (538 ℃) 미만에서 비등하는 경질 감압 경유 (LVGO), LVGO 와 HHVGO 사이의 범위에서 비등하는 중간 감압 경유 (MVGO), 및 감압 바텀 생성물이 획득되고,
    상기 LVGO 및 MVGO 중 하나 이상의 적어도 일부가 수소처리되는 프로세스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 감압 바텀 생성물의 적어도 일부가 중유 전환 단계로 재순환되는 프로세스.
  5. 상압 또는 감압 잔사유 전환을 위한 프로세스로서,
    a) 중유 전환 반응기에 상압 또는 감압 잔사유를 제공하는 단계로서, 상기 상압 또는 감압 잔사유의 적어도 40 % 가 1000 ℉ (538 ℃) 이상에서 비등하고, 상기 반응기는, 750 ℉ ~ 850 ℉ (399 ~ 454 ℃) 온도, 0.10 ~ 3.0 h-1 의 무게 시간당 공간 속도 및 1000 ~ 3000 psia (pounds per square inch, absolute) 의 입구 수소 분압의 반응 조건에서 작동하여, 전체범위 (C5+) 전환 유출물의 유출물 및 비전환 잔사유 유출물 (650 ℉, 즉 343 ℃ 이상에서 비등) 을 분리하는 단계;
    b) 상기 비전환 잔사유를 감압 증류기로 전달하여, 상기 비전환 잔사유를, 경질 감압 경유 스트림 (LVGO), 중간 감압 경유 스트림 (MVGO), 850 ~ 1050 ℉ (454 ~ 566 ℃) 에서 비등하는 중질 중질 감압 경유 스트림 (HHVGO) 및 감압 잔사유 스트림 (1050 ℉+, 즉 566 ℃+) 으로 분리하는 단계;
    c) 상기 경질 감압 경유 스트림 및 중간 감압 경유 스트림을 수소처리 또는 수소분해하는 단계; 및
    d) 선택적인 비전환 감압 잔사유 스트림과 함께 상기 HHVGO 스트림의 적어도 일부를 상기 중유 전환 반응기로 재순환시키는 단계를 포함하고,
    e) 상기 HHVGO 의 재순환의 결과, HHVGO 의 재순환이 없을 때의 동일한 프로세스에 비해, 중유 전환으로부터 수율 선택도가 더 높아지고, 상기 수소처리기 또는 수소분해기로의 공급물 품질이 현저히 향상되는 프로세스.
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