KR101829288B1

KR101829288B1 - 중질 공급 재료 혼합기

Info

Publication number: KR101829288B1
Application number: KR1020127016891A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 아더 라르손; 조오지 이. 주니어 다브니; 존 알. 3세 머피; 케네스 잭 쥬니어 퓨얼; 용 왕
Original assignee: 테크닙 프로세스 테크놀로지 인코포레이티드
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2018-02-19
Also published as: JP2013514441A; EP2513255A4; CN102656254B; CN102656254A; HUE042406T2; EA022132B9; US20110144405A1; EA201071321A2; JP5761865B2; WO2011075475A1; EA022132B1; KR20120103665A; TW201144424A; TWI538994B; US8496786B2; EA201071321A3; EP2513255B1; BR112012013689A2; ES2715931T3; EP2513255A1

Abstract

중질 탄화수소 공급 원료의 흡입량을 완전히 증기화하도록 설계된 장치가 기재된다. 장치, 소위 중질 공급 재료 혼합기는 공통 종축 주위에 동축으로 배치되는 파이프로 구성된다. 내부 관형부는 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기의 2사의 액상 기상 혼합물을 장치로 방출한다. 수렴/발산 관형부은 스로트부로 수렴된 다음 출구부에 발산되는 유일한 구조를 갖는다. 수렴부는 과열된 증기의 균일한 쉬라우드를 내부 관형부에 의해 방출되는 탄화수소 스트림 상으로 향하게 한다. 흡입 스트림과 과열된 증기의 충돌은 스로트부 내에서 혼합 및 그 이상의 기화를 개시시킨다. 혼합물은 기화가 완료되는 경우에 수렴/발산 관형부를 선회해서 출구부로 통과된다. 완전히 증기화된 스트림은 그 이상의 처리 하류를 위한 장치로부터 향하게 된다.

Description

중질 공급 재료 혼합기{HEAVY FEED MIXER}

본 발명은 일반적으로 중질 탄화수소 공급 원료를 증기화 하기 위한 장치 및 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 증기와 혼합된 중질 탄화수소 공급 원료를 실질적으로 완전히 증기화 하기 위한 장치 및 공정에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 중질 탄화수소 공급 원료로부터 올레핀과 같은 기상 및 액상 생성물의 제조 시에 장치 및 공정의 이용에 관한 것이다.

탄화수소 공급 원료를 더 유용한 기상 및 액상 부산물로 변환하는 열분해(thermal cracking)는 잘 알려진 공정이다. 열분해(pyrolysis)로도 알려져 있는 이 분해 공정은 짧은 쇄상 탄화수소를 형성하기 위해 긴 탄화수소에서 탄소-탄소 결합을 분해한다. 전체 반응 속도 및 최종 생성물은 처리 온도, 압력 및 체류 시간에 의존한다. 열분해는 에탄(ethane), 프로판(propane) 또는 나프타(naphtha)와 같은 다양한 종류의 비교적 경질 탄화수소 공급 원료로부터 에틸렌(ethylene), 프로필렌(propylene) 또는 부텐(butene)과 같은 올레핀(olefins)을 생성하기 위해 공통으로 사용되어 왔다. 증기 분해는 고온 열분해 공정이며, 그것은 통상 열분해로에서 수행된다.

종래의 열분해로는 일반적으로 2개의 주요 부분, 대류부와 방사부를 갖는다. 기상 또는 액상 탄화수소 공급 재료는 그것이 간접적으로 접촉하는 대류부로 도입되며 노 버너 배기 가스에 의해 예열된다. 더욱이, 원하는 경우, 희석 증기가 대류부에 추가될 수 있다. 액상 탄화수소 공급 재료는 2상의 액상-기상 혼합물을 생성하기 위해 대류부에서 예열된다. 그 다음, 예열된 공급 재료는 방사부로 향하며, 공급 원료-증기 혼합물은, 방사열로 가열되고 통상 10분의 1초에 측정된 체류 시간 동안 850℃ 정도의 높은 온도에서 분해되어 원하는 생성물을 형성한다. 분해 후, 분해된 가스는 노를 나가고, 바람직하게는 신속히 소입되며, 추가 처리를 위해 하류로 보내진다. 분해 공정의 결과로서 형성된 생성물은 분해 온도, 압력 및 노 체류 시간뿐만 아니라 공급 재료의 조성, 탄화수소 대 증기 비와 같은 인자에 의존한다.

열분해로에서의 증기 분해는, 에탄, 프로판, 액화 석유 가스(LPG), 또는 나프타와 같은 경질 탄화수소 공급 원료로부터 올레핀을 성공적으로 생성하기 위해 사용되어 왔다. 그러나, 올레핀의 제조와 관련된 비용을 줄이는 계속된 요구가 있다. 하나의 접근법은 저비용 공급 원료의 이용을 포함하며, 그것은 열분해 공정에 의해 경제적으로 업그레이드될 수 있다. 예를 들어, 지배적인 공급 재료이었던 에탄 또는 나프타 공급 원료보다 무거운 공급 원료의 이용은 올레핀 제조의 비용을 될 수 있는 한 줄일 수 있다. 고려될 수 있는 중질 탄화수소 공급 원료의 예는, 대기가스 오일, 진공가스 오일, 원유, 탈아스팔트유, 타르 샌드(tar sand)나 오일 셰일(oil shale)로부터 유도된 오일, 가스 액화 중질 엔드(heavy ends), 중질 응축액 및 수소화 분해된 잔류물을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다. 그러나, 열분해로에서 200℃보다 높은 초기 비등점을 갖는 중질 공급 원료의 이용은 대류부 튜브에서 파울링(fouling) 또는 코킹(coking)을 일으킬 수 있으며, 그것은 노의 동작 성능에 나쁜 영향을 미친다. 이것은 기화되지 않은 중질 엔드가 대류부 내의 금속 튜빙에서 고온에 노출될 때 발생한다. 주기적인 간격으로 제조를 정지하여 열분해로를 세정하는 것이 필요해진다. 이것은 출력을 상당히 감소시키며 제조 비용을 증가시킨다. 이 문제를 줄이기 위해, 중질 탄화수소 공급 원료는 가열되지 않은 표면 내 증기가 존재 시 완전히 기화되어야 한다.

중질 탄화수소 공급 원료의 열분해와 관련된 상술한 그리고 다른 문제를 처리하고자 하는데 있어서 다양한 접근법이 이용되어 왔다. 예를 들어, 본 명세서에서 충분히 설명되는 것처럼 참고로 포함되어 있는 Ngan 등의 미국 특허 제6,632,351호 및 Stell 등의 미국 특허 제7,311,746호는 중질 공급 원료를 열분해하기 위한 장치를 각각 개시하며, 그것은 중질 공급 재료의 휘발성 및 비휘발성 성분을 분리한다. 코킹 문제를 더 적게 야기시키는 경질 탄화수소 성분이 올레핀으로 변환될 수 있는 증기 분해로로 공급된다. 중질 탄화수소 성분은, 예를 들어, 유체 촉매 분해와 같은 다른 기술을 사용하여 처리될 수 있는 저장 탱크로 경로 지정된다. 그러나, 이 접근법은 대류부 이전에 하나 이상의 혼합 및 분리 유닛의 추가뿐만 아니라 추가적인 처리 단계를 필요로 한다. 이것은 공정 복잡성을 상당히 증가시키며 자본 비용이 높아진다.

다른 예는 본 명세서에 충분히 설명된 것처럼 참고로 포함되어 있는 Fernandez-Baujin 등의 미국 특허 제5,190,634호 및 Eric Lenglet의 미국 특허 제5,817,226호에 의해 제공된다. 중질 탄소 공급 원료를 혼합 및 기화하기 위해 H₂, CH₄ 또는 기화된 경질 탄화수소 공급 원료와 같은 수소 농후 가스 스트림을 사용함으로써 코크 형성이 방지되는 공정이 이 특허에 개시되어 있다. 대류부에서 수소 생성물을 포함하는 것은, 예를 들어, 예열된 탄화수소의 중합을 방지함으로써 코크 형성을 최소화한다. 그러나, 이 접근법은 필요한 수소 농후 스트림을 방출하기 위해 추가적인 배관을 필요로 함으로써 복잡성 및 비용을 증가시킨다. 또한, H₂와 같은 공정 가스를 이용하는 요구는 전체 동작 비용에 추가된다.

또 다른 예는 본 명세서에 충분히 설명된 것처럼 참고로 포함되어 있는 Alexander Grondman의 미국 특허 제4,498,629호 및 Chandrasekharan 등의 미국 특허 제6,797,238호에서 발견할 수 있다. 이 특허는 노의 방사 가열부에 공급되기 전에 중질 탄화수소 공급 원료를 증기로 완전히 기화시킴으로써 코크 형성을 위한 경향을 최소화하는 장치를 개시한다. 장치는 종축 및 그들 사이에 이격되어 형성된 환상을 일치시킨 2개의 동심 튜브형 요소를 포함한다. 외부 튜브형 요소는 한 위치에서 그 개방 단부에 부착된 약간 확산되고 연장된 절두-원뿔 형상 요소를 가지며, 그것은 과열된 증기가 중질 탄화수소 공급 원료와 접촉하는 위치 뒤에 있다. 이 구성은, 절두-원뿔 형상 요소의 벽과 접촉하는 액적의 양을 감소시킴으로써 코크 형성의 위험을 감소시키는 것으로 제시된다. 그러나, 장치는 탄화수소 공급 원료를 실질적으로 완전히 증기화 하기 위해 매우 긴 기화 길이를 필요로 한다. 이것은 자본 비용에 추가되며 노 대류부에 값비싼 플롯 공간을 필요로 한다.

중질 탄화수소 공급 원료를 분해하는 추가적인 방법 및 시스템은, 예를 들어, 미국 특허 제3,617,493호; 제4,673,486호; 제5,580,443호; 제7,090,765호; 제7,247,765호; 제7,297,833호; 제7,312,371호; 제7,351,872호; 및 제7,358,413호뿐만 아니라 미국 특허공개 공보 제2007/0232845호에 개시되어 있다. 상술한 것의 각각은 본 명세서에 충분히 설명된 것처럼 참고로 포함되어 있다. 상술한 선행 기술의 접근법은, 다양한 능률로 중질 탄화수소 공급 원료로부터 경질 탄화수소 생성물을 생성할 수 있고, 코킹 또는 파울링과 관련된 문제의 일부를 감소시킬 수 있는 다양한 방법 및 시스템을 개시한다. 그러나, 비용의 감소와 함께 설계 및 효율의 더욱 개선을 위한 연속적인 요구가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 증기와의 효율적인 혼합과 중질 탄화수소 공급 원료의 적어도 실질적으로 완전한 또는 완전한 증기화를 촉진하고, 코킹 또는 파울링에 기인한 문제를 줄이거나 최소화하는 간단하고 소형이며 경제적인 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 증기와 혼합된 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치가 제공되며, 상기 장치는 하류 출구, 출구부, 수렴/발산 관형부, 상류 입구부 및 상류 입구를 포함하는 외부 연장 쉘을 포함하며,

(a) 상기 상류 입구부는 유체 연결하여

(ⅰ) 상기 상류 입구로부터 수용한 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기 혼합물을 내부 관형 파이프부로 보내기 위한 절두-원뿔 입구부, 및

(ⅱ) 상기 절두-원뿔 입구부를 상기 수렴/발산 관형부와 분리하는 플레이트를 통하여 상기 절두-원뿔 입구부로부터의 상기 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기 혼합물의 통과를 위한 상기 내부 관형 파이프부를 포함하며, 상기 상류 입구와 상기 상류 입구부는 상기 장치의 상류 단부에 위치하고,

(b) 상기 수렴/발산 관형부는

(ⅰ) 개구부, 수렴부, 스로트부, 및 그 벽이 상기 연장 쉘에 연결하도록 확장하는 발산부,

(ⅱ) 상기 연장 쉘을 따라 배치된 개구로부터 상기 상류 단부의 상기 플레이트, 상기 연장 쉘, 및 상기 하류 단부의 상기 발산부에 의해 정의된 외부 환상 영역으로 증기를 수용하는 적어도 하나의 증기 입구를 포함하며,

(ⅲ) 상기 개구부는, 상기 외부 환상 영역으로부터 증기를 수용하고 상기 내부 관형 파이프부로부터 상기 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기 혼합물 수용하며, 상기 혼합물을 상기 수렴부로 배출하고,

(ⅳ) 상기 스로트부는 상기 수렴부로부터 상기 배출물을 수용하며,

(ⅴ) 상기 발산부는 상기 스로트부로부터 상기 배출물을 수용하며,

(c) 상기 출구부는 상기 수렴/발산 관형부의 상기 발산부와 유체 연결되고, 상기 장치의 하류 단부의 상기 하류 출구와 유체 연결된다.

본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 탄화수소 공급 원료의 증기화 장치가 제공된다. 상기 장치는, 절두-원뿔 입구부와 내부 관형 파이프부를 포함하는 상류 입구부와 유체 연결된 상류 입구; 하류 출구와 유체 연결된 출구부; 및 상기 절두-원뿔 입구부와 일체인 상류 단부를 구비한 수렴/발산 관형부를 포함하며,

ⅰ) 개구부,

ⅱ) 상기 개구부의 직경으로부터 점차 감소하는 직경을 갖는 수렴부,

ⅲ) 일정한 직경을 갖는 스로트부, 및

ⅳ) 상기 스로트부의 직경으로부터 상기 출구부의 직경으로 점차 증가하는 직경을 가지며, 상기 출구부와 유체 연결되는 발산부를 포함하고,

상기 상류 입구부와 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부는 공통의 종축에 동축으로 배치되며,

상기 내부 관형 파이프부의 하류 단부의 적어도 일부는 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부에 상류 단부에 의해 둘러싸이고,

상기 발산부의 하류 단부는 상기 출구부와 일체이다.

본 발명의 도 다른 실시 예에서, 중질 탄화수소 공급 원료를 증기화 하는 방법이 제공된다. 상기 방법은,

ⅰ) 예열된 탄화수소 공급 재료를 희석 증기와 혼합하여 상기 탄화수소 공급 재료를 부분적으로 증기화 하여 액상-기상 2상 혼합물을 형성하는 단계;

ⅱ) 상기 액상-기상 2상 혼합물을 개구부, 스로트부와 유체 연결되어 상기 탄화수소 공급 혼합물을 혼합하는 수렴부를 구비한 수렴/발산 관형부로 보내기 위한 내부 관형 파이프부와 유체 연결된 절두-원뿔 입구부를 포함한 상류 입구부와 유체 연결된 상류 입구로 상기 액상-기상 2상 혼합물을 보내는 단계; 및

여기서, 상기 액상-기상 2상 혼합물은 하류 출구를 구비한 출구부와 유체 연결된 발산부를 거쳐 상기 스로트부로부터 배출되고, 상기 상류 입구부, 수렴/발산 관형부 및 연장 쉘은 공통의 종축에 동축으로 배치되고, 상기 장치 내에서 플레이트는 상기 연장 쉘의 상류 영역에 위치하고 상기 연장 쉘의 내벽과 일체이며, 상기 내부 관형 파이프부는 상기 플레이트를 통과하고 상기 플레이트와 일체이고, 상기 플레이트 및 수렴/발산 관형부는 상기 연장 쉘의 내벽과 상기 수렴/발산 관형부의 외벽 사이의 외부 환상 영역을 정의하며, 상기 상류 입구부의 상기 내부 관형 파이프부과 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부는 내부 환상 영역을 정의하고, 상기 연장 쉘의 증기 입구로부터의 증기는, 상기 증기가 상기 내부 환상 영역으로 들어가 상기 하류 출구를 나가기 전에 상기 수렴/발산 관형부의 상기 수렴부 내의 증기화 구역에서 상기 액상-기상 2상 혼합물과 혼합할 때까지, 상기 액상-기상 2상 혼합물의 흐름에 실질적으로 역류방향 흐름으로 상기 외부 환상 영역을 통과하며,

ⅲ) 상기 액상-기상 2상 혼합물과 증기를 더 가열하여 실질적으로 완전하게 증기화 된 탄화수소 증기를 제공하고, 상기 증기화 된 탄화수소 증기의 탄화수소를 노 방사부에서 분해하여 분해된 탄화수소 생성물을 얻는 단계를 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시 예에서, 코킹 문제는 종래 분해로의 방사 가열부에서 분해하기에 앞서 증기가 있는데서 중질 탄화수소 공급 원료를 적어도 실질적으로 완전하게 증기화 함으로써 실질적으로 해결된다. 실질적으로 완전한 증기화는 효율적인 증기화를 용이하게 하고, 필요 길이를 줄이거나 최소화하며 자본과 동작 비용 모두를 줄이는 고유 디자인을 구비한 장치에 의해 달성된다.

증기와 혼합된 탄화수소 공급 원료의 적어도 실질적으로 완전한, 또는 완전한 증기화는 입구부, 수렴/발산 관형부, 연장 쉘 및 출구부 구조와 배치에 의해 달성된다.

본 발명자는 어떠한 이론에 구속되는 것을 원하지는 않지만, 상류 입구부와 수렴/발산 관형부의 개구 사이의 상대적으로 좁은 내부 환상 영역이 과열된 희석 증기의 진입 속도를 증가시키는 것으로 믿는다. 이것에 의해 증기화를 최대화하는 부가 모멘텀과 운동에너지가 증기에 공급된다. 또한, 수렴/발산 관형부의 수렴부 내에서 증기의 수렴에 의해 다른 이점이 발생한다. 이것은 코어 스트림과 쉬라우딩 스트림의 직접적인 충돌을 유도하여 혼합물의 속도를 상당히 증가시킨다. 이것은 난류 및 고도의 전단(shear)을 유도함으로써, 희석 증기 및 탄화수소 공급 재료의 혼합을 개선한다.

도 1은 상류 입구부, 수렴/발산 관형부, 연장 쉘 및 출구부의 전체 형상 및 배치를 나타내는 중질 공급 재료 혼합기의 단면 개략도이다.
도 2는 상류 입구부, 수렴/발산 관형부, 연장 쉘 및 출구부의 치수에 대한 명명을 식별한 중질 공급 재료 혼합기를 도시한다.
도 3은 표준 동작 조건 동안 탄화수소 공급 재료 및 증기의 흐름을 나타내는 중질 공급 재료 혼합기의 단면 개략도이다.
도 4는 외부 환상 영역이 제공되지 않은 중질 공급 재료 혼합기의 제 2 실시 예의 단면 개략도이다.

본 발명의 상술한 그리고 다른 목적은 이하의 설명 및 예시적 실시 예로부터 명백해질 것이며, 그것은 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 각 도면의 같은 종류의 요소는 같은 참조 숫자에 의해 명시되므로, 이어지는 상세한 설명은 간결을 위해 생략된다.

일 실시 예에 있어서, 본 발명은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 개선된 중질 공급 재료 혼합기(1)에 관한 것이다. 중질 공급 재료 혼합기(1)는 노의 대류부 내부 또는 노의 외부에 위치하고, 종래의 열분해로의 대류부와 유체 연통될 수 있으며 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기로 구성되는 혼합된 2상의 액상/기상 혼합물을 받아들이도록 설계되어 있다. 혼합물이 중질 공급 재료 혼합기(1)를 통과한 후, 실질적으로 충분히/완전히 기화된 탄화수소 공급 원료의 스트림이 출력되어 열분해를 위한 방사 가열부로 방출된다.

선행 기술의 혼합기에 비해서, 중질 공급 재료 혼합기(1)는 중질 탄화수소 공급 원료의 완전한 기화를 위해 요구되는 전체 혼합기 길이를 상당히 단축한다. 이것은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 중질 공급 재료 혼합기(1) 내에 부분(3a-3d)을 포함하는 유일한 수렴/발산(converging/diverging) 관형부(3)에 의해 주로 달성된다. 도 1 내지 3의 새로운 중질 공급 재료 혼합기(1)를 설명할 때, 상류측은 좌측에 도시되고 하류측은 우측에 있다. 이 점에 있어서, 도 1의 탄화수소 공급 원료의 흐름은, 예를 들어, 좌측에서 우측이다. 중질 공급 재료 혼합기(1) 자체는 종축을 일치시킨 동축 관형부, 즉 상류 입구부(2), 수렴/발산 관형부(3), 및 상류 입구(9)와 출구부(13) 및 하류 출구(10)를 포함하는 연장 쉘(4)로 구성되어 있다. 각 관형부의 직경은 상류 입구부(2)의 하류부(즉,(2b))의 직경은 수렴/발산 관형부(3)의 최소 직경보다 작고, 연장 쉘(4)의 직경은 수렴/발산 관형부(3)의 최대 직경보다 크도록 되어 있다. 중질 공급 재료 혼합기(1) 및 그것을 포함하는 부분(2-4)이 원형 단면을 갖는 실질적으로 관형의 파이프로서 본 명세서에 걸쳐 기재될지라도, 파이프의 형상 및 단면은 이와 같이 제한되지 않는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 6각형 단면을 포함하는 이 기술분야에 잘 알려진 다른 형상이 사용될 수 있다.

관형부는 극도의 압력 및 온도뿐만 아니라 거친 화학적 환경에 견디어내면서 탄화수소 공급 원료 및 증기를 수송할 수 있는 어떤 재료로도 구성될 수 있다. 예들 들어, 탄소 함유 강, 크롬과 몰리브덴을 함유하는 저합금강, 또는 스테인리스강을 포함한다. 높은 동작 온도 및/또는 더한 부식성의 환경은 니켈, 티탄 또는 구리 합금과 같은 더 고가의 재료를 필요로 할 수 있다. 그러나, 구성 재료는 본 발명에 중요하지 않으며 청구범위를 제한하도록 해석되지 않아야 한다.

상류 입구(9), 출구부(13) 및 하류 출구(10)를 포함하는 연장 쉘(4)은 실질적으로 일직선이며, 발산부(3d)가 출구부(13)의 입구와 일체이다. 연장 쉘(4)의 상류 단부는 탄화수소 공급 재료 및 희석 증기 혼합물의 도입을 위한 상류 입구(9)를 포함하는 반면 출구부(13)의 하류 단부는 기화된 탄화수소 공급 원료를 장치로부터 과열 및 분해를 위한 노로 보내기 위한 하류 출구(10)를 포함한다. 연장 쉘(4) 및 출구부(13)는 각각 실질적으로 완전히 기화된 중질 탄화수소 공급 원료를 제공하는 충분한 길이(l_4o 및 l_13o)로 되어 있다. 연장 쉘(4)에는 그 주변을 따라 적어도 하나의 증기 입구(6)가 더 구비되어 있다. 증기 입구(6)는 상류 입구(9)의 하류에 배치되며 수렴/발산 관형부(3)와 연장 쉘(4) 사이에 외부 환상 영역(11)을 규정하는 영역 내에 위치한다. 증기 입구(6)는 외부 환상 영역(11)으로 과열된 희석 증기의 방출을 제공한다.

상류 입구부(2)는 탄화수소 공급 재료 및 희석 증기의 2상의 액상 기상 혼합물을 수용하기 위해 절두-원뿔 형상 입구부(2a)가 상류 입구(9)와 유체 연결되면서 l_2i의 내부 길이를 갖는다. 절두-원뿔 입구부(2a)는, 상류 입구부(2)의 내부 관형 파이프부(2b)와 유체 연결되도록 상류 입구(9)로부터 내부 관형 파이프부(2b)로 연장되어 있다. 내부 관형 파이프부(2b)는 절두-원뿔 형상 입구부(2a)로부터 연장되며 중질 공급 재료 혼합기(1)의 연장 쉘(4)의 내부 면과 일체인 플레이트(8)를 통과한다. 플레이트(8)는, 연장 쉘(4)과 내부 관형 파이프부(2b) 사이에 형성된 외부 환상 영역(11)의 상류 단부를 한정하기 위해 절두-원뿔 형상 입구부(2a)와 수렴/발산 관형부(3)의 상류 단부 사이에 위치한다.

수렴/발산 관형부(3)는 상류 입구부(2)와 연장 쉘(4)의 출구부(13) 사이에 위치하며 종방향으로 길이를 따라 변화하는 직경을 갖는다. 수렴/발산 관형부(3)는 4개의 다른 작은 부분으로 구성된다. 즉, 연장 쉘(4)의 직경(d_4o)보다 작지만, 내부 관형 파이프부(2b)의 직경(d_2i)보다 큰 길이(l_3a) 및 직경(d_3a)을 갖는 직선부인 개구부(3a); 수렴/발산 관형부(3) 직경을 길이(l_3b) 및 수렴각(θ_3b)에 걸쳐 점차 감소시킴으로써 수렴/발산 관형부(3)의 수렴을 제공하는 수렴부(3b); 짧은 직선 길이(l_3c) 및 일정한 직경(d_3c)을 갖는 스로트부(3c)(수렴부(3b)는 개구부(3a)와 스로트부(3c)를 연결한다); 및 스로트부(3c)의 직경(d_3c)으로부터 연장 쉘(4)의 직경(d_4o)으로 길이(l_3d) 및 발산각(θ_3d)에 걸쳐 점차 증가하는 직경을 발산부에 제공하는 발산부(3d)로 구성된다. 스로트부(3c)의 직경(d_3c)은 수렴부(3b)의 하류 출구의 직경과 동일하다. 발산부(3d)의 하류 단부는 연장 쉘(4)의 내부 면에 일체로 되어 기밀 밀봉을 형성한다. 개구부, 수렴부, 스로트부 및 발산부, 즉 3a-d의 조합은 수렴/발산 관형부(3)를 형성한다. 수렴/발산 관형부(3), 플레이트(8) 및 연장 쉘(4)은 외부 환상 영역(11)을 형성한다. 외부 환상 영역(11)은 증기 입구(6)를 통해 과열된 증기가 중질 공급 재료 혼합기로 쉽게 도입되도록 한다.

상류 입구부(2)의 목적은 2상의 혼합물을 기화 구역(12)에 방출하는 것이며, 기화 구역(12)은 수렴/발산 관형부(3)의 수렴부(3b)에 의해 형성된다. 연장 쉘(4)은 길이(l_4o) 및 직경(d_4o)의 직선 파이프인 것이 바람직하며, 과열된 희석 증기의 방출을 위해 가장자리를 따라 적어도 하나의 증기 입구(6)가 구비되어 있다. 도 1 내지 3에서, 증기 입구(6)는 스로트부(3c)의 하류부 근방에서 발산부(3d)가 연장 쉘(4)과 일체인 위치로부터 거리(l₆)에 위치한다. 이것은 역류 방식으로 증기 입구(6)를 통해 전달되는 증기에 의해 수렴/발산 관형부(3)의 전체 길이를 가열하기 쉽게 한다. 증기 입구(6)가, 스로트부(3c)와 발산부(3d)가 접촉하는 위치의 상류인 것으로 도시되고 설명될지라도, 외부 환상 영역(11)은 하류로 더 연장될 수 있고 증기 입구(6)가 중질 공급 재료 혼합기(1)의 하류 출구에 더 가까이 이동할 수 있어 탄화수소 및 희석 증기 혼합물의 전체 경로가 가열된다. 증기 입구(6)를 통해 중질 공급 재료 혼합기(1)에 진입하는 과열된 희석 증기는 초기에 연장 쉘(4)과 수렴/발산 관형부(3) 사이에 형성된 외부 환상 영역(11)을 통해 상류 또는 상류 입구(9)에 진입하는 탄화수소 공급 재료에 대한 역류 방향으로 도 3에 나타낸 속이 빈 화살표에 의해 도시된 바와 같이 흐른다.

l_g 길이의 공간 또는 갭(gap)은 플레이트(8)와 수렴/발산 관형부(3)의 시작부분 사이에 제공된다. 이 공간은 중질 공급 재료 혼합기(1)에서, 외부 환상 영역(11)으로부터의 과열된 희석 증기의 역류 흐름이 180도 회전하여 내부 관형 파이프부(2b)와 수렴/발산 관형부(3)의 개구부(3a) 사이의 내부 환상 영역(11a)의 하류로 흐르는 영역을 제공한다. 외부 환상 영역(11)으로부터의 과열된 희석 증기의 역류 흐름이 180도 회전하여 하류로 흐르는 갭 길이 l_g, 개구부(3a)의 길이 l_3a, 및 상류 입구부(2)의 길이는, 개구부(3a)의 단부 면이 상류 입구부(2)의 출구로부터 짧은 거리의 하류 이도록 되어 있다. 갭 l_g은, 내부 관형 파이프부(2b)/개구부(3a) 및 개구부(3a)/연장 쉘(4)의 환상(d_3a-d_2i 및 d_4o-d_3a에 의해 각각 결정됨)과 함께, 진입하는 과열된 희석 증기의 속도를 결정하기 위해 주의 깊게 설계되고 치수가 정해진다. 이 치수는 이하에 기재된 예시적 실시 예를 참조하여 더 정의될 것이다. 수렴/발산 관형부(3)의 설계 및 배치는 내부 관형 파이프부(2b)의 하류 단부 주위에서 과열된 희석 증기의 환상 고속 쉬라우딩(shrouding) 흐름을 초래한다. 중질 공급 재료 혼합기의 설계에서의 인자는 수렴/발산 관형부(3)에 대하여 내부 환상 영역(11a)의 사이즈 및 내부 관형 파이프부(2b)의 위치를 포함한다. 각 구성요소의 위치는, 증기의 규칙적인 흐름이 개구부(3a)의 상류 단부 및 내부 관형 파이프부(2b)의 하류 단부 주위에서 만들어지도록 선택된다.

2상의 탄화수소 증기 혼합물은 도 3에서 실선 화살표에 의해 나타낸 바와 같이 중질 공급 재료 혼합기(1)의 상류 입구(9)로부터 상류 입구부(2)로 진입해서 그 하류 단부로부터 그리고 기화 구역(12)으로 흐른다. 수렴/발산 관형부(3)의 수렴부(3b)의 수렴 성질은 과열된 희석 증기를 내부 관형 파이프부(2b)를 나가는 2상의 탄화수소 증기 혼합물로 안내한다. 탄화수소 스트림(실선 화살표)과 과열된 증기(속이 빈 화살표)의 충돌은 액상 탄화수소 성분의 혼합 및 그 이상의 기화를 개시시킨다. 주입 반각(θ_3b)은 수렴부(3b)의 벽에 대한 탄젠트와 중질 공급 재료 혼합기(1)의 종축 사이에 형성된 각도에 의해 정의된다. 주입 반각(θ_3b)은, 혼합도가 스플래싱(splashing) 동안 최대이며 벽 침착의 형성이 최소화되도록 최적화될 수 있다. 주입 반각(θ_3b)을 더 크게 하면 2개의 혼합 스트림 사이의 교차점이 내부 관형 파이프부(2b)의 출구에 더 근접한다. 이것은 혼합 및 기화의 강도를 증가시킨다. 그러나, 주입 반각(θ_3b)이 너무 크면, 과도한 스플래싱이 발생할 것이다. 이것은 액적이 혼합의 초기 단계에서 파이프 벽 상에 유착 및 침착되게 할 것이다.

2개의 스트림이 기화 구역(12)을 교차한 후, 탄화수소 및 희석 증기 혼합물은 스로트부(3c)를 흐른다. 스로트부(3c)는 탄화수소 및 희석 증기 혼합물이 최고 속도를 얻는 곳이다. 따라서, 가장 강렬한 혼합 및 기화가 이 부분에서 발생한다. 증가된 탄화수소 증기 혼합물의 속도는 완전한 기화를 쉽게 하며 액적을 최소화한다. 스로트부(3c)를 고속으로 이동한 후, 도 3에서 점선의 속이 빈 화살표에 의해 나타낸 바와 같이, 혼합물은 발산부(3d)를 나간다. 발산부(3d) 내에서, 직경은 θ_3d의 발산각에 걸쳐 스로트부(3c)의 직경으로부터 연장 쉘(4)의 직경으로 발산된다. 또한, 파이프 직경의 이러한 발산은 측벽 상에 도달하여 침착되는 액적의 수를 감소시킨다. 일 실시 예에 있어서, 주입 반각(θ_3b) 및 발산각(θ_3d)은 각각 적어도 5도이다. 측벽 침착의 전체 감소는, 스로트부(3c)를 나가는 속도와 수렴/발산 관형부(3)에 의해 생성되는 탄화수소 증기 혼합물의 기화의 정도 양자의 증가에 의해 주로 발생한다.

수렴/발산 관형부(3)와 연장 쉘(4) 사이의 일체화 위치(integral point)로부터의 하류(발산부(3d)와 연장 쉘(4) 사이에 형성된 조인트)에, 중질 공급 재료 혼합기(1)는 출구부(13)를 가지며, 그것은 소정의 길이(l_13o) 및 직경(d_13o)의 직선부이다. 길이는 혼합물 내에 존재하는 액상의 완전한 기화를 보증하기 위해 치수가 정해진다. 중질 공급 재료 혼합기(1)의 하류 출구(10)를 나간 후 증기는 방사 코일에서 분해하기 전에 최종 가열을 위한 노 대류 코일로 향하게 된다.

중질 공급 재료 혼합기(1)의 전체 길이(l_4o)는 동일한 유속 능력을 갖는 종래의 중질 공급 재료 혼합기의 것보다 상당히 작다. 소형 사이즈는 수렴/발산 관형부(3)의 고유 설계에 기인한다. 하나의 장점은 연장 쉘(4)과 개구부(3a) 사이에 형성된 외부 환상 영역(11)을 통한 과열 증기의 역류 방향 흐름이다. 외부 환상 영역(11)을 통한 과열 증기의 역류 방향 흐름은 180도 전환을 이루고 내부 관형 파이프부(2b)와 개구부(3a) 사이에 형성된 내부 환상 영역(11a)을 통해 하류로 계속 흘러 내부 관형 파이프부(2b)의 하류 단부 주위에서 과열 증기의 더 규칙적인 흐름과 분배를 만든다. 이 경우, 측면 포트로부터 증기의 도입에 의해 생성되는 흐름 바이어스를 최소화하는 긴 직선의 출구 튜브(예를 들어, 발산부 출구(3d)로부터 출구부(13)의 하류 단부까지의 길이)가 요구되지 않는다. 이 기술분야에 잘 알려져 있는 전형적인 측면 포트는, 예를 들어, 미국 특허 제6,797,238호 및 제4,498,629호에 기재 및 도시되어 있다. 다른 장점은 내부 관형 파이프부(2b)와 개구부(3a) 사이의 비교적 좁은 내부 환상 영역(11a)이 과열된 희석 증기의 엔트리 속도를 증가시킨다는 것이다. 이것은 2상의 혼합물에서 액상 탄화수소의 기화를 최대화하기 위해 추가적인 모멘텀 및 운동 에너지를 증기에 제공한다. 또 다른 장점은 수렴부(3b) 내의 스트림의 수렴이 기화 구역(12)에서 코어 스트림과 쉬라우딩 스트림의 직접적인 충돌을 유도해서, 혼합 및 기화를 증대시킨다는 것이다.

스로트부(3c)로의 수렴에 의해 초래되는 수렴/발산 관형부(3)의 스로트 내의 흐름 패턴의 제한은 혼합물의 속도를 상당히 증가시킨다. 이것은 난류 및 고도의 전단을 유도함으로써, 희석 증기 및 탄화수소 공급 재료의 혼합을 개선한다. 게다가, 외부 환상 영역(11)으로의 과열 증기의 (상류 입구(9)로부터의 탄화수소 공급 재료에 대한) 역류 방향 도입은 수렴/발산 관형부(3)의 벽을 완전히 그리고 규칙적으로 가열한다. 수렴/발산 관형부(3)의 고온 벽은 탄화수소 기화를 촉진하며 액적의 침착을 감소시킨다.

중질 탄화수소 공급 원료의 더 효율적인 혼합 및 기화를 쉽게 하는 구성요소는 고유한 수렴/발산 관형부(3)와 내부 관형 파이프부(2b)에 대한 그 배치이다. 따라서, 어떤 외부 환상 영역(11)도 제공되지 않는 실시 예가 구상될 수 있다. 일례는 도 1-3의 것과 유사한 중질 공급 재료 혼합기(20)를 도시하는 도 4에 의해 제공된다. 이 실시 예에 있어서, 개구부(3a)는 상류 방향으로 환상 영역(11)이 없이 연장되며 그 상류 단부는 상류 입구(9)와 일체로 되어 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시 예에 따르면, 연장 쉘(4)은 상류 입구(9), 수렴/발산 관형부(3), 출구부(13) 및 하류 출구(10)로 구성된다. 또한, 증기 입구(6)는 개구부(3a)의 주변 상의 기화 구역(12)의 상류에 위치된다. 증기 입구(6)의 정확한 위치는 중요하지 않지만, 내부 관형 파이프부(2b)에 대한 하류 출구의 상류로 어느 정도 떨어진 것이 바람직하다.

희석 증기가 증기 입구(6)를 통해 중질 공급 재료 혼합기(20)로 도입될 때, 수렴부(3b)에 도달할 때까지 내부 환상 영역(11a)를 통해 하류를 이동한다. 여기서, 증기의 쉬라우딩 흐름은, 상술한 도 1-3을 참조하여 기재된 것과 유사한 방식으로, 탄화수소 공급 재료 및 증기의 추가 혼합과 기화를 유도하기 위해 기화 구역(12) 내에서 내부 관형 파이프부(2b)로부터 나가는 탄화수소 증기 혼합물에 충돌한다. 이 실시 예에 있어서, 증기 입구(6)를 통해 도입되는 증기는 기화 구역에 진입하기 전에 180도 회전을 이루지 못한다. 도 1-3의 중질 공급 재료 혼합기(1)에 대해 사전에 언급된 바와 같이, 도 4에서 내부 환상 영역(11a)의 사이즈 및 기화 구역으로의 내부 관형 파이프부(2b)의 근접 정도는 당업자가 쉬라우딩 증기 및/또는 탄화수소-증기 흐름의 압력에 있어서의 상당한 변화를 생성하지 않고 쉬라우딩 희석 증기의 규칙적인 흐름을 초래하도록 구성할 수 있는 파라미터이다.

종래의 중질 액상 공급 재료 분해로는 방사 가열부에서 분해하기 전에 탄화수소 공급 재료의 완전한 기화를 필요로 한다. 종래의 중질 공급 재료 혼합기에 비해서, 현재의 새로운 설계는 상당히 간단하며 작다. 이것은 중질 공급 재료 혼합기를 표준 열분해로의 혼잡한 대류부에 끼워 맞추는 것을 상당히 쉽게 한다. 더욱이, 최소량의 베관 및 지지 구조가 요구됨으로써, 초기 자본 투자를 감소시킨다. 간단하며 한층 소형인 것에 더하여, 본 명세서에 개시된 중질 공급 재료 혼합기는 중질 탄화수소 공급 원료를 고도의 효율로 증기화할 수 있다. 이것은 대류 코일에서 코크 형성의 위험을 크게 줄이며, 그것은 전체 동작 비용을 더욱 줄인다.

도 1-3을 참조하여 도시되고 기재된 중질 공급 재료 혼합기(1)는 중질 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기의 예열된 2상의 액상 기상 혼합물을 충분히 기화시키기 위해 설계되어 있다. 일반적으로, 적절한 동작을 위해서, 중질 공급 재료 혼합기(1)로의 흡입량은 기설정 양의 희석 증기로 희석되어 기설정 온도로 가열되어야 하며, 양자 모두 사용된 탄화수소의 종류에 의존한다. 더욱이, 중질 공급 재료 혼합기(1)가 의도된 목적에 따라 기능할 수 있는 파라미터의 범위는 상류 입구부(2), 수렴/발산 관형부(3), 연장 쉘(4) 및 출구부(13)의 치수 및 배치에 의존한다. 또한, 중질 공급 재료 혼합기(1)의 각 구성요소의 정확한 치수는 사용되고 있는 탄화수소 공급 재료의 종류에 의존한다. 중질 공급 재료 혼합기(1)에 사용된 특정 치수에 관계없이, 내부 환상 영역(11a)의 사이즈는 내부 관형 파이프부(2b)의 하류 단부 주위에 규칙적인 흐름 분배가 있도록 되어야 한다.

본 명세서에 기재된 중질 공급 재료 혼합기(1)의 예시적 실시 예는 200℃보다 큰 초기 비등점을 갖는 중질 공급 원료를 증기화할 수 있다. 그러한 탄화수소 공급 원료의 예는 진공 가스유(VGO), 중질 가스유, 원유, 탈아스팔트유, 타르 샌드와 오일 셰일로부터 유도된 오일, 가스 액화 중질 엔드, 중질 응축액 및 수소화 분해된 잔류물을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다. 중질 공급 재료 혼합기(1)는 일반적으로 5 미터(m)의 전체 길이(l_4o), 즉 종래의 혼합기의 것보다 상당히 짧은 길이 스케일을 갖는다.

구체적인 응용은 VGO의 기화를 포함한다. 전형적인 VGO 공급 원료는 0.869의 비중 및 318℃의 초기 비등점을 갖는다. 특정 예에 있어서, VGO에 대한 전체 희석 증기의 비율은 중량당 1:1이지만, 이와 같이 제한되지는 않는다. VGO에 대한 희석 증기의 비율은 약 0.5에서 약 1.0까지 그리고 약 1.1에서 약 1까지의 범위일 수 있다. 그러나, 당업자라면 명시적 범위 내의 추가 범위와 종속 범위가 본 개시 내에서 고려되고 포함된다는 것을 인식할 것이다. 더욱이, 아래에 기재되는 이들 비율과 연속하는 처리 파라미터가 VGO에 한정되지 않으며, 다른 종류의 중질 탄화수소 공급 원료에도 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 사용된 희석 증기의 대략 20퍼센트는 탄화수소 예열 코일의 출구에서 VGO와 초기에 혼합된다. 이러한 VGO 및 희석 증기의 혼합물이 가열되고 VGO가 제 1 탄화수소 및 증기 가열 코일에서 부분적으로 증기화된다. 그 다음, 이 2상의 액상 기상 혼합물이 본 발명의 중질 공급 재료 혼합기(1)에 공급된다. 2상의 혼합물은 내부 관형 파이프부(2b)를 통해 혼합기(1)에 진입되며 과열된 희석 증기는 증기 입구(6)를 통해 혼합기(1)로 공급된다. 증기는 열분해로의 희석 증기 대류 코일로 공급되며 사용된 전체 희석 증기의 80퍼센트에 상당한다. 중질 공급 재료 혼합기(1)로부터의 출력 스트림(10)은 본래 100퍼센트 증기화된 VGO 공급 원료 및 희석 증기로 구성된 혼합물이다. VGO 및 희석 증기의 완전히 증기화된 스트림은 원래의 하부 대류부로 라우트 된 후 열분해를 받는 방사 가열부로 공급된다. 이것은 에틸렌 및 프로필렌과 같은 값비싼 올레핀을 생성한다.

당업자라면, 본 발명이 이상에서 특별히 도시되고 기재된 것에 한정되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 이어지는 청구범위에 의해 정의된다. 상술한 기재가 실시 예의 예시적 예만을 나타내는 것으로 더 이해되어야 한다. 독자의 편의를 위해, 상술한 기재는 가능한 실시 예의 샘플, 즉 본 발명의 원리를 교시하는 샘플에 초점이 맞추어졌다. 다른 실시 예는 서로 다른 실시 예의 부분들의 서로 다른 조합으로부터 기인할 수 있다.

상기의 기재는 모든 가능한 변화를 철저히 열거하도록 시도되지 않았다. 변경된 실시 예가 본 발명의 특정 부분에 제공될 수 없고 기재된 부분들의 서로 다른 조합으로부터 기인할 수 있거나, 또는 다른 기재되지 않은 변경 실시 예가 일부에 이용가능할 수 있으며, 그 변경 실시 예의 포기로 간주되지 않는다. 그렇게 기재되지 않은 실시 예 중 다수는 이하의 청구범위의 직역된 범위 내에 있으며, 다른 것은 등가인 것으로 인식될 것이다. 더욱이, 본 명세서 도처에 인용된 모든 참조, 공개, 미국 특허, 및 미국 특허 공보는 본 명세서에서 충분히 설명된 것처럼 이에 포함되어 있다.

Claims

증기와 혼합된 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치로서,
상기 장치는 하류 출구, 출구부, 수렴/발산 관형부, 상류 입구부 및 상류 입구를 포함하는 외부 연장 쉘을 포함하며,
(a) 상기 상류 입구부는 유체 연결하여
(ⅰ) 상기 상류 입구로부터 수용한 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기 혼합물을 내부 관형 파이프부로 보내기 위한 절두-원뿔 입구부, 및
(ⅱ) 상기 절두-원뿔 입구부를 상기 수렴/발산 관형부와 분리하는 플레이트를 통하여 상기 절두-원뿔 입구부로부터의 상기 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기 혼합물의 통과를 위한 상기 내부 관형 파이프부를 포함하며, 상기 상류 입구와 상기 상류 입구부는 상기 장치의 상류 단부에 위치하고,
(b) 상기 수렴/발산 관형부는
(ⅰ) 개구부, 수렴부, 스로트부, 및 그 벽이 상기 연장 쉘에 연결하도록 확장하는 발산부,
(ⅱ) 상기 연장 쉘을 따라 배치된 개구로부터 상기 상류 단부의 상기 플레이트, 상기 연장 쉘, 및 상기 하류 단부의 상기 발산부에 의해 정의된 외부 환상 영역으로 증기를 수용하는 적어도 하나의 증기 입구를 포함하며,
(ⅲ) 상기 개구부는, 상기 외부 환상 영역으로부터 증기를 수용하고 상기 내부 관형 파이프부로부터 상기 탄화수소 공급 원료 및 희석 증기 혼합물 수용하며, 상기 혼합물을 상기 수렴부로 배출하고,
(ⅳ) 상기 스로트부는 상기 수렴부로부터 상기 배출물을 수용하며,
(ⅴ) 상기 발산부는 상기 스로트부로부터 상기 배출물을 수용하며,
(c) 상기 출구부는 상기 수렴/발산 관형부의 상기 발산부와 유체 연결되고, 상기 장치의 하류 단부의 상기 하류 출구와 유체 연결되는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 증기 입구는, 상기 플레이트와 상기 발산부의 상기 하류 단부 사이의 상기 수렴/발산 관형부의 길이를 따라 위치하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수렴부의 표면에 대한 탄젠트는 상기 장치의 종축에 대해 적어도 5도의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 발산부의 표면에 대한 탄젠트는 상기 장치의 종축에 대해 적어도 5도의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 플레이트는 상기 내부 관형 파이프부의 외면 및 상기 연장 쉘의 내면과 일체인 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 플레이트는 상기 절두-원뿔 입구부와 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부의 상기 상류 단부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 내부 관형 파이프부의 직경은 상기 연장 쉘의 직경 및 상기 수렴/발산 관형부의 최소 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 개구부의 직경은 상기 스로트부의 직경보다 크고, 상기 연장 쉘의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 내부 관형 파이프부의 직경은 상기 개구부의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 혼합물의 증기화 장치.
ⅰ) 예열된 탄화수소 공급 재료를 희석 증기와 혼합하여 상기 탄화수소 공급 재료를 부분적으로 증기화 하여 액상-기상 2상 혼합물을 형성하는 단계;
ⅱ) 상기 액상-기상 2상 혼합물을 개구부, 스로트부와 유체 연결되어 상기 탄화수소 공급 혼합물을 혼합하는 수렴부를 구비한 수렴/발산 관형부로 보내기 위한 내부 관형 파이프부와 유체 연결된 절두-원뿔 입구부를 포함한 상류 입구부와 유체 연결된 상류 입구로 상기 액상-기상 2상 혼합물을 보내는 단계; 및
여기서, 상기 액상-기상 2상 혼합물은 하류 출구를 구비한 출구부와 유체 연결된 발산부를 거쳐 상기 스로트부로부터 배출되고, 상기 상류 입구부, 수렴/발산 관형부 및 연장 쉘은 공통의 종축에 동축으로 배치되고, 상기 장치 내에서 플레이트는 상기 연장 쉘의 상류 영역에 위치하고 상기 연장 쉘의 내벽과 일체이며, 상기 내부 관형 파이프부는 상기 플레이트를 통과하고 상기 플레이트와 일체이고, 상기 플레이트 및 수렴/발산 관형부는 상기 연장 쉘의 내벽과 상기 수렴/발산 관형부의 외벽 사이의 외부 환상 영역을 정의하며, 상기 상류 입구부의 상기 내부 관형 파이프부과 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부는 내부 환상 영역을 정의하고, 상기 연장 쉘의 증기 입구로부터의 증기는, 상기 증기가 상기 내부 환상 영역으로 들어가 상기 하류 출구를 나가기 전에 상기 수렴/발산 관형부의 상기 수렴부 내의 증기화 구역에서 상기 액상-기상 2상 혼합물과 혼합할 때까지, 상기 액상-기상 2상 혼합물의 흐름에 실질적으로 역류방향 흐름으로 상기 외부 환상 영역을 통과하며,
ⅲ) 상기 액상-기상 2상 혼합물과 증기를 더 가열하여 실질적으로 완전하게 증기화 된 탄화수소 증기를 제공하고, 상기 증기화 된 탄화수소 증기의 탄화수소를 노 방사부에서 분해하여 분해된 탄화수소 생성물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중질 탄화수소 공급 원료의 증기화 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 중질 탄화수소 공급 재료는, 진공 가스유, 중질 가스유, 원유, 탈아스팔트유, 타르 샌드(tar sand)나 오일 셰일(oil shale)로부터 유도된 오일, 가스 액화 중질 엔드(heavy ends), 중질 응축액 및 수소화 분해된 잔류물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 중질 탄화수소 공급 원료의 증기화 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제 1 혼합 단계(ⅰ)에서 사용된 상기 희석 증기는 사용된 증기의 전체 양의 5퍼센트 내지 20퍼센트인 것을 특징으로 하는 중질 탄화수소 공급 원료의 증기화 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 내부 환상 영역으로 진입하는 상기 증기는 적어도 하나의 증기 입구를 통하여 상기 장치 내로 유도되는 과열된 증기인 것을 특징으로 하는 중질 탄화수소 공급 원료의 증기화 방법.
청구항 10에 있어서,
중질 탄화수소 공급 원료에 대한 희석 증기의 전체 양의 비율은 0.5:1 내지 1.1:1 범위인 것을 특징으로 하는 중질 탄화수소 공급 원료의 증기화 방법.
내부 관형 파이프부;
연장 쉘;
상기 연장 쉘의 내벽 및 상기 내부 관형 파이프부의 외벽과 일체인 플레이트;
출구부; 및
상기 연장 쉘 내에 둘러싸인 수렴/발산 관형부를 포함하며,
상기 연장 쉘은, 상기 연장 쉘을 따라 배치된 개구로부터 증기를 수용하는 적어도 하나의 증기 입구를 포함하고,
상기 수렴/발산 관형부는,
ⅰ) 개구부,
ⅱ) 상기 개구부의 직경으로부터 점차 감소하는 직경을 갖는 수렴부,
ⅲ) 스로트부, 및
ⅳ) 상기 스로트부의 직경으로부터 상기 연장 쉘의 직경으로 점차 증가하는 직경을 가지며, 상기 출구부와 유체 연결되는 발산부를 포함하고,
상기 내부 관형 파이프부, 상기 수렴/발산 관형부, 상기 연장 쉘, 및 상기 출구부는 공통의 종축에 동축으로 배치되며,
상기 내부 관형 파이프부는 상기 플레이트의 중심 영역을 통과하고 상기 내부 관형 파이프부의 하류 단부의 적어도 일부는 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부에 상류 단부에 의해 둘러싸이고,
상기 발산부의 하류 단부는 상기 출구부와 일체인 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 원료의 증기화 장치.
상류 입구, 수렴/발산 관형부, 출구부 및 하류 출구를 포함하는 연장 쉘을 포함하며,
상기 상류 입구는 절두-원뿔 입구부와 내부 관형 파이프부를 포함하는 상류 입구부와 유체 연결되고, 상기 출구부는 상기 하류 출구와 유체 연결되며, 상기 수렴/발산 관형부는 상기 절두-원뿔 입구부와 일체인 상류 단부를 구비하고,
ⅰ) 개구부,
ⅱ) 상기 개구부의 직경으로부터 점차 감소하는 직경을 갖는 수렴부,
ⅲ) 일정한 직경을 갖는 스로트부, 및
ⅳ) 상기 스로트부의 직경으로부터 상기 출구부의 직경으로 점차 증가하는 직경을 가지며, 상기 출구부와 유체 연결되는 발산부를 포함하고,
상기 상류 입구부와 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부는 공통의 종축에 동축으로 배치되며,
상기 내부 관형 파이프부의 하류 단부의 적어도 일부는 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부에 상류 단부에 의해 둘러싸이고,
상기 발산부의 하류 단부는 상기 출구부와 일체이고, 상기 개구부의 상류 단부는 증기를 수용하는 적어도 하나의 증기 입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 원료의 증기화 장치.
청구항 16에 있어서,
적어도 하나의 증기 입구가 상기 수렴/발산 관형부의 상기 개구부의 길이를 따라 상기 수렴부의 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 원료의 증기화 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 수렴부의 표면에 대한 탄젠트는 상기 장치의 종축에 대해 적어도 5도의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 원료의 증기화 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 발산부의 표면에 대한 탄젠트는 상기 장치의 종축에 대해 적어도 5도의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 원료의 증기화 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 내부 관형 파이프부의 직경은 상기 수렴/발산 관형부의 가장 작은 직경의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 원료의 증기화 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 내부 관형 파이프부의 직경은 상기 개구부의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 탄화수소 공급 원료의 증기화 장치.