KR101917968B1

KR101917968B1 - 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 공정

Info

Publication number: KR101917968B1
Application number: KR1020177010095A
Authority: KR
Inventors: 우잘 케이. 무케르지; 마리오 시. 발다사리; 마빈 아이. 그린
Original assignee: 루머스 테크놀로지 엘엘씨
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2018-11-13
Also published as: HRP20200109T1; PT3221430T; SA517381410B1; US9695369B2; RS59825B1; CA2963972A1; CA2963972C; SG11201703799PA; US20170335206A1; CN107001952B; EP3221430A4; ES2768769T3; PL3221430T3; BR112017010699B1; RU2673803C1; EP3221430A1; MY176365A; US10370603B2; EP3221430B1; HUE047327T2

Abstract

부분적으로 전환된 진공 잔류물 탄화수소 공급물을 업그레이드하기 위한 공정들을 개시한다. 업그레이드 공정들은, 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 증기 박리하여 제1 증류물과 제1 잔류물을 생성하는 단계; 제1 잔류물 스트림을 용매 탈아스팔텐 처리하여 탈아스팔텐유와 아스팔텐 분획물을 생성하는 단계; 탈아스팔텐유를 진공 분획하여 탈아스팔텐유 가스 증류물과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물을 회수하는 단계; 제1 수소화 처리 촉매가 존재하는 가운데 제1 증류물과 탈아스팔텐유 가스 증류물과 수소를 접촉시켜 산물을 생성하는 단계; 제2 수소화 처리 촉매가 존재하는 가운데 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림과 수소를 접촉시켜 용출액을 생성하는 단계; 및 용출액을 분획하여 수소화분해된 대기 잔류물과 수소화분해된 대기 증류물을 회수하는 단계를 포함할 수도 있다.

Description

부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 공정{PROCESS TO UPGRADE PARTIALLY CONVERTED VACUUM RESIDUA}

탄화수소 화합물은 여러 가지 목적에 유용하다. 특히, 탄화수소 화합물은, 구체적으로, 연료, 용매, 탈지제, 세정제, 및 중합체 전구체로서 유용하다. 탄화수소 화합물의 가장 중요한 원천은 석유 원유이다. 원유를 별도의 탄화수소 화합물 분획물들로 정제하는 것은 공지되어 있는 처리 기술이다.

원유는, 조성, 물리적 특성, 및 화학적 특성에 있어서 광범위하다. 중질 원유는, 상대적으로 높은 점도, 낮은 API 비중, 및 비등점이 높은 성분들의 높은 퍼센트(즉, 510℃(950℉) 초과의 정상 비등점)를 특징으로 한다.

정제된 석유 제품들은 일반적으로 분자 기준으로 평균 수소 대 탄소 비가 높다. 따라서, 석유 정제용 탄화수소 분획물의 업그레이드는 일반적으로 수소 첨가와 탄소 거부라는 두 가지 카테고리 중 하나로 분류된다. 수소 첨가는 수소화분해(hydrocracking) 및 수소화처리(hydrotreating)와 같은 공정들에 의해 수행된다. 탄소 거부 공정들은, 통상적으로, 예를 들어, 액체 또는 고체, 예를 들어, 야금 응용분야 또는 연료용 코크스일 수도 있는 거부된 고 탄소 물질의 스트림을 생성한다.

때로는 보텀 오브 더 배럴(bottom of the barrel) 성분이라고도 하는 고단 비등점 성분들은 다양한 업스트림 전환 공정들을 사용하여 전환될 수 있다. 일부 실시예들에서, 진공 잔류물 스트림은 부분적으로 전환될 수도 있다. 그러나, 진공 잔류물 스트림은, 탄소성 퇴적물의 부착물 및 퇴적으로 인한 공정 다운스트림에서의 상당한 다운 시간을 방지하도록 부분적으로만 전환될 수도 있다.

수소화분해 공정은, 부분적으로 전환된 진공 잔류물 내의 고 비등점 물질을 더욱 가치있는 저 비등점 물질로 전환함으로써 고 비등점 물질을 업그레이드하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 수소화분해 반응기에 공급된 부분적으로 전환된 진공 잔류물은 수소화분해 반응 산물로 전환될 수도 있다. 반응하지 않은 부분적으로 전환된 진공 잔류물은, 수소화분해 공정으로부터 회수될 수도 있으며, 전체 진공 잔류물 전환을 증가시키도록 제거되거나 수소화분해 반응기로 다시 재순환될 수도 있다.

수소화분해 반응기에서 부분적으로 전환된 진공 잔류물의 전환은, 공급 원료 조성; 사용된 반응기의 유형; 온도 및 압력 조건을 포함한 반응의 정도; 반응기 공간 속도; 및 촉매 유형과 성능을 포함하는 여러 가지 인자에 의존할 수 있다. 특히, 전환을 증가시키도록 반응의 정도를 사용할 수도 있다. 그러나, 반응의 정도가 증가함에 따라, 수소화분해 반응기 내부에서 부반응이 발생하여, 2차 액상을 형성할 수도 있는 부산물뿐만 아니라 코크스 전구체, 침전물(즉, 침전된 아스팔텐 및 기타 퇴적물)의 형태로 된 부산물들도 생성할 수도 있다. 이러한 침전물의 과도한 형성은, 후속 처리를 방해할 수 있고, 중독, 코킹 또는 부착물에 의한 수소화분해 촉매를 비활성화시킬 수 있다. 수소화분해 촉매의 비활성화는, 잔류물 전환을 현저하게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 고가의 촉매의 더욱 빈번한 교체를 요구할 수도 있다. 2차 액상의 형성은, 수소화분해 촉매를 비활성화시킬 뿐만 아니라 최대 전환을 제한하여 촉매 소모도 증가시키며, 이에 따라 에뷸레이티드-베드(ebullated bed) 촉매를 비유동화(defluidize)시킬 수 있다. 이에 따라, 촉매 베드 내에 "고온 영역"(hot zone)이 형성되어, 코크스 퇴적물의 형성을 악화시키며, 이는 수소화분해 촉매를 더욱 비활성화한다.

수소화분해 반응기 내부의 침전물 형성은, 또한, 공급 원료 품질의 강력한 기능이다. 예를 들어, 수소화분해 반응기 시스템으로 공급되는 부분적으로 전환된 진공 잔류물 중에 존재할 수도 있는 아스팔텐은, 특히 가혹한 동작 조건하에 있을 때 침전물을 형성하는 경향이 있다. 따라서, 전환을 증가시키도록, 부분적으로 전환된 진공 잔류물로부터 아스팔텐을 분리하는 것이 바람직할 수도 있다.

부분적으로 전환된 잔류물 공급물로부터 이러한 아스팔텐을 제거하는 데 사용될 수도 있는 한가지 유형의 공정은 용매 탈아스팔텐 처리(deasphalting)이다. 예를 들어, 용매 탈아스팔텐 처리는, 통상적으로, 용매에 대한 상대적 친화력에 기초하여 경질 탄화수소 및 아스팔텐을 포함하는 중질 탄화수소를 물리적으로 분리하는 것을 포함한다. C₃ 내지 C₇ 탄화수소와 같은 가벼운 용매는, 일반적으로 탈아스팔텐유(deasphalted oil)라고 불리는 더욱 가벼운 탄화수소를 용해 또는 현탁하여 아스팔텐을 별도의 상(phase)으로 이동시키는 데 사용될 수 있다. 이어서, 두 상을 분리하고 용매를 회수한다. 용매 탈아스팔텐 처리 조건, 용매, 및 동작에 관한 추가 정보는 미국 특허 4,239,616, 4,440,633, 4,354,922, 4,354,928, 및 4,536,283으로부터 얻을 수도 있다.

진공 잔류물로부터 아스팔텐을 제거하기 위해 용매 탈아스팔텐 처리를 수소화분해와 통합하는 몇 가지 방법들이 있다. 이러한 공정들은, 진공 잔류물 공급물을 용매 탈아스팔텐계와 접촉시켜 아스팔텐을 탈아스팔텐유로부터 분리하는 것을 개시하는 미국 특허 7,214,308에 개시되어 있다. 이어서, 탈아스팔텐유 및 아스팔텐은 각각 별도의 수소화분해 반응기 시스템에서 반응한다.

탈아스팔텐유과 아스팔텐 모두가 개별적으로 수소화분해될 때, 이러한 공정을 이용하여 적당한 전체 진공 잔류물 전환(미국 특허 7,214,308에 기재된 바와 같이 약 65% 내지 70%)이 달성될 수도 있다. 그러나, 개시된 바와 같은 아스팔텐 수소화분해는 고 정도/고 전환에 있으며, 상술한 바와 같이 특별한 도전 과제를 제시할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 전환을 증가시키기 위해 아스팔텐 수소화분해 장치를 고 정도로 작동시키면, 침전물 형성 속도가 빨라지고 촉매 교체율이 높아질 수도 있다. 대조적으로, 아스팔텐 수소화분해 장치를 저 정도로 작동시키면, 침전물 형성이 억제되지만, 아스팔텐의 단류 전환(per-pass conversion)이 감소된다.

최초(virgin) 잔류 탄화수소 공급물을 업그레이드하는 공정들은, 제1 반응 유닛에서의 최초 잔류물의 수소화처리, 용출액을 용매 탈아스팔텐 처리하고, 탈아스팔텐 처리된 용출액을 제2 반응 유닛에 공급하는 것을 설명하는 미국 특허 8,287,720에 기재되어 있다. 그러나, 잔류 탄화수소 공급물의 수소화분해 및 후속 공정 단계들은, 조작 유닛을 변형시키고 덜 바람직한 품질을 갖는 산물을 생성하는 조건에서 동작한다.

전체적인 부분적으로 전환된 진공 잔류물 전환을 높이기 위해, 이러한 공정들은, 통상적으로, 반응하지 않은 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 수소화분해 반응기들 중 하나 이상으로 다시 재순환시키는 높은 재순환율을 필요로 한다. 이러한 대량 재순환은 수소화분해 반응기 및/또는 업스트림 용매 탈아스팔텐 시스템의 크기 를 상당히 증가시킬 수 있다.

부분적으로 전환된 진공 잔류물은, 반응성과 가공성 면에서 최초 진공 잔류물과는 상당히 다른 것으로 밝혀졌다. 부분적으로 전환된 진공 잔류물은, 높은 잔류물 전환을 여전히 달성하면서 수소화분해되기 어려울 수도 있다. 게다가, 부분적으로 전환된 진공 잔류물이 공급되는 수소화분해 공정들의 경제성을 개선하는 것이 바람직할 수도 있는데, 예를 들어, 수소화분해 반응기 및/또는 용매 탈아스팔텐기(deasphalter)의 전체 장비 크기를 줄이고, 증류물 수소화분해기에 공급되는 공급원료인 진공 증류물들의 품질을 개선하고, 증류물 수소화분해기들의 동작성을 개선하고, 증류물 수소화분해기들의 동작 정도를 줄이고, 수소화분해 촉매의 덜 빈번한 교체를 요구하는 것일 수도 있다.

본원의 실시예들에 따른 공정들은, 일부 실시예들에서, 부분적으로 전환된 진공 잔류물 등을 87.5%, 92.5%, 95%, 또는 심지어 97%를 초과하는 전체 진공 잔류물 전환으로 되게끔 처리하는 데 효과적인 것으로 밝혀졌다.

일 양태에서, 본원에서 개시하는 실시예들은 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 공정에 관한 것이다. 이 공정은, 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 박리하여 제1 증류물과 제1 잔류물을 생성하는 단계; 제1 잔류물을 용매 탈아스팔텐 처리하여 탈아스팔텐유와 아스팔텐 분획물을 생성하는 단계; 탈아스팔텐유를 진공 분획하여 탈아스팔텐유 가스 증류물과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물을 회수하는 단계; 제1 수소화처리 촉매의 존재하에 제1 증류물과 탈아스팔텐유 가스 증류물과 수소를 접촉시켜 제1 수소화처리 용출액을 생성하는 단계; 제2 수소화 처리 촉매의 존재하에 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물과 수소를 접촉시켜 제2 수소화처리 용출액을 생성하는 단계; 및 제2 수소화처리 용출액을 분획하여 수소화분해된 대기 잔류물 및 수소화분해된 대기 증류물을 회수하는 단계를 포함할 수도 있다.

다른 일 양태에서, 본원에서 개시하는 실시예들은 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 공정에 관한 것이다. 이 공정은, 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 질량 전달 장치에 의해 박리하여 제1 증류물과 제1 잔류물을 생성하는 단계; 제1 잔류물을 용매 탈아스팔텐 유닛에 의해 탈아스팔텐 처리하여 탈아스팔텐유와 아스팔텐 분획물을 생성하는 단계; 탈아스팔텐유를 진공 분획 유닛에 의해 분획하여 탈아스팔텐유 가스 증류물과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물을 회수하는 단계; 에뷸레이티드 베드 수소화전환 반응기에서 제1 수소화처리 촉매의 존재하에 제1 증류물과 탈아스팔텐유 가스 증류물과 수소를 접촉시켜 제1 수소화처리 용출액을 생성하는 단계; 고정 베드 수소화전환 반응기 시스템에서 제2 수소화 처리 촉매의 존재하에 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물과 수소를 접촉시켜 제2 수소화처리 용출액을 생성하는 단계; 및 대기 분획 유닛에 의해 제2 수소화처리 용출액을 분획하여 수소화분해된 대기 잔류물 및 수소화분해된 대기 증류물을 회수하는 단계를 포함할 수도 있다.

또 다른 일 양태에서, 본원에서 개시하는 실시예들은 부분적으로 전환된 잔류물 탄화수소를 업그레이드하기 위한 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은, 부분적으로 전환된 잔류물 탄화수소 스트림을 제1 증류물 스트림과 제1 잔류물 스트림으로 박리하는 질량 전달 장치; 제1 잔류물 스트림으로부터 탈아스팔텐유 스트림과 아스팔텐 스트림을 회수하는 용매 탈아스팔텐 유닛; 탈아스팔텐유 가스 스트림과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림을 회수하도록 탈아스팔텐유 스트림을 분획하는 진공 분획 유닛; 제1 용출액을 생성하도록 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림과 수소를 제1 수소화 처리 촉매와 접촉시키는 에뷸레이티드 베드 수소화전환 반응기 시스템; 탄화수소 대기 증류물 스트림과 탄화수소 대기 잔류물 스트림을 회수하도록 상기 제1 용출액을 분획하는 분리 유닛; 및 탄화수소 대기 증류물 스트림과 탄화수소 대기 잔류물 스트림을 회수하도록 제1 용출액을 분획하는 대기 분획 유닛; 및 제2 용출액을 생성하도록 제1 증류물 스트림, 탈아스팔텐유 가스 스트림, 및 탄화수소 대기 증류물 스트림 중 적어도 하나와 접촉하는 고정 베드 수소화전환 반응기 시스템을 포함할 수도 있다.

다른 양태들과 이점들은 다음에 따르는 설명과 청구범위로부터 명백할 것이다.

도 1은 본원에서 개시하는 실시예들에 따라 최초 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 현재의 수소화분해 및 탈아스팔텐 공정들의 간략화된 흐름도이다.
도 2는 본원에서 개시하는 실시예들에 따라 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 수소화분해 및 탈아스팔텐 공정의 간략화된 흐름도이다.
도 3은 본원에서 개시하는 실시예들에 따라 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 수소화분해 및 탈아스팔텐 공정의 간략화된 흐름도이다.
도 4는 본원에서 개시하는 실시예들에 따라 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 수소화분해 및 탈아스팔텐 공정의 간략화된 흐름도이다.

본원에서 개시하는 실시예들은 일반적으로 부분적으로 전환된 중유 공급원료를 업그레이드하기 위한 공정들에 관한 것이다. 일 양태에서, 본원에서 개시하는 실시예들은 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 수소화분해 및 탈아스팔텐 처리하기 위한 공정들에 관한 것이다. 다른 양태들에서, 본원에서 개시하는 실시예들은 잔류물 공급원료의 전환을 약 95% 또는 약 98%까지 증가시키기 위한 공정들에 관한 것이다.

본원에 개시된 실시예들에서 유용한 부분적으로 전환된 진공 잔류물 탄화수소 공급원료는, 내부의 탄화수소 중 일부를 적어도 부분적으로 전환하도록 하나 이상의 전환 공정에서 미리 처리된 다양한 중질 원유 분획물 및 정유 분획물을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 부분적으로 전환된 진공 잔류물 탄화수소 공급원료는, 수소화분해 유닛, 진공 잔류물 코킹(vac resid coking) 유닛, 수소화열분해(hydrothermolysis) 유닛, 수소열분해(hydropyrolysis) 유닛, 열분해 유닛, 오일 셰일 리토르트 유닛, 바이오매스 열분해 유닛, 바이오매스 수소열분해 유닛, 바이오매스 수소화열분해 유닛, 타르 샌드 추출 유닛, 증기 보조 비중 배수 공정, 토우 투 힐(toe to heel) 공기 주입 공정, 인시츄 석유 추출 공정, 또는 이들의 조합에서 부분적으로 처리된 진공 잔류물 탄화수소 공급물을 포함할 수도 있고, 이들의 각각은 공정 유도되고, 수소화분해되고, 부분적으로 탈황되고 및/또는 저 금속 스트림일 수도 있다. 전술한 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료들은, 아스팔텐, 금속, 유기 황, 유기 질소, 및 콘라드슨 잔류 탄소(CCR)를 포함하는 다양한 불순물들을 포함할 수도 있다. 부분적으로 전환된 진공 잔류물의 초기 비등점은 통상적으로 약 510℃(900℉), 약 537℃(1000℉), 또는 약 565℃(1050℉)보다 높다.

부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료는 최초 진공 잔류물 공급원료와 화학적으로 다르다. 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료는, 하나 이상의 업스트림 전환 공정에서 처리된 최초 진공 잔류물 공급원료로부터 제공될 수도 있다. 전환이 용이한 종들은, 통상적으로, 업스트림 전환 공정에서 미리 전환되어서, 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료가 전환이 어려운 종들의 양들을 포함한다. 이러한 전환이 어려운 종들은, 통상적으로 더욱 가치가 높은 탄화수소로 전환하기 위해 고 반응 정도를 필요로 한다. 고 반응 정도는, 통상적으로 후술하는 용액에 의해 제공되는 높은 전체 전환을 달성하는 것을 어렵게 하는 부반응을 증가시킬 수도 있다. 부반응은, 촉매를 손상시키고 및/또는 침전물을 생성하는 부산물을 형성한다. 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물을 수소화분해하도록 다운스트림 용매 탈아스팔텐 유닛과 다운스트림 에뷸레이티드 베드 유닛을 통합하면서 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료 및 이러한 공급원료의 증기 박리를 이용함으로써, 회수된 수소화처리된 진공 가스 오일이 더욱 양호한 특성을 갖게 되며, 다운스트림 고정 베드 증류물 수소화처리 유닛에서의 조건들을 완화한다. 일부 실시예들에서, 중유의 다핵 방향족 농도를 정량화하는 다핵 순환 지수(PCI)는 공정으로부터 생성되는 진공 가스 오일을 감소시킬 수도 있고, 디젤 생성이 증가될 수도 있다. 다운스트림 처리 유닛들은 저압에서 동작할 수도 있고, 촉매를 이용한 유닛들이 자신들의 촉매 사이클 길이를 개선할 수도 있다.

부분적으로 전환된 진공 잔류물 탄화수소 공급원료를 가벼운 탄화수소로 전환하기 위한 본원에 개시한 실시예들에 따른 공정들은, 공급원료를 제1 증류물 스트림과 제1 잔류물 스트림으로 초기에 증기 박리하는 단계를 포함한다. 이어서, 제1 잔류물 스트림은, 탈아스팔텐유 분획물과 아스팔텐 분획물을 회수하도록 용매 탈아스팔텐 유닛에서 분리될 수도 있다. 용매 탈아스팔텐 유닛은, 예를 들어, 미국 특허 4,239,616, 4,440,633, 4,354,922, 4,354,928, 4,536,283, 7,214,308 중 하나 이상에 설명된 바와 같을 수도 있으며, 이러한 문헌들 각각은 본원에 개시된 실시예들에 모순되지 않는 정도로 본원에 참고로 원용된다. 용매 탈아스팔텐 유닛에서, 가벼운 탄화수소 용매는, 제1 잔류물의 원하는 성분들을 선택적으로 용해하고 아스팔텐을 거부하는 데 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 가벼운 탄화수소 용매는, C₃ 내지 C₇ 탄화수소일 수도 있고, 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄, 헥산, 헵탄, 및 이들의 혼합물을 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 용매는, 방향족 용매, 또는 가스 오일들의 혼합물, 또는 공정 자체에서 생성되거나 정제소에서 이용가능한 가벼운 나프타일 수도 있다.

탈아스팔텐유 분획물은, 탈아스팔텐유 가스 증류물 스트림과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림을 회수하도록 분획될 수도 있다. 탈아스팔텐유 가스 증류물 스트림은, 탄화수소들 중 적어도 일부를 다음의 예들로 한정되지 않는 나프타 분획물, 등유 분획물, 디젤 분획물 등의 더욱 가벼운 분자들로 전환하도록 증류물 수소화처리 반응 유닛의 수소화분해 촉매를 이용하여 수소와 함께 반응할 수도 있다. 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림은, 탄화수소들 중 적어도 일부를 더욱 가벼운 분자들로 전환하도록 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛의 수소화분해 촉매를 이용하여 수소와 함께 반응할 수도 있다.

증류물 수소화처리 반응 유닛과 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛에서 사용되는 촉매들은 동일하거나 다를 수도 있다. 증류물 수소화처리 반응 유닛과 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛에서 유용한 적절한 수소화 처리 및 수소화분해 촉매들은, 원소 주기율표의 4족 내지 12족에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 본원에 개시하는 실시예들에 따른 수소화처리 및 수소화분해 촉매들은, 실리카, 알루미나, 티타니아, 또는 이들의 조합 등의 다공성 기재 상에서 지지되지 않는 또는 지지되는, 니켈, 코발트, 텅스텐, 몰리브덴 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수도 있고, 이러한 하나 이상으로 이루어질 수도 있고, 또는 그 하나 이상으로 본질적으로 이루어질 수도 있다. 수소화 처리 촉매는, 제조사로부터 공급되거나 재생 공정으로부터 발생하는 경우, 금속 산화물의 형태로 될 수도 있다. 예를 들어. 필요한 경우 또는 원하는 경우, 금속 산화물은 사용 전에 또는 사용 동안 금속 황화물로 전환될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 수소화분해 촉매는, 수소화분해 반응기로의 도입 전에 미리 황화처리 및/또는 전처리될 수도 있다. 예를 들어, 미국 특허 US4990243, US5069890, US5071805, US5073530, US5141909, US5277793, US5366615, US5439860, US5593570, US6860986, US6902664, US6872685에 개시된 바와 같은 하나 이상의 촉매가 본원의 실시예들에서 사용될 수도 있으며, 이들 문헌의 각각은 해당 문헌에서 설명되는 수소화분해 촉매에 대하여 본원에 참고로 원용된다.

증류물 수소화처리 반응 유닛은 하나 이상의 반응기를 직렬로 및/또는 병렬로 포함할 수도 있다. 증류물 수소화처리 반응 유닛에 사용하는 데 적합한 반응기는 임의의 유형의 수소화처리 반응기를 포함할 수도 있다. 아스팔텐은, 탈아스팔텐유 가스 증류물 스트림에 소량으로만 존재할 수도 있어서, 다양한 반응기 유형이 제1 반응 유닛에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제1 수소화분해 반응 유닛에 공급되는 탈아스팔텐유 가스 증류물 스트림의 콘라드슨 탄소 잔류물과 금속이 각각 10% 및 100wppm 미만인 고정 베드 반응기를 고려할 수도 있다. 필요로 하는 반응기의 개수는, 공급률, 및 증류물 수소화처리 반응 유닛에 필요한 전환 레벨에 의존할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 증류물 수소화처리 반응 유닛은 단일 고정 베드 반응기이다. 일부 실시예들에서, 증류물 수소화처리 반응 유닛에 사용되는 촉매는, 산화 지지부 상의 종래의 Ni/Co/Mo/W뿐만 아니라 제오라이트 성분도 포함할 수도 있는 압출 형태로 된 촉매를 수소화처리하는 증류물을 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 증류물 수소화처리 반응 유닛에 사용될 수도 있는 촉매는, 미국 특허 US4990243, US5069890, US5071805, US5073530, US5141909, US5277793, US5366615, US5439860, US5593570, US6860986, US6902664, US6872685 중 하나 이상에 설명되어 있는 바와 같으며, 이들 문헌의 각각은 본원에서 설명하는 수소화분해 촉매에 관하여 참고로 원용된다. 증류물 수소화처리 반응 유닛은, 시스템의 다른 유닛들에서 생산되는 진공 가스 오일, 대기 가스 오일, 및 디젤 성분을 업그레이드한다.

탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛은 하나 이상의 반응기를 직렬로 및/또는 병렬로 포함할 수도 있다. 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛에서 사용하는 데 적합한 반응기는, 특히, 에뷸레이티드 베드 반응기, 유동화된 베드 반응기, 슬러리 반응기, 및 이동 베드 반응기를 포함하는 임의의 유형의 수소화분해 반응기를 포함할 수도 있다. 필요로 하는 반응기의 개수는, 공급률, 전체 타겟 진공 잔류물 레벨, 및 필요로 하는 전환 레벨에 의존할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛은 하나 이상의 에뷸레이티드 베드 반응기일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛의 촉매는, 고 금속 함량과 고 CCR 함량 공급원료에 적합한 다공 크기 분포를 갖는 유동화가능한 비정질 촉매일 수도 있다. 다른 실시예들에서, 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛의 촉매는 몰리브덴 황화물 유형의 물질을 포함하는 분산된 상 또는 슬러리 촉매일 수도 있다. 또 다른 실시예들에서, 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛의 촉매는, 원소 주기율표의 4족 내지 12족에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛의 촉매는, 실리카, 알루미나, 티타니아, 또는 이들의 조합 등의 다공성 기재 상에서 지지되거나 지지되지 않는 니켈, 코발트, 텅스텐, 몰리브덴, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수도 있고, 이러한 하나 이상으로 이루어질 수도 있고, 또는 이러한 하나 이상으로 본질적으로 이루어질 수도 있다.

이어서, 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛으로부터의 반응 산물을 분리하여 수소화분해된 대기 증류물 스트림과 수소화분해된 대기 잔류물 스트림을 회수할 수도 있고, 후자는 반응하지 않은 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급물, 아스팔텐, 및 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료에 포함된 아스팔텐의 수소화분해로부터 발생하는 임의의 잔류물 비등 범위 산물을 포함한다. 회수되는 증류물 탄화수소 분획물은, 특히, 약 343℃ 미만의 정상 비등 온도를 갖는 탄화수소 등의 대기 증류물, 및 약 482℃ 내지 약 566℃ 미만의 정상 비등 온도를 갖는 탄화수소 등의 진공 증류물을 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 수소화분해된 대기 증류물 스트림은 제1 수소화처리/수소화분해 반응 유닛에 공급될 수도 있다.

따라서, 본원에 개시하는 실시예들에 따른 공정들은, 제1 및 제2 수소화분해 반응 유닛들의 유닛 업스트림을 용매 탈아스팔텐 처리하여 아스팔텐들의 적어도 일부를 더욱 가볍고 가치있는 탄화수소로 전환하는 단계를 포함한다. 탈아스팔텐유 가스 증류물 스트림과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림의 수소화분해는, 일부 실시예들에서 약 60wt% 초과, 다른 실시예들에서 약 90wt% 초과, 또 다른 실시예들에서 약 92.5wt% 초과, 또 다른 실시예들에서 약 95wt% 초과, 또 다른 실시예들에서 약 98wt% 초과의 전체 진공 잔류물 전환을 제공할 수도 있다. 전체 진공 잔류물 전환은, 최초 진공 잔류물 공급물로부터 업스트림 보텀 오브 더 배럴 전환 유닛으로의 510℃+ (또는 538℃+ 또는 566℃+) 성분들, 즉, 용매 탈아스팔텐 보텀 스트림(20)에서의 순수 양에 대한 스트림(100)의 % 전환 또는 사라짐으로서 정의되며, 후자는 본원에 개시하는 실시예들에서 미전환된 상태로 남아 있는 물질의 40% 또는 20% 또는 10% 또는 7.5% 또는 5% 또는 2%를 나타낸다.

증류물 수소화처리 반응 유닛은, 약 360℃ 내지 약 400℃, 다른 실시예들에서는 약 380℃ 내지 약 430℃의 온도 범위에서 동작할 수도 있다. 수소 부분 압력은, 일부 실시예들에서는 약 100바 내지 약 200바, 다른 실시예들에서는 약 125바 내지 약 155바의 범위에 있을 수도 있다. 수소화처리 반응은, 또한, 일부 실시예들에서 약 0.1hr^-1 내지 약 3.0hr^-1, 다른 실시예들에서 약 0.2hr^-1 내지 약 2hr^-1범위에서 액 공간 속도(liquid hourly space velocity; LHSV)로 행해질 수도 있다. 또한, 수소화처리 반응은, 약 5,000 내지 약 20,000scf/bbl의 수소 대 오일 비로 행해질 수도 있다. 일부 실시예들에서, 증류물 수소화처리 반응 유닛은 하나 이상의 증류물 스트림, 또는 이들의 조합을 처리할 수도 있다. 증류물 수소화처리 반응 유닛은 수소화처리와 수소화분해 촉매들의 조합을 포함할 수도 있다. 공급물의 최종 비등점이 약 343℃ 미만이면, 수소화처리 촉매를 사용할 수도 있다. 공급물이 343℃ 초과의 진공 증류물 등의 진공 증류물을 포함한다면, 수소화처리 및 진공 가스 오일 수소화분해 촉매들의 조합을 사용할 수도 있다.

일부 실시예들에서, 증류물 수소화처리 반응 유닛이 에뷸레이티드 베드 유닛이면, 반응기들은, 약 380℃ 내지 약 450℃의 온도 범위, 약 70바 내지 약 170바의 수소 부분 압력, 및 약 0.2h^-1 내지 약 2.0h^-1의 액 공간 속도(LHSV)에서 동작할 수도 있다.

탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛은, 약 360℃ 내지 약 480℃, 다른 실시예들에서는 약 400℃ 내지 약 450℃의 온도 범위에서 동작할 수도 있다. 제1 및 제2 반응 유닛들의 각각의 압력은, 일부 실시예들에서 약 70바 내지 약 230바, 다른 실시예들에서 약 100바 내지 약 180바의 범위일 수도 있다. 또한, 수소화분해 반응은, 일부 실시예들에서 약 0.1hr^-1 내지 약 3.0hr^-1 범위, 다른 실시예들에서 약 0.2hr^-1 내지 약 2hr^-1 범위의 액 공간 속도(LHSV)에서 행해질 수 있다. 또한, 수소화분해 반응은, 약 5,000 내지 약 20,000scf/bbl의 수소 대 오일 비로 행해질 수도 있다.

일부 실시예들에서, 증류물 수소화처리 유닛의 동작 조건은 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 유닛의 동작 조건보다 덜 엄격할 수도 있어서, 과도한 촉매 교체율을 피할 수도 있다. 이에 따라, (즉, 결합된 양측 유닛을 위한) 전체 촉매 교체도 감소된다. 예를 들어, 증류물 수소화처리 유닛의 온도는 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 유닛의 온도보다 낮을 수도 있다. 동작 조건은, 특히, 증류물 수소화처리 유닛에서 제거될 불순물의 필요로 하는 레벨 및 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료의 불순물의 내용물을 포함하는, 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료에 기초하여 선택될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 유닛의 진공 잔류물 전환은, 약 50 내지 75wt%, 다른 실시예들에서 약 55 내지 약 70wt%, 또 다른 실시예들에서 약 60 내지 약 65wt%의 범위에 있을 수도 있다. 부분적으로 전환된 잔류를 수소화분해하는 것에 더하여, 황 및 금속 제거 각각은 약 40% 내지 약 75% 범위에 있을 수도 있고, 콘라드슨 탄소 제거는 약 30% 내지 약 60% 범위에 있을 수도 있다. 다른 실시예들에서, 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 유닛의 동작 압력과 동작 온도 중 적어도 하나는 증류물 수소화처리 유닛에서 사용되는 것보다 클 수도 있다.

본원에 개시하는 실시예들에 따른 공정 흐름 기법들을 사용함으로써, 적어도 80%, 90%, 92.5%, 95%, 98% 또는 그 이상의 전체 진공 잔류물 전환을 달성할 수도 있으며, 이는 2-유닛 수소화분해 시스템만을 이용하여 달성할 수 있는 경우에 비해 상당히 개선된 점이다.

이제 도 1을 참조해 보면, 최초 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 현재 공정들의 간략화된 공정 흐름도가 도시되어 있다. 최초 진공 잔류물과 수소는, 흐름 라인들(310, 312)을 통해, 잔류의 적어도 일부를 더욱 가벼운 탄화수소로 전환하는 데 충분한 온도와 압력에서 동작하며 수소화분해 촉매를 포함하는 제1 수소화분해 반응 스테이지(314)에 각각 공급될 수도 있다. 제1 스테이지 반응기 용출액은 흐름 라인(316)을 통해 회수될 수도 있다. 제1 스테이지 용출액은, 반응 산물, 및 아스팔텐 등의 반응 공급 성분, 및 잔류물 공급원료의 비등 범위에 속하는 것들을 포함한 다양한 비등점을 갖는 수소화분해된 아스팔텐을 포함할 수도 있는 반응하지 않은 잔류물을 포함할 수도 있다.

제1 수소화분해 반응 스테이지(314)는 하나 이상의 반응기를 직렬로 및/또는 병렬로 포함할 수도 있다. 제1 수소화처리 및 수소화분해 반응 스테이지에 사용하는 데 적합한 반응기들은 에뷸레이티드 베드 반응기들을 포함할 수도 있다. 제1 수소화분해 반응 스테이지(314)는 단일 에뷸레이티드 베드 반응기만을 포함할 수도 있다.

탈아스팔텐유 분획물과 수소는, 흐름 라인들(318, 380)을 통해, 탈아스팔텐유 중 적어도 일부를 더욱 가벼운 탄화수소로 전환하도록 온도와 압력에서 동작하며 수소화분해 촉매를 포함하는 제2 수소화분해 반응 스테이지(322)에 각각 공급될 수도 있다. 제2 스테이지 반응기 용출액은 흐름 라인(324)을 통해 회수될 수도 있다.

제2 수소화분해 반응 스테이지(322)는 하나 이상의 반응기를 직렬로 및/또는 병렬로 포함할 수도 있다. 제2 수소화분해 반응 스테이지에서 사용하는 데 적합한 반응기들은 에뷸레이티드 베드 반응기들을 포함할 수도 있다. 필요로 하는 반응기들의 개수는, 공급률, 전체 타겟 잔류물 전환 레벨, 및 제1 수소화분해 반응 스테이지에서 달성된 전환 레벨에 의존할 수도 있다. 제2 수소화분해 반응 스테이지(322)는 단일 에뷸레이티드 베드 반응기만을 포함할 수도 있다.

제1 스테이지 반응기 용출액과 제2 스테이지 반응기 용출액은 흐름 라인들(316, 324)을 통해 분리 시스템(326)으로 공급될 수도 있다. 대기 증류물은 흐름 라인(356)을 통해 회수될 수도 있다. 진공 증류물은 흐름 라인(362)을 통해 회수될 수도 있고, 제2 보텀 분획물은 흐름 라인(330)을 통해 회수되고 용매 탈아스팔텐 유닛(332)에서 처리될 수도 있다. 탈아스팔텐유 분획물(318)은 제2 수소화분해 반응 스테이지(322)에 전달될 수도 있고, 피치(320)가 회수될 수도 있다.

이제 도 2를 참조해 보면, 본원에 개시하는 실시예들에 따라 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 공정들의 간략화된 공정 흐름도가 도시되어 있다. 펌프, 밸브, 열 교환기, 및 기타 장비는 본원에 개시하는 실시예들을 쉽게 예시하도록 도시하지 않는다.

일부 실시예들에서, 진공 잔류물 탄화수소 공급원료는, 부분적으로 전환된 진공 잔류물 탄화수소 공급원료를 포함하는 용출액을 생성하는 업스트림 공정에 공급될 수도 있다. 업스트림 공정은 진공 잔류물 탄화수소 공급원료의 무거운 성분들 중 일부를 전환한다.

일부 실시예들에서, 업스트림 공정(70)으로부터의 용출액은, 흐름 라인(100)을 통해 고압 고온 분리기(80)(HP/HT 분리기)에 초기에 공급될 수도 있다. 용출액(100)은 부분적으로 전환된 진공 잔류물일 수도 있다. 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료는, 잔류물 공급물들을 부분적으로 전환하는 다양한 업스트림 공급 처리 유닛들 중 임의의 유닛으로부터 유도될 수도 있다. 이러한 공정들은 때때로 "보텀 오브 더 배럴 공정"이라고 한다. 보텀 오브 더 배럴 공정은, 업스트림 수소화분해 유닛, 진공 잔류물 코킹 유닛, 수소화열분해 유닛, 수소열분해 유닛, 열분해 유닛, 오일 셰일 리토르트 유닛, 바이오매스 열분해 유닛, 바이오매스 수소열분해 유닛, 바이오매스 수소화열분해 유닛, 타르 샌드 추출 유닛, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 부분적으로 전환된 진공 잔류물은, 또한, 증기 보조 비중 배수, 토우 투 힐 공기 주입, 인시츄 석유 추출 공정, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 생성되는 중유 스트림들로부터 유도될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 업스트림 수소화분해 유닛은, 에뷸레이티드 베드 수소화분해 유닛, 고정 베드 수소화분해 유닛, 또는 이동 베드 수소화분해 유닛일 수도 있다.

HP/HT 분리기(80)는 질량 전달 장치(12)의 업스트림에 위치할 수도 있다. HP/HT 분리기(80)는, 업스트림 공정으로부터의 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 기체 분획물과 액체 분획물로 분리한다. 부분적으로 전환된 진공 잔류물의 플래시(flash)된 액체 분획물은, 흐름 라인(10)을 통해 질량 전달 장치(12)로 공급되어, 흐름 라인(15)을 통해 제1 증류물 및 흐름 라인(16)을 통해 제1 잔류물을 생성하게 된다. 기체 분획물은 흐름 라인(82)을 통해 회수되고 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 공급될 수도 있다.

질량 전달 장치(12)는, 패킹된 타워, 언패킹된 타워, 또는 트레이 컬럼 등의 컬럼일 수도 있지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에서, 질량 전달 장치(12)는 박리 타워일 수도 있다. 박리 매질은 흐름 라인(33)을 통해 박리 타워(12)에 공급될 수도 있다. 박리 매질은, 증기, 수소, 질소, 또는 연료 가스 등의 비반응성 박리 매질일 수도 있지만, 이에 한정되지 않는다. 박리 매질이 증기이면, 증기는 초가열된 고압 증기일 수도 있다. 증기의 온도 범위는 약 232℃(450℉) 내지 약 371℃(700℉)일 수도 있다. 증기는, 약 3 내지 약 20파운드의 증기/공급물의 배럴의 비율(공급물의 배럴당 약 1.3 내지 약 9.1kg의 증기)로 흐름 라인(33)을 통해 질량 전달 장치(12)에 공급될 수도 있다. 제1 증류물 스트림은 약 427℃(800℉) 내지 약 482℃(900℉) 범위의 ASTM D-1160 최종 비등점을 가질 수도 있다. 제1 잔류물 스트림은 약 800℉ 내지 약 900℉ 범위의 대응하는 ASTM D-1160 초기 비등점을 가질 수도 있다.

박리 타워(12)로부터, 제1 증류물은 흐름 라인(15)을 통해 수소화처리 촉매, 수소화분해 촉매, 또는 이들의 조합을 포함하는 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 공급될 수도 있다. 수소를 흐름 라인(13)을 통해 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 첨가할 수도 있다. 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)은 제1 증류물의 적어도 일부를 더욱 가벼운 탄화수소로 변환하는 데 충분한 온도와 압력에서 동작할 수도 있다. 증류물 수소화처리 반응 유닛 용출액, 또는 제1 수소화처리 용출액은 흐름 라인(17)을 통해 회수될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 증류물 수소화처리 반응 유닛 용출액은, 나프타 분획물, 케로센 분획물, 및 디젤 분획물의 범위에서 끓는 탄화수소를 포함할 수도 있는 수소화처리된 증류물 산물을 포함할 수도 있지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에서, 증류물 수소화처리 반응 유닛 용출액은 열거된 분획물들을 제공하도록 분획될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)은 단일 고정 베드 반응기이다.

박리 타워(12)로부터, 제1 잔류물은 흐름 라인(16)을 통해 용매 탈아스팔텐(SDA) 유닛(32)으로 공급되어 탈아스팔텐유 분획물과 아스팔텐 분획물을 생성할 수도 있다. 탈아스팔텐유 분획물은 흐름 라인(18)을 통해 용매 탈아스팔텐 유닛(32)으로부터 회수되어 진공 분획 타워(60)에 공급될 수도 있다. 진공 분획 타워(60)는 탈아스팔텐 처리된 가스 오일과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물을 제공한다. 탈아스팔텐유 가스 스트림은 약 510℃(950℉) 내지 약 566℃(1050℉) 범위의 ASTM D-1160 최종 비등점을 가질 수도 있다. 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림은 약 510℃(950℉) 내지 약 566℃(1050℉) 범위의 ASTM D-1160 초기 비등점을 가질 수도 있다.

일부 실시예들에서, 아스팔텐 분획물은 흐름 라인(20)을 통해 SDA 유닛(32)으로부터 회수되어 추가 처리될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 아스팔텐 분획물은 흐름 라인(20)을 통해 회수되어 가스화 유닛(도시하지 않음)에 공급되어 합성 가스를 생성할 수도 있다. 합성 가스는, 증류물 수소화처리 반응 유닛(14) 또는 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 유닛(22) 중 하나 이상에 직접 공급되거나 이러한 하나 이상에서 사용되도록 수소로 전환될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 가스화 유닛은 미국 특허 8,083,519 및 7,993,131에 개시된 바와 같은 것일 수도 있다.

탈아스팔텐 처리된 가스 오일은 흐름 라인(26)을 통해 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 공급될 수도 있다. 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물은 흐름 라인(30)을 통해 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛(22)에 공급될 수도 있다. 수소를 흐름 라인(19)을 통해 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛(22)에 첨가할 수도 있다. 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 반응 유닛(22)은, 하나 이상의 에뷸레이티드 베드 반응기를 갖는 에뷸레이티드 베드 반응 시스템 또는 하나 이상의 슬러리 반응기를 갖는 슬러리 반응기 시스템일 수도 있다. 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 반응기 용출액, 또는 제2 수소화처리 용출액은 흐름 라인(24)을 통해 회수되어 분리 시스템(28)에 공급될 수도 있다. 분리 시스템(28)은 기체와 액체를 분리할 수도 있다. 기체는 흐름 라인(42)을 통해 제1 수소화처리/수소화분해 반응 유닛(14)으로 향할 수도 있고, 액체는 흐름 라인(44)을 통해 SDA(32)로 향할 수도 있다.

일부 실시예들에서, 분리 시스템(28)은, 제2 유닛 반응기 용출액 액체와 기체를 분리하기 위한 고압 고온 분리기(40)(HP/HT 분리기)를 포함할 수도 있다. 분리된 기체는 흐름 라인(42)을 통해 회수될 수도 있고, 분리된 액체는 흐름 라인(44)을 통해 회수될 수도 있다. 분리된 기체는 흐름 라인(42)을 통해 제1 수소화처리/수소화분해 반응 유닛(14)으로 향할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 액체는 흐름 라인(95)을 통해 박리 타워(12)로 재순환될 수도 있고 또는 흐름 라인(90)을 통해 SDA(32)로 향할 수도 있다.

이제 도 3을 참조해 보면, 본원에 개시하는 실시예들에 따라 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 공정들의 간략화된 공정 흐름도가 도시되어 있으며, 유사한 번호들은 유사한 부분들을 나타낸다. HP/HT 분리기(40)로부터 분리된 액체 스트림은, 흐름 라인(44)을 통해 대기 증류 타워(54)로 공급되어, 스트림을 대기 증류물들의 범위에서 끓는 탄화수소를 포함하는 분획물 및 적어도 343℃의 정상적인 비등점을 갖는 탄화수소를 포함하는 대기 잔류물 분획물로 분리한다. 대기 증류물은 흐름 라인(56)을 통해 회수될 수도 있고, 대기 잔류물 분획물은 흐름 라인(58)을 통해 회수될 수도 있다. 선택 사항으로, 흐름 라인(42)을 통하는 분리된 기체 및 흐름 라인(56)을 통하는 기체는 흐름 라인(57)을 통해 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)으로 향할 수도 있다.

대기 증류물은 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 공급되어 탈아스팔텐 처리된 가스 오일 및 제1 증류물과 함께 처리될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 대기 증류물, 탈아스팔텐 처리된 가스 오일, 및 제1 증류물은, 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 독립적으로 공급될 수도 있고, 또는 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 진입하기 전에 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)의 업스트림에서 결합될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 대기 잔류물 분획물은 제1 잔류물과 결합되어 SDA 유닛(32)에 공급될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 대기 잔류물 분획물과 제1 잔류물은, SDA 유닛(32)에 독립적으로 공급될 수도 있고, 또는 SDA 유닛(32)에 진입하기 전에 SDA 유닛의 업스트림에서 결합될 수도 있다.

HP/HT 분리기(80)로부터의 기체 분획물, 박리 타워(12)로부터의 제1 증류물, 및 진공 분획 타워(60)로부터의 탈아스팔텐유 가스는, 결합되어 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 공급될 수도 있고, 또는 그러한 스트림들은 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 독립적으로 공급될 수도 있다. 선택 사항으로, 분리 시스템(28)으로부터의 대기 증류물은, HP/HT 분리기(80)로부터의 기체 분획물, 박리 타워(12)로부터의 제1 증류물, 및 진공 분획 타워(60)로부터의 탈아스팔텐유 가스와 결합되어 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 공급될 수도 있고, 또는 그러한 스트림들은 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에 독립적으로 공급될 수도 있다.

이제 도 4를 참조해 보면, 본원에 개시하는 실시예들에 따라 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 공정들의 간략화된 공정 흐름도가 도시되어 있으며, 유사한 번호들은 유사한 부분들을 나타낸다. 업스트림 보텀 오브 더 배럴 공정들로부터의 부분적으로 전환된 진공 잔류물은 타르 샌드 유도 비튜멘(bitumen) 스트림으로부터 생성될 수도 있다. 타르 샌드 유도 비튜멘 스트림은, 흐름 라인(200)을 통해 그리고 510℃ 미만, 바람직하게는 343℃ 미만의 최종 비등점을 갖는 희석 스트림과 함께 흐름 라인(210)을 통해 업스트림 보텀 오브 더 배럴 공정(70)으로 공급된다. 일부 실시예들에서, 업스트림 보텀 오브 더 배럴 공정(70)으로부터의 용출액은, 증류물 비등 물질 및 적어도 부분적으로 전환된 진공 잔류물 성분을 포함하는 합성 원유를 생성할 수도 있다. 합성 원유는, 흐름 라인(210)을 통해 희석 스트림을 회수하고 흐름 라인(82)을 통해 증류물 스트림을 회수하고 흐름 라인(10)을 통해 부분적으로 전환된 진공 잔류물의 플래시된 액체 분획물을 회수하도록 흐름 라인(100)을 통해 HP/HT 분리기(80)로 공급될 수도 있다. 희석물은 업스트림 보텀 오브 더 배럴 공정(70)으로 다시 재순환될 수도 있다.

일부 실시예들에서, 흐름 라인(44)으로부터의 퍼지 스트림은, 수소화처리 반응 시스템들 중 하나 이상에서 사용하기 위한 수소로 추가로 전환될 수 있는 합성 가스를 생성하기 위한 가스화 공정 등의 처리를 위한 다운스트림을 위해 전달될 수도 있지만, 이러한 예로 한정되지 않는다. 퍼지의 양의 범위는 흐름 라인(44)에서의 흐름의 약 1% 내지 약 100%일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 흐름 라인(58)으로부터의 퍼지 스트림은, 수소화처리 반응 시스템들 중 하나 이상에서 사용하기 위한 수소로 추가로 전환될 수 있는 합성 가스를 생성하기 위한 가스화 공정 등의 처리를 위한 다운스트림을 위해 전달될 수도 있지만, 이러한 예로 한정되지 않는다. 퍼지의 양의 범위는 흐름 라인(58)에서의 흐름의 약 1% 내지 약 100%일 수도 있다.

예

예시적인 일 실시예에서, 도 1에 따른 공정은, 라인(310)을 통해 제1 수소화분해 반응 스테이지(314)에 공급되는 최초 진공 잔류물의 약 40,000BPSD를 가질 수도 있다. 제1 수소화분해 반응 스테이지(314)는 진공 잔류물의 약 52%를 전환하는 데 충분한 온도와 압력에서 동작할 수도 있다. SDA(332)는 약 70% 내지 약 80%의 DAO 리프트를 달성하도록 이러한 용매와 이러한 식으로 동작할 수도 있다. 제2 수소화분해 반응 스테이지(322)는, 약 75% 내지 약 85%의 DAO를 전환하는 데 충분한 온도와 압력에서 동작할 수도 있다. 주요 스트림, 중간 스트림, 및 산물 스트림에 대한 예상 전체 유속과 특성은 아래의 표 1에 요약되어 있다.

[표 1]

다핵 순환 지수(PCI)는 중유의 다핵 방향족 농도를 정량화한다. 직류 VGO의 PCI는 약 2000 내지 약 4000의 값을 가질 수도 있다. 라인(362)의 처리된 진공 가스 오일 분획물은, 직률 VGO를 생성하는 데 사용되는 원유의 소스 및 VGO의 증류 최종 비등점에 따라 약 9,000 초과이며 약 15,000 내지 약 16,000만큼의 높은 PCI 값을 가질 수도 있다. 라인(362)의 처리된 진공 가스 오일 분획물의 증가된 PCI 지수는, 종래의 고정 베드 수소화처리기/수소화분해기를 사용하는 디젤 및 기타 중간 증류물로의 업그레이드의 어려움을 증가시킬 수도 있다. 높은 PCI 공급물에 대한 고정 베드 수소화처리기/수소화분해기 설계는, 빈번한 촉매 교체, 즉, 약 12개월 이하의 매우 짧은 스트림 시간, 직류 VGO 고정 베드 수소화처리기/수소화분해기를 위한 것보다 약 25 내지 약 40%의 매우 높은 수소 부분 압력, 또는 직류 VGO 고정 베드 수소화처리기/수소화분해기를 위한 것보다 약 100 내지 약 200% 많은 상당한 고가의 촉매 로딩 중 적어도 하나를 필요로 할 수도 있다. 라인(362)의 처리된 진공 가스 오일 분획물이 유체 촉매 크랙킹(FCC) 유닛에서의 처리보다는 최대 디젤 생성을 위해 고정 베드 수소화처리기/수소화분해기에 공급되면, 디젤 수율이 약 20% 내지 약 25% 증가할 것으로 예상할 수도 있다. 다시 말하면, 40,000BPSD의 최초 진공 잔류물을 도 1의 공정에 공급하고 처리된 진공 가스 오일 분획물을 처리하기 위한 고정된 수소화처리기/수소화분해기를 포함함으로써, 디젤의 28,000BPSD 증가가 발생할 수도 있다.

비교해 볼 때, 도 3에 따른 공정은, 업스트림 보텀 오브 더 배럴 공정(70)에 공급되는 약 40,000BPSD의 최초 진공 잔류물을 가질 수도 있다. 질량 전달 장치(12)는 약 0.03kg/kg의 증기/오일 비 및 약 2바의 압력으로 동작하는 증기 박리기일 수도 있다. SDA(32)는 약 86%의 lvol% 리프트를 달성하도록 동작할 수도 있다. 흐름 라인(20)을 통한 SDA 유닛(32)으로부터의 아스팔텐 분획물은 기화되어 합성 가스를 생성할 수도 있고, 이러한 합성 가스는 유체 베드 보일러에서 연소되어 증기를 생성할 수도 있고 또는 지연 코커에 공급될 수도 있다. 탈아스팔텐 처리된 진공 잔류물 수소화분해 유닛(22)은 약 85%의 전환을 달성하도록 동작할 수도 있다. 주요 스트림, 중간 스트림, 및 산물 스트림에 대한 예상 전체 유속과 특성은 아래의 표 2에 요약되어 있다.

[표 2]

도 3의 공정에 따라 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 공급함으로써 생성되는 진공 가스 오일은, 이하의 표 3에 도시한 바와 같이 도 1의 공정에 따라 생성되는 매우 낮은 PCI 형태의 진공 가스 오일을 갖는다.

[표 3]

위에 도시한 바와 같이, 도 3의 공정에 따라 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 공급함으로써 생성되는 진공 가스 오일은, 스트림 시간에 있어서 종래의 수소 부분 압력, 공간 속도, 및 촉매를 사용하여 증류물 수소화처리 반응 유닛(14)에서 처리될 수도 있다. 도 1의 실시예들에 따른 공정은, 도 4의 실시예들에 비해, 약 28,000으로부터 약 33,400BPSD로의 디젤 생성율의 증가, 19.3% 상대 증가; 약 12개월 내지 약 24개월만큼의, 고정 베드 수소화처리기/수소화분해기(14)의 촉매 사이클 길이의 개선; 약 25% 만큼의, 고정 베드 수소화처리기/수소화분해기(14)의 수소 부분 압력의 감소; 및 약 66.7% 만큼의 진공 가스 오일의 PCI의 감소 중 하나 이상을 제공할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본원에 개시하는 실시예들은, 통합된 수소화분해 및 용해 탈아스팔텐 공정을 통한 중 탄화수소의 경 탄화수소로의 효율적인 전환을 제공한다. 더욱 구체적으로, 본원에 개시하는 실시예들은, 다른 부분 전환 공정들로부터 유도되는 공급원료들의 전환이 힘든 종들을 업그레이드하는 효율적이면서 효과적인 수단을 제공한다. 유리하게, 부분적으로 전환된 진공 잔류물 공급원료는 최초형 진공 잔류물 공급물로부터 별도로 처리될 수도 있고, 이에 따라 조성이 서로 다른 공급물들에서 발생할 수도 있는 문제점들에 대처한다. 서로 다른 트레인들에서 최초 진공 잔류물과 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 처리함으로써 공정 유연성을 제공할 수도 있다. 유연성은 특정 공급물에 대한 동작 조건들을 맞춤으로써 밝혀질 수도 있다. 서로 다른 트레인들에 공급물들을 갖춤으로써 공정 유닛들의 사이징도 감소될 수도 있다. 처리하기 힘든 종들은 재순환의 큰 볼륨 없이 처리될 수도 있다.

일 양태에서, 본원에서 개시하는 실시예들에 따른 공정들은, 수소화분해 공정에서 높은 전체 공급 전환, 예컨대, 87%, 92%, 95%, 또는 97% 이상의 전체 진공 잔류물 전환을 달성하는 데 유용할 수도 있다.

본 개시 내용은 제한된 개수의 실시예들을 포함하고 있지만, 본 개시 내용의 이점을 갖는 통상의 기술자는 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않는 다른 실시예들을 고려할 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 이에 따라, 그 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하는 공정으로서,
비반응성 박리 매질을 사용하여 상기 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 박리하여 제1 증류물과 제1 잔류물을 생성하는 단계;
상기 제1 잔류물을 용매 탈아스팔텐 처리하여 탈아스팔텐유와 아스팔텐 분획물을 생성하는 단계;
상기 탈아스팔텐유를 진공 분획하여 탈아스팔텐유 가스 증류물과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물을 회수하는 단계;
제1 수소화처리 촉매의 존재하에 상기 제1 증류물과 상기 탈아스팔텐유 가스 증류물과 수소를 접촉시켜 제1 수소화처리 용출액을 생성하는 단계;
제2 수소화처리 촉매의 존재하에 상기 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물과 수소를 접촉시켜 제2 수소화처리 용출액을 생성하는 단계; 및
상기 제2 수소화처리 용출액을 분획하여 수소화분해된 대기 잔류물 및 수소화분해된 대기 증류물을 회수하는 단계를 포함하는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 부분적으로 전환된 진공 잔류물은 업스트림 전환 공정으로부터의 용출액을 포함하는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 제1 잔류물이 있는 상기 수소화분해된 대기 잔류물을 용매 탈아스팔텐 처리하는 단계를 더 포함하는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 부분적으로 전환된 진공 잔류물 액체와 부분적으로 전환된 진공 잔류물 기체로 분리하는 단계를 더 포함하는, 공정.
제4항에 있어서, 온도와 압력 조건에서 제1 수소화처리 촉매가 있는 가운데 상기 부분적으로 전환된 진공 잔류물 기체를 접촉시켜 상기 제1 수소화처리 용출액을 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
제4항에 있어서, 상기 부분적으로 전환된 진공 잔류물 기체를 상기 탈아스팔텐유 가스 증류물과 결합하는 단계를 더 포함하는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 제1 수소화처리 촉매의 존재하에 상기 제1 증류물과 상기 탈아스팔텐유 가스 증류물과 수소를 접촉시키는 단계는 상기 수소화분해된 대기 증류물을 제1 수소화처리 촉매와 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 공정.
제4항에 있어서, 상기 제1 수소화처리 촉매의 존재하에 상기 제1 증류물과 상기 탈아스팔텐유 가스 증류물과 수소를 접촉시키는 단계는, 상기 수소화분해된 대기 증류물, 탈아스팔텐유 가스 증류물, 및 부분적으로 전환된 진공 잔류물 기체, 또는 이들의 조합을 제1 수소화처리 촉매와 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 제2 수소화 처리 촉매의 존재하에 상기 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림과 수소를 접촉시키는 단계는, 360℃ 내지 480℃의 온도 범위, 70바 내지 230바의 압력 범위, 0.1 내지 3.0hr^-1의 액 공간 속도(liquid hourly space velocity), 및 5000 내지 20,000scf/bbl의 수소 대 오일 비의 조건에서 행해지는, 공정.
제1항에 있어서, 제1 수소화처리 촉매의 존재하에 상기 제1 증류물과 상기 탈아스팔텐유 가스 증류물과 수소를 접촉시키는 단계는, 360℃ 내지 480℃의 온도 범위, 70바 내지 230바의 압력 범위, 0.1 내지 3.0hr^-1의 액 공간 속도, 및 5000 내지 20,000scf/bbl의 수소 대 오일 비의 조건에서 행해지는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 부분적으로 전환된 진공 잔류물의 전체 전환은 적어도 98%인, 공정.
제1항에 있어서, 상기 아스팔텐 분획물을 가스화하여 합성 가스를 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
제12항에 있어서, 상기 합성 가스는, 상기 탈아스팔텐유 가스 증류물 및 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림과 접촉하기 위한 수소를 포함하는, 공정.
제2항에 있어서, 상기 업스트림 전환 공정은, 수소화분해 유닛, 진공 잔류물 코킹(vac resid coking) 유닛, 수소화열분해(hydrothermolysis) 유닛, 수소열분해 유닛, 열분해 유닛, 오일 셰일 리토르트 유닛, 바이오매스 열분해 유닛, 바이오매스 수소열분해 유닛, 바이오매스 수소화열분해 유닛, 타르 샌드 추출 유닛, 증기 보조 비중 배수 공정, 토우 투 힐(toe to heel) 공기 주입 공정, 인시츄 석유 추출 공정, 또는 이들의 조합을 포함하는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 제1 수소화처리 촉매는 고정 베드 내에 있고, 상기 제2 수소화 처리 촉매는 에뷸레이티드 베드(ebullated bed) 반응기 내에 있는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 제1 수소화처리 촉매는 고정 베드 내에 있고, 상기 제2 수소화 처리 촉매는 슬러리 반응기 내에 있는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 비반응성 박리 매질은 수소, 질소, 연료 가스, 또는 증기인, 공정.
제1항에 있어서, 상기 용매 탈아스팔텐 처리는 상기 수소화분해된 대기 잔류물을 용매 탈아스팔텐 처리하는 것을 더 포함하는, 공정.
제1항에 있어서, 상기 박리는 상기 수소화분해된 대기 잔류물을 박리하는 것을 더 포함하는, 공정.
부분적으로 전환된 잔류물 탄화수소를 업그레이드하기 위한 시스템으로서,
부분적으로 전환된 잔류물 탄화수소 스트림을 제1 증류물 스트림과 제1 잔류물 스트림으로 박리하는 질량 전달 장치;
상기 제1 잔류물 스트림으로부터 탈아스팔텐유 스트림과 아스팔텐 스트림을 회수하는 용매 탈아스팔텐 유닛;
탈아스팔텐유 가스 스트림과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림을 회수하도록 상기 탈아스팔텐유 스트림을 분획하는 진공 분획 유닛;
제1 용출액을 생성하도록 상기 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물 스트림과 수소를 제1 수소화처리 촉매와 접촉시키는 에뷸레이티드 베드 수소화전환 반응기 시스템;
탄화수소 대기 증류물 스트림과 탄화수소 대기 잔류물 스트림을 회수하도록 상기 제1 용출액을 분획하는 분리 유닛; 및
제2 용출액을 생성하도록 상기 제1 증류물 스트림, 상기 탈아스팔텐유 가스 스트림, 및 상기 탄화수소 대기 증류물 스트림 중 적어도 하나와 접촉하기 위한 고정 베드 수소화전환 반응기 시스템을 포함하는, 시스템.
제20항에 있어서, 상기 아스팔텐 스트림을 합성 가스로 전환하기 위한 가스화 시스템을 더 포함하는, 시스템.
제20항에 있어서, 잔류물 스트림을 상기 부분적으로 전환된 잔류물 스트림으로 전환하기 위한 부분 업그레이드 전환 유닛을 더 포함하는, 시스템.
제22항에 있어서, 상기 부분 업그레이드 전환 유닛은, 수소화분해 유닛, 진공 잔류물 코킹 유닛, 수소화열분해 유닛, 수소열분해 유닛, 열분해 유닛, 오일 셰일 리토르트 유닛, 바이오매스 열분해 유닛, 바이오매스 수소열분해 유닛, 바이오매스 수소화열분해 유닛, 타르 샌드 추출 유닛, 증기 보조 비중 배수 공정, 토우 투 힐 공기 주입 공정, 인시츄 석유 추출 공정, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는, 시스템.
제20항에 있어서, 상기 질량 전달 장치는 박리 타워를 포함하는, 시스템.
제23항에 있어서, 상기 수소화분해 유닛은 에뷸레이티드 베드, 고정 베드, 또는 이동 베드 수소화분해 유닛을 포함하는, 시스템.
제20항에 있어서, 상기 부분적으로 전환된 잔류물 탄화수소 스트림을 생성하기 위한 증기 박리기의 고온/고압 분리기 업스트림을 더 포함하는, 시스템.
제26항에 있어서, 상기 고온/고압 분리기로부터의 기체 분획물은 상기 고정 베드 수소화전환 반응기 시스템에 공급되는, 시스템.
제20항에 있어서, 상기 분리 유닛은, 고온 고압 분리기 유닛, 대기 분획 유닛, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는, 시스템.
제28항에 있어서, 상기 분리 유닛은, 상기 에뷸레이티드 베드 수소화전환 반응기 시스템의 제1 용출액으로부터 기체 분획물과 액체 분획물을 회수하도록 대기 분획 유닛의 고온/고압 분리기 업스트림을 포함하는, 시스템.
제29항에 있어서, 상기 고온/고압 분리기로부터의 기체 분획물은 상기 고정 베드 수소화전환 반응기 시스템에 공급되는, 시스템.
제29항에 있어서, 상기 고온/고압 분리기로부터의 액체 분획물은 상기 대기 분획 유닛에 공급되는, 시스템.
제20항에 있어서, 상기 분리 유닛으로부터의 탄화수소 대기 잔류물 스트림은 상기 용매 탈아스팔텐 유닛에 공급되는, 시스템.
제20항에 있어서, 상기 분리 유닛으로부터의 탄화수소 대기 잔류물 스트림은 상기 질량 전달 장치에 공급되는, 시스템.
부분적으로 전환된 진공 잔류물을 업그레이드하기 위한 공정으로서,
상기 부분적으로 전환된 진공 잔류물을 질량 전달 장치에 의해 박리하여 제1 증류물과 제1 잔류물을 생성하는 단계;
상기 제1 잔류물을 용매 탈아스팔텐 유닛에 의해 탈아스팔텐 처리하여 탈아스팔텐유와 아스팔텐 분획물을 생성하는 단계;
상기 탈아스팔텐유를 진공 분획 유닛에 의해 분획하여 탈아스팔텐유 가스 증류물과 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물을 회수하는 단계;
에뷸레이티드 베드 수소화전환 반응기에서 제1 수소화처리 촉매의 존재하에 상기 제1 증류물과 상기 탈아스팔텐유 가스 증류물과 수소를 접촉시켜 제1 수소화처리 용출액을 생성하는 단계;
고정 베드 수소화전환 반응기 시스템에서 제2 수소화처리 촉매의 존재하에 상기 중질 탈아스팔텐 처리된 잔류물과 수소를 접촉시켜 제2 수소화처리 용출액을 생성하는 단계; 및
고압 고온 분리기 유닛에 의해 상기 제2 수소화처리 용출액을 분리하여 수소화분해된 잔류물 및 수소화분해된 증류물을 회수하는 단계를 포함하는, 공정.
제34항에 있어서, 대기 분획 유닛에 의해 상기 수소화분해된 잔류물을 분획하여 수소화분해된 대기 잔류물과 수소화분해된 대기 증류물을 회수하는 단계를 더 포함하는, 공정.