KR102387538B1

KR102387538B1 - 원유를 가열하는 방법

Info

Publication number: KR102387538B1
Application number: KR1020167026461A
Authority: KR
Inventors: 조리스 반 윌리젠버그; 아르노 요하네스 마리아 오프린스
Original assignee: 사우디 베이식 인더스트리즈 코포레이션; 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2022-04-15
Also published as: US20170009145A1; SG11201606321UA; EA201691366A1; ES2874529T3; EP3110907A1; JP7303258B2; JP2019178330A; CN106062139B; EP3110907B1; JP2017512233A; WO2015128034A1; JP2020045495A; CN106062139A; JP7272938B2; US10000708B2; KR20160146678A; JP2021178981A

Abstract

본 발명은 원유 타워 주입구, 진공 타워 주입구, 촉매 개질 주입구, 코커 주입구, 열 분해기(cracker) 주입구 및 수소첨가분해기(hydrocracker) 주입구로 이루어진 군으로부터 선택된 정제 공정에서 하나 이상의 스트림을 가열하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 열 교환기에서, 열을 증기 분해기 충전(charge) 가스, 프로판 탈수소화반응 충전 가스 및 부탄 탈수소화반응 충전 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 석유-화학 공정의 하나 이상의 스트림으로부터 하나 이상의 가열된 스트림을 얻기 위한 정제 공정으로부터 상기 하나 이상의 스트림에 전달하는 단계를 포함하고, 상기 석유-화학 공정의 상기 하나 이상의 스트림의 온도는 상기 열 교환 단계가 발생하기 전에 정제 공정으로부터 상기 하나 이상의 스트림의 온도 이상이다.

Description

원유를 가열하는 방법{A method for heating crude}

본 발명은 정제 공정에서 하나 이상의 스트림을 가열하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 석유 정제 공정 및 석유-화학 공정 사이 열 병합에 관한 것이다.

미국 특허 출원 번호 20120/24749는 탄화수소 공급을 분해하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 다음을 포함한다: 분해된 용출물(effluent)를 제조하기 위해 탄화수소 공급을 탄화수소 열분해(pyrolysis) 유닛에 공급하는 단계; 제1 열 교환기를 통해 탄화수소 열분해 유닛로부터 분해된 용출물의 적어도 일 부분을 통과시키는 단계; 제1 열교환기로부터 분해된 용출물의 적어도 일 부분을 기체상 용출물 및 액체상 용출물로 분리하는 단계; 제2 열 교환기를 통해 기체상 용출물의 적어도 일 부분을 통과시키는 단계; 제2 열 교환기로부터 용출물의 적어도 일 부분을 분리 장치(fractionator)에 전달하는 단계; 제2 열 교환기를 통해 유틸리티 유체를 통과시킴으로써 제2 열 교환기에서 용출물의 적어도 일 부분으로부터 열을 회복시키는 단계; 및 유틸리티 유체를 제2 열 교환기로부터 제1 열 교환기를 통과시킴으로써 제1 열 교환기에서 분해된 용출물의 적어도 일 부분으로부터 열을 회복시키는 단계. 이 문헌은 다른 스트림, 즉 유틸리티 유체를 가열하기 위해 석유-화학 공정에서 스트림으로부터 이 열을 사용하는 것을 개시한다.

유럽 0 205 205는 트랜스퍼-라인 교환기 및 분해된 반응 산물과 같은 유체의 냉각을 위한 방법에 관한 것으로, 상기 트랜스퍼-라인 교환기는 두개 이상의 분리된 열 교환 구역을 가지나 오직 하나의 주입구 및 하나의 콜렉션 헤더(collection header)를 가지고, 분리된 구역은 중간 튜브에 의해 결합된 쉘(shell) 및 튜브 타입 열 교환기이다. 750 내지 900 ℃의 온도를 가지는 분해된 탄화수소 산물의 냉각시에, 제1 열 교환 영역(zone)에서, 고압 증기는 그 영역에서 냉각 유체로서 끓는점 및 압력에서 물을 사용하여 생산될 수 있다. 대안적으로, 제2 열 교환 영역에서, 부분적으로 냉각된, 450 내지 650 ℃의 온도를 가지는 분해된 반응 산물은 더 낮은 압력 증기를 생산하기 위해 더 냉각될 수 있다. 이 문헌은 쉘 및 튜브 타입의 트랜스퍼-라인 교환기를 사용하여 분해된 반응 산물을 냉각시키는 것을 개시한다.

미국 특허 번호 2,294,126은 열 교환시에 원유 석유계 유분이 분류되고 열 처리된 탄화수소 산물로 증류하고 분리하는 방법에 관한 것으로, 이는 분해 반응을 완성하고 가스유보다 더 높은 끓는 점의 타르 및 연료유를 침전시키기 위해 탄화수소 유출유(distillate)를 분해하여 생산된 고온 산물을 촉매 흡착제를 갖는 낮은 끓는점을 가진 탄화수소와 접촉하는 단계, 그로부터 휘발성을 제거하기 위해 감소된 원유의 비-탄화된 분할 처리에 의해 얻은 고온 산물과 접촉하여 실질적인 농축없이 기체상에서 잔여 고온 산물을 통과시키는 단계를 포함한다. 이 문헌는 부분적으로 분리된 타워와 같은 열 분해 베젤을 제거하기 위해 장입 원료(charging stock)의 준비와 함께 가열된 산물 분리의 단일화 및 분해 시스템에서 사용되는 일반적인 방대한 장치에서 발견되는 다중 연결을 개시한다.

석유 정제 공정은 원유을 액화된 석유 가스(LPG; liquefied petroleum gas), 가솔린 또는 휘발유, 등유(kerosene), 제트 연료, 디젤유 및 연료유와 같은 유용한 산물로 변형시키기 위한 화학 공학 공정 및 석유정제시설(petroleum refinery)(또한 정유 공장(oil refinery)으로 지칭함)에서 사용되는 기타 시설들이다. 석유 화학은 석유로부터 유래한 화학 산물이고 이의 예는 올레핀(에틸렌, 프로필렌 및 부타디엔을 포함) 및 방향족 화합물(벤젠, 톨루엔 및 자일렌 아이소머를 포함)이다. 정유 공장은 석유 분획의 유체 촉매 분해로 올레핀 및 방향족 화합물을 생산한다. 화학 공장은 예를 들어 에탄 및 프로판과 같은 자연 가스 액의 증기 분해를 통해 올레핀을 생산한다. 방향족 화합물은 예를 들어 나프타의 촉매적 개질에 의해 생산된다.

최근, 석유 정제 공정, 예를 들어 증기 분해기 유닛이 수행되는 산업적 공장은 석유화학 공정, 예를 들어 원유 증류 유닛(CDU; crude distillation unit)이 수행되는 산업적 공장과 분리된다. 그와 같은 분리는 사실상 비-가열 병합이 이들 공정, 즉, 석유 정제 공정 및 석유화학 공정 사이에 발생하는 것을 의미한다.

원유 증류 유닛의 원유 용광로는 오일을 약 350 ℃의 온도까지 가열시킨다. 열은 일반적으로 가스 또는 오일의 연소에 의해 제공받는다. 원유-오일 상압-증류(atmospheric-distillation)(또는 토핑(topping)) 공장은 상동 조성의 혼합물의 물리적인 분리를 통해 유출유(탑정 용출물(overhead product) 및 부산물(side fractions)로 구성됨) 및 잔사유을 수득하도록 한다. 기체상 및 액체상 사이 조성의 다른 분포를 활용한 이러한 분리는 평형 상태에 가까운 상태에서 작동하는 단계에서 발생한다. 유출유의 다양한 분획의 분리는 열 제거를 요구하는 작동인 유출유의 증기의 부분적인 농축에 의해 수행된다. 정제 칼럼(또는 증류탑)의 경우에, 이러한 열 제거는 연속적인 환류(reflux): 농축된 오버헤드 산물의 일부로 구성된 외부 환류 및 칼럼으로부터 인출된 액체로 구성된 중간 환류에 의해 수행되며, 냉각 후에 인출된 정도 이상의 지점에서 반환된다. 중간 환류는 일반적으로 순환하는 환류 또는 펌프 어라운드(pump around)로 지칭한다. 저장 탱크로부터 나오는 공급은 회복된 열로 예열된 히터로, 열 교환기에 의해, 오버헤드 증기, 부산물, 중간 환류 및 대기 잔류로부터 펌프된다. 작동 상태에서 요구되는 온도까지 히터에서 가열된 후에, 공급은 트랜스퍼 라인에 의해 대기 칼럼의 신선한 구역으로 이송되고, 트랜스퍼 라인에서 증발된 분획(전체 유출유와 동일) 및 액체 잔사유로 분리가 이루어진다.

증기 분해기 용광로에서 탄화수소 공급은 800 ℃ 이상의 온도에서 가열되고 그 후 매우 높은 압력의 증기를 만들어내는 적어도 600 ℃ 미만까지 빠르게 냉각되었다(간접적으로 종결시킴). 가스는 고압 증기 생성 및 열 회복의 다른 형태에 의해 궁극적으로는 물 급냉(quench), 공기 냉각기 및 물 냉각기에 의해 더 냉각되었다.

증기 분해는 에너지 집약적인 공정이다. 매우 높은 온도의 열이 증기 분해 공정을 위해 요구된다. 더 낮은 온도의 열은 공정으로부터 회복되거나 회복될 수 있다. 그러나, 분리 공정은 주로 냉각(cold) 및 200-400 ℃ 범위의 온도의 (낮은 엑서지(exergy)) 열이 약간 필요하며, 이는 특히 가벼운 공급 원료를 가진 증기 분해기에 적용된다.

또한, 원유의 정제는 200-400 ℃ 범위의 온도의 열이 요구된다: 원유은 상압 타워로 도입되기 전에 원유 용광로에서 약 350 ℃로 가열된다. 원유 용광로에서 오일 또는 가스(높은 엑서지)가 상대적으로 (낮은 엑서지) 온화한 온도(증기 분해와 비교하여)에서 열을 제공하기 위해 가열된다. 이와 같은 원유 용광로는 좋은 에너지 효율을 가지나 엑서지 효율은 다소 떨어진다.

본 발명의 목적은 석유화학 공정, 예로 원유 증류 유닛(CDU)과 함께 석유정제시설 공정, 예로 증기 분해기 유닛의 열을 병합하는 방법을 제공하는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 열을 요구하는 정제 스트림에 대한 화학적 측면에 열 생산 유닛으로부터 스트림을 연결하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 석유 정제 공정에서 에너지를 절약하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 원유를 가열하는 방법을 제공하는 것이고, 여기서 원유 용광로의 역할의 전부 또는 일부는 대체될 수 있다.

따라서 본 발명은 원유 타워 주입구, 진공 타워 주입구, 촉매 개질 주입구, 코커 주입구, 열 분해기(cracker) 주입구 및 수소첨가분해기(hydrocracker) 주입구로 이루어진 군으로부터 선택된 정제 공정에서 하나 이상의 스트림을 가열하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 열 교환기에서, 열을 증기 분해기 충전(charge) 가스, 프로판 탈수소화반응 충전 가스 및 부탄 탈수소화반응 충전 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 석유-화학 공정의 하나 이상의 스트림으로부터 하나 이상의 가열된 스트림을 얻기 위한 정제 공정으로부터 하나 이상의 스트림에 전달하는 단계를 포함하고, 상기 석유-화학 공정의 상기 하나 이상의 스트림의 온도는 상기 열 교환 단계가 발생하기 전에 정제 공정으로부터 하나 이상의 스트림의 온도 이상이다.

도 1은 본 발명 공정의 구현예의 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명 공정의 또 다른 구현예를 나타낸다.
도 3은 본 발명 공정의 또 다른 구현예를 나타낸다.

본 명세서에서 용어 "충전 가스(charge gas)"는 특정 공정 유닛, 즉 고온의출구 가스 스트림, 즉 용출물(effluent) 스트림 또는 산물 스트림으로부터 나오는 가스 스트림를 말한다. 예를 들어, 용어 "증기 분해기 충전 가스"는 증기 분해기 용광로로부터 나오는 가스 스트림을 말한다. 용어 "프로판 탈수소화반응 충전 가스" 및 "부탄 탈수소화반응 충전 가스"는 각각 프로판 탈수소화반응 용광로로부터 나온 가스 스트림 및 부탄 탈수소화반응 용광로로부터 나온 가스 스트림을 말한다. 그와 같은 가스 스트림은 다수의 화학적인 조성을 포함할 수 있다.

상기 단락은 하나 이상의 열 교환 유닛을 포함하는 열 교환기를 의미하는 것과 같은 "열 교환기"를 나타낸다. 이러한 유닛은 평행으로, 연속으로, 또는 이의 조합으로 작동될 것이다. 본 발명은 열 교환 유닛의 특정수 또는 이의 작동 방법, 즉 평행으로, 연속으로, 또는 이의 조합으로 제한되지 않는다.

따라서 본 발명은 방법을 제공하며, 상기 열 교환기는 열을 원유 정제 유닛(CDU), 진공 정제 유닛(VDU), 수소첨가분해기(hydrocracker), 코커, 촉매 크래커와 같은 석유 정제 공정으로부터 증기 분해기 유닛, 탄화수소화반응 유닛과 같은 석유화학 공정으로 전달하여 용광로의 역할의 전부 또는 일부를 대체하는 데 사용된다. 본 발명자는 이와 같은 방법이 더 긴 용광로 작동 길이 및 적은 자본적 비용과 같은 이점을 가진다고 예상한다. 본 발명이 석유 정제 유닛 및 석유화학 유닛 사이의 공정 스트림의 병합이 아니라 열의 병합과 관계있는 것임을 주목하라.

본 방법의 바람직한 구현예에 따르면, 원유 타워 주입구는 가열된 원유 타워 주입구를 얻기 위해 증기 분해기 충전 가스로부터 원유 타워 주입구로 열을 전달시켜 가열된다.

구현예에서 열의 전달이 직접적으로 원하는 최종 온도에 도달하지 못하면, 추가적인 가열 단계가 요구된다. 이와 같은 단계는 원유 용광로에서 원유 타워 주입구를 추가적으로 가열하는 단계를 포함하고, 상기 추가적으로 가열하는 단계는 증기 분해기 충전 가스로부터 열을 전달한 후에 발생한다. 또 다른 구현예에 따르면, 가열하는 단계는 원유 용광로에서 원유 타워 주입구를 추가적으로 가열하는 단계를 더 포함하고, 상기 추가적으로 가열하는 단계는 열을 증기 분해기 충전 가스로부터 전달하기 전에 발생한다.

구현예에서 상기 석유 정제 공정의 스트림의 열 용량은 충분히 커서, 열이 원유 타워 주입구로 전달될 수 있을뿐만 아니라 석유화학 공정으로부터 다른 스트림으로 전달될 수 있다. 이의 예는 상기 진공 타워 주입구가 열 교환기에서, 가열된 진공 타워 주입구 스트림을 얻기 위해 열을 증기 분해기 충전 가스로부터 진공 타워 주입구로 전달하여 가열하는 것이다.

상기 열교환기의 주입구에서의 온도, 즉 석유-화학 공정으로부터 하나 이상의 스트림의 온도는 적어도 10 ℃이고, 바람직하게는 적어도 50 ℃로 상기 열 교환기의 배출구의 온도, 즉 정제 공정의 하나 이상의 스트림의 온도보다 더 높은 것이 바람직하다.

정제 공정에서 하나 이상의 스트림 및 석유-화학 공정의 하나 이상의 스트림으로부터의 열 사이의 효율적인 열 전달을 위하여, 석유-화학 공정의 적어도 하나 이상의 스트림의 온도는 섭씨 350-600도의 범위인 것이 바람직하다.

본 발명에서 정제 열 소비 유닛의 예시는 다음과 같다(괄호는 최대 요구 온도임): 원유 타워(380 ℃), 진공 타워(420 ℃), 촉매 개질제(550 ℃), 코커(460 ℃), 열 분해(540 ℃) 및 수소화첨가분해기(430 ℃)

본 방법에서, 석유 화학 열 생산 유닛의 예시는 다음과 같다(괄호는 평균 온도를 의미): 일차 TLE(600 ℃) 후의 증기 분해기 용광로 및 프로판-부탄 탈수소화반응 유닛(PDH/BDH) (600 ℃)으로부터의 반응기 용출물이다.

알칸을 올레핀으로 변환시키는 가장 일반적인 공정은 "증기 분해"를 포함한다. 본 명세서에 사용된, 용어 "증기 분해"는 석유화학 공정에 관한 것이고, 상기 공정에서 포화된 탄화수소는 종종 에틸렌 및 프로필렌과 같은 더 작고, 불포화된, 탄화수소로 쪼개진다. 증기 분해에서 에탄, 프로판 및 부탄 또는 이의 혼합물과 같은 가스 탄화수소 공급(가스 분해) 또는 나프타 또는 가스유와 같은 액체 탄화수소 공급(액체 분해)은 증기로 희석되고 무산소 하의 용광로에서 짧게 가열된다. 일반적으로, 반응온도는 약 850 ℃로 매우 높으나, 반응은 일반적으로 50-500 밀리초의 체류 시간으로 매우 짧게 일어난다. 바람직하게, 탄화수소 화합물 에탄, 프로판 및 부탄은 최적의 상태에서 분해를 보장하기 위해 특화된 용광로에 따라 개별적으로 분해된다. 분해 온도에 도달한 후에, 가스는 트랜스퍼 라인 열 교환기 또는 급냉 quench)유를 사용하여 급냉 해더 안에서 반응을 멈추기 위해 빠르게 급냉된다. 증기 분해는 반응벽에서 코크의 느린 축적 및 탄소 형성을 야기한다. 탈코크(decoking)는 용광로가 공정으로부터 분리되는 것을 요구하고 그 후에 증기 또는 증기/공기 혼합물의 흐름은 용광로 코일을 통과한다. 이는 단단한 고체 탄소층을 일산화탄소 및 이산화탄소로 전환시킨다. 일단 이 반응이 완료되면, 용광로는 서비스로 되돌아간다. 증기 분해에 의해 생산된 산물은 공급의 조성, 증기에 대한 탄화수소의 비율 및 분해 온도 및 용광로 체류 시간에 의존한다. 에탄, 프로판, 부탄 또는 경량 나프타와 같은 경량 탄화수소 공급은 에틸렌, 프로필렌, 및 부타디엔을 포함하는 저 중합체 올레핀이 풍부한 산물 스트림을 제공한다. 또한 탄화수소(전체 범위 및 중량 나프타 및 가스유 분획)는 방향족 탄화수소가 풍부한 산물을 제공한다.

증기 분해에 의해 생산된 상이한 탄화수소 화합물을 분리하기 위해, 분해된 가스는 분별 유닛(fractionation unit)의 대상이 된다. 이와 같은 분별 유닛은 이 기술분야에서 잘 알려져 있고 소위 가솔린 분별기를 포함하고, 분별기에서 중량-유출유("카본 블랙 오일") 및 중간 무게-유출유("분해된 유출유")는 경량-유출유 및 가스로부터 분리된다. 연속된 급냉 타워에서, 증기 분해("열분해 가솔린" 또는 "파이가스(pygas)")에 의해 생성된 대부분의 경량-유출유는 경량-유출유를 농축함으로써 가스로부터 분리된다. 결과적으로, 가스는 다양한 압축 단계를 거치고, 상기 경량 유출유의 잔사유은 압축 단계 사이 가스로부터 분리된다. 또한 산성 가스(CO₂ 및 H₂S)는 압축 단계 사이에서 제거될 것이다. 다음 단계에서, 열분해에 의해 생성된 가스는 오직 수소가 가스 상태에 남아있을 정도에서 캐스케이드 냉동 시스템의 단계에서 부분적으로 농축될 수 있다. 다른 탄화수소 화합물은 결과적으로 단순한 증류에 의해 분리되고, 상기 에틸렌, 프로필렌 및 C4 올레핀은 증기 분해에 의해 생산되는 가장 중요하고 가장 가치있는 화합물이다. 증기 분해에 의해 생산된 메탄은 일반적으로 연료 가스로 사용되고, 수소는 수소첨가분해기 공정과 같은 수소를 소비하는 공정에서 분리되고 재순환될 수 있다. 증기 분해에 의해 생성된 아세틸렌은 바람직하게 선택적으로 에틸렌으로 수소화된다. 분해된 가스에 포함된 알칸은 알칸을 올레핀으로 전환하는 공정에서 재순환될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "프로판 탈수소화반응 유닛"은 석유화학 공정 유닛에 관한 것이고, 상기 프로판 공급 스트림은 프로필렌 및 수소를 포함하는 산물로 전환된다. 따라서, 용어 "부탄 탈수소화반응 유닛"은 부탄 공급 스트림을 C4 올레핀으로 전환하기 위한 공정 유닛에 관한 것이다. 이와 함께, 프로판 및 부탄과 같은 경량 알칸의 탈수소화반응을 위한 공정은 경량 알칸 탈수소화반응 공정으로 묘사된다. 경량 알칸의 탈수소화반응 공정은 이 기술분야에서 잘 알려져 있고 산화 수소화반응 공정 및 비-산화 탈수소화반응 공정을 포함한다. 산화 탈수소화반응 공정에서, 공정열은 공급에서 경량 알칸(들)의 부분적인 산화를 제공한다. 바람직한 본 발명의 문맥에서 비-산화 탈수소화반응 공정에서, 흡열 탈수소화 반응의 공정 열은 연료 가스 또는 증기의 연소에 의해 획득한 핫 연도(flue) 가스와 같은 외부 열원에 의해 제공된다. 예를 들어, UOP Oleflex 공정은 이동층 원자료(moving bed reactor)에서 알루미나 상에 지지된 플래티넘을 포함하는 촉매 존재하에서 프로판의 탈수소화반응이 프로필렌을 형성하고 (아이소)부탄이 (아이소)부틸렌 (또는 이의 혼합물)을 형성하도록 한다; 예로 미국 4,827,072를 참고. Uhde STAR 공정은 아연-알루미늄 스피넬(spinel)상에 지지된 개선된 플래티넘 촉매 존재하에서 프로판의 탈수소화반응이 프로필렌을 형성하거나 부탄이 부틸렌을 형성하도록 한다; 예로 미국 4,926,005를 참고. STAR 공정은 최근에 옥시 탈수소화반응으로 개선되었다. 중간체로부터 수소의 반응기 부분 내 제 2의 단열구역에서, 산물은 물을 생성하기 위해 추가된 산소를 선택적으로 전환시킨다. 이는 열역학적 평형을 더 높은 전환으로 이동시키고 더 높은 수율을 달성시킨다. 또한 흡열 탈수소화 반응에 요구되는 외부열은 부분적으로 발열 수소 전환 반응으로 공급된다. Lummus Catofin 공정은 순환 기반에서 작동하는 다수의 고정상 원자로(fixed bed reactor)를 사용한다. 촉매는 18-20 wt-% 크롬으로 채워진 활성화된 알루미나이다; 예로 유럽 0 192 059 A1 및 GB2 162 082 A를 참고. Catofin 공정은 단단하며 플래티넘 촉매를 오염시킬 수 있는 불순물을 다룰 수 있는 것으로 보고되었다. 부탄 탈수소화반응 공정에 의해 생산되는 산물은 부탄 공급의 성질 및 사용된 부탄 탈수소화반응 공정에 의존한다. 또한 Catofin 공정은 부탄의 탈수소화반응으로 부틸렌을 형성하도록 한다; 예로 미국 특허 번호 7,622,623을 참고.

본 발명은 하기에서 추가적인 세부사항 및 첨부한 도면과 관련하여 설명할 것이고, 상기 도면에서 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 수로 나타낼 것이고, 여기서:

도 1은 본 발명 방법의 구현예의 개략도이다.

도 2는 본 발명 방법의 또 다른 구현예이다.

도 3은 본 발명 방법의 또 다른 구현예이다.

도 1에 개략적으로 표시된 공정 및 장치를 참고하면, 원유를 가열하기 위한 방법(101)을 나타낸다. 원유(1)는 원유 예열기(20)에서 예열되고 따라서 예열된 원유(4)는 라인(9)을 통해서 직접적으로 원유 용광로(2)에 보내진다. 약 350 ℃의 온도를 가지는 가열된 원유(12)는 유닛(11)에 보내진다. 이 경로는 최종 온도로 원유를 가열하는 표준 경로이다. 유닛(11)은 예를 들어 CDU, VDU, HYC, 코커 또는 FCC와 같은 정제 유닛에 관한 것이고, 상기 스트림(1)은 열이 요구되는 정제 스트림, 즉 유닛(11)에 보내기 전 온도로 증가되는 것이 필요한 스트림으로 확인될 수 있다. 비록 구현예의 다음의 논의는 상압 타워와 같은 유닛(11)을 확인하지만, 본 발명은 이와 같은 정제 유닛에 제한되지 않는다.

도 1에 나타낸 본 발명에 따르면, 분해 용광로로부터 발생한 약 800 ℃의 온도를 가지는 분해된 가스(3)는 약 500-400 ℃ 온도를 가지는 용출물(5)을 제공하는 열 교환기(TLE)(21)에 보내진다. 예열된 원유(4)는 라인(8)을 통해서 가져와서 열 교환기(6)에서 용출물(5)과 접촉시켜 가열된 원유(10)를 만든다. 가열된 원유(10)는 상압 타워(11)로 보내진다. 열 교환기(6)에서 분해된 가스(7)는 150-250 ℃ 범위의 온도를 가지게 된다. 이 방법에 따라 석유-화학 공정의 열, 즉 증기 분해 용광로(3)로부터 분해된 가스는 정제 공정, 즉 상압 타워(11)의 스트림으로 병합된다.

도 2는 원유를 가열하기 위한 공정(102)의 또 다른 구현예를 나타내고, 상기 약 800 ℃ 온도를 가진 분해 용광로로부터 분해된 가스(3)는 열 교환기(TLE)(21)로 보내져서 약 400-500 ℃ 온도를 가지는 용출물(5)이 된다. 원유(1)는 원유 예열기(20)로 보내지고 이의 용출물(4)은 열 교환기(6)의 용출물(5)과 접촉시켜 가열된 원유(18)를 만든다. 필요한 경우, 원유(18)는 원유 용광로(2)에서 추가적으로 가열될 수 있고 약 350 ℃의 최종 온도를 가지는 원유(12)가 된다. 이 구현예에서, 원유(12)는 상압 타워(11)로 보내진다. 또 다른 구현예(나타내지 않음)에서 가열된 원유 및 용출물(5) 사이 열을 추가적으로 전달하기 위해 용출물(4)을 우선 원유 용광로(2)로 보내고 그 후에 가열된 원유를 열 교환기(6)로 보낼 수 있다. 마지막 구현예에서 용광로(2)에서 추가적으로 가열하는 단계는 증기 분해기 충전 가스(3)로부터 열을 전달하기 전에 발생한다.

도 3은 원유를 가열하기 위한 공정(103)의 또 다른 구현예를 나타내고, 스트림(5)의 열 용량은 또한 상압 타워(11)의 하층 스트림(14)을 가열하기 위해 사용된다. 따라서, 하층 스트림(14)은 진공 증류 타워(17)로 공급(16)의 바람직한 배출구 온도까지 열 교환기(22)로 추가적으로 가열될 수 있다. 진공 증류 타워(17)에서 공급(16)은 상층 스트림(19) 및 하층 스트림(18)으로 분리될 수 있다. 열 교환기(22)의 배출구 스트림은 열 교환기(6)의 배출구 스트림(7)과 혼합되어 추가적으로 가능한 열 병합 목적을 위해 사용되는 혼합된 스트림이 될 수 있다. 비록 도 3이 두 가지 다른 열 교환기(6), (22)를 나타내고 있지만, 상기 두 열 교환기는 바람직한 구현예에 따라 단일 열 교환기로 병합될 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면 열 교환기(6), (22)는 평행적으로, 연속적으로, 또는 이의 조합으로 작동될 수 있다.

상기 나타낸 바와 같이, 열 교환기(6)는 열을 분해된 가스(3)에서 이미 예열된 원유로 전달시켜 원유 용광로(2)의 역할의 전부 또는 일부를 대체하기 위해 사용된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 엑서지 이점은 원유 예열기(20)의 대류 구역에서 원유를 예열하여 달성할 수 있고 결과적으로 열 교환기(6)에서 원유(4)를 바람직한 최종 온도로 열 교환기(6)에서 가열할 수 있다. 도 3은 열이 요구되는 정제 스트림을 가지고 화학적 측면에서 열 생산 유닛으로부터 추가적으로 스트림을 연결하는 바람직한 구현예를 나타낸다.

실시예

실시예는 에틸렌 용광로의 병합으로 가열한 원유의 적용을 나타낸다.

상대적인 자료는 다음과 같다: 분해 용광로 에탄 공급: 100 t/h, 오일에 대한 분해 용광로 증기 비율: 0.33, 및 분해 용광로 용출물 온도: 850 ℃, 원유 용광로로의 원유 공급 230 t/h, 원유 공급 온도 150 ℃ 및 원유 최종 온도: 350 ℃.

이 기술 공정의 상태에 따라, 원유를 가열하고 분해된 가스를 냉각시키는 공정 사이에 어떠한 열 공급도 없다(도식도 1).

[도식도 1]

[도식도 2]

상기 실시예는 제2 및 제3 TLE로부터의 열 회복이 150 내지 350 ℃로 230 t/h의 원유를 가열하고 부분적으로 증발시키는 원유 가열기에서 열 회복에 의해 대체될 수 있음을 나타낸다. 이는 원유 용광로의 요구를 피할 수 있다. 그러나 제2 및 제3 TLE에 의해 생성된 증기는 종래의 증기 보일러와 같은 다른 수단에 의해 생성될 것이다. 비록 이러한 실시예가 TLE의 사용을 나타내지만, 예를 들어 프로판 탈수소화반응 유닛 및 부탄 탈수소화반응 유닛과 같은 탈수소화 유닛으로부터 유래한 고온 스트림과 같은 다른 고온 스트림 또한 여기서 사용될 수 있다.

독립형 장치(stand alone) 증기 생성은 원유를 예열하는 독립형 장치보다 더 효율적이고, 에너지를 절약하도록 한다: 일반적인 원유 용광로의 열 효율은 85%이고, 증기 보일러의 전형적인 효율은 90%이고, 에너지 절약의 결과는 39,9/85%-39,9/90% = 연료 가스의 2,6 MW이다.

에너지 절약은 결합된 열 및 폐열 보일러를 갖는 배압(back pressure) 증기 터빈, 가스 터빈과 같은 전력 기술을 적용하여 더 증가시킬 수 있다.

Claims

원유 타워 주입구, 진공 타워 주입구, 촉매 개질 주입구, 코커 주입구, 열 분해기(cracker) 주입구 및 수소첨가분해기(hydrocracker) 주입구로 이루어진 군으로부터 선택된 정제 공정에서 하나 이상의 스트림을 가열하는 방법으로,
상기 방법은 열 교환기에서, 하나 이상의 가열된 스트림을 얻기 위해, 증기 분해기 용광로로부터 나오는 가스 스트림, 프로판 탈수소화반응 용광로로부터 나오는 가스 스트림 및 부탄 탈수소화반응 용광로로부터 나오는 가스 스트림으로 이루어진 군으로부터 선택된 석유-화학 공정의 하나 이상의 스트림으로부터 정제 공정의 상기 하나 이상의 스트림으로 열을 전달하는 단계를 포함하고, 상기 석유-화학 공정의 상기 하나 이상의 스트림의 온도는 상기 열 교환 단계가 발생하기 전에 정제 공정의 상기 하나 이상의 스트림의 온도 이상인 것이며,
상기 프로판 탈수소화반응 용광로에서 프로판 공급 스트림은 프로필렌 및 수소를 포함하는 산물로 전환되는 것이며,
상기 부탄 탈수소화반응 용광로는 부탄 공급 스트림을 C4 올레핀으로 전환하기 위한 것인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 원유 타워 주입구(inlet)는 가열된 원유 타워 주입구를 얻기 위해, 열교환기에서 열을 증기 분해기 용광로로부터 나오는 가스 스트림으로부터 상기 원유 타워 주입구로 전달하여 가열하는 것인, 방법.
제2항에 있어서,
상기 가열 단계는 원유 용광로에서 상기 원유 타워 주입구를 추가적으로 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 추가적으로 가열하는 단계는 증기 분해기 용광로로부터 나오는 가스 스트림으로부터 열을 전달한 후에 발생하는 것인 방법.
제2항에 있어서,
상기 가열 단계는 원유 용광로에서 상기 원유 타워 주입구를 추가적으로 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 추가적으로 가열하는 단계는 증기 분해기 용광로로부터 나오는 가스 스트림으로부터 열을 전달하기 전에 발생하는 것인 방법.
제1항에 있어서,
상기 진공 타워 주입구는 가열된 진공 타워 주입구 스트림을 얻기 위해 열 교환기에서 열을 증기 분해기 용광로로부터 나오는 가스 스트림으로부터 상기 진공 타워 주입구로 전달하여 가열하는 것인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 열 교환기의 주입구에서 온도, 즉, 석유-화학 공정에서 하나 이상의 스트림의 온도는 적어도 10 ℃이고, 상기 열 교환기의 배출구에서 온도, 즉 정제 공정에서 하나 이상의 스트림의 온도보다 더 높은 것인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 석유-화학 공정에서 적어도 하나 이상의 스트림의 온도는 섭씨 350-600도 범위인 것인, 방법.