KR102609038B1 - Fcc로부터의 오버헤드 유출물에 존재하는 에틸렌을 프로필렌 생산을 증가시키는 것과 같은 방식으로 전환하기 위한 방법 및 공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료 가스에 포함되는 에틸렌을 업그레이드하기 위하여 접촉 분해 유닛 (FCC) 의 분별 컬럼으로부터 오버헤드로 떠나는 가스 분획물을 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛을 사용하여 분별하는 공정을 설명한다.
Description
접촉 분해 유닛 (catalytic cracking unit) (일반적으로 FCC로서 알려짐) 내에, 반응/재생 조립체의 출구에, 중질 분획물들, 중질 나프타 및 경질 분획물들: 그 컬럼의 헤드에서 발견되는 가스, LPG 및 경질 가솔린을 분리하는데 사용될 수 있는 분별 컬럼이 있다. 이들 경질 오버헤드 분획물들은 그 다음에 최대량의 LPG 및 가솔린을 회수하고, 그것을 연료 가스로서 전송하기 전에 가스를 선택적으로 정제하기 위하여 섹션으로 전송된다. "연료 가스"로서 알려진 이 가스는, 연료 가스로 종종 연소되는 무시할 수 없는 양의 에틸렌 (때때로 C2--로 표시됨) 을 포함한다. 상당히 완벽한 참조가 "유체 접촉 분해 핸드북" - Reza Sadeghbeigi - 제 3 판 - 제 1 장에서 찾아질 수 있다.
드문 경우들에서, 연료 가스는 에틸렌을 회수하기 위하여 극저온 분별에 의해 추가로 정제된다. 이 옵션은 비싸고 에틸렌의 큰 유량들을 갖는 대형 유닛들에 대해서만 정당화된다. 실제로 가장 수요가 많은 화합물들은 프로필렌 (때때로 C3--으로 표시됨) 과, 가솔린이고, 그것들의 생산량을 늘이려고 시도하는 많은 특허들이 존재한다. 프로필렌에 대한 FCC 수율을 증가시키는 것을 목표로 하는 현재의 경향이 있으며: 정상 수율은 5% 미만이지만, 피드의 유형 및 작동 조건들을 변경함으로써, 피드에 대해 최대 18%의 프로필렌이 획득될 수 있다. 생산되는 에틸렌의 양은 또한 증가되지만, 에틸렌이 질소, 이산화 탄소, 수소, 메탄, 에탄, 다른 알칸, 다른 올레핀 및 다른 불순물 (CO, H2S, NH3, SO2, NO2 등) 로 고도로 희석된 기체 형태로 남아 있으므로, 회수가 매우 어렵고 정유공장에 연료 가스로서 일반적으로 전송된다.
본 발명은, 경질 가솔린 분획물 및 LPG의 분리 후, 접촉 분해 유닛으로부터의 유출물들의 분별로부터 획득된 오버헤드 가스, 즉, 연료 가스에 포함되는 에틸렌의 프로필렌 및 다른 회수가능 생성물들로 변환하기 위한 공정으로 이루어진다. FCC 유닛으로부터의 유출물들의 분별로부터 획득된 오버헤드 가스는 사실상 경질 가솔린 분획물, LPG (액화 석유 가스) 및 연료로서 일반적으로 사용되는 잔류 가스를 포함한다. 그러나, 이 연료 가스는 에틸렌을 주로 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로 변환하기 위한 반응에 의해 업그레이드하는 것이 가능한 특정한 비율의 에틸렌을 포함하며, 이는 종래 기술의 오버헤드 유출물들의 처리를 위한 공정 흐름도에 통합되는 촉매 전환 유닛을 요구한다.
따라서 본 발명의 목적은 에틸렌을 프로필렌으로 주로 전환하기 위하여, 연료 가스에 포함된 에틸렌의 주요 비율을 회수하는 것이다. 다른 업그레이드가능 생성물들, 본질적으로 부텐 및 방향족들이 또한 생성된다. 이들 생성물들은 LPG에서 그리고 가솔린 컷에서 각각 회수될 것이다.
에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛은, 더 정확하게는, 주 분별 오버헤드를 떠나는 경질 유출물들의 처리를 위한 회수 섹션으로서 알려진 FCC로부터 오버헤드 유출물들의 분별을 위한 공정 흐름도 속에 통합된다.
에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛에서 사용되는 촉매는, 고온에서 (범위 500℃ 내지 650℃ 내에서), 피드의 에틸렌과 함께 존재하는 비탄화수소 불순물들에도 불구하고, 너무 급하게 비활성화되는 일 없이 작동될 수 있음을 의미하는 제올라이트 (예컨대, 알루미노실리케이트 미세다공성 결정) 을 포함한다. 바람직한 촉매는 불활성 매트릭스 내에 ZSM-5, 예를 들어 실리카를 포함하는 촉매이다. 후처리가 이 촉매에 대해 그것의 불활성화 사이클을 제한하기 위하여 수행될 수도 있다. 올레핀 상호전환 반응들 (즉, 전환 유닛 (22) 에 의해 수행되는 바와 같은 올레핀들 사이의 전환) 을 수행하는데 사용될 수 있는 임의의 제올라이트가 이 공정에 적응될 수 있다. 에틸렌의 프로필렌으로의 전환은 고도로 발열성이지만, 에틸렌이 매우 희석되기 때문에, 그리고 혼합물에 존재하는 다른 올레핀들에 관련한 다른 반응들이 흡열성이기 때문에, 이 높은 발열도는 문제가 되지 않고, 많은 경우들에서 단일 반응기를 사용하는 것이 가능하다. 대체로, C2-- 의 C3--로의 전환을 위한 반응의 발열도는 피드-유출물 교환기에 의해 피드를 예열하는데 사용된다.
C2-- 의 C3--로의 전환 반응을 위해 사용되는 반응기 또는 반응기들은 상향류 또는 하향류 또는 방사상 반응기들이고, 즉 촉매 베드를 통한 피드의 횡방향 흐름을 갖는 반응기들이다. 촉매 베드는 고정 베드 또는 이동 베드 유형일 수도 있다. 이동 베드가 가솔린들의 촉매 개질을 위한 유닛들에서 발견되는 유형의 중력 유동 베드이다.
반응기 또는 반응기들은 연소 재생 루프와 또한 커플링되어, 공정이 지속적으로 작동되는 것을 허용한다. 전환 반응은 범위 1 내지 2 bar 내의 (그리고 바람직하게는 1.25 bar와 1.75 bar 사이의) 올레핀들의 분압을 필요로 하지만, 높은 희석 때문에, 범위 6 bar 내지 12 bar 내의 압력, 즉, 회수 섹션의 압력 (15~20 bar) 으로부터 너무 멀지 않은 압력에서의 작동이 경우에 따라 가능하다.
재생은 반응 동작과 동일한 온도에서 그리고 바람직하게는 동일한 압력에서 수행되며, 이는 반응기가 반응 모드로부터 재생 모드로, 그리고 재생 모드로부터 반응 모드로 급속히 이동될 수 있다는 것을 의미한다. 재생 모드로 스윙되는 반응기 (재생 반응기가 반응 모드로 스윙되는 동안임) 는 피드/유출물 교환기, 냉각 교환기, 반응 수가 응축되는 것을 허용하는 분리기, 및 재생 가스를 재순환시키는 압축기를 포함하는 재생 섹션에 연결된다.
재생은, 재생로가 생략될 수 있음을 의미하는 최대 50℃로 제한되는 반응기 내의 온도 증가를 생성하기 위하여, 불활성 가스, 예를 들어 질소 또는 산소 고갈 연소 가스들에 의해 선택적으로 희석되는 적합한 양의 공기를 재생 가스 속에 주입함으로써, 수 시간에 걸쳐 촉매 상에 퇴적된 코크스 (coke) 를 연소시킴으로써 수행될 수도 있다. 반응기들의 수는 언제나, 적어도 하나의 반응기가 반응 모드에 있고 하나의 반응기가 재생 모드에 있도록 적응된다.
종래 기술에 따른 분별 공정 흐름도에 일반적으로 이미 존재하는 제 1 및 제 2 흡수 섹션들 사이에 전환 유닛을 위치시키는 것은, 현존 주요 장비를 변경하는 일 없이, FCC가 쉽게 그리고 낮은 비용으로 리모델링될 수 있다는 것을 의미한다. 프로필렌의 보충 생산은 10% 정도이며, 이는 하류의 유닛들 (특히 프로판-프로필렌의 "초분별 (superfractionation)" 이라 불리는 컬럼) 이, 사소한 수정들로, 또는 심지어 치수 마진이 충분하다면 임의의 수정 없이, 이 보충 생산을 흡수할 수 있음을 의미한다.
더 정확하게는, 본 발명은 접촉 분해 유닛 (FCC) 오버헤드의 분별 컬럼을 떠나는 가스 분획물, 즉 LPG (liquefied petroleum gas의 약어), 경질 가솔린, 그리고 자체가 특정한 양의 에틸렌을 포함하는 "연료 가스"라고 지칭되는 잔류 가스를 포함하는 분획물을 분별하는 공정으로 이루어진다. 본 발명이 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로 업그레이드하려고 하는 것은 이 에틸렌이다.
본 발명에 따르는 공정은, 하기를 일반적으로 포함한다:
- 연료 가스 (15) 와 경질 가솔린과 LPG 스트림 (10) 을 분리하는데 사용될 수 있는 제 1 흡수 섹션 (6) 으로서, FCC 내에 일반적으로 존재하고 본 발명에 따른 장비 (전환 유닛 (22), 및 흡수 (31) 및 탈부탄화 (35) 를 위한 섹션들) 를 설치한 결과로서 임의의 수정을 필요로 하지 않는, 상기 제 1 흡수 섹션,
- 에틸렌의 큰 비율이 프로필렌으로, 방향족들 및 관심있는 다른 생성물들로 본질적으로 전환되며, 존재하는 다른 올레핀들 (C4, C5+) 이, 본질적으로 프로필렌으로 또한 부분적으로 전환되는, 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛 (22),
- 신규 흡수 섹션 (31) 에 들어가기 전에 압축기 (26) 에서 재압축된 기체상 (25) 을 생성하는, 분리기 (24) 에서의 분리 후의 전환 유닛 (22) 으로부터의 유출물들과, 또한 신규 흡수 섹션 (31) 에 들어가기 위하여 펌프 (29) 에 의해 펌핑되는 액체상 (28) 을 받아들이는, 신규 흡수 섹션 (31). 가스 분획물 (27) 및 액체 분획물 (30) 에 포함되는 프로필렌, 부텐, 가솔린 분획물들은 현존 탈부탄화기 (11) 으로부터 도착하는 가솔린 (32) 을 사용함으로써, 상기 흡수 섹션 (31) 에서 회수됨,
- 신규 흡수 섹션으로부터 획득된 가스 (33) 를 받아들이는 제 2 흡수 섹션 (16). 이 제 2 흡수 섹션 (16) 은 기존의 FCC 공정 흐름도 내에 일반적으로 존재하고, 본 발명에 따른 장비 (즉, 위에서 설명된 흡수 섹션 (31) 과, 전환 유닛 (22) 과, 아래에서 설명되는 탈부탄화 섹션 (35)) 을 설치할 때 수반될 수 있는 임의의 수정을 필요로 하지 않음,
- 신규 흡수 섹션 (31) 으로부터 획득되는 LPG 및 가솔린 분획물들 (34) 을 받아들이는 그리고 생성된 LPG와 혼합될 수 있는 안정화된 가솔린 (36) 및 경질 분획물 (37) 을 생성하는 신규 탈부탄화 섹션 (35).
에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로의 전환을 위한 유닛 (22) 은 범위 500℃ 내지 650℃ 내의 온도에서 그리고 범위 1 bar 내지 2 bar 내의 올레핀들의 분압에서 작동하는 제올라이트에 기초한 촉매를 사용하는 촉매 유닛이다.
본 발명에 따른 분별 공정의 제 1 변형예에 따라, 에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들 (23) 로의 전환을 위한 유닛으로부터 획득되는 가스 스트림 (27) 의 부분이 압축기 (26) 에서의 압축 후 전환 유닛으로의 입구로 재순환되며, 상기 재순환된 분획물은 가능하게는 섹션 (31) 에 도착하는 전체 스트림 (27) 의 10%와 75% 사이에서 가변한다.
본 발명에 따른 분별 공정에서, 에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로의 전환을 위한 유닛 (22) 은 제 1 반응기 (223) 로부터 제 2 반응기 (227) 향해 진행하는 유출물 (224) 의 제 1 교환기 (225) 에 의한 중간 냉각에 의해 분리되는 적어도 두 개의 반응기들 (223 및 227) 을 포함하고, 반응기 (227) 로부터의 출구에서, 전환된 유출물 (228) 이 피드-유출물 교환기 (221) 로 전송되며, 피드-유출물 교환기에서 전환된 유출물은 피드 (15) 와의 간접 교환에 의해 냉각된 다음, 냉각기 (230) 를 향하며, 냉각기에서 냉각이 냉각수의 도움으로 종료된다.
본 발명에 따른 분별 공정의 다른 변형예에 따라, 전환 유닛 (22) 을 위한 피드 (15) 는 스트림 (27) 의 부분으로부터 획득되는 재순환된 스트림 (38) 과의 혼합물로서 피드-유출물 교환기 (221) 에 도착하며, 그 피드-유출물 교환기에서 두 개의 혼합된 스트림들은 작동 온도로 예열된 다음, 전환 유닛 (22) 의 반응기 (223) 로 전송되며, 전환된 유출물 (228) 은 피드-유출물 교환기 (221) 로 전송되며, 피드-유출물 교환기에서 전환된 유출물은 피드 (15) 와의 간접 교환에 의해 냉각된 다음, 냉각기 (230) 로 향하며 그 냉각기에서 냉각은 냉각수의 도움으로 종료되며, 냉각된 유출물 (23) 은 분리기 (24) 로 전송되며, 그 분리기에서 액체상은 기체상으로부터 분리되며, 상기 기체상 (25) 은 압축기 (26) 에 의해 압축된 다음 흡수 섹션 (31) 으로 전송되고, 액체 (28) 는 펌프 (29) 를 통해 흡수 섹션 (31) 으로 전송된다.
본 발명에 따른 분별 공정의 바람직한 변형예에 따라, 에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로의 전환을 위한 유닛 (22) 은 다음의 작동 조건들:
- 범위 500℃ 내지 650℃ 내의 온도,
- 범위 1 bar 내지 2 bar 절대압력 내의 에틸렌의 분압
하에서 제올라이트 계 촉매로 기능을 한다.
종래 기술에 따르는 도 1은 유출물들의 경질 부분으로, 즉, 경질 가솔린으로, LPG로 그리고 "연료 가스"라고 말하는 잔류 가스로 제한되는 접촉 분해 유닛 (FCC) 으로부터의 유출물들의 분별을 위한 공정 흐름도를 나타내는데, 종래 기술에 따르면, 이 가스는 후속 분리 없이 정유공장의 연료 시스템으로 보통 전송되기 때문이다.
도 2는 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위해 연료 가스가 유닛 (22) 으로 전송되는 본 발명에 따른 프로세스를 위한 기본 공정 흐름도를 나타낸다. 그 공정 흐름도는 흡수 섹션 (31) 및 탈부탄화 섹션 (35) 에 의해 보충된다.
도 3은 전환 유닛 (22) 에서의 에틸렌의 전환이 완료되지 않은 본 발명에 따른 공정 흐름도에서의 변형을 나타내며; 압축기 (26) 에서의 압축 후, 전환 유닛 (22) 을 나가는 가스의 부분을 도관 (38) 에 의해 전환 섹션 (22) 으로 재순환시키는 것이 유리할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛 (22) 을 더 상세히 도시한다. 주요 반응은 고도로 발열성이고, 그래서 중간 냉각 (225) 과 함께 적어도 두 개의 반응기들 (223 및 227) 을 가지는 것이 필요하다.
도 5는 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 전환 유닛 (22) 에 대한 피드가 높은 비율의 재순환된 유출물 (222) 을 포함하는 본 발명에 따른 전환 유닛 (22) 에서의 변형을 도시하며, 이는 그 유닛이 단일 반응기 (223) 를 가지고서 기능을 할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2는 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위해 연료 가스가 유닛 (22) 으로 전송되는 본 발명에 따른 프로세스를 위한 기본 공정 흐름도를 나타낸다. 그 공정 흐름도는 흡수 섹션 (31) 및 탈부탄화 섹션 (35) 에 의해 보충된다.
도 3은 전환 유닛 (22) 에서의 에틸렌의 전환이 완료되지 않은 본 발명에 따른 공정 흐름도에서의 변형을 나타내며; 압축기 (26) 에서의 압축 후, 전환 유닛 (22) 을 나가는 가스의 부분을 도관 (38) 에 의해 전환 섹션 (22) 으로 재순환시키는 것이 유리할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛 (22) 을 더 상세히 도시한다. 주요 반응은 고도로 발열성이고, 그래서 중간 냉각 (225) 과 함께 적어도 두 개의 반응기들 (223 및 227) 을 가지는 것이 필요하다.
도 5는 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 전환 유닛 (22) 에 대한 피드가 높은 비율의 재순환된 유출물 (222) 을 포함하는 본 발명에 따른 전환 유닛 (22) 에서의 변형을 도시하며, 이는 그 유닛이 단일 반응기 (223) 를 가지고서 기능을 할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 그것을 예시하는 도면들의 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 도 1은 종래 기술에 따른 것이고, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 것이다.
도 1의 설명 (종래 기술에 따름): FCC를 떠나는 경질 분획물들의 분별. 증기 증류물 (2) 과 액체 증류물 (3) 이 주요 FCC 분별 컬럼 (1) 오버헤드를 떠난다. 이들 두 개의 분획물들은 메탄부터 경질 가솔린까지의 경질 탄화수소 (파라핀 및 올레핀), 수소, 질소, 탄소의 산화물들 (CO 및 CO2), 물, 그리고 소량들의 H2S 및 NH3, 뿐만 아니라 극미량들의 SOx 및 NOx를 본질적으로 포함한다. 증기 분획물은 압축기 (4) 에 의해 압축되고 도관 (5) 을 통해 제 1 흡수 섹션 (6) 으로 전송된다.
액체 분획물은 펌프 (7) 에 의해 펌핑되고 도관 (8) 을 통해 흡수 섹션 (6) 으로 전송된다. 이 섹션은 액체 분획물들의 필수적인 부분을 회수하기 위해 도관 (9) 을 통해 도착하는 흡수 가솔린을 사용하며, 그러한 액체 분획물들은 도관 (10) 을 통해 탈부탄화 섹션 (11) 으로 전송되며 그 탈부탄화 섹션에서 도관 (12) 을 통해 떠나는 가솔린은 도관 (14) 을 통해 떠나는 LPG (C3/C4) 로부터 분리된다. 가솔린의 부분이 도관 (9) 을 통해 섹션 (6) 으로 되돌아가고, 나머지는 도관 (13) 을 통해 유닛의 밖으로 전송되는 가솔린 생성물을 구성한다.
LPG 및 가솔린의 필수적인 부분을 잃은 가스 분획물은 도관 (15) 을 통해 섹션 (6) 을 또한 떠난다. 업그레이드가능 생성물들의 나머지의 회수를 완료하기 위해, 이 가스는 제 2 흡수 섹션 (16) 으로 전송되고 제 2 흡수 섹션에서는 분별 컬럼 (1) 으로부터 도관 (17) 을 통해 도착하는 중질 컷 (heavy cut) 이 중질 컷으로 이 나머지 LPG 및 가솔린의 많은 부분을 도관 (18) 을 통해 컬럼으로 되돌아가게 하기 위해 사용될 수 있다. 정제된 경질 가스는 연료 가스로서 도관 (21) 을 통해 전송되기 전에 도관 (19) 을 통해 정제 섹션 (20) 으로 전송된다.
스트림 (21) 에 포함되는 에틸렌의 모두가 연소된다. 그것을 회수하는 것은 극저온 증류가 뒤따르는 매우 강한 정제를 필요로 할 것인데, 극저온 증류는 생성되는 양을 고려할 때 너무 높다고 빈번하게 간주될 투자 (investment) 를 수반한다. 본 발명의 목적은 에틸렌을 정제하는 일 없이 변환하고 그 에틸렌을 현존 유닛에서 부분적으로 회수될 관심있는 다른 생성물들과 프로필렌으로 본질적으로 전환하는 것이다. 이는 도 2에 비추어 더 잘 이해될 것인데, 도 2는 본 발명에 따른 공정의 공정 흐름도를 나타낸다.
도 2의 설명 (본 발명에 따름): 에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로의 전환과 함께, FCC를 떠나는 경질 분획물들의 분별.
도관 (15) 을 통해 섹션 (6) 을 떠나는 가스 분획물은 제 2 흡수 섹션 (16) 으로 더 이상 전송되지 않고, 신규 전환 유닛 (22) 으로 전송되며, 신규 전환 유닛 속에서 에틸렌의 큰 비율이 프로필렌으로, 방향족으로, 그리고 관심있는 다른 생성물들로 본질적으로 전환된다. 존재하는 다른 올레핀들 (C4, C5+) 이 본질적으로 프로필렌으로 또한 부분적으로 전환된다. 유닛 (22) 으로부터의 출구에서, 가스는 더 낮은 압력에 있고, 흡수 섹션으로 전송되기 위하여 재압축되어야 한다. 따라서 그것은 도관 (23) 을 통해 분리기 (24) 로 전송되며, 증기 상은 도관 (25) 을 통해 압축 디바이스 (26) 로 전송되고, 그 압축 디바이스로부터 그것은 더 높은 압력에서 도관 (27) 을 통해 떠난다.
그 액체상은 도관 (28) 을 통해 펌프 (29) 로 전송되며, 그 펌프로부터 그 액체상은 더 높은 압력에서 도관 (30) 을 통해 떠나고 흡수 섹션 (31) 에 들어간다. 가스 (25) 에 포함되는 프로필렌, 부텐 및 가솔린 분획물들은 현존 탈부탄화기 (11) 로부터 도관 (32) 을 통해 도착하는 가솔린을 사용함으로써 흡수 섹션 (31) 에서 회수된다. 흡수 후, 가스는 도관 (33) 을 통해 현존 부차적인 흡수 섹션 (16) 으로 전송되고 LPG 및 가솔린 분획물들은 도관 (34) 을 통해 탈부탄화 섹션 (35) 으로 전송된다. 안정화된 가솔린은 도관 (36) 을 통해 떠나고 도관 (13) 을 통해 떠나는 가솔린과의 혼합물로서 저장되도록 전송될 수 있다. 탈부탄화기로부터의 경질 분획물은 도관 (37) 을 통해 떠나고, 도관 (14) 을 통해 떠나는 생성된 LPG와 혼합될 수 있다.
신규 섹션들 (31 및 35) 에 대응하는 신규 장비를 사용하는 대신 현존 섹션들 (6 및 11) 을 사용하는 것이 가능할 것이다. 그러나, 섹션 (6 및 11) 의 장비는 불충분해지는 위험이 있을 수 있고, 큰 수정들을 필요로 할 수 있으며, 이는 FCC 유닛이 여러 달 동안 중지되어야 할 것을 의미한다. 신규 섹션들 (31 및 35) 을 생성하는 장점은 그것들이 현존 FCC가, 정상적인 정지 동안 짧은 시구간 내에 수행될 수 있는 신규 유닛에 대한 약간의 연결들만으로, 큰 수정들 없이 개조되는 것을 가능하게 한다는 것이다.
도 3의 설명 (본 발명에 따른 변형예 ): 에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로의 전환과 함께 FCC를 떠나는 경질 분획물들의 분별과, 전환 유닛을 떠나는 가스의 부분의 재순환.
전환 유닛 (22) 에서의 에틸렌의 전환은 완료되지 않고, 그래서 압축기 (26) 에 의해 압축된, 전환 유닛 (22) 을 떠나는 가스의 부분을 도관 (38) 을 통해 전환 섹션 (22) 으로 재순환시키는 것이 유리할 수 있다.
전환 후, 에틸렌은 피드 (15) 에서보다 여전히 더 희석되며, 이는 올레핀들의 동일한 분압에 대해 전환 반응기에서의 압력이 더 높을 수 있음을 의미하며, 이는 경제적으로 유리하다. 덧붙여서, 프로필렌 전환 반응의 발열도는 감소되며, 이는 단일 반응기가 사용될 수 있고, 따라서 유닛의 비용이 그것의 증가된 용량에도 불구하고 감소될 수 있음을 의미한다.
도 4의 설명 (본 발명에 따른 전환 섹션): 중간 냉각을 가지는 두 개의 반응기들을 갖는 에틸렌 전환 유닛.
현존 흡수기 (6) 를 떠나는 스트림은 도관 (15) 을 통해 피드-유출물 교환기 (221) 에 도착하며 그 피드-유출물 교환기에서 그 스트림은 작동 온도로 예열되고 제 1 반응기 (223) 로 전송된다. 반응이 고도로 발열성이기 때문에, 유출물 (224) 을 작동 온도로 냉각시키기 위하여 증기 (225) 를 발생시킴으로써 이 제 1반응기로부터의 출구에서 냉각시키는 것이 필요하다. 냉각된 스트림은 도관 (226) 을 통해 제 2 반응기 (227) 로 전송된다. 두 개의 반응기들 (223 및 227) 은 이 공정 흐름도에서 도시된다. 특정한 경우들에서, 유입구에서의 에틸렌의 비율과, 따라서 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 반응의 발열도가 매우 높다면 더 많이 설치할 필요가 있을 수 있다. 제 2 반응기 (227) 로부터의 출구에서, 전환된 유출물은 도관 (228) 을 통해 피드-유출물 교환기 (221) 로 전송되며, 그 피드-유출물 교환기에서, 전환된 유출물은 피드와의 간접 교환에 의해 냉각된 다음, 냉각기 (230) 로 전송되며, 그 냉각기에서 냉각은 냉각수의 도움으로 종료된다. 냉각기 (230) 에서 냉각을 제공하기 위해 공기를 사용하는 것이 또한 가능하다.
이 교환기의 냉각기 (230) 로부터의 출구에서, 유출물은 도관 (23) 을 통해 분리기 (24) 로 전송되며, 그 분리기에서 액체상은 기체상으로부터 분리된다. 기체상은 도관 (25) 속으로 흡입되며, 압축기 (26) 에 의해 압축되고, 도관 (27) 을 통해 흡수 섹션으로 전송된다. 도관 (28) 을 통해 배출되는 액체는 펌프 (29) 및 도관 (30) 을 통해 동일한 흡수 섹션으로 전송된다.
이 제 1 변형예는 연속적으로 작동하는 2, 3 또는 4 개의 반응기들 (223) 과, 연속 동작을 제공하기 위해 재생 모드에서 작동하는 특정한 수의 반응기들과, 선택적으로, 촉매의 서비스 수명이 1 년 미만인 경우에, 작동을 계속하면서 촉매를 변경하는 것을 가능하게 하기 위해 "예비로 마련해 둔" 특정한 수의 반응기를 일반적으로 필요로 한다. 덧붙여서, 증기 발생기 또는 발생기들에서의 압력 강하가 추가되어야 하는 이들 반응기들의 모두에서의 압력 강하는, 가스 흡입 (take-up) 압축기에서의 압축 비율을 증가시키고, 따라서 그것의 비용 및 그것의 전기 소비를 증가시킨다. 마지막으로, CAPEX 및 OPEX는 상당히 높다.
이런 이유로, 추가로 올레핀들을 희석하며, 발열도를 감소시키고 작동 압력을 증가시키기 위하여 분리기 (24) 로부터 획득된 기체 유출물의 부분을 재순환시키는 것이 가능하며, 이는 압축기 (26) 의 비용 및 소비를 감소시킨다. 다른 장비는 따라서 더 비싼데, 그것들의 용량들 및 작동 압력들이 더 높지만 반응기들 (223) 의 수는 감소되기 때문이다. 충분한 재순환 비율을 갖는 단일 반응기, 즉, 작동 모드에서 1 개, 재생 모드에서 1 개 및 "예비로 마련해 둔" 1 개의 총 3 개의 반응기들로 작동하는 것이 가능하다.
시동 장비 (특히 시동로 (start-up furnace)) 와 재생 장비 (압축기, 교환기들, 분리기 등) 는 도 4 및 도 5에서 도시되지 않는다.
도 5의 설명 (본 발명에 따른 전환 섹션의 변형예 ): 단일 반응기에서의 에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로의 전환과, 전환 유닛으로부터의 유출물의 부분의 재순환을 위한 유닛.
현존 흡수기 (6) 를 떠나는 스트림은 도관 (38) 을 통해 도착하는 재순환물과의 혼합물로서 도관 (15) 을 통해 피드-유출물 교환기 (221) 에 도착하며, 그 피드-유출물 교환기에서 그 혼합물은 작동 온도로 예열되고 도관 (222) 을 통해 반응기 (223) 로 전송된다. 반응은 고도로 발열성이지만, 재순환으로 인한 희석으로, 대략 30℃ 내지 50℃의 온도에서의 적정한 증가를 가지고, 따라서 단일 반응기로 작동하는 것이 가능하다. 반응기 (223) 로부터의 출구에서, 전환된 유출물은 도관 (228) 을 통해 피드-유출물 교환기 (221) 로 전송되며, 그 피드-유출물 교환기에서, 전환된 유출물은 피드와의 간접 교환에 의해 냉각된 다음, 냉각기 (230) 로 전송되며, 그 냉각기에서 냉각은 냉각수의 도움으로 종료된다. 냉각을 위해 공기를 사용하는 것이 또한 가능하다. 이 교환기의 출구에서, 유출물은 도관 (23) 을 통해 분리기 (24) 로 전송되며, 그 분리기에서 액체는 기체상으로부터 분리된다. 기체상은 도관 (25) 속으로 흡입되며, 압축기 (26) 에 의해 압축되고, 흡수 섹션 (31) 으로 전송된다.
도관 (28) 을 통해 배출되는 액체는 펌프 (29) 및 도관 (30) 을 통해 흡수 섹션 (31) 으로 전송된다.
본 발명에 따른
실시예들
실시예 1: 본 발명에 따르는 이 제 1 실시예에서, 최대량의 프로필렌 (C3--) 을 생성하기 위하여 동작하는 2 MT/년의 용량을 가졌던 FCC 유닛이 고려되었다.
공정은 도 2 및 도 4의 공정 흐름도들에 따라서 동작되었다. 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛 (22) 은 하나는 반응 모드에 있는 한편 다른 하나는 재생 모드에 있는 두 개의 반응기들을 사용하여 작동되었다.
도관 (15) 을 통해 에틸렌 전환 유닛에 도착한 피드는 16350 kg/h의 유량과, 다음의 조성 (몰 %로서임) 을 가졌다:
질소 : 17.8
수소 : 14.2
메탄 : 27.3
에탄 ; 13.7
에틸렌 : 13.7
프로판 : 0.3
프로필렌 : 3.2
부탄 : 0.3
부텐 : 0.4
가솔린 : 3.9
물 : 0.5
CO : 1.0
CO2 : 3.8
H2S, NH3, SOx, NOx는 극미량으로 있었다.
전환 반응기들로의 입구에서의 압력은 7.8 bar 절대압력이며, 이는 올레핀들의 분압이 1.5 bar이고, 압축기로의 입구에서의 압력이 5.5 bar였음을 의미하였다.
반응기들의 입구 온도는 550℃였다. 각각의 반응기에서 43℃로 반응기 출구에서의 온도가 증가하면서, 두 개의 반응기들이 연속적으로 작동되었고, 증기를 발생시킴으로써 중간 냉각되었다. 390 kg/h의 액체가 분리기에 존재하였다.
제 2 반응기로부터의 출구에서, 조성은 (몰 %로서) 다음과 같았다:
질소 : 18.7
수소 : 15.0
메탄 : 28.7
에탄 : 14.4
에틸렌 : 2.9
프로판 : 0.7
프로필렌 : 8.5
부탄 : 0.7
부텐 : 0.6
가솔린 : 4.5
물 : 0.5
CO : 1.0
CO2 : 3.8
H2S, NH3, SOx, NOx는 극미량으로 있었다.
전반적으로, 에틸렌 전환 없이 21 톤/h이었던 프로필렌 생산량은, 1.8 톤/h만큼, 즉, 9%만큼 증가되었고, 또한 작은 보충 양의 부텐 (70 kg/h) 및 가솔린 (400 kg/h) 이 생산되었다.
실시예 2: 최대의 프로필렌을 생산하도록 작동되는 2 MT/년의 용량을 갖는 FCC 유닛을 고려한다. 그 작동은 도 3 및 도 5를 따랐고, 즉 전환 유닛 (22) 을 떠나는 가스의 부분은 압축기 (26) 에 의한 압축 후에 도관 (38) 에 의해 전환 섹션 (22) 으로 재순환된다.
도관 (15) 을 통해 에틸렌 전환 섹션에 도착하는 피드는 실시예 1에서와 동일한 조성으로, 실시예 1에서처럼, 16350 kg/h의 유량을 가졌다.
압축기 출구에서의 재순환은 15150 kg/h였다. 반응기 입구에서의 압력은 9 bar 절대압력이었으며, 이는 올레핀들의 분압이 1.5 bar였고 압축기 입구 압력이 7.7 bar였음을 의미하였다. 반응기 입구에서의 온도는 550℃였다.
단일 반응기가 전환 유닛 (22) 에서 사용되었고 반응기에서의 온도 상승은 44℃였다. 660 kg/h의 액체가 분리기 (24) 에 존재하였다.
제 2 반응기로부터의 출구에서, 조성은 (몰 %로서) 다음과 같았다:
질소 : 18.8
수소 : 15.0
메탄 : 28.9
에탄 : 14.6
에틸렌 : 1.6
프로판 : 0.7
프로필렌 : 10.2
부탄 : 0.7
부텐 : 0.4
가솔린 : 3.5
물 : 0.5
CO : 1.0
CO2 : 3.9
H2S, NH3, SOx, NOx는 극미량으로 있었다.
전반적으로, 에틸렌 전환 없이 21 톤/h이었던 프로필렌 생산량은, 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛 (22) 때문에 2.3 톤, 즉, 11%의 이득으로 증가되었다. 본 발명의 추가적인 부수적 효과로서, 작은 보충 흐름의 부텐 (30 kg/h) 및 가솔린 (200 kg/h) 이 발생되었다.
Claims (9)
- 접촉 분해 유닛의 분별 컬럼의 헤드를 떠나는 가스 분획물인, LPG, 경질 가솔린, 및 자체가 특정한 양의 에틸렌을 포함하는 "연료 가스"라고 지칭되는 잔류 가스를 포함하는 가스 분획물을 분별하는 디바이스로서,
상기 디바이스는
- 연료 가스 (15) 와 경질 가솔린 및 LPG 스트림 (10) 을 분리하는데 사용될 수 있는 제 1 흡수 섹션 (6) 으로서, 현존 접촉 분해 유닛 내에 존재하는, 상기 제 1 흡수 섹션,
- 에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로의 촉매 전환을 위한 유닛 (22) 으로서, 피드는 상기 연료 가스 (15) 에 의해 구성되며, 제올라이트에 기초한 촉매의 존재 하에, 상기 에틸렌의 많은 부분이 프로필렌으로 그리고 또한 방향족들 및 관심있는 다른 생성물들로 본질적으로 전환되는, 상기 촉매 전환을 위한 유닛,
- 전환 유닛 (22) 으로부터의 유출물들을 재압축 후 받아들이는 신규 흡수 섹션 (31) 으로서, 상기 유출물들에 포함되는 프로필렌, 부텐 및 가솔린 분획물들은, 현존 탈부탄화기 (11) 로부터 도착하는 가솔린을 사용함으로써, 신규 흡수 섹션 (31) 내에서 회수되는, 상기 신규 흡수 섹션 (31),
- 상기 신규 흡수 섹션 (31) 으로부터 획득된 가스 (33) 를 받아들이는 제 2 흡수 섹션 (16),
- 신규 흡수 섹션 (31) 으로부터 획득된 LPG 및 가솔린 분획물들 (34) 을 받아들이고 그리고 안정화된 가솔린 (36) 및 경질 LPG 분획물 (37) 을 생성하는 탈부탄화 섹션 (35) 을 포함하는, 가스 분획물을 분별하는 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛 (22) 은, 제 1 반응기 (223) 로부터 제 2 반응기 (227) 를 향해 진행하는 유출물 (224) 의, 반응기 (227) 로부터의 출구에서의 교환기 (225) 에 의한, 중간 냉각에 의해 분리되는 적어도 두 개의 반응기들 (223 및 227) 을 포함하며, 전환된 유출물 (228) 은 냉각기로 전송되는, 가스 분획물을 분별하는 디바이스. - 접촉 분해 유닛의 분별 컬럼의 헤드를 떠나는 가스 분획물인, LPG, 경질 가솔린, 및 자체가 특정한 양의 에틸렌을 포함하는 "연료 가스"라고 지칭되는 잔류 가스를 포함하는 가스 분획물을 분별하는 방법으로서,
상기 방법은
- 제 1 흡수 섹션 (6) 에서 연료 가스 (15) 와 경질 가솔린 및 LPG 스트림 (10) 을 분리하는 단계로서, 상기 제 1 흡수 섹션은 현존 접촉 분해 유닛 내에 존재하는, 상기 분리하는 단계,
- 에틸렌의 프로필렌 및 관심있는 다른 생성물들로의 촉매 전환을 위한 유닛 (22) 에서 제올라이트에 기초한 촉매의 존재 하에서 상기 에틸렌의 많은 부분을 프로필렌으로 그리고 또한 방향족들 및 관심있는 다른 생성물들로 본질적으로 전환시키는 단계로서, 피드는 상기 연료 가스 (15) 에 의해 구성되는, 상기 전환시키는 단계,
- 전환 유닛 (22) 으로부터, 재압축 후, 신규 흡수 섹션 (31) 으로 유출물들을 받아들이는 단계로서, 상기 유출물들에 포함되는 프로필렌, 부텐 및 가솔린 분획물들은 현존 탈부탄화기 (11) 로부터 도착하는 가솔린을 사용함으로써 상기 신규 흡수 섹션 (31) 내에서 회수되는, 상기 받아들이는 단계,
- 상기 신규 흡수 섹션 (31) 으로부터 획득된 가스 (33) 를 제 2 흡수 섹션 (16) 속으로 받아들이는 단계,
- 안정화된 가솔린 (36) 및 LPG 분획물 (37) 을 생성하기 위하여 상기 신규 흡수 섹션 (31) 으로부터 획득된 LPG 및 가솔린 분획물들 (34) 을 탈부탄화기 섹션 (35) 속으로 받아들이는 단계를 포함하는, 가스 분획물을 분별하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛 (22) 은, 제 1 반응기 (223) 로부터 제 2 반응기 (227) 를 향해 진행하는 유출물 (224) 의, 교환기 (225) 에 의한 중간 냉각에 의해 분리되는 적어도 두 개의 반응기들 (223 및 227) 을 포함하며, 반응기 (227) 로부터의 출구에서, 전환된 유출물 (228) 은 냉각기로 전송되는, 가스 분획물을 분별하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 에틸렌의 프로필렌 (23) 으로의 전환을 위한 유닛으로부터 획득되는 가스 스트림 (27) 의 부분은 압축기 (26) 에서의 압축 후에 상기 전환 유닛 (22) 으로의 입구로 재순환되며, 재순환된 분획물은 가능하게는 상기 신규 흡수 섹션 (31) 에 도착하는 스트림 (27) 의 25%와 200% 사이에서 가변되는, 가스 분획물을 분별하는 방법. - 제 4 항에 있어서,
전환 유닛 (22) 의 상기 두 개의 반응기들은 교대로 기능을 하여, 하나는 반응 모드에 있고 다른 하나는 재생 모드에 있고, 재생 모드에서 기능을 하는 반응기는 피드/유출물 교환기, 냉각 교환기, 반응 수를 응축시키는 분리기, 및 재생 가스를 재순환시키는 압축기를 포함하는 재생 섹션에 연결되어 있는, 가스 분획물을 분별하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 전환 유닛 (22) 의 상기 두 개의 반응기들 중 하나의 반응기가 재생 모드에 있을 때, 재생은 최대 50℃로 제한되는 반응기 내의 온도의 증가를 생성하기 위하여 불활성 가스, 또는 질소 또는 산소 고갈 연소 가스들로 선택적으로 희석되는 적절한 양의 공기를 재생 가스 속으로 주입하는 것에 의해, 여러 시간에 걸쳐 촉매 상에 퇴적된 코크스 (coke) 를 연소시킴으로써 수행되는, 가스 분획물을 분별하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 전환 유닛 (22) 에 대한 피드는 스트림 (27) 의 부분으로부터 획득되는 재순환된 스트림 (38) 과의 혼합물로서 피드-유출물 교환기 (221) 에 도착하며, 상기 피드-유출물 교환기에서 두 개의 혼합된 스트림들은 작동 온도로 예열된 다음, 상기 전환 유닛 (22) 의 반응기 (223) 로 전송되며, 전환된 유출물 (228) 은 상기 피드-유출물 교환기 (221) 로 전송되며, 상기 피드-유출물 교환기에서 상기 피드 (스트림들 (15 및 38) 의 조합) 와의 간접 교환에 의해 냉각된 다음, 냉각기 (230) 로 향하며 상기 냉각기에서 냉각은 냉각수의 도움으로 종료되며, 냉각된 유출물 (23) 은 분리기 (24) 로 전송되며, 상기 분리기에서 액체상은 기체상 (25) 으로부터 분리되며, 상기 기체상 (25) 은 압축기 (26) 에 의해 압축된 다음 상기 흡수 섹션 (31) 으로 전송되고, 액체 (28) 는 펌프 (29) 를 통해 상기 신규 흡수 섹션 (31) 로 전송되는, 가스 분획물을 분별하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 에틸렌의 프로필렌으로의 전환을 위한 유닛 (22) 은, 다음의 작동 조건들:
- 범위 500℃ 내지 650℃ 내의 온도,
- 범위 1 bar 내지 2 bar 절대압력 내의 에틸렌의 분압
하에서 제올라이트에 기초한 촉매로 기능을 하는, 가스 분획물을 분별하는 방법.
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