KR20020089502A - 피셔-트롭시 왁스와 탄화수소의 수송용 혼합물 - Google Patents

피셔-트롭시 왁스와 탄화수소의 수송용 혼합물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주위 조건(32 내지 95 ℉)에서 고체인 왁스와 같은 피셔-트롭시 생성물 및 나프타와 같은 탄화수소 액체의 혼합물을 생산하는 방법에 관한 것으로, 상기 혼합물은 주위 온도(32 내지 95 ℉)에서 펌핑될 수 있다. 상기 혼합물의 온도는 피셔-트롭시 생성물의 융점 미만으로 조절된다. 본 발명은 수송관, 탱커 또는 궤도차량을 통해 원격지로부터 나프타와 같은 쉽게 이용가능한 매질내에서 피셔-트롭시 생성물의 수송을 제공한다. 수송 후에 탄화수소 액체로부터 최소로 오염되도록 탄화수소 액체 및 피셔-트롭시 생성물은 플래싱, 증류 또는 여과와 같은 통상적인 방법에 의해 분리된다.

Description

피셔-트롭시 왁스와 탄화수소의 수송용 혼합물{FISCHER-TROPSCH WAX AND HYDROCARBON MIXTURES FOR TRANSPORT}
유전은 전형적으로 그와 관련된 천연 가스의 매장량을 갖는다. 이 가스의 수송이 경제적으로 매력이 없는 원격지에서는 천연 가스를 고분자량 탄화수소로 화학적으로 전환시키기 위한 가스 전환 기술을 사용할 수 있다. 현재 가스 전환 기술은 천연 가스를 일산화탄소와 수소의 혼합물인 합성 가스로 전환시키는 기술에 의존하고 있다. 이 합성 가스는 미국 특허 제 5,348,982 호에 개시된 피셔-트롭시 합성법으로서 통상 알려져 있는 촉매화 탄화수소 합성 공정으로 반응되어 고분자량 탄화수소를 형성한다.
피셔-트롭시 합성법에 의해 생성된 왁스는 많은 바람직한 특성을 갖는다. 이 왁스에는 필수적으로 임의의 황, 질소 및 방향족 화합물이 존재하지 않으므로 매우 높은 순도를 갖는다. 또한, 피셔-트롭시 왁스는 높은 노르말 파라핀 함량을 갖는다.
일반적으로, 100 ℉ 미만의 온도에서 전형적으로 고체인 왁스는 궤도차량 또는 트럭 선적 시설에 접근이 용이한 정제 장치 또는 화학 시설 장치에서 생산되기 때문에 왁스의 수송에는 문제가 없다. 그러나, 대부분의 가스 전환 시설 장치가 원격지에서 설립되므로 왁스를 선적하는 상기 통상적인 방법은 종종 이용불가능할 때도 있다.
원격지로부터 왁스를 수송하는 몇 가지 방법으로는 왁스를 고체로서 화물실에 선적하거나 또는 슬러리로서 가열 탱크 및 탱커, 용매 및 증기 분사 수송관내에 선적하는 방법들을 들 수 있다. 용액 및 슬러리는 주위 조건에서 펌핑될 수 있기 때문에 매력적인 방법이지만, 원격지에서 용매의 사용가능성이 문제가 될 수 있다.
그러므로, 원격지에서 이용이 용이하고, 수송이 끝난 후에 탄화수소 액체 매질로부터 오염이 거의 없으면서 피셔-트롭시 생성물로부터 쉽게 분리되는 매질내에서 주위 조건에서 고체인 피셔-트롭시 생성물을 수송하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 주위 조건(32 내지 95 ℉)에서 고체인 피셔-트롭시(Fischer-Tropsch) 왁스와 같은 피셔-트롭시 생성물 및 나프타와 같은 탄화수소 액체의 혼합물을 주위 온도에서 생산하는 방법에 관한 것으로, 이 혼합물은 원격지로부터 펌핑된 다음, 이어 플래싱, 증류 또는 여과와 같은 통상적인 방법에 의해 탄화수소 액체로부터 오염이 거의 없이 분리될 수 있다.
도 1은 피셔-트롭시 생성물과 탄화수소 액체의 혼합물을 생산 및 수송하기 위한 방법의 공정도이다.
본 발명의 방법에 따라, 주위 조건(32 내지 95 ℉)에서 고체인 피셔-트롭시 왁스와 같은 피셔-트롭시 생성물은 나프타와 같은 탄화수소 액체와 주위 온도(32 내지 95 ℉)에서 혼합되어 주위 온도에서 펌핑될 수 있는 혼합물을 형성한다. 상기 혼합물의 온도는 피셔-트롭시 생성물의 융점 미만으로 조절되므로, 불균질 혼합물을 생성한다.
상기 피셔-트롭시 생성물과 탄화수소 액체의 혼합물은 수송관, 탱커 또는 궤도차량과 같은 통상적인 액체 이동 방법을 통해서 수송된다.
수송이 끝난 후에 탄화수소 액체 및 피셔-트롭시 생성물은 플래싱, 증류 또는 여과와 같은 통상적인 방법에 의해 분리된다. 원격지에서 이용가능하고 피셔-트롭시 합성법으로부터 유도되는 탄화수소 액체는 탄화수소로부터의 오염이 거의 없이 피셔-트롭시 생성물을 수송할 수 있게 한다.
본 발명은 주위 온도에서 고체인 피셔-트롭시 왁스와 같은 피셔-트롭시 생성물 및 나프타와 같은 탄화수소 액체의 혼합물을 주위 온도에서 생산하는 방법을 제공한다. 상기 피셔-트롭시 생성물은 피셔-트롭시 왁스이고 탄화수소 액체는 나프타이다. 그러나, 당업자라면 누구나 주위 온도에서 고체인 어떠한 피셔-트롭시 생성물과 어떠한 탄화수소 액체라도 주위 온도에서 사용할 수 있다는 것을 인정할 것이다.
상기 피셔-트롭시 왁스 및 나프타의 혼합물은 주위 온도에서 펌프될 수 있는 약 1 내지 22 중량%, 바람직하게는 8 내지 10 중량%의 피셔-트롭시 왁스를 함유한다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 피셔-트롭시 반응기로부터 얻은 상기 피셔-트롭시 생성물은 경질 가스(2), 나프타(3), 제트 연료(4), 디젤 연료(5) 및 중질 탄화수소 스트림(6)과 같은 생성물로 분별화된다. 상기 피셔-트롭시 생성물(1)은 분리되기 전에 수소처리되거나 가공되거나 수소이성화될 수 있거나, 또는 분리될 수 있고, 분별화된 생성물은 개별적으로 가공될 수 있다. 생성물은 작업 대상에 따라 달라질 수 있으며, 생성된 그 자체로서 사용할 수 있거나, 또는 추가의 수소처리, 개량, 혼합하여 사용하거나 또는 첨가제와 함께 사용할 수 있다.
상기 중질 탄화수소 스트림(6)은 피셔-트롭시 합성법으로부터 얻은 전체의 왁스일 수 있고, 특정 비등점 범위으로 분별화되고 수소이성화시켜 윤활제 기초 원료를 생산할 수 있으며, 이를 용매의 탈왁싱으로 왁스를 얻을 수 있거나, 또는 상기 스트림은 이들 선택 공정의 어떠한 조합물일 수 있다. 상기 중질 탄화수소 스트림(6)으로부터 얻은 왁스는 정제된 왁스로서 판매하기 위해 수소처리될 수 있다.
정제 또는 비정제된 왁스를 고체화하고 과립화하고 나프타(3)의 모두 또는 일부와 혼합하여 불균질 피셔-트롭시 왁스와 나프타의 혼합물(8)을 생산한다. 상기에서 언급한 바와 같이, 혼합될 수 있는 피셔-트롭시 왁스의 양은 약 1 내지 22 중량%, 바람직하게는 약 8 내지 10 중량%이다. 혼합물의 유동점은 약 75 ℉ 미만, 더욱 바람직하게는 약 32 ℉ 미만일 수 있다. 이들 범위와 유동점은 왁스를 팽화시켜 이 범위 이상의 양으로 페이스트를 형성하는 나프타의 경향에 기초로 하고 있다.
상기 혼합물의 점도는 약 1500 cP 미만, 바람직하게는 약 500 cP 미만이어야 한다. 그렇지 않으면, 점도가 증가하면 혼합물의 수송이 더욱 어렵게 될 것이다.
상기 혼합물의 온도는 왁스의 가용성을 제한하기 위해 왁스의 융점 미만으로 조절된다. 아울러, 왁스와 나프타간의 분자량 차이로 인해 왁스의 가용성이 제한된다. 이러한 목적은 가용성 왁스가 수송관 또는 탱커의 벽에 증착되기 때문에 중요하다. 전형적으로 왁스가 증착되면 단면적의 감소로 인한 수송관에서의 압력 강하가 증가되고, 따라서 혼합물의 수송에서의 효율이 감소된다.
피셔-트롭시 유도 왁스를 본 발명에서 사용할 수 있지만, 혼합될 왁스의 바람직한 비등점 범위는 약 700 ℉ 이상, 더욱 바람직하게는 약 725 내지 1025 ℉이다.
피셔-트롭시 합성 생성물을 분별화하여 약 95 내지 약 320 ℉의 비등점 범위를 갖는 나프타를 수득하였다. 분리 생성물의 품질은 HP 6890 시리즈 가스 크로마토그래프를 사용하는 고온 모의 증류 가스 크로마토그래피(GCD)에 의해 측정되었다. 상기 왁스는 5 및 95 중량%의 GCD에 기초로 하여 453 내지 1129 ℉의 비등점 범위를 갖고, 주위 조건에서 피셔-트롭시 합성법으로부터 얻은 전체의 고체 생성물이었다.
상기 GCD 데이터는 하기 표 1에 나타나 있다.
나프타 및 왁스 GCD
비등점 범위(℉) 나프타(중량%) 왁스(중량%)
i/200 10.7 검출안됨
200/320 51.6 0.7
320/500 28.7 7.5
500/700 8.4 32.0
700/1000 0.6 45.9
1000 이상 검출안됨 13.9
상기 혼합물은 왁스를 미세 분리 플라스크로 과립화한 후에 로터-스테이터 간극폭 및 시간을 변화시키면서 콜로이드 밀에서 왁스를 나프타와 혼합함으로써 생산되었다. 이 혼합 방법을 반복하여 농도 범위가 약 7 내지 30 중량%인 왁스를 얻었다.
유동점은 ISL 유동점 분석기에 의해 측정되었고, 부룩필드 점도는 약 100 ℉ 내지 유동점에서 점도계를 사용하여 측정되었다. 그 결과는 하기 표 2에 나타나 있다.
나프타 왁스 콜로이드의 특성
전체의 왁스(중량%) 유동점(℉)
7 1
10 41
13 41
19 50
22 63
25 86
28 페이스트
30 페이스트
28 중량% 이상의 전체의 왁스 농도에서, 상기 혼합물은 나프타에 의해 야기되는 왁스의 팽화로 인해 페이스트를 형성하는 경향이 있었다. 전체의 왁스 농도가 약 7 내지 22 중량%일 경우 전형적인 주위 조건 미만에서 유동점이 산출되었다.
32 ℉에서 브룩필드 점도에 의해 측정된 바와 같이, 상기 혼합물의 펌핑 능력은 7 및 13 중량%의 왁스의 농도에서 수득되었다. 얻은 점도 값은 각각 372 cP 및 1218 cP이었다. 상기 데이터에서와 같이, 왁스의 농도가 증가하면 저온 점도도 상당히 증가하였다.
상기와 같이, 용해된 왁스는 수송관 또는 탱커의 벽에 증착되므로 수송 작업의 효율이 저하된다. 상기 벽에 플레이팅은 차가운 표면에 용해된 왁스의 증착에 의해 발생하고, 이는 경계면의 열 전달에 비례한다. 용해된 왁스 함량이 증착에 비례하기 때문에 용해된 왁스의 양을 제한함으로써 표면 코팅을 감소시킬 수 있다. 약 453 내지 1129의 비등점 범위를 갖는 전체의 왁스에 있어서, 혼합물 1ℓ당 5.5 ±2.0의 왁스만이 용해되었다. 왁스의 농도를 증가시켰지만 용해된 왁스의 농도는 증가하지 않았으므로, 이는 혼합물이 포화되었음을 나타내는 것이다. 이러한 실험은 실온에서 수행되었다. 453 내지 1129 ℉의 전체 분별화 대신에 약 725 내지 1025 ℉의 비등점 범위를 갖는 분별화와 같은 보다 중질 왁스에 있어서, 나프타내의 왁스의 가용성은 감소하였고 분리는 보다 더 용이했다.
2주 후에 상기 혼합물의 시각 관측은 상기 혼합물에서 집괴암이 형성되지 않았다는 것을 나타냈다. 그러나 나프타와 왁스의 밀도 차이로 인해 혼합물내에서 약간의 고체 입자가 침강되었다. 이들 왁스 입자는 약한 교반에 의해 쉽게 현탁되므로, 탱크 또는 탱커에서 상기 혼합물의 침강은 선적 중이나 혼합물을 하적하기 전에 순환 또는 교반에 의해 적용될 수 있다.
상기 왁스와 나프타 혼합물의 분리는 표 3에 나타낸 바와 같이 GCD에 의해 결정된 절단에 의해 7, 13 및 19 중량%의 왁스에 대해 400 ℉에서 상기 혼합물을 분별화함으로써 달성되었다. 분별화는 피셔-트롭시 왁스의 비등점 범위가 높아질수록 보다 더 증가될 수 있다.
혼합 후 증류 생성물
비등점 범위(℉) 7 중량% 13 중량% 19 중량%
나프타(중량%) 왁스(중량%) 나프타(중량%) 왁스(중량%) 나프타(중량%) 왁스(중량%)
i/200 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨 검출안됨
200/320 23.5 검출안됨 37.3 검출안됨 25.5 검출안됨
320/500 73.8 1.0 55.7 19.0 70.5 3.5
500/700 2.7 66.4 2.0 49.0 1.2 59.5
본 발명의 많은 변형 및 대체 실시태양은 상기 기술의 견지에서 당업자에게는 자명할 것이다. 따라서, 이러한 기술은 단지 설명적인 것으로 이해되어야하며, 당업자를 교시할 목적으로 본 발명을 수행하기 위한 최고의 방식일 것이다. 상기 방법의 상세한 설명은 본 발명의 진의에 벗어나지 않는 한에서 사실상 변경될 수 있고, 첨부된 청구범위내에 있는 모든 변형의 양립할 수 없는 용도는 보존된다.

Claims (14)

  1. (a) 주위 온도에서 고체인 피셔-트롭시(Fischer-Tropsch) 생성물과 탄화수소 액체를 주위 온도에서 결합하여 주위 온도에서 펌핑될 수 있는 혼합물을 형성시키고, (b) 상기 피셔-트롭시 생성물의 융점 미만으로 상기 혼합물의 온도를 조절하는 것을 포함하는, 주위 온도에서 펌핑할 수 있는 피셔-트롭시 생성물과 탄화수소 액체 혼합물의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피셔-트롭시 생성물이 피셔-트롭시 왁스인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 액체가 약 95 내지 320 ℉ 범위의 비등점을 갖는 나프타인 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 나프타가 피셔-트롭시 합성법에 의해 생성되는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합물이 약 1 내지 22 중량%의 왁스를 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    혼합물의 유동점이 약 75 ℉ 미만인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    혼합물의 점도가 약 1500 cP 미만인 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 왁스의 비등점 범위가 약 700 내지 1025 ℉인 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 피셔-트롭시 생성물과 상기 탄화수소 액체의 분리를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 분리가 플래싱(flashing)에 의해 수행되는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 분리가 증류에 의해 수행되는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 분리가 여과에 의해 수행되는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 주위 온도가 약 32 내지 95 ℉인 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 피셔-트롭시 생성물과 상기 탄화수소 액체의 수송을 추가로 포함하는 방법.
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