KR20070012834A - 잔유를 함유한 탄화수소 공급원료를 열분해하는데 사용하기위한 증기/액체 분리 장치 - Google Patents

잔유를 함유한 탄화수소 공급원료를 열분해하는데 사용하기위한 증기/액체 분리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상부 캡 구간, 원형 벽을 포함한 중간 구간, 및 하부 캡 구간을 갖는 실질적으로 원통형의 수직 드럼, 탄화수소/증기 혼합물을 도입하기 위한 접선방향 유입구, 천장부 증기 유출구 및 액체를 위한 기부 유출구를 포함하는, 탄화수소 및 증기의 증기/액체 혼합물의 유동물을 처리하기 위한 고효율의 증기/액체 분리 장치에 관한 것이다. 용기는 또한 (i) 원형 벽으로부터 연장된 환형 천장 구간 및 (ii) 천장 구간이 연장된 동심의 내부 수직 측벽을 포함하는, 중간 구간에 위치한 환형 구조물을 포함한다. 환형 구조물은 천장 구간 너머로 원형 벽을 따라 증기/액체 혼합물이 위로 통과되는 것을 차단하고, 액체의 상당한 비말동반을 방지하기 위해 충분히 낮은 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는 개방 코어를 둘러싼다.

Description

잔유를 함유한 탄화수소 공급원료를 열분해하는데 사용하기 위한 증기/액체 분리 장치{VAPOR/LIQUID SEPARATION APPARATUS FOR USE IN CRACKING HYDROCARBON FEEDSTOCK CONTAINING RESID}
본 발명은 비휘발성의 탄화수소를 탄화수소 공급원료로부터 제거하는 효율이 높은 증기/액체 분리 장치에 관한 것이다.
열분해반응으로도 언급되는 증기 분해는 다양한 탄화수소 공급원료를 올레핀, 바람직하게는 경질의 올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 및 부텐으로 열분해하기 위해 오랫동안 사용되어 왔다. 통상의 증기 분해는 두개의 주요 구간, 즉 대류 구간 및 복사 구간을 갖는 열분해반응 노를 이용한다. 전형적으로, 탄화수소 공급원료는 노의 대류 구간에 액체상태로 유입되는데(증기상태로 유입되는 경질의 공급원료의 경우는 제외함), 여기서 이는 전형적으로 복사 구간으로부터의 고온 연료 기체와 간접적으로 접촉하고 증기와 직접 접촉함으로써 가열되고 기화된다. 이어서, 기화된 공급원료 및 증기 혼합물은 복사 구간으로 도입되고, 여기서 열분해가 발생한다. 올레핀을 비롯한 생성물은 급랭을 비롯한 추가의 하류 가공처리 동안에 열분해반응 노를 떠난다.
통상의 증기 분해 시스템은 예컨대 경유 및 나프타와 같은 고품질의 공급원료를 열분해하기 위해 효과적이었다. 그러나, 증기 분해의 경제성을 고려하여 때로는 보다 저가의 중질 공급원료, 예컨대 원유 및 대기압 잔유(이는 또한 대기압 파이프 바닥 생성물로서도 공지됨)와 같은 비제한적인 예의 열분해가 선호된다. 원유 및 대기압 잔유는 590℃(1100℉)를 넘는 비점을 갖는 고분자량의 비휘발성 성분을 종종 함유한다. 이러한 공급원료의 비휘발성 중질 말단은 통상의 열분해반응 노의 대류 구간에서 코크스로서 침적된다. 단지 매우 낮은 수준의 비휘발성 성분은 보다 경질의 성분들이 완전히 기화하는 시점의 대류 구간 하류에서는 용인될 수 있다. 추가로, 수송 동안 몇몇 나프타는 원유로 오염된다. 통상의 열분해반응 노는 잔유, 원유, 또는 여러 잔유 또는 원유-오염된 경유나 나프타(이는 비휘발성 탄화수소의 많은 분류물을 함유함)를 가공할 적응력이 없다.
본 발명자들은, 중질의 비휘발성 탄화수소를 열분해반응 노에서 열분해될 수 있는 경질의 휘발성 탄화수소로부터 분리하기 위해 플래쉬장치를 사용하는데 있어서, 비휘발성 탄화수소 제거 효율을 최대화하는 것이 중요함을 인식하였다. 그렇지 않으면, 중질의 코크스-형성 비휘발성 탄화수소는 증기상에 비말동반되고 천장부 스트림을 노에 운반하여 대류 구간에서 코크스화 문제를 발생시킬 수 있다.
추가로, 수송 동안 몇몇 나프타는 비휘발성 성분을 함유한 중질의 원유로 오염된다. 통상의 열분해반응 노는 잔유, 원유, 또는 여러 잔유 또는 원유-오염된 경유나 나프타(이는 비휘발성 성분으로 오염됨)를 가공할 적응력이 없다.
코크스화 문제를 해결하기 위해, 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 3,617,493 호에는 원유 공급물을 위한 외부 기화 드럼의 사용, 및 나프타를 증기로서 제거하기 위한 제 1 플래쉬장치 및 230 내지 590℃(450 내지 1100℉)의 비점을 갖는 증기를 제거하기 위한 제 2 플래쉬장치의 사용이 개시되어 있다. 증기는 열분해반응 노에서 올레핀으로 열분해되고, 두개의 플래쉬 탱크로부터의 별도의 액체는 제거되고, 증기로 스트립화되어 연료로 사용된다.
본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 3,718,709 호에는 코크스 침적을 최소화하는 방법이 개시되어 있다. 여기에는 중질의 공급원료를 열분해반응 노의 내부 또는 외부에서 예열하여 약 50%의 중질의 공급원료를 과열된 증기로 기화시키고, 잔류한 별도의 액체를 제거하는 방법이 개시되어 있다. 경질의 휘발성 탄화수소를 주로 함유하는 기화된 탄화수소가 열분해된다.
본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,190,634 호에는 작은 임계량의 수소의 존재하에 대류 구간에서 공급원료를 예열함으로써 노에서 코크스의 형성을 억제하는 방법이 개시되어 있다. 대류 구간에 수소가 존재하면 탄화수소의 중합 반응을 억제함으로써 코크스 형성을 억제한다.
본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,580,443 호에는 우선 공급원료를 예열한 다음 열분해반응 노의 대류 구간의 예열기로부터 회수하는 방법이 개시되어 있다. 이어서, 예열된 공급원료를 예정된 양의 증기(희석 증기)와 혼합한 다음, 기체-액체 분리기내로 도입하여 원하는 비율의 비휘발성 물질을 액체로서 분리기로부터 분리하여 제거한다. 기체-액체 분리기로부터 분리된 증기를 가열하고 열분해하 기 위해 열분해반응 노로 복귀시킨다.
본원에 참고로 인용된 동시계류중인 미국 특허 출원 제 10/188,461 호(2002년 7월 3일자로 출원됨), 미국 특허 출원 공개공보 제 2004/0004022 Al 호(2004년 1월 8일자로 공개됨)에는 중질의 탄화수소 공급원료중에 함유된 휘발성 탄화수소의 열분해를 최적화하고 코크스화 문제를 감소시키고 방지하기 위해 유리하게 조절된 방법이 개시되어 있다. 이는 플래쉬장치로 유입되는 증기의 온도를 비교적 일정하게 유지시킴으로써 플래쉬장치를 떠나는 증기 대 액체의 비를 비교적 일정하게 유지시키는 방법을 제공한다. 보다 상세하게는, 플래쉬 스트림의 일정한 온도는 플래쉬장치에 유입되기 이전에 중질의 탄화수소 공급원료와 혼합되는 유체 스트림의 양을 자동적으로 조정함으로써 유지된다. 유체는 물일 수 있다.
본원에 참고로 인용된 미국 특허 출원 일련번호 제 11/068,615 호(2005년 2월 28일자로 출원됨)에는 중질의 탄화수소 공급원료와 유체, 예컨대 탄화수소 또는 물을 혼합하여 혼합 스트림을 형성하고 이를 플래쉬처리하여 증기상 및 액체상을 형성하는 중질의 탄화수소 공급원료를 열분해하는 방법이 개시되어 있고, 여기서 증기상은 후속적으로 열분해되어 올레핀을 제공하고 생성된 유출물은 수송 라인 교환기에서 냉각되며, 이때 공급원료와 혼합된 유체의 양은 공정의 선택된 작동 매개변수, 예를 들면 혼합 스트림이 플래쉬처리되기 이전의 혼합 스트림의 온도에 따라 달라진다.
본원에 참고로 인용된 미국 특허 출원 일련번호 제 10/189,618 호(2002년 7월 3일자로 출원됨), 미국 특허 출원 공개공보 제 2004/0004028 A1 호(2004년 1월 8일자로 공개됨)에는 증기 분해 시스템중의 플래쉬처리 드럼에서의 비휘발성 물질 제거 효율이 증가된 유리하게 조절된 방법이 개시되어 있고, 여기서 대류 구간으로부터의 기체 유동물은, 먼저 기체 유동물을 증량제 처리하고 굴곡시켜 유동 방향을 변화시킴으로써, 플래쉬처리 드럼으로 유입되기 이전에 연무 유동으로부터 환형 유동으로 전환되어 제거 효율을 증가시킨다. 이는 연무로부터의 미세한 액체 소적을 합체시킨다.
증기 분해 열분해반응 노의 대류 구간에서, 양호한 열 전달을 달성하고 코크스화를 감소시키기에 충분히 낮은 필름 온도를 유지하기 위해 최소한의 기체 유동이 배관중에 필요한 것으로 밝혀졌다. 전형적으로, 약 30m/초(100ft/초)의 최소한의 기체 유동 속도가 바람직한 것으로 밝혀졌다.
증기상으로서의 경질의 휘발성 탄화수소를 액체상으로서의 중질의 비휘발성 탄화수소로부터 분리하기 위해 증기/액체 분리 장치, 예컨대 플래쉬처리 드럼을 사용하는 경우, 플래쉬처리 드럼에 유입되는 플래쉬 스트림은 일반적으로 증기상을 미세 소적으로서 비말동반된 액체(비휘발성 탄화수소 성분)와 함께 포함한다. 따라서, 플래쉬 스트림은 2상 유동이다. 대류 구간 내의 배관에서 필요한 경계 층 필름 온도를 유지하기 위해 필요한 유동 속도에서, 상기 2상 유동은 "연무 유동" 체제이다. 상기 체제에서, 비휘발성의 중질 탄화수소를 포함한 미세 소적은 휘발성 탄화수소인 증기상 및 선택적으로 증기에 비말동반된다. 2상 연무 유동은 플래쉬처리 드럼에서 작동상의 문제점을 나타내는데, 그 이유는 이러한 높은 기체 유동 속도에서 비휘발성 탄화수소를 포함한 미세 소적은 합체되지 않고, 이에 따라 플래 쉬처리 드럼으로부터 액체상으로서 효율적으로 제거될 수 없기 때문이다. 30m/초(100ft/초)의 기체 유동 속도에서, 플래쉬처리 드럼은 중질의 비휘발성 탄화수소를 낮은 효율로만, 예컨대 약 73%로 제거할 수 있다.
본 발명은 플래쉬처리 드럼에서 휘발성 탄화수소 증기로부터 비휘발성 탄화수소 액체를 효과적으로 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명은 플래쉬처리 드럼에서 비휘발성 및 휘발성 탄화수소의 분리를 크게 향상시키는 장치 및 방법을 제공한다.
발명의 요약
한 양상에서, 본 발명은 탄화수소 및 증기의 증기/액체 혼합물의 유동물을 처리하기 위한 증기/액체 분리 장치에 관한 것이다. 이 장치는, (a) 상부 캡 구간, 원형 벽을 포함한 중간 구간 및 하부 캡 구간을 갖는 실질적으로 원통형의 수직 드럼; (b) 상부 캡 구간에 부착된 천장부 증기 유출구; (c) 상기 유동물을 상기 벽을 따라 도입하기 위한, 상기 중간 구간의 원형 벽에 실질적으로 접선방향으로 위치한 1개 이상의 유입구; (d) (i) 원형 벽으로부터 연장된 환형 천장 구간 및 (ii) 천장 구간이 연장된 내부 수직 측벽을 포함하는, 중간 구간에 위치한 환형 구조물(여기서, 측벽은 원형 벽에 실질적으로 동심이지만 이로부터 떨어져 위치하고, 환형 구조물은 천장 구간 너머로 원형 벽을 따라 증기/액체 혼합물이 위로 통과하는 것을 차단하고, 환형 구조물은 액체의 상당한 비말동반을 방지하기 위해 충분히 낮은 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는 개방 코어를 둘러쌈); 및 (e) 중간 구간 보다 직경이 작고 실질적으로 동심으로 위치한 실질적으로 원통형의 부트(boot)(이는 하부 캡 구간과 소통되고, 액체 유입구를 이의 하위 단부에 추가로 포함함)를 포함한다. 한 실시양태에서, 장치는 (f) 드럼의 중심으로부터 원형 벽을 향해 아래로 표면이 기울고 상기 배플과 원형 벽 사이에 간극을 제공하여 원형 벽을 따르는 또는 이의 부근의 액체를 하부 캡 구간으로 향하게 하는, 중간 구간의 하위 부분에 위치한 1개 이상의 배플을 추가로 포함한다.
또다른 양상에서, 본 발명은 (a) 탄화수소 공급원료를 가열하여 가열된 탄화수소 공급원료를 제공하는 가열 대역; (b) 1차 희석 증기 스트림을 가열된 탄화수소 공급원료와 혼합하여 가열된 2상의 층상화된 개방 채널 유동 혼합 스트림(이는, 예컨대 단계 (c) 이전에 대류에 의해 추가로 가열될 수 있음)을 제공하는 혼합 대역; (c) (i) 상부 캡 구간, 원형 벽을 포함한 중간 구간 및 하부 캡 구간을 갖는 실질적으로 원통형의 수직 드럼; (ii) 상부 캡 구간에 부착된 천장부 증기 유출구; (iii) 유동물을 벽을 따라 도입하기 위한, 중간 구간의 원형 벽에 실질적으로 접선방향으로 위치한 1개 이상의 유입구; (iv) (1) 원형 벽으로부터 연장된 환형 천장 구간 및 (2) 천장 구간이 연장된 내부 수직 측벽을 포함하는, 중간 구간에 위치한 환형 구조물(여기서, 측벽은 원형 벽에 실질적으로 동심이지만 이로부터 떨어져 위치하고, 환형 구조물은 천장 구간 너머로 원형 벽을 따라 증기/액체 혼합물이 위로 통과되는 것을 차단하고, 환형 구조물은 액체의 상당한 비말동반을 방지하기 위해 충분히 낮은 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는 개방 코어를 둘러쌈); 및 (v) 중간 구간 보다 직경이 작고 실질적으로 동심으로 위치한 실질적으로 원통 형의 부트(이는 하부 캡 구간과 소통되고, 급랭 오일용 유입구 및 액체 유입구를 이의 하위 단부에 추가로 포함함)를 포함하는, 탄화수소 및 증기의 증기/액체 혼합물을 처리하기 위한 증기/액체 분리 대역; (d) 대류 구간, 및 천장부 증기 유출구로부터의 증기상을 열분해하여 올레핀을 포함한 유출물을 생성하기 위한 복사 구간을 포함하는 열분해반응 노; (e) 유출물을 급랭시키기 위한 수단; 및 (f) 열분해된 생성물을 급랭된 유출물로부터 회수하기 위한 회수 트레인을 포함하는, 잔유를 함유한 탄화수소 공급원료를 열분해하기 위한 장치에 관한 것이다.
또다른 양상에서, 본 발명은 (a) 탄화수소 공급원료를 가열하는 단계; (b) 가열된 탄화수소 공급원료를 1차 희석 증기 스트림과 혼합하여 가열된 2상의 층상화된 개방 채널 유동 혼합 스트림(이는, 예컨대 단계 (c) 이전에 대류에 의해 추가로 가열될 수 있음)을 형성하는 단계; (c) (i) 상부 캡 구간, 실질적으로 원형의 벽을 포함한 중간 구간 및 하부 캡 구간을 갖는 실질적으로 원통형의 수직 드럼; (ii) 상부 캡 구간에 부착된 천장부 증기 유출구; (iii) 유동물을 벽을 따라 도입하기 위한, 중간 구간의 원형 벽에 실질적으로 접선방향으로 위치한 1개 이상의 유입구; (iv) (1) 원형 벽으로부터 연장된 환형 천장 구간 및 (2) 천장 구간이 연장된 내부 수직 측벽을 포함하는, 중간 구간에 위치한 환형 구조물(여기서, 측벽은 원형 벽에 실질적으로 동심이지만 이로부터 떨어져 위치하고, 환형 구조물은 천장 구간 너머로 원형 벽을 따라 증기/액체 혼합물이 위로 통과되는 것을 차단하고, 환형 구조물은 액체의 상당한 비말동반을 방지하기 위해 충분히 낮은 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는 개방 코어를 둘러쌈); 및 (v) 중간 구간 보다 직경 이 작고 실질적으로 동심으로 위치한 실질적으로 원통형의 부트(이는 하부 캡 구간과 소통되고, 급랭 오일용 유입구 및 액체 유입구를 이의 하위 단부에 추가로 포함함)를 포함하는, 탄화수소 및 증기의 증기/액체 혼합물을 처리하기 위한 증기/액체 분리 장치(또는 플래쉬처리 대역)에 혼합 스트림을 향하게 하는 단계; (d) 액체상을 증기/액체 분리 장치의 액체 유출구를 통해 제거하는 단계; (e) 증기상을 열분해반응 노(이는 복사 구간 및 대류 구간을 포함함)의 복사 구간에서 열분해하여 올레핀을 포함한 유출물을 생성하는 단계; 및 (f) 유출물을 급랭시키고 이로부터 열분해된 생성물을 회수하는 단계를 포함하는, 잔유를 함유한 탄화수소 공급원료를 열분해하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 열분해반응 노를 사용한 본 발명에 따른 공정의 개략적인 작업공정도를 나타낸다.
도 2는 접선방향 유입구, 환형의 전복된-L형 배플, 천공된 원뿔형 배플, 인간통로, 소용돌이 방지 배플을 갖는 부트 및 고리 분배기를 포함하는 본 발명의 플래쉬/분리 장치의 한 실시양태의 수직도를 나타낸다.
도 3은 급랭 오일용 유입구 및 연결된 고리 분배기, 플럭선트용 유입구, 측부 배수구 및 소용돌이 방지 배플을 도시하는, 본 발명의 한 실시양태를 위한 부트의 세부 투시도를 제공한다.
도 4는 환형의 전복된-L형 배플의 세부사항을 도시하는, 접선방향 유입 노즐 의 수준에서 취해진 장치의 단면 투시도를 제공한다.
도 5는 본 발명의 실시양태에 사용되는 천공된 원뿔형 배플의 투시도를 제공한다.
본 발명은 탄화수소 및 증기의 증기/액체 혼합물의 유동물을 처리하기 위한 매우 효율적인 증기/액체 분리 장치에 관한 것이다. 장치는 상부 캡 구간, 원형 벽을 포함한 중간 구간, 하부 캡 구간, 탄화수소/증기 혼합물을 도입하기 위한 접선방향 유입구, 천장부 증기 유출구 및 액체를 위한 기부 유출구를 갖는, 실질적으로 원통형의 수직 드럼 또는 용기를 포함한다. 용기는 또한 (i) 원형 벽으로부터 연장된 환형 천장 구간 및 (ii) 천장 구간이 연장된 동심의 내부 수직 측벽을 포함하는, 중간 구간에 위치한 환형 구조물을 포함한다. 환형 구조물은 천장 구간 너머로 원형 벽을 따라 증기/액체 혼합물이 위로 통과되는 것을 차단하고, 액체의 상당한 비말동반을 방지하기 위해 충분히 낮은 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는 개방 코어를 둘러싼다.
본 발명의 한 실시양태에서, 증기 유출구는 드럼의 상부 캡 구간 위 및 아래로 연장된 파이프를 포함하고, 이때 스커트는 드럼의 상부 캡 구간의 아래로 연장된 상기 파이프의 구간으로부터 아래쪽으로 및 바깥쪽으로 원주형으로 연장된다.
또다른 실시양태에서, 장치는 종방향 구간으로 실질적으로 반구형 형태 및 실질적으로 타원형 형태중 하나 이상의 형태인 상부 캡 및 하부 캡을 포함한다.
또다른 실시양태에서, 접선방향으로 위치한 유입구는 원형 벽을 통해 통과하여 환형 구조물로 개방된다. 장치는 제 1의 접선방향으로 위치한 유입구와 실질적으로 대향하면서 실질적으로 접선방향으로 위치한 추가의 유입구, 또는 용기 주변을 따라 서로 동일하게 이격된 1개 이상의 이러한 유입구를 추가로 포함할 수 있다. 접선방향의 진입은 2상 유동물중의 액체가 상당한 힘, 예컨대 약 1 내지 2g의 원심력으로 벽에 접촉하도록 한다. 이는 고온의 액체 탄화수소가 벽을 습윤시키고, 드럼의 코어중의 기체 유동에 의해 비말동반되지 않으면서 수직 드럼의 기부에 부드럽게 떨어지도록 한다. 유리하게는, 접선방향으로 위치한 유입구는 유동물의 분열을 감소시키기 위해 원형 벽의 내부 측면으로 플러쉬 될 수 있고, 이러한 플러쉬 진입은 용기내에서 연무가 형성되는 것을 감소시키거나 제거하는 작용을 한다. 액체의 드럼 기부로의 평탄하고 거의 수직인 유동은 부트에서 급랭되기 이전에 이의 체류 시간을 최소화 한다. 따라서, 접선방향 유입구 또는 유입구들은 액체상을 완전히 합체시키는 작용을 할 수 있다.
본 발명의 장치는 환형 구조물에 의해 한정된 개방 코어를 포함한다. 한 실시양태에서, 개방 코어는 증기중의 액체의 상당한 비말동반을 방지하는 최대의 증기 속도의 약 1/3 이하의 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는다. 전형적으로는, 개방 코어는 약 60cm/초(2ft/초) 이하, 즉 약 15 내지 약 45cm/초(1/2 내지 1과 1/2ft/초)의 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는다.
본 발명의 한 실시양태에서, 접선방향으로 위치한 유입구는 드럼에 대하여 작용하는 코리올리스(Coriolis) 힘과 동일한 방향으로 유동을 제공하도록 배향된다. 1개 이상의 이러한 유입구가 존재하는 경우, 모든 유입구는 드럼에 대하여 작용하는 코리올리스 힘과 동일한 방향으로 유동을 제공하도록 배향되는 것이 유리하다.
한 실시양태에서, 증기/액체 혼합물의 액체가 소용돌이치는 것을 조절하기 위한 수단을 추가로 포함하는 본 발명에 따른 장치를 제공하는 것이 유용한 것으로 밝혀졌다. 소용돌이는 본 발명에서 제한되지 않을 수 있지만, 전형적으로, 소용돌이는 액체가 드럼 주위의 1 회전의 약 1/3 이하로 회전하는 정도로 조절된다. 액체의 소용돌이를 조절하기 위한 수단은 전형적으로 (i) 드럼으로 유입되는 증기/액체 속도의 한정, 및 (ii) 충분한 드럼 직경의 제공중 하나 이상으로부터 선택된다. 드럼에 유입되는 증기/액체 속도는 약 9m/초(30ft/초) 미만이고, 바람직하게는 약 6m/초(20ft/초) 미만이며, 바람직한 범위는 3 내지 약 6m/초(10 내지 20ft/초)이다. 충분한 드럼 직경은 전형적으로는 약 1m 이상, 예컨대 약 2m 이상, 예를 들면 약 4m 이다.
본 발명의 또다른 실시양태에서는, 마모 플레이트가 환형 구조물에 인접한 원형 벽에 부착된다. 마모 플레이트는, 특히 공기와 증기에 의한 코크스 제거 작업 동안(이때, 코크스는 플래쉬처리 용기의 내부 벽을 부식할 수 있음) 부식을 방지한다.
본 발명의 장치는 미량의 연무가 드럼 벽으로 퍼져 올라가는 것을 방지하는 작용을 하는 환형 구조물을 포함한다. 편평한 수평 고리만 이용해서는 일부 연무가 여전히 벽 및 고리 주위로 퍼져 올라가도록 하기 때문에, 고리 구조물은 수평 고리의 내부 가장자리에 고정된 수직 구성요소를 포함하여, 전복된-L형 단면을 제공한다. 이러한 구조물은 연무가 전체 액체상내로 합체되지 않으면서 수직 구성요소를 가로지르는 것을 방지하는 것으로 보여진다. 환형 구조물은 위에 위치한 걸이(이는 구조물의 지지 부재에 의해 유체 유동이 막히는 것을 감소시키거나 방지함)에 의해 지지되는 것이 유리하다.
또다른 실시양태에서, 장치는 플래쉬처리 드럼의 내부에 청소, 보수 및 기타 작업을 위해 진입할 목적으로 원형 벽에 인간통로가 제공된다. 인간통로는 이것이 통과하는 원형 벽의 형태에 일치하는 플러그를 포함할 수 있다.
앞서 주지된 바와 같이, 본 발명의 장치는 드럼의 중심으로부터 원형 벽을 향해 아래로 기울여진 표면을 제공하고, 원형 벽을 따르는 또는 이의 부근의 액체를 하부 캡 구간으로 향하게 하기 위해 배플 및 원형 벽 사이에 갭을 제공하는, 중간 구간의 하위 부분에 위치한 1개 이상의 배플을 추가로 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 배플은 천공된다. 실질적으로 원뿔형일 수 있는 배플은 플래쉬처리 드럼의 기부 및 부트를 플래쉬처리 드럼의 상위 부분으로부터 부분적으로 단리시키지만, 고온의 소용돌이 치는 증기가 액체를 소용돌이치게 만드는 것을 방지하고, 부트중의 보다 차가운 액체가 보다 뜨거운 증기를 응축시키는 것을 방지한다. 배플은, 예를 들면 충분히 기울여진 원뿔형으로 형상화되어 액체가 그 위에 고이는 것을 방지하는 것이 유리하다. 배플은 또한 코크스 제거 동안, 예컨대 공기 및 증기가 배플로 통과되는 것을 허용함으로써 질량 전달을 개선시키는 세공을 포함할 수도 있다. 세공의 수와 크기를 적절히 선택함으로써, 정상적인 작동 동안에, 최소한의 고온 증기가 드럼의 기부로 확산된다. 그러나, 코크스 제거 동안에는, 부트의 기부 밖으로 유동되는 증기/공기 혼합물의 분류물은 전체 드럼과 효과적으로 접촉할 수 있다. 세공이 없으면, 코크스의 두꺼운 층이 드럼의 하위 부분 및 배플에 쌓일 수 있다. 따라서, 세공은 코크스가 이를 막지 않도록 크기가 충분히 큰 것이 유리하다. 한 실시양태에서, 배플은 1개 이상의 실질적으로 원형의 세공 및 실질적으로 직사각형의 세공으로 천공된다. 배플은 약 50 내지 약 200cm2(8 내지 31in2) 크기 범위의 세공으로 천공될 수 있다. 세공은 약 5cmㅧ 20cm(2inㅧ 8in)의 직사각형 및 약 10 내지 15cm(4 내지 6in) 직경의 원형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치수를 가질 수 있다. 유리하게는, 배플은 상응하는 천공되지 않은 배플에 비해 이의 표면적의 약 1% 내지 약 20% 범위로, 즉 코크스 제거를 위해 사용되는 증기/공기 혼합물의 장치로부터 질량 질량 전달을 증가시키기에 충분한 정도로 천공된다. 전형적으로는 단일 배플이 드럼의 중간 구간의 하위 부분에 사용되지만, 다수의 배플이 사용될 수도 있다.
앞서 주지된 바와 같이, 본 발명의 장치는 중간 구간 보다 직경이 작고 실질적으로 동심으로 위치한, 실질적으로 원통형의 부트(이는 상기 하부 캡 구간과 소통되고, 급랭 오일용 유입구 및 액체 유입구를 이의 하위 단부에 추가로 포함함)를 포함한다. 부트는 고온 액체가 외부에서 냉각된 액체의 재순환에 의해 급랭될 수 있는 장소이다. 부트는, 급랭 전 및 급랭 동안에 무시할만한 액체 체류 시간을 제공하여 코크스 형성을 방지하고 조절가능한 충분한 액체 수평을 제공하도록 크기가 조정되는 것이 유리하다. 액체 수평은 또한 액체 바닥 생성물을 드럼으로부터 전달하는 작용을 하는 펌프에서 캐비테이션을 방지하기 위한 NPSH 또는 유효 흡입 압력을 제공한다. 부트는, 재순환 급랭이 액체의 와동을 일으키지 않으면서 철저하고 신속하게 고온 액체와 혼합되는 것을 확보하는 추가의 내부 구성성분을 포함한다. 액체 와동은 액체 수평이 조절되는 것을 어렵게 만들고 기체가 액체와 함께 펌프내로 들어갈 수 있도록 한다.
한 실시양태에서, 본 발명은 부트가 재순환 급랭 오일을 위한 유입구를 추가로 포함하는 장치와 관련된다. 급랭물은 부트내로 직접 유동될 수 있지만, 이는 액체 와동 및 요동치는 기체/액체 계면을 야기시킬 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 부트에서 유지되는 정상적 작동시의 액체 수준에 위치한, 급랭 오일을 재순환시키기 위한 고리 분배기를 부트에 제공하는 것이 특히 바람직하다. 급랭 오일을 재순환시키기 위한 상기 고리 분배기는 아래로 향한 개구를 포함하는 것이 유리할 수 있는데, 이는 신속한 급랭 및 균일한 기체/액체 계면을 가능하게 한다. 고리 분배기중의 개구의 충분한 수 및 크기는 코크스에 의해 막히기는 하지만 양호한 유동 분배를 확보한다.
한 실시양태에서, 본 발명의 장치는 소용돌이 방지 배플을 추가로 포함하는 부트를 포함한다. 전형적으로, 소용돌이 방지 배플은 종방향 가장자리가 부트의 내벽에 실질적으로 수직인 날개를 포함지만, 임의의 효과적인 설계가 본 목적을 위해 가능하다.
한 실시양태에서, 장치는 액체 유입구 위로 이에 근접하여 1개 이상의 쇠격자를 추가로 포함하는 부트를 포함한다. 이러한 쇠격자는 액체가 부트로부터 배수되는 동안 와동을 방지하거나 최소화시킨다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 액체를 제거하기 위한 1개 이상의 추가의 배수구, 예컨대 액체 유출구 위의 측부 유출구를 포함할 수 있는 부트를 갖는 장치를 포함한다. 이는 추가로 액체가 와동되는 것을 방지한다.
한 실시양태에서, 본 발명의 장치는 플럭선트를 도입하기 위한 측부 유입구를 추가로 포함하는 부트를 포함한다. 이는 부트중의 액체가 전형적으로 고분자량을 갖거나 부분적으로 역파쇄된 결과로서 높은 점도를 나타내므로 특히 유용하다. 액체 탄화수소의 유동을 촉진시키기 위해, 부트에는 1개 이상의 노즐이 플럭선트 첨가를 위해 장착될 수 있다. 유리하게는, 플럭선트 노즐 또는 노즐들은 부트에서 정상적인 액체 수준 아래에 위치할 수 있다. 따라서, 플럭선트는 급랭점 미만으로 유입되어 플럭선트가 비등되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 적용에 있어서, 잔유를 함유한 탄화수소 공급원료는 유체와 혼합되기 이전에 열분해반응 노의 제 1 대류 구간 관 뱅크에서 유체 기체와 간접적으로 접촉됨으로써 가열될 수 있다. 바람직하게는, 탄화수소 공급원료의 온도는 유체와 혼합되기 이전에 약 150 내지 약 260℃(300 내지 500℉)이다.
혼합 스트림은 플래쉬처리 이전에 열분해반응 노의 제 1 대류 구간에서 연료 기체와 간접적으로 접촉함으로써 가열될 수 있다. 바람직하게는, 제 1 대류 구간은 탄화수소 공급원료가 유체와 혼합되기 이전에 가열될 수 있고 혼합 스트림이 플래쉬처리 이전에 추가로 가열될 수 있도록 유체, 및 선택적으로 1차 희석 스트림을 구간의 통로 사이에 첨가하도록 배열된다.
제 1 대류 구간 관 뱅크로 유입되는 연료 기체의 온도는 전형적으로 약 815℃(1500℉) 미만이고, 예를 들면 약 700℃(1300℉) 미만, 예컨대 약 620℃(1150℉) 미만, 바람직하게는 약 540℃(1000℉) 미만이다. 희석 증기는 공정의 임의의 시점에 첨가될 수 있고, 예를 들면 이는 가열 전후에 잔유를 함유한 탄화수소 공급원료에, 혼합 스트림에, 및/또는 증기상에 첨가될 수 있다. 임의의 희석 증기 스트림은 사워(sour) 증기 및 공정용 증기를 포함할 수 있다.
임의의 희석 증기 스트림은 노의 대류 구간내의 임의의 위치에 위치한 대류 구간 관 뱅크, 바람직하게는 제 1 또는 제 2 관 뱅크에서 가열되거나 과열될 수 있다.
혼합 스트림은 플래쉬처리 단계 이전에 약 315 내지 약 540℃(600 내지 1000℉)의 온도일 수 있고, 플래쉬처리 압력은 약 275 내지 약 1375kPa(40 내지 200psia)일 수 있다. 플래쉬처리를 수행한 후, 50 내지 98%의 혼합 스트림은 증기상일 수 있다. 드럼으로부터 증기 유출구의 하류에 위치한 추가의 분리기, 예컨대 원심분리기가 미량의 액체를 증기상으로부터 제거하기 위해 사용될 수 있다. 증기상은 노의 방사 구간에 유입되기 이전에 플래쉬처리 온도 이상으로, 예를 들면 약 425 내지 약 705℃(800 내지 1300℉)로 가열될 수 있다. 상기 가열은 대류 구간 관 뱅크, 바람직하게는 노의 복사 구간의 가장 가까운 관 뱅크에서 발생될 것이다.
별도의 지시가 없는 한, 모든 백분율, 부, 비 등은 중량 기준이다. 별도의 지시가 없는 한, 화합물 또는 성분에 대한 언급은 화합물 또는 성분 그 자체 뿐만 아니라, 다른 화합물이나 성분들을 조합한 것들, 예컨대 화합물들의 혼합물을 포함한다.
추가로, 양, 농도 또는 기타 값 또는 매개변수가 상위의 바람직한 값 및 하위의 바람직한 값의 목록으로서 제시될 경우, 이는 범위들이 별도로 개시되었는지의 여부와 상관없이, 상위의 바람직한 값 및 하위의 바람직한 값의 임의의 조합으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시한 것으로 이해되어야 한다.
본원에서, 유동 체제는 유체 유동의 가시적 또는 질적 특성이다. 속도나 소적 크기는 설정되지 않는다. 연무 유동은, 액체의 미세한 소적이 파이프를 통해 유동되는 증기상에 분산되어 있는 2상 유동을 의미한다. 깨끗한 파이프에서, 연무 유동은 신속히 움직이는 작은 빗방울과 같다.
환형 유동은, 액체가 스트림으로서 파이프의 내부 표면상으로 유동되고 증기가 파이프의 코어내에 유동되는 2상 유동을 의미한다. 환형 유동의 증기 유동 속도는 약 6m/초(20ft/초)이다. 깨끗한 파이프에서, 신속히 움직이는 액체 층이 관찰된다. 증기 유동의 코어에서는 액체 소적이 거의 관찰되지 않는다. 파이프 출구에서, 액체는 일반적으로 물방울로 떨어지고 단지 소량의 연무만이 관찰된다. 연무로부터 환형 유동으로의 변화는 일반적으로 연무 및 환형 유동이 함께 유출되는 전이 기간을 포함한다.
공급원료는 2개 이상의 성분, 즉 휘발성 타화수소 및 비휘발성 탄화수소를 포함한다. 본 발명에 따른 연무 유동은 휘발성 탄화수소 증기에 비말동반된 비휘발성 탄화수소의 미세 소적을 포함한다.
도 1에 예시된 바와 같은 본 발명의 탄화수소 공급원료(10)를 열분해하기 위한 방법은, 탄화수소 공급원료를 증기 분해 노(3)의 상부 대류 구간(1)에서 물(11) 및 증기(12)의 존재 또는 부재하에 교환기 관 뱅크(2)에 의해 예열하는 단계를 포함하여, 공급원료의 일부를 기화시키고 휘발성 탄화수소/증기 증기중에 비휘발성 탄화수소를 포함한 액체 소적을 포함하는 연무 스트림(13)을 형성한다. 공급원료/물/증기 혼합물의 추가의 예열은 열 교환 관 뱅크(6)를 통해 수행될 수 있다. 연무 스트림은 대류 구간(14)을 떠날 때 제 1 유동 속도 및 제 1 유동 방향을 갖는다. 이 방법은 또한 연무 스트림을 처리하여 액체 소적을 합체시키고, 액체 소적의 적어도 일부를 플래쉬처리기(5)에서 탄화수소 증기로부터 분리하여 증기상(15) 및 액체상(16)을 형성하고, 증기상(8)을 하부 대류 구간(7)으로 공급하고 그 후 교차 배관(18)에 의해 열분해 노(3)의 복사 구간으로 공급함을 포함한다. 복사 구간으로부터의 연료 기체는 (19)를 경유하여 노(3)의 하부 대류 구간(7)으로 도입된다.
본원에서, 비휘발성 성분 또는 잔유는, ASTM D-6352-98 또는 D-2887로 측정된 공칭 비점이 590℃(1100℉)를 초과하는 탄화수소 공급물의 분별물이다. 본 발명은 공칭 비점이 760℃(1400℉)를 초과하는 비휘발성 물질에 대하여 잘 작용한다. 탄화수소 공급물의 비점 분포는 700℃(1292℉) 이상에서 비등하는 물질에 대한 외삽에 의해 보강된 ASTM D-6352-98 또는 D-2887에 의한 기체 크로마토그래프 증류(GCD)에 의해 측정된다. 비휘발성 물질은 본 발명의 공정에서 만나는 작동 조건하에 증기로 응축되어 코크스를 형성하는 응축가능한 큰 분자인 코크스 전구체를 포함한다.
탄화수소 공급원료는, 많은 비율의, 예컨대 약 0.3 내지 약 50%의 비휘발성 성분을 포함할 수 있다. 이러한 공급물은, 제한하는 것은 아니지만, 전형적으로 증기 분해된 경유 및 잔유, 경유, 난방유, 제트 연료, 디젤, 케로센, 가솔린, 코크스 나프타, 증기 분해된 나프타, 촉매적으로 열분해된 나프타, 수소화분해물, 석유 생산물, 라피네이트 석유 생산물, 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 액체, 피셔-트롭쉬 기체, 천연 가솔린, 증류물, 버진(virgin) 나프타, 대기압 파이프스틸 바닥 생성물, 바닥 생성물을 포함한 진공 파이프스틸 증기, 광범위한 비점의 나프타-경유 응축물, 정유공장으로부터의 중질의 비-버진 탄화수소 스트림, 진공 경유, 중질의 경유, 원유로 오염된 나프타, 대기압 잔류물, 중질의 잔류물, C4'/잔류물 혼합물, 나프타/잔류물 혼합물, 탄화수소 기체/잔류물 혼합물, 수소/잔류물 혼합물, 경유/잔류물 혼합물 및 원유중 하나 이상을 포함한다.
탄화수소 공급원료는 315℃(600℉) 이상, 일반적으로 약 510℃(950℉) 이상, 전형적으로 약 590℃(1100℉) 이상, 예를 들면 약 760℃(1400℉) 이상의 공칭 최종 비점을 갖는다. 경제적으로 바람직한 공급원료는 일반적으로 저유황 왁스형 잔류물, 대기압 잔류물, 원유로 오염된 나프타, 다양한 잔류물 혼합물, 및 원유이다.
주지한 바와 같이, 탄화수소 공급원료는 노(1)의 상부 대류 구간에서 예열된다. 공급원료는 선택적으로 예열 전 또는 예열 후(예컨대, 분사기(4)중의 예열기(2) 이후)에 증기와 혼합될 수 있다. 중질의 탄화수소의 예열은 당분야의 숙련가에게 공지된 임의의 형태를 취할 수 있다. 가열은 노의 대류 구간에서 노의 방사 구간으로부터의 고온의 연료 기체와 공급원료의 간접적 접촉을 포함한다. 이는 제한되지는 않지만, 예를 들면 공급원료를 열분해반응 노(3)의 상부 대류 구간(1)내에 위치한 열 교환 관 뱅크(2)를 통해 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 조절 시스템(17)에 유입되기 이전의 예열된 공급원료(14)의 온도는 약 310 내지 약 510℃(600 내지 950℉)이다. 바람직하게는, 가열된 공급원료의 온도는 약 370 내지 490℃(700 내지 920℉)이고, 보다 바람직하게는 약 400 내지 약 480℃(750 내지 900℉)이며, 가장 바람직하게는 약 430 내지 475℃(810 내지 890℉)이다.
예열의 결과로서, 공급원료의 일부가 기화되고, 증기의 존재 또는 부재하에 휘발성 탄화수소 증기중에 비휘발성 탄화수소를 포함하는 액체 소적을 함유한 연무 스트림이 형성된다. 약 30m/초(100ft/초) 이상의 유동 속도에서, 액체는 증기상에 비말동반된 비휘발성 탄화수소를 포함한 미세 소적으로서 존재한다. 상기 2상 연무 유동은 액체와 증기로 분리하기가 극히 어렵다. 플래쉬처리 드럼내로 유입되기 이전에 미세 연무를 커다란 소적들로 또는 단일한 연속적 액체상으로 합체시키는 것이 필요하다. 그러나, 고온 연료 기체로부터 열 전달을 수행하고, 특히 하부 대류 구간(7) 및/또는 추가의 하류에서 코크스화를 감소시키기 위해서는 약 30m/초(100ft/초) 이상의 유동 속도가 일반적으로 필요하다.
본 발명의 실시양태에서, 연무 스트림은 앞서 주지된 미국 특허 출원 공개공보 제 2004/004028 호에 개시된 방법에 따라 처리되어 액체 소적들을 합체시킨다. 본 발명에 따른 한 실시양태에서, 이러한 처리는 연무 스트림의 속도를 감소시킴을 포함한다. 플래쉬처리기(5)에 도입되기 이전에(도 1중 9 위치) 대류 구간(14)을 떠나는 연무 스트림의 속도를 감소시키는 것은 연무 스트림이 합체되는 것을 보조하는 것으로 밝혀졌다. 연무 스트림의 속도를 약 40% 이상, 바람직하게는 약 70% 이상, 보다 바람직하게는 약 80% 이상, 가장 바람직하게는 85% 이상 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 대류 구간을 떠나는 연무 유동 스트림의 속도를 약 30m/초(100ft/초)에서 약 18m/초(60ft/초) 미만으로, 보다 바람직하게는 약 9m/초(30ft/초) 미만으로, 가장 바람직하게는 약 6m/초(20ft/초) 미만으로 감소시키는 것이 바람직하다.
본원에 개시된 본 발명을 사용함으로써, 약 95% 이상의 플래쉬처리 드럼 제거 효율이 달성될 수 있음이 밝혀졌다. 약 98% 이상의 바람직한 플래쉬처리 효율, 약 99% 이상의 보다 바람직한 플래쉬처리 효율, 약 99.9% 이상의 가장 바람직한 플래쉬처리 효율이 또한 본 발명을 사용함으로써 달성될 수 있다. 본원에 사용된 제거 또는 플래쉬처리 효율은 플래쉬처리 드럼을 떠나는 천장부 증기상중에 비말동반된, 드럼에 유입되는 액체 탄화수소의 100% 미만의 백분율을 의미한다.
예를 들면, 증량제와 협력하여 속도가 바람직하게 감소된 이후, 연무 유동 스트림중 미세 소적은 1개 이상의 굴곡부에서 유리하게 합체될 수 있고, 이에 따라 플래쉬처리 드럼(5)중의 증기상 스트림으로부터 용이하게 분리된다. 플래쉬처리는 1개 이상의 플래쉬처리 드럼에서 정상적으로 수행된다. 플래쉬처리 드럼(5)에서, 증기상 스트림은 1개 이상의 상부 플래쉬 드럼 유출구(15)로부터 제거되고, 액체상은 1개 이상의 하부 플래쉬처리 드럼 유출구(16)로부터 제거된다. 바람직하게는, 액체상의 제거를 위해 2개 이상의 하부 플래쉬처리 드럼 유출구가 플래쉬처리 드럼에 존재한다.
2차 희석 증기(20)는 노(3)에서 대류 가열되어, 라인(9)을 경유해 플래쉬처리 드럼으로 향할 수 있다. 한 실시양태에서, 가열된 2차 희석 증기는 라인(9)을 경유해 플래쉬처리 드럼(5)으로 직접적으로 첨가될 수 있다. 다르게는, 가열된 2차 희석 증기는 플래쉬처리 드럼 천장부에 선택적 측로(22)에 의해 첨가될 수 있다.
플래쉬처리 드럼(또는 증기/액체 분리 장치)에서 비휘발성 탄화수소의 제거 효율을 추가로 증가시키기 위해, 도 1의 플래쉬 스트림(9)은 도 2에 도시된 바와 같이 접선방향 플래쉬처리 드럼 유입구(201 및 202)를 통해 접선방향으로 플래쉬처리 드럼에 유입되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 접선방향 유입구는 균일하거나 약간 아래방향의 유동을 갖는다. 비휘발성 탄화수소 액체상은 내부 플래쉬처리 드럼 벽을 따라 외부 환형 유동을 형성할 것이고, 휘발성 증기상은 초기에 내부 코어를 형성한 다음 플래쉬처리 드럼에서 위를 향해 유동될 것이다. 한 바람직한 실시양태에서, 접선방향 입구는 코리올리스 효과와 동일한 방향이어야 한다.
액체상은 부트(205)에 부착된 기부 플래쉬처리 드럼 유출구(203)로부터 제거된다. 선택적으로, 소용돌이 방지 배플 또는 날개(207)를 포함한 측부 플래쉬처리 드럼 유출구(231) 또는 와동 파쇄기를 첨가하여 유출구에 와동이 형성되는 것을 방지한다. 증기상의 상향 내부 코어 유동은 플래쉬처리 드럼 내부의 환형 구조물 또는 배플(209) 주위의 중간 구간(208)에서 전환되고, 전형적으로 종방향 구간으로 반타원형인 드럼의 상부 캡 부분(215)의 위 및 아래로 연장된 파이프(213)를 포함할 수 있는 1개 이상의 상부 플래쉬처리 드럼 유출구 또는 천장부 증기 유출구(211)로부터 제거된다. 배플 또는 환형 구조물(209)이 플래쉬처리 드럼 내부에 설치되어, 분리된 액체상의 임의의 부분이 플래쉬처리 드럼에서 아래쪽으로 유동되어 플래쉬처리 드럼에서 위로 유동되는 증기상중에 비말동반되는 것을 추가로 방지하고 감소시킨다. 파이프(213)는 파이프의 하부 구간으로부터 아래쪽으로 및 바깥쪽으로 원주형으로 연장되는 스커트(217)를 가질 수 있다. 보강하기 위해 강화 고리(219)가 환형 구조물(209)의 하위 내부 부분에 부착된다. 마모 플레이트(221)는 코크스 제거 동안 코크스에 의해 내부 드럼 벽이 부식되는 것을 방지할 목적으로 환형 구조물에 의해 부분적으로 둘러싸인 내부 드럼 벽 주위에 선택적으로 제공된다. 지지 구조물(223)은 환형 구조물(209)을 드럼에 위로부터 부착하기 위해 사용될 수 있다. 선택적인 인간통로(225)는 드럼 내부에 접근하도록 드럼 벽내에 제공된다. 표면상에 액체가 고이는 것을 방지하기에 충분히 기울어진 원뿔형 배플(227)은 선택적으로 드럼 용기의 하위 부분, 예컨대 인간통로 아래에 위치한다. 원뿔형 배플(227)은 드럼 벽에 부착된 기둥 또는 받침대(229)에 의해 지지될 수 있다. 배플 인간통로(228)는 선택적으로 원뿔형 배플을 통한 접근을 제공한다. 부트(205)는, 기부 액체 유출구(203)만을 사용하는 것과 관련된 소용돌이 유동 문제를 방지하면서 액체 바닥 생성물의 유인을 가능하게 하는 측부 유출구(231)를 선택적으로 포함한다. 부트(205)는 추가로 점도를 조절하기 위해 부가된 액체 플럭선트용 유입구(233), 뿐만 아니라 고리 분배기(237)와 소통된 급랭 오일용 유입구(235)를 추가로 포함할 수 있다. 부트는 또한 와동방지 하부 쇠격자(239)를 포함할 수 있다. 증기상은 바람직하게는 도 1의 하부 대류 구간(7)으로, 및 교차 파이프(18)를 통해 열분해반응 노의 복사 구간으로 유동된다.
도 3에 있어서, 부트(305)의 세부 투시도는 기부 잔유 액체 유출구(303), 소용돌이 방지 배플(307), 측부 배수구(331), 플럭선트 유입구(333), 아래로 뽀족한 개구(338)를 갖는 고리 분배기(337)에 부착된 급랭 오일 유입구(335), 및 와동방지 하부 쇠격자(339)를 도시한다.
도 4에 있어서, 접선방향 유입 노즐(401 및 402)에서 취해진 증기/액체 분리 장치 또는 플래쉬처리 드럼(405)의 단면의 절단부를 포함하는 세부 투시도는 플래쉬처리 드럼(405)의 원형 벽으로부터 연장된 수평 환형 고리 구성성분 또는 환형 천장 구간(411), 및 내부 수직 측벽(413)을 포함하여, 절단에 의해 도시된 바와 같이 전복된-L형 프로파일을 제공하는 환형 구조물(409)의 세부사항을 도시한다. 개방 코어 영역(415)은 증기상이 도 2에 도시된 천장부 또는 증기 유출구(211)로 위로 유동되는 것을 허용한다.
도 5에 있어서, 투시도는 본 발명의 실시양태에 사용되는 정점(503)을 갖는 천공된 원뿔형 배플(501)을 제공하는데, 이는 원형 또는 타원형의 세공(505)를 포함한다.
본 발명은 특정 실시양태를 언급하면서 기재되고 예시되었지만, 당분야의 숙련가라면 본 발명이 그 자체로 본원에 예시될 필요 없이 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 이유로, 본 발명의 진정한 범주를 결정하기 위해서는 첨부된 청구의 범위만을 참고해야 할 것이다.

Claims (39)

  1. 탄화수소 및 증기의 증기/액체 혼합물의 유동물을 처리하기 위한 증기/액체 분리 장치로서,
    (a) 상부 캡 구간, 원형 벽을 포함한 중간 구간, 및 하부 캡 구간을 갖는 실질적으로 원통형의 수직 드럼;
    (b) 상부 캡 구간에 부착된 천장부 증기 유출구;
    (c) 유동물을 벽을 따라 도입하기 위한, 중간 구간의 원형 벽에 실질적으로 접선방향으로 위치한 1개 이상의 유입구;
    (d) (i) 원형 벽으로부터 연장된 환형 천장 구간 및 (ii) 천장 구간이 연장된 내부 수직 측벽을 포함하는, 중간 구간에 위치한 환형 구조물(여기서, 측벽은 원형 벽에 실질적으로 동심이지만 이로부터 떨어져 위치하고, 환형 구조물은 천장 구간 너머로 원형 벽을 따라 증기/액체 혼합물이 위로 통과되는 것을 차단하고, 환형 구조물은 액체의 상당한 비말동반을 방지하기 위해 충분히 낮은 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는 개방 코어를 둘러쌈); 및
    (e) 중간 구간 보다 직경이 작고 실질적으로 동심으로 위치한, 실질적으로 원통형의 부트(boot)(이는 하부 캡 구간과 소통되고, 액체 유입구를 이의 하위 단부에 추가로 포함함)를 포함하는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (f) 드럼의 중심으로부터 원형 벽을 향해 아래로 표면이 기울고, 배플과 원형 벽 사이에 간극을 제공하여 원형 벽을 따르는 또는 이의 부근의 액체를 하부 캡 구간으로 향하게 하는, 중간 구간의 하위 부분에 위치한 1개 이상의 배플을 추가로 포함하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    증기 유출구가 드럼의 상부 캡 구간 위 및 아래로 연장된 파이프를 포함하고, 여기서 스커트가 드럼의 상부 캡 구간의 아래로 연장된 파이프의 구간으로부터 아래쪽으로 및 바깥쪽으로 원주형으로 연장되는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    캡이 종방향 구간으로 실질적으로 반구형 형태 및 실질적으로 타원형 형태중 하나 이상의 형태인 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    접선방향으로 위치한 유입구가 원형 벽을 통해 통과하고 환형 구조물로 개방되는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    제 1의 접선방향으로 위치한 유입구에 실질적으로 대향하는, 접선방향으로 위치한 또다른 유입구를 추가로 포함하는 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    접선방향으로 위치한 유입구가 원형 벽의 내부 측면으로 플러쉬되는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    증기/액체 혼합물의 액체가 소용돌이 치는 것을 드럼 주위의 1 회전의 약 1/3 이하로 조절하기 위한 수단을 추가로 포함하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    액체가 소용돌이 치는 것을 조절하기 위한 수단이 (i) 드럼으로 유입되는 증기/액체 속도의 한정, 및 (ii) 충분한 드럼 직경의 제공으로부터 선택되는 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,
    접선방향으로 위치한 유입구가 드럼에 대하여 작용하는 코리올리스(Coriolis) 힘과 동일한 방향으로 유동시키도록 배향되는 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,
    마모 플레이트가 환형 구조물에 인접한 원형 벽에 부착되는 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    환형 구조물이 환형 구조물 위에 위치한 걸이에 의해 지지되는 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    인간통로가 원형 벽에 제공되는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    인간통로가, 이것이 통과하는 원형 벽의 형태에 일치하는 플러그를 포함하는 장치.
  15. 제 2 항에 있어서,
    배플이 천공된 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    배플이 실질적으로 원형의 세공 및 실질적으로 직사각형의 세공중 1종 이상으로 천공된 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    배플이 약 50 내지 약 200cm2(8 내지 31in2) 크기 범위의 세공으로 천공된 장치.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서,
    세공이 약 5cmㅧ 20cm(2inㅧ 8in)의 직사각형 및 약 10 내지 15cm(4 내지 6in) 직경의 원형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치수를 가질 수 있는 장치.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    배플이 상응하는 천공되지 않은 배플에 비해 이의 표면적의 약 1% 내지 약 20%의 범위로 천공된 장치.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,
    배플이, 코크스 제거를 위해 사용된 증기/공기 혼합물의 상기 장치로부터의 질량 전달을 증가시키기에 충분한 정도로 천공된 장치.
  21. 제 2 항, 및 제 15 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서,
    배플이 실질적으로 원뿔형인 장치.
  22. 제 2 항, 및 제 15 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서,
    배플이 상기 장치의 작동 동안 액체가 그 위에 고이는 것을 방지하기에 충분한 정도로 기울여진 장치.
  23. 제 2 항에 있어서,
    2개 이상의 배플을 포함하는 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항중 어느 한 항에 있어서,
    부트가 급랭 오일을 재순환시키기 위한 유입구를 추가로 포함하는 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    부트가, 대략 부트에서 유지된 정상적 작동 액체 수준에 위치한 급랭 오일 재순환용 고리 분배기를 추가로 포함하는 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    급랭 오일을 재순환시키기 위한 고리 분배기가 아래쪽으로 향한 개구를 포함하는 장치.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항중 어느 한 항에 있어서,
    부트가 소용돌이 방지 배플을 추가로 포함하는 장치.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항중 어느 한 항에 있어서,
    소용돌이 방지 배플이, 종방향 가장자리가 부트의 내벽에 실질적으로 수직인 날개를 포함하는 장치.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서,
    부트가 액체 유출구 위로 이에 근접하여 1개 이상의 쇠격자를 추가로 포함하는 장치.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서,
    부트가 액체 유출구 위에 측부 유출구를 추가로 포함하는 장치.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    부트가 플럭선트를 도입하기 위한 측부 유입구를 추가로 포함하는 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    측부 유입구가, 작동 동안에 부트에서 유지된 정상 액체 수준 아래에 위치한 장치.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항중 어느 한 항에 있어서,
    개방 코어가 액체의 상당한 비말동반을 방지하는 최대의 증기 속도의 약 1/3 이하의 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    개방 코어가 약 60cm/초(2ft/초) 이하의 증기 속도를 허용하기에 충분한 단면적을 갖는 장치.
  35. 잔유를 함유한 탄화수소 공급원료를 열분해하기 위한 장치로서,
    (a) 탄화수소 공급원료를 가열하여 가열된 탄화수소 공급원료를 제공하는 가열 대역;
    (b) 1차 희석 증기 스트림을 가열된 탄화수소 공급원료와 혼합하여 가열된 2상의 층상화된 개방 채널 유동 혼합 스트림을 제공하는 혼합 대역;
    (c) 제 1 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 따른 장치;
    (d) 대류 구간, 및 천장부 증기 유출구로부터의 증기상을 열분해하여 올레핀을 포함한 유출물을 생성하기 위한 복사 구간을 포함하는 열분해반응 노;
    (e) 유출물을 급랭시키기 위한 수단; 및
    (f) 열분해된 생성물을 급랭된 유출물로부터 회수하기 위한 회수 트레인을 포함하는
    장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    혼합 대역으로부터의 유출물을 가열하기 위한 또다른 가열 대역을 추가로 포함하는 장치.
  37. 잔유를 함유한 탄화수소 공급원료를 열분해하기 위한 방법으로서,
    (a) 탄화수소 공급원료를 가열하는 단계;
    (b) 가열된 탄화수소 공급원료를 1차 희석 증기 스트림과 혼합하여 가열된 2상의 층상화된 개방 채널 유동 혼합 스트림을 형성하는 단계;
    (c) 혼합 스트림을 제 1 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 따른 장치로 향하게 하는 단계;
    (d) 액체상을 증기/액체 분리 장치의 액체 유출구를 통해 제거하는 단계;
    (e) 증기상을 열분해반응 노(이는 복사 구간 및 대류 구간을 포함함)의 복사 구간에서 열분해하여 올레핀을 포함한 유출물을 생성하는 단계; 및
    (f) 유출물을 급랭시키고 이로부터 열분해된 생성물을 회수하는 단계를 포함하는
    방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    잔유를 함유한 탄화수소 공급원료가 증기 분해된 경유 및 잔유, 경유, 난방유, 제트 연료, 디젤, 케로센, 가솔린, 코크스 나프타, 증기 분해된 나프타, 촉매적으로 열분해된 나프타, 수소화분해물, 석유 생산물, 라피네이트 석유 생산물, 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 액체, 피셔-트롭쉬 기체, 천연 가솔린, 증류물, 버진(virgin) 나프타, 대기압 파이프스틸 바닥 생성물, 바닥 생성물을 포함한 진공 파이프스틸 증기, 광범위한 비점의 나프타-경유 응축물, 정유공장으로부터의 중질의 비-버진 탄화수소 스트림, 진공 경유, 중질의 경유, 원유로 오염된 나프타, 대기압 잔류물, 중질의 잔류물, C4'/잔류물 혼합물, 나프타/잔류물 혼합물, 탄화수소 기체/잔류물 혼합물, 수소/잔류물 혼합물, 경유/잔류물 혼합물 및 원유중 하나 이상을 포함하는 방법.
  39. 제 37 항에 있어서,
    (c) 단계 이전에 혼합 스트림을 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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