KR20130098341A - 우수한 열 안정성을 갖는 제트 연료 - Google Patents

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윌리엄 제이. 카넬라
제임 로페즈
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셰브런 유.에스.에이.인크.
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Abstract

본 발명은 (a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량; (b) 적어도 약 125,000 Btu/gal의 연소 순열; (c) 약 5 부피% 이하의 ASTM D 2887로 측정시, 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및 (d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 약 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급으로 특징되는 제트 연료 열 산화 시험(Jet Fuel Thermal Oxidation Test, JFTOT) 열안정성을 포함하는 제트 연료 조성물이 본 명세서에 개시되어 있다. 이 조성물을 제조하는 방법 또한 개시되어 있다.

Description

우수한 열 안정성을 갖는 제트 연료{Jet fuels having superior thermal stability}
본 발명은 ASTM D3241로 측정시, 향상된 열 산화 안정성을 갖는 제트 연료와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
제트 터빈에 사용하기 위한 증류물 연료는 사용에 적합하기 위해 특정 최소 기준을 충족해야만 한다. 터빈 엔진의 사용시 터빈 엔진에 유해하여 허용할 수 없는 양의 침적물의 형성을 막기 위해 제트 연료는 우수한 산화 안정성을 가져야 한다. 제트 연료는 또한 터빈 엔진에서 히트 싱크(heat sink)로서 사용된다. 상기 침적물은 터빈 엔진에서 유지보수 문제를 유발할 것이다.
최근에, 연료 열 안정성은 제트 연료의 가장 중요한 성질 중 하나로서 인식되고 있다. ASTM D3241은 연료 열 안정성을 등급화하기 위한 표준 분석 절차이고 연료는 주어진 온도에서 통과되거나 통과되지 않을 것이다. 일반적으로, 제트 터빈에 사용하기 위한 연료는 260℃에서 ASTM D3241로 측정시 제트 연료 열-산화 시험 등급을 보통 통과할 것이다.
상기 제트 연료의 열 안정성은 다년간 문제점으로 인식되어 왔다. 고속 비행기는 연료를 통해 생성된 열이 소멸되는 것을 필요로 한다. 즉, 상기 연료는 연소 전에 고의적으로 예열된다. 항공기는 훨씬 더 정교한 전기 부품으로 이루어짐으로써, 열 부하가 증가되고, 연료는 에너지를 흡수하도록 고온으로 예열되어야 한다. 이는 연료의 열 안정성을 훨씬 더 중요하게 한다. 입자 및 침적물 형성을 유도하는화학은 극도로 복잡하고 제트 연료의 열 안정성을 제공하기에는 매우 어려움이 있다.
디젤 및 제트 엔진의 씰 팽창(seal swell) 상에서 디젤 연료 또는 제트 연료로서 사용되는 증류물 연료의 방향족 함량을 낮추는 영향은 잘 알려져 있다. 종래의 증류물 연료로부터 낮은 방향족 연료로의 전이는 씰 팽창을 갖는 문제점을 발생시키기 때문에, 예를 들면, 피셔 트롭쉬 공정으로 제조된 높은 파라핀 증류물 연료로의 전이와 연관된 보다 큰 씰 팽창 문제점이 예상된다.
피셔 트롭쉬 공정으로부터 회수된 증류물 같은 매우 높은 포화 수준을 가지는 증류물은 대개 40㎜을 초과하는 뛰어난 발연점 및 낮은 황 함량을 가지는 것을 보여왔다. 이와 같이, 높은 파라핀 증류물은 제트 오일에 대한 필요조건을 충족시키는 증류물 배합을 수득하기 위하여 낮은 품질의 증류물과 혼합하기에 유용한 것으로 보인다. 인식되지 않은 어떤 것은 일부 높은 파라핀 증류물 성분, 특히 낮은 온도의 피셔 트롭쉬 공정에 의해 생산된 생성물과 같이, 분자의 분지를 완화하도록 낮은 것으로 특징되는 높은 파라핀 증류물 성분은 종래 증류물 성분이 배합될 때 허용될 수 없는 양의 침적물의 형성을 유도하는 불량한 열 안정성을 나타낸다.
미국특허번호 제4,162,961호는 수소첨가반응 공정의 생성물이 분획화될 수 있는 조건하에 수소첨가반응되는 사이클 오일(cycle oil)을 개시하고 있다.
미국특허번호 제4,968,402호는 높은 방향족 탄화수소 공급 원료로부터 높은 옥탄 가솔린을 제조하는 일 단계 공정을 개시하고 있다.
미국특허번호 제5,219,814호는 높은 방향족의, 실질적으로 탈알킬화된(dealkylated) 공급 원료가 바람직하게는 초안정성 Y 및 VIII족 금속 및 VI족 금속을 포함하는 촉매 상에서 수소첨가반응되어 높은 옥탄 가솔린과 낮은 황 증류물로 처리되며, VIII족 금속 함량은 초안정성 Y 성분의 프레임워크(framework) 알루미늄 함량으로 명시된 비율로 포함되는 온화한 압력 수소첨가반응 공정을 개시하고 있다.
미국특허번호 제5,468,262호는 260℃에서 제트 연료의 열 안정성을 증가시키는 폴리올레핀을 포함한 숙신산 무수물과 함께 페놀-알데히드-폴리아민 만니히(mannich) 응축물의 사용을 개시하고 있다.
미국특허번호 제5,868,921호는 증류물 분획을 2개의 수소처리 촉매가 적층된 층 상으로 하방으로 통과시켜 단일 스테이지에서 수소처리되는 탄화수소 증류물 분획을 개시하고 있다.
미국특허번호 제6,893,475호는 약 100 wppm 이하의 황 함량, 약 15 내지 35 중량%의 총 방향족 함량, 약 3 중량% 이하의 다핵 방향족 함량을 갖고, 총 방향족 대 다핵 방향족의 비율이 11 이상인 증류물 연료를 개시하고 있다.
따라서, 허용 가능한 씰 팽창 특성뿐만 아니라, ASTM D3241로 측정시, 향상된 열 산화 안정성을 가지는 제트 연료 조성물을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 우수한 열 안정성을 갖는 제트 연료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따라,
(a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
(b) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
(c) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및
(d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(Jet Fuel Thermal Oxidation Test, JFTOT) 열안정성을 포함하는 제트 연료 조성물을 제공한다.
본 발명의 제 2 구현예에 따라,
(a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
(b) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
(c) 3 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및
(d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성; 및
(e) wjrdjeh 64 부피%의 총 파라핀 함량을 포함하는 제트 연료 조성물을 제공한다.
본 발명의 제 3 구현예에 따라,
(a) 적어도 40 부피%의 총 방향족을 포함하는 탄화수소성 공급 원료를 제공하는 단계; 및
(b) 적어도 일부의 탄화수소성 공급원료를 촉매 수소화 조건하에 수소 첨가 반응시켜 제트 연료 조성물을 형성하는 단계를 포함하고
상기 제트 연료 조성물은
(ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
(ⅱ) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
(ⅲ) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및
(ⅳ) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성을 포함하는, 제트 연료 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 4 구현예에 따라,
(a) 적어도 40 부피%의 총 방향족을 포함하는 탄화수소성 공급 원료를 제공하는 단계; 및
(b) 적어도 일부의 탄화수소성 공급원료를 촉매 수소첨가반응 조건하에 수소 첨가 반응시켜 수소첨가반응된 탄화수소성 공급원료를 생성하고; 및
(c) 상기 수소첨가반응된 탄화수소성 공급원료로부터 증류를 통해 ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 어떠한 탄화수소를 분리하여 제트 연료 조성물을 제조하는 단계를 포함하고
상기 제트 연료 조성물은
(ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
(ⅱ) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
(ⅲ) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및
(ⅳ) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성을 포함하는, 제트 연료 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 5 구현예에 따라,
(a) (ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량; 및
(ⅱ) 적어도 60 부피%의 사이클로파라핀 함량을 포함하는 탄화수소성 공급원료를 제공하는 단계;
(b) 사이클로파라핀 함량을 22 부피% 내지 35 부피%로 감소시키기 위해 충분한 양의 이소-파라핀 및 노르말 파라핀을 배합하는 단계;
(c) 증류에 의해 배합된 탄화수소성 공급 원료로부터, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 어떠한 탄화수소를 분리하여 제트 연료 조성물을 형성하고,
상기 제트 연료 조성물은
(ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
(ⅱ) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
(ⅲ) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도;
(ⅳ) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성; 및
(ⅴ) 22 부피% 내지 35 부피%의 사이클로파라핀 함량을 포함하는, 제트 연료조성물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제트 연료 조성물은 ASTM D3241로 측정시 증진된 열-산화 안정성을 유리하게 지닌다. 본 발명의 제트 연료 조성물의 높은 열 산화 안정성은 예를 들면, 제트 터빈 연료에서 매우 가치있는 특징을 가지며, 가동 조건하에서 최소한의 침적물 형성으로 특징되는 부가적인 안정성의 여유로움을 제공한다. 게다가, 2 부피% 내지 25 부피% 이하 범위로 제트 연료 조성물의 총 방향족 함량을 조절함으로써 허용 가능한 씰 팽창 성질이 달성될 수 있다고 믿고 있다. 추가적으로, 조성물에서 5 부피% 이하 또는 3 부피% 이하까지 약 550℉ 또는 그 이상의 끓는점을 가지는 탄화수소의 양을 제한함으로써 조성물의 어는점 역시 개선될 수 있다고 사료된다.
본 발명은 (a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량; (b) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열; (c) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및 (d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(Jet Fuel Thermal Oxidation Test, JFTOT) 열안정성을 포함하는 제트 연료 조성물에 관한 것이다.
일 구현예에서, 본 발명의 제트 연료 조성물은 (a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하 또는 2 부피% 내지 5 부피% 이하의 총 방향족 함량; (b) 적어도 125,000 Btu/gal 또는 128,000 Btu/gal의 연소 순열; (c) 5 부피% 이하, 3 부피% 이하, 또는 1.5 부피% 이하 또는 1 부피% 이하 또는 0 부피%의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및 (d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상, 330℃ 또는 그 이상, 또는 360℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성을 포함하는 제트 연료 조성물에 관한 것이다. 일 구현예에서, 본 발명의 제트 연료 조성물은 적어도 약 125,000 Btu/gal, 적어도 약 128,000 Btu/gal 또는 130,000 Btu/gal 이하의 연소 순열을 가질 것이다. 본 발명의 조성물의 (a)-(d)의 어떠한 조합도 본 명세서에서 고려된다.
일 구현예에서, 본 발명의 제트 연료 조성물은 (a) 2 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량; (b) 적어도 약 125,000 Btu/gal의 연소 순열; (c) 적어도 약 64 내지 약 75 부피%의 총 파라핀 함량; (d) 약 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시, 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및 (e) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 약 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급으로 특징되는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성을 포함한다.
일 구현예에서, 본 발명의 제트 연료 조성물은 (a) 2 부피% 내지 약 25 부피% 이하 또는 2 부피% 내지 약 5 부피% 이하의 총 방향족 함량; (b) 적어도 약 125,000 Btu/gal의 연소 순열; (C) 총 파라핀 함량의 총 중량을 기준으로 약 22 부피% 내지 약 35 부피%의 사이클로파라핀 함량; (d) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 20 부피% 내지 35 부피%의 노르말 파라핀 함량; (e) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 22 부피% 내지 35 부피%의 이소 파라핀 함량; (f) 3 부피% 이하, 또는 1.5 부피% 이하 또는 1 부피% 이하 또는 0 부피%의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및 (g) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상, 330℃ 또는 그 이상, 또는 360℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성을 포함한다.
일 구현예에서, 상기 구현예에 따른 본 발명의 제트 연료 조성물의 방향족 함량은 다환 방향족 함량보다 높은 단환 방향족 함량을 포함할 것이다. 본 발명자들은 어떠한 하나의 이론에 구속받고 싶어하지 않지만, 조성물에 존재하는 다환 방향족 화합물은 열 불안정성과 침적물 형성에 기여한다고 생각한다.
일 구현예에서, 상기 구현예에 따른 본 발명의 제트 연료 조성물의 훈연점은 ASTM D 1322로 측정시, 약 19㎜이상일 것이다.
일 구현예에서, 상기 구현예에 따른 본 발명의 제트 연료 조성물의 어는점은 ASTM D 2386으로 측정시, 약 -41℃이하일 것이다.
일 구현예에서, 본 발명의 제트 연료 조성물은 (a) 적어도 약 40 부피%의 총 방향족을 포함하는 탄화수소성 공급 원료를 제공하는 단계; (b) 적어도 일부의 탄화수소성 공급원료를 촉매 수소첨가반응 조건하에서 수소 첨가 반응 처리하여 2 내지 약 25 부피%의 총 방향족 함량을 가지는 수소첨가반응된 탄화수소성 공급 원료를 형성하는 단계; 및, 선택적으로, (c) 증류에 의해 배합된 탄화수소성 공급 원료로부터 ASTM D 2887로 측정시 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 어떠한 탄화수소를 분리하여 제트 원료 조성물을 제조하는 단계를 통해 수득될 수 있다.
일반적으로, 적어도 약 40 부피%의 총 방향족을 포함하는 탄화수소성 공급 원료는 이로부터 탄화수소성 공급 원료를 수득하고, 생성 가능한 어떠한 공급물로부터 유래될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 공급원은 적어도 약 80 부피%의 총 방향족을 포함하는 공지의 어떠한 제트 오일일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 공급원은 지하의 오일 저장소와 유체 소통(fluid communication)되는 하나 이상의 프로듀싱 웰(producing well)일 수 있다. 프로듀싱 웰은 탄화수소 원료 또는 오일이 강한 물 구동(water-drive)를 갖는 저장소로부터 생성되는 중유 필드일 수 있다. 결국, 일부의 경우, 탄화수소성 공급원료는 수소첨가반응으로 처리되기 전에 수소처리될 수 있다.
일 구현예에서, 적어도 약 40 부피%의 총 방향족을 포함하는 탄화수소성 공급 원료는 유체 촉매 분해 순환유(fluid catalytic cracking cycle oil), 예를 들어, 원유 장치(crude unit)에서부터 비롯되는 FCC 경질 순환유(FCC light cycle oil), 중간질 순환유(medium cycle oil), 중질 순환유(heavy cycle oil), 열분해 증류액, 및 스트레이트 런(straight run) 증류액과 같은 높은 방향족 정제 스트림(refinery streams)으로부터 유래될 수 있다. 상기 공급원료는 일반적으로 약 200℉이상의 비등 범위를 가지며 일반적으로 약 350℉ 내지 약 750℉사이의 비등 범위를 가진다.
적어도 일부의 탄화수소성 공급 원료는 반응 구역에서 촉매적 수소첨가반응조건하에 수소첨가반응 처리되어 총 방향족 함량이 2 부피% 내지 25 부피% 이하인 수소첨가반응된 탄화수소성 공급연료를 생성한다. 일반적으로, 탄화수소성 공급원료는 반응 구역에서 수소-함유 가스 존재하에 및 효과적인 촉매 수소첨가반응 조건하에서 수소첨가반응 촉매와 접촉되어 감소된 총 방향족 함량을 갖는 두 번째 공급원료를 형성한다. 효과적인 수소첨가반응 조건은 상기 탄화수소성 공급원료에 존재하는 총 방향족의 적어도 일부가 포화되는, 예컨대, 총 방향족의 적어도 약 75 부피%가 포하되고, 또 다른 구현예에서는 약 95 부피%가 포화되는 조건으로 고려될 것이다.
본 발명에서 사용된 적합한 수소첨가반응 촉매는 본 기술분야의 기술자에게 알려진 어떠한 상업적으로 사용가능한 수소첨가반응 촉매일 수 있다. 본 발명에서 사용된 “수소첨가반응 촉매(hydrogenation catalyst)”는 “수소화분해 촉매(hydrocracking catalyst)”, “온화한 수소화분해 촉매(mild hydrocracking catalyst)”, “수소화처리 촉매(hydrotreating catalyst)”, “수소화처리/수소첨가반응/포화 촉매(hydrotreating/hydrogenation/saturation catalysts)”, “수소화정제 촉매(hydrorefining catalysts)”를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 본 기술분야의 기술자는 순조롭게 이해할 수 있고, 사용된 촉매의 입자 형태는 선택된 탄화수소성 공급연료에 의존할 것이다. 반응 구역은 오직 하나의 촉매 또는 조합한 여러 촉매를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 사용하기에 적합한 수소첨가반응 촉매는 예를 들어, 알루미나 촉매 담지체(support), 실리카-알루미나 촉매 담지체, 실리카 촉매 담지체, 티타니아 촉매 담지체, 마그네시아 촉매 담지체 및 이와 같은 촉매 담지체를 기반으로 할 수 있다. 예를 들어 알루미나의 표면 상 촉매 금속은 금속, 원소 주기율표의 Ⅵ-B, Ⅶ 및 Ⅷ족 금속의 산화물 및 황화물을 포함한다. 이러한 성분들의 대표적인 것으로는 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 레늄, 코발트, 니켈, 백금, 팔라듐 등 및 이들의 조합물이다.
본 발명에 사용된 촉매에 촉매 촉진제를 포함하는 것은 역시 바람직하다. 촉매에 존재하는 촉매의 촉진제는 본 기술의 기술자라면 알 수 있는 인, 할로겐, 실리카, 제올라이트, 알칼리 및 알칼라인 토 금속 산화물 및 상기의 조합물을 포함하나, 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 방법에 요구되는 수소첨가반응 촉매의 입자 크기 또는 형태는 일반적으로 발명을 실시하기 위해 이용되는 반응 시스템에 의해 좌우된다. 예를 들어, 관형 반응기를 사용하는 비스브레이커-유사(visbreaker-like) 공정에서 미세분쇄(finely ground) 촉매가 더 바람직할 수 있다. 비등층 공정에서, 압출물(extrudate), 펠렛 또는 스피어(sphere) 형태의 촉매가 유용하게 사용되어질 수 있다.
본 기술의 기술자들에 알려진 다양한 형태의 반응기가 탄화수소성 공급 원료의 수소첨가반응을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 적합한 형태의 반응기는 예를 들어, 수소첨가반응 촉매를 포함하는 탄화수소성 공급 원료의 슬러리가 수소 존재하에 유동층 반응기(fluidized bed reactor)에서 반응되는 유동층 반응기이다. 또 다른 적합한 반응기 시스템은 사용된 수소첨가반응 촉매가 지속적으로 제거되고 신선 또는 재생 수소첨가반응 촉매가 지속적으로 첨가되는 비등층 반응기(ebuyllated bed reactor)이다. 본 발명에서 사용한 또 다른 적합한 반응기는 수소첨가반응 촉매가 탄화수소성 공급원료와 미리 혼합되어 슬러리를 형성하고, 이후 상기 슬러리와 첨가된 수소가 가열된 관형 반응기로 공급되는 단순한 하이드로비스브레이커-유사(hydrovisbreaker-like) 함유층 공정이다. 상기 반응 시스템은 필수적으로 동일 압력 및 재순환 가스 유속하의 단일 단계 반응 공정 혹은 다단계 반응 공정으로서 운영될 수 있다.
일 구현예에서, 효율적인 수소첨가반응 조건은 온도 범위가 약 316 내지 약 413℃, 압력 범위가 약 1000 내지 약 3500 psia(per square inch absolute), 공간 속도 범위가 약 0.5 내지 약 3.0 LHSV(liquid hourly space velocity), 적어도 약 75% 순도인 수소의 가스 흐름 범위가 약 3500 내지 약 10000 SCFB(cubic feet per barrel)을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 효율적인 수소첨가반응 조건은 온도 범위가 약 360 내지 약 399℃, 압력 범위가 약 1500 내지 약 2850 psia, 공간 속도 범위가 약 1.0 내지 약 2.0 LHSV, 적어도 약 80% 순도인 수소의 가스 흐름 범위가 약 5000 내지 약 8000 SCFB을 포함한다. 대안으로서, 암모니아, (니트로겐), 천연 가스 및 연료 가스 같은 다른 가스들이 수소와 함께 사용될 수 있다.
사용된 특정한 개시 탄화수소성 공급연료에 의존하여, 수소첨가반응된 탄화수소성 공급 원료를 하나 이상의 증류단계로 처리하여 수소첨가반응된 탄화수소성 공급원료로부터 존재한다면 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 어떠한 탄화수소를 분리하여 본 발명의 제트 연료 조성물을 생성하는 것이 필수적일 수 있다. 일 구현예에서, 생성된 제트 연료 조성물은 약 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시, 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도를 가질 것이다. 또 다른 구현예에서, 생성된 제트 연료 조성물은 약 3 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도를 가질 것이다. 또 다른 구현예에서, 생성된 제트 연료 조성물은 약 1.5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도를 가질 것이다. 또 다른 구현예에서, 생성된 제트 연료 조성물은 약 1 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도를 가질 것이다. 또 다른 구현예에서, 생성된 제트 연료 조성물은 0 부피%의, ASTM D 2887로 측정시 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도를 가질 것이다. 증류는 어떠한 종래 증류장치를 이용하여 수행할 수 있다.
반응이 일어난 후, 상기 반응 생성물은 고 에너지 밀도의 제트, 고 에너지 밀도의 디젤, 나프타 및 다른 생성물을 분리하기 위해 추가적인 분리 장치(즉, 증류탑 등)에 공급될 수 있다. 어떠한 비반응 생성물은 제트 혹은 디젤 생성을 극대화하기 위한 추가의 공정을 위해 반응 시스템으로 재순환될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 본 발명의 제트 연료 조성물은 (a) (ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량; 및 (ⅱ) 적어도 60 부피%의 사이클로파라핀 함량을 포함하는 탄화수소성 공급원료를 제공하는 단계; (b) 사이클로파라핀 함량을 22 부피% 내지 35 부피%로 감소시키기 위해 충분한 양의 이소-파라핀 및 노르말 파라핀을 배합하는 단계; 및 (c) 증류에 의해 배합된 탄화수소성 공급원료로부터, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 어떠한 탄화수소를 분리하여 제트 연료 조성물을 형성하는 단계를 통해 제조될 수 있고,
상기 제트 연료 조성물은
(ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
(ⅱ) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
(ⅲ) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도;
(ⅳ) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성; 및
(ⅴ) 22 부피% 내지 35 부피%의 사이클로파라핀 함량을 포함한다.
(ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량; 및 (ⅱ) 적어도 약 60 부피%의 사이클로파라핀의 함량을 포함하는 탄화수소성 공급원료는 본 기술 분야에서 알려진 제조 방법에 의해 수득될 수 있다. 예를 들면, 탄화수소성 공급 원료는 예를 들면 적어도 50부피%의 FCC 순환유를 포함하는 공급원료를 수소처리하여 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량 및 60 부피% 이상의 사이클로파라핀 함량을 갖는 공급물 스트림(feedstream)을 제조한다. 일반적으로, 상기 제조 방법은 수소처리 조건하에서 본 명세서에서 기재된 높은 방향족 탄화수소성 공급물과 수소처리 촉매 및 수소화분해 촉매의 촉매 시스템과 접촉을 포함한다.
일 구현예에서, 탄화수소 공급물은 황/질소를 제거하기 위해 수소화처리 반응기에 공급된 후 바로 수소첨가반응/수소화분해 반응기로 공급된다. 수소첨가반응된/수소화분해된 생성물은 반응기 유출물이 가스 및 액체 스트림으로 분리되는 고 압력 분리장치로 공급된다. 생성물 가스는 재순환 기체 컴프레서로 재압축되어 반응기 주입구로 재순되어지는 스트림을 형성하고, 상기 반응기 주입구에서 메이크업 수소 및 탄화수소 기체 오일 공급물과 혼합된다. 액체 스트림은 액체 수준 조절 밸브에서 탈압되고, 상기 생성물은 낮은 압력 분리장치에서 가스 스트림과 액체스트림에서 분리된다. 이후 상기 생성물 스트림은 생성물이 가스 스트림, 나프타 생성물, 고 부피 에너지(high volumetric energy) 연료 및 디젤을 수득하기 위해 분리되는 증류 시스템에 공급된다. 선택적으로, 일부의 디젤 스트림은 상기 제트/디젤 생성물 슬레이트(slate)의 조절을 위해 두 번째 단계 반응기로 재순환될 수 있다.
탄화수소 공급 원료는 FCC 경질 순환유를 포함하는 FCC 유출물, 제트 연료의 분획, 코커 생성물, 액화 석탄 오일(coal liquefied oil), 중질유 열 분해 공정으로부터의 생성물 오일, 중질유 수소화분해로부터의 생성물 오일, 원유 장치로부터의 스트레이트 런 커트(straight run cut) 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 공급원료의 대부분은 약 250 내지 약 800℉, 바람직하게는 약 350 내지 약 600℉의 비등 범위를 갖는다. 본 명세서에서 사용된 “주요 부분(major portion)”은 적어도 50 중량%를 의미한다. 일반적으로, 공급 원료는 고 방향족이며, 예를 들어, 약 80 중량% 까지의 방향족, 약 3 중량%까지의 황, 약 1 중량%까지의 질소를 갖는다. 일 구현예에서, 상기 공급 원료는 적어도 약 40 중량% 방향족의 방향족 탄소 함량을 가진다. 일반적으로 세탄값(cetane number)은 약 25단위이다.
상기 제조방법에 사용된 촉매 시스템은 수소처리 촉매 및 수소첨가반응/수소화분해 촉매를 포함하는 적어도 두 개의 촉매층을 포함한다. 선택적으로, 상기 촉매 시스템은 탈금속 촉매의 적어도 한 층과 두번째 수소처리 촉매의 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 수소처리 촉매는 ⅥB족 금속, Ⅷ족 금속, 이들의 산화물, 이들의 황화물 및 이들의 혼합물과 같은 수소첨가반응 성분을 포함하고, 불소, 소량의 결정성 제올라이트 또는 무정형 실리카 알루미나와 같은 산성 성분을 포함할 수 있다.
수소화분해 촉매는 ⅥB족 금속, Ⅷ족 금속, 이들의 산화물, 이들의 황화물 및 이들의 혼합물과 같은 수소첨가반응 성분을 포함하고, 결정체 제올라이트 또는 무정형의 실리카 알루미나와 같은 산성 성분을 포함할 수 있다.
수소첨가분해 촉매의 제조를 위해 우수한 개시 물질이 되는 것으로 여겨지는 제올라이트 중 한가지는 미국특허번호 제3,130,007호에서 기재된 잘 알려진 합성 제올라이트 Y이다. 상기 물질의 여러 변형들이 보고되었으며, 이중 하나는 미국특허번호 제3,536,605호에서 개시된 초안정(ultrastable) Y 제올라이트이다. 합성 Y 제올라이트의 유용성을 추가로 증진시키기 위해, 추가적인 성분을 첨가할 수 있다. 예를 들어, 미국특허번호 제3,835,027호는 적어도 하나의 무정형 내화성 산화물, 결정형 제올라이트질 알루미노실리케이트(alluminosilicate) 및 Ⅵ족 금속, Ⅷ족 금속, 이들의 황화물 및 이들의 산화물에서 선택된 하나의 수소첨가반응 성분을 포함하는 수소화분해 촉매를 개시하고 있다.
수소화분해 촉매는 약 17 중량%의 알루미나 결합체, 약 12 중량%의 몰리브덴, 약 4 중량%의 니켈, 약 30 중량%의 Y-제올라이트 및 약 30 중량%의 무정형 실리카/알루미나를 포함하는 공동첨가(comulled) 제올라이트 촉매가 사용될 수 있다. 이와 같은 더욱 일반적인 수소화분해 촉매는 약 24.55 옹스트롬(angstroms) 이상의 단위 결정 격자(unit cell size) 및 약 2.8 이하 마이크론(microns)의 결정 크기를 갖는 Y 제올라이트와 함께 무정형 분해 성분, 결합제 및 Ⅵ족 금속 및/또는 Ⅷ족 금속 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 수소첨가반응 성분을 포함한다. 상기 구현예의 제조 방법에서 사용하는 Y 제올라이트의 제조에 있어서, 미국특허번호 제3,808,326호에 개시된 공정은 약 2.8 마이크론 이하의 결정 크기를 갖는 Y 제올라이트를 제조할 수 있다.
보다 상세하게는, 수소화분해 촉매는 약 30 내지 약 90 중량%의 Y 제올라이트 및 무정형 분해 성분, 및 약 10% 내지 약 70 중량%의 결합체를 적당하게 포함한다. 일 구현예에서, 상기 촉매는 Y 제올라이트 및 무정형 분해 성분을 비교적 높은 양, 즉 약 60 내지 약 90 중량%의 Y 제올라이트 및 무정형 분해 성분, 및 약 10 내지 약 40 중량%의 결합체를 포함한다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 촉매는 약 80 내지 85 중량%의 Y 제올라이트 및 무정형 분해 성분, 및 약 15 내지 약 20 중량%의 결합체를 포함한다. 일 구현예에 따르면, 실리카-알루미나는 무정형 분해 성분으로서 사용된다.
상기 촉매의 Y 제올라이트 양은 제올라이트와 분해 성분의 결합양의 약 5 내지 70 중량% 범위일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 촉매 조성물 내 Y 제올라이트 양은 제올라이트와 분해 성분의 결합양의 약 10 내지 60 중량% 범위이다. 또 다른 구현예에서, 상기 촉매 조성물 내 Y 제올라이트 양은 제올라이트와 분해 성분의 결합양의 약 15 내지 40 중량%의 범위일 수 있다.
원하는 단위 결정 크기에 따라, Y 제올라이트의 SiO2/A3O3의 몰비는 조절될 수 있다. 단위 결정 크기를 조절하기 위해 적용될 수 있는 본 기술분야에에 기술된 여러 기술들이 존재한다. SiO2/A3O3의 몰비가 약 3 내지 30인 Y 제올라이트는 본 발명에 따른 촉매 조성물의 제올라이트 성분으로서 적당하게 적용될 수 있다. 바람직하게는, SiO2/A3O3의 몰비가 약 4 내지 약 12인 Y 제올라이트이고, 더욱 바람직하게는, SiO2/A3O3의 몰비가 약 5 내지 약 8인 Y 제올라이트이다.
수소화분해 촉매에서 실리카-알루미나와 같은 분해 성분의 양은 약 10 내지 50 중량%의 범위이고, 바람직하게는 약 25 내지 약 35 중량%이다. 실리카-알루미나에서 실리카 양은 약 10 내지 약 70 중량%의 범위이다. 일 구현예에서, 실리카-알루미나에서 실리카 양은 약 20 내지 약 60 중량%의 범위일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 실리카-알루미나에서 실리카 양은 약 25 내지 약 50 중량%의 범위일 수 있다. 또한, 소위 X-ray 무정형 제올라이트(즉, 표준 X-ray 기술로 찾아내는 매우 작은 결정형을 가지는 제올라이트)는 본 발명의 공정 구현예에 따라 분해 성분으로서 적당하게 적용될 수 있다. 상기 촉매는 약 0.0 중량% 내지 약 2.0 중량%의 함량으로 불소를 포함할 수 있다.
수소화분해 촉매에 존재하는 결합제는 무기 산화물을 적당하게 포함한다. 무정형 및 결정성 결합제 둘 다 적용될 수 있다. 적절한 결합제의 예로는 실리카, 알루미나, 점토 및 지르코니아(zirconia)를 포함한다. 바람직하게는 결합제로서 알루미나를 이용한다.
상기 촉매에서 수소첨가반응 성분의 양은 총 촉매 100중량부 당 금속으로 산출시 약 0.5 내지 약 30 중량%의 Ⅷ족 금속 성분, 및 약 0.5 내지 약 30 중량%의 Ⅵ족 금속 성분 범위이다. 촉매에서 수소첨가반응 성분은 산화물 및/또는 황화물의 형태일 수 있다. 만일 적어도 하나의 Ⅵ족 및 Ⅷ족 금속 성분의 조합이 (혼합된) 산화물로 존재하면, 수소화분해에 바람직하게 사용하기 이전에 황화 처리될 것이다.
적합하게, 상기 촉매는 하나 또는 그 이상의 니켈 및/또는 코발트 성분, 하나 또는 그 이상의 몰리브텐 및/또는 텅스텐 성분 또는 하나 또는 그 이상의 백금 및/또는 팔라듐 성분을 포함한다. 상기 수소화처리 촉매는 총 촉매 100 중량부 당 금속으로 산출시, 약 2 중량% 내지 약 20 중량%의 니켈 및 약 5 중량% 내지 20 중량%의 몰리브덴을 포함한다. 일 구현예에서, 상기 촉매는 총 촉매 100 중량부 당 금속으로 산출시, 약 3 중량% 내지 약 10 중량%의 니켈 및 약 5 중량% 내지 20 중량%의 몰리브덴을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 상기 촉매는 총 촉매 100 중량부 당 금속으로 산출시, 약 5 중량% 내지 약 10 중량%의 니켈 및 약 10 중량% 내지 15 중량%의 몰리브덴을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 상기 촉매는 약 5 중량% 내지 약 8 중량%의 니켈 및 약 8 중량% 내지 약 15 중량%의 니켈을 포함한다. 수소화처리 촉매에서 사용된 금속의 총 중량%는 적어도 약 15 중량%이다. 일 구현예에서, 니켈 촉매 대 몰리브덴 촉매의 비율은 약 1:1 이하이다.
수소첨가반응/수소화분해 촉매의 활성 금속은 니켈 및 적어도 하나 또는 그 이상의 Ⅵ B족 금속을 포함한다. 일 구현예에서, 수소첨가반응/수소화분해 촉매는 니켈 및 텅스텐 또는 니켈 및 몰리브덴을 포함한다. 일반적으로, 수소첨가반응/수소화분해 촉매의 활성 금속은 총 촉매 100 중량부 당 금속으로 산출시, 약 3 중량% 내지 약 30 중량%의 니켈 및 약 2 중량% 내지 약 30 중량%의 텅스텐을 포함한다. 일 구현예에서, 수소첨가반응/수소화분해 촉매의 활성금속은 약 5 중량% 내지 약 20 중량%의 니켈 및 약 5 중량% 내지 약 20 중량%의 텅스텐을 포함한다. 일 구현예에서, 수소첨가반응/수소화분해 촉매의 활성금속은 약 7 중량% 내지 약 15 중량%의 니켈 및 약 8 중량% 내지 약 15 중량%의 텅스텐을 포함한다. 일 구현예에서, 수소첨가반응/수소화분해 촉매의 활성금속은 약 9 중량% 내지 약 15 중량%의 니켈 및 약 8 중량% 내지 약 13 중량%의 텅스텐을 포함한다. 금속의 총 중량%는 약 25 중량% 내지 약 40 중량%이다.
선택적으로, 수소첨가반응/수소화분해 촉매의 산도는 적어도 1 중량%의 불화물 및 일반적으로 약 1 내지 2 중량%의 불화물을 첨가하여 향상될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 수소첨가반응/수소화분해 촉매는 지지체가 무정형 알루미나 또는 실리카 또는 둘 다이고, 약 0.5 중량% 내지 약 15 중량% 농도의 H-Y같은 제올라이트에 의해 산도가 강화되는 유사한 고 활성 염기 금속(base metal) 촉매로 교체될 수 있다.
수소화처리 촉매 입자의 유효 지름은 약 0.1 인치이고, 수소화분해 촉매 입자의 유효 지름 역시 약 0.1 인치이다. 상기 두 촉매는 수소화처리 대 수소화분해 촉매가 약 1.5:1의 중량비로 혼합되어 있다.
선택적으로, 탈금속 촉매가 상기 촉매 시스템에서 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 탈금속 촉매는 대공성 알루미나 담지체 상에 ⅥB족 및 Ⅷ족 금속을 포함한다. 상기 금속은 대공성 알루미나 담지체 상에 니켈, 몰리브덴 등을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 적어도 약 2 중량%의 니켈이 사용되고, 적어도 약 6 중량%의 몰리브덴이 사용된다. 상기 탈금속 촉매는 적어도 약 1 중량%의 인으로 촉진될 수 있다.
선택적으로, 두 번째 수소화처리 촉매 역시 상기 촉매 시스템에서 사용될 수 있다. 상기 두 번째 수소처리 촉매는 본 명세서에서 기재된 것과 같은 동일한 수소화처리 촉매를 포함한다.
상기 반응 시스템은 필수적으로 동일한 압력과 재순환 가스 유속하에서 단일 단계 반응 공정으로 작동한다. 상기 반응 시스템은 두 개의 부분으로 나뉜다. 즉 연속적으로 위치한 수소화처리 부분과 수소화분해 부분으로 나뉜다. 촉매를 통한 흐름으로 인한 압력 강하에 의해 야기된 수소화처리 부분 및 수소화분해 부분 사이에 압력 차이가 존재한다. 압력 차이는 약 200 psi 이하이다. 일 구현예에서, 압력 차이는 약 100 psi 이하이다. 일 구현예에서, 압력 차이는 약 50 psi 이하이다.
일반적으로 탄화수소성 공급 원료는 약 550℉ 내지 약 770℉, 바람직하게는 약 650℉ 내지 약 750℉, 더 바람직하게는 약 700℉ 내지 약 725℉의 온도; 약 750 psia 내지 약 3,500 psia, 바람직하게는 약 1,000 psia 내지 약 2,500 psia, 더 바람직하게는 약 1250 psia 내지 약 2000 psia의 압력; 약 0.2 내지 약 5.0 LHSV, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2.0 LHSV, 더 바람직하게는 약 0.8 내지 약 1.5 LHSV의 LHSV; 약 1,000 scf/bbl(standard cubic feet per barrel) 내지 약 15,000 scf/bbl, 바람직하게는 약 4,000 scf/bbl 내지 약 12,000 scf/bbl, 약 6,000 scf/bbl 내지 약 10,000 scf/bbl의 오일 대 가스 비율을 일반적으로 포함하는 개질 조건하에서 상기 촉매 시스템의 존재하에 수소와 접촉된다.
본 발명에서 촉매 시스템은 다양한 배치로 사용될 수 있다. 본 발명에서, 그러나, 본 발명에서 상기 촉매는 단일 단계 반응 시스템에 이용된다. 바람직하게는, 반응 시스템은 동일한 재순환 가스 루프(loop) 및 필수적으로 동일한 압력에서 작동하는 수소화처리 장치 및 수소화분해 장치 반응기를 포함한다. 예를 들어, 높은 방향족 공급물은 수소화처리 및 수소화분해 촉매를 포함하는 고 압력 반응 시스템에 도입된다. 상기 공급물은 재순환 수소와 결합되고, 수소화처리 촉매를 포함하는 첫 번째 부분과 수소화분해 촉매를 포함하는 두 번째 부분을 포함하는 반응 시스템에 도입된다. 상기 첫 번째 부분(section)은 수소화처리 촉매를 포함하는 적어도 하나의 반응층(reaction bed)을 포함한다. 두 번째 부분은 수소화분해 촉매를 포함하는 적어도 하나의 반응층을 포함한다. 두 개의 부분은 동일한 압력하에 운영된다. 반응 조건 하에, 높은 방향족 공급물은 매우 높은 수준으로 포화되어 고 포화된 생성물을 제조한다. 상기 반응 시스템으로부터의 유출액은 제트 및 디젤 범위에서 비등 범위를 갖는 고 포화된 생성물이다. 반응이 일어난 후, 상기 반응 생성물은 고 에너지 밀도의 제트, 고 에너지 밀도의 디젤, 나프타 및 다른 생성물들을 분리하기 위하여 분리 장치(즉, 증류탑 등)에 공급된다. 미반응 생성물은 제트 혹은 디젤 생성을 극대화하도록 추가의 공정을 위해 반응 시스템으로 재순환될 수 있다.
다음으로, (ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족; 및 (ⅱ) 적어도 약 60 부피%의 사이클로파라핀 함량을 포함하는 탄화수소성 공급 원료는 사이클로파라핀 함량을 약 22 부피% 내지 약 35 부피%로 감소시키기 위해 충분한 양의 이소-파라핀 및 노르말 파라핀과 배합될 수 있다. 일반적으로, 이소-파라핀 및 노르말 파라핀의 충분한 양은 공급 원료 내 사이클로파라핀 함량에 의존하여 당업자에 의해 결정될 수 있다. 배합 공급원료가 약 22 부피% 내지 약 35 부피%의 이소 파라핀 함량 및 약 20 부피% 내지 약 35 부피%의 노르말 파라핀 함량을 포함하도록 상기 이소 파라핀 및 노르말 파라핀을 공급원료와 배합하는 것이 특히 유리하다.
다음으로, 배합된 탄화수소성 공급원료는 하나 이상의 증류 단계로 처리되어 공급원료로부터 ASTM D 2887로 측정시, 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 어떠한 탄화수소를 분리한다. 상기 증류는 앞서 기재된 것과 같이 수행된다. 생성된 제트 오일 조성물은 앞서 언급된 특징, 예컨데,
(ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
(ⅱ) 적어도 약 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
(ⅲ) 약 5 부피% 이하의 ASTM D 2887로 측정시, 약 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도;
(ⅳ) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 약 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급으로 특징되는 제트 연료 열 산화 시험 열 안정성;
(ⅴ) 약 22 부피% 내지 약 35 부피%의 사이클로파라핀 함량;
(ⅵ) 약 20 부피% 내지 약 35 부피%의 노르말 파라핀 함량; 및
(ⅶ) 약 22 부피% 내지 약 35 부피%의 이소 파라핀 함량을 포함할 것이다.
본 명세서에 개시된 구현예에 대한 다양한 변형들이 실시될 수 있다는 것은 이해 될 것이다. 그러므로 상기 기술내용은 제한되지 않고 단지 바람직한 구현예의 예시일 뿐이다. 예를 들면, 앞서 기술되고 본 발명을 운영하는 최선의 방식으로 시행된 기능들은 오직 설명을 위한 것이다. 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 기타의 계획 및 방법들도 당업자에 의해 수행될 수 있다. 또한, 당업자들은 첨부된 청구항의 범위와 사상 안에서 기타의 변형들을 계획할 것이다.

Claims (22)

  1. (a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
    (b) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
    (c) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및
    (d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(Jet Fuel Thermal Oxidation Test, JFTOT) 열안정성을 포함하는 제트 연료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은 적어도 75%의 총 파라핀 함량을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은
    (a) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 22 부피% 내지 35 부피%의 사이클로파라핀 함량;
    (b) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 20 부피% 내지 35 부피%의 노르말 파라핀 함량;
    (c) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 22 부피% 내지 35 부피%의 이소 파라핀 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 총 방향족 함량은 2 부피% 내지 5 부피% 이하인 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 총 방향족 함량은 다환 방향족 함량보다 높은 단환 방향족 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은
    (a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
    (b) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
    (C) 3 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및
    (d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 330℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성을 포함하는 것을 나타내는 제트 연료 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은
    (a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
    (b) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
    (C) 1.5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및
    (d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 360℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성을 포함하는 제트 연료 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은 ASTM D 1322로 측정시, 19㎜이상의 훈연점을 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은 ASTM D 2386으로 측정시, -41℃이하의 어는점을 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은
    (a) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
    (b) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
    (C) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도;
    (d) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성;
    (e) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 22 부피% 내지 35 부피%의 사이클로파라핀 함량;
    (f) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 20 부피% 내지 35 부피%의 노르말 파라핀 함량; 및
    (g) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 22 부피% 내지 35 부피%의 이소 파라핀 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은
    ASTM D 1322로 측정시, 19㎜ 이상의 훈연점; 및
    ASTM D 2386으로 측정시, -41℃이하의 어는점을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물.
  12. 제트 연료 조성물의 제조방법에 있어서,
    (a) 적어도 40 부피%의 총 방향족을 포함하는 탄화수소성 공급 원료를 제공하는 단계; 및
    (b) 적어도 일부의 탄화수소성 공급원료를 촉매 수소화 조건하에 수소 첨가 반응시켜 제트 연료 조성물을 형성하는 단계를 포함하고
    상기 제트 연료 조성물은
    (ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
    (ⅱ) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
    (ⅲ) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도; 및
    (ⅳ) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성을 포함하는, 제트 연료 조성물의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수소첨가반응 단계는 반응 영역에서 수소 함유 가스의 존재하에 효율적인 촉매 수소첨가반응 조건하에서 수소 첨가 반응 촉매와 탄화수소성 공급원료를 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수소 첨가 반응 촉매는 촉매 담지체의 표면에 하나 또는 그 이상의 촉매 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 촉매 금속은 금속, Ⅵ-B족 금속, Ⅶ족 금속, Ⅷ족 금속으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속의 산화물 및 황화물 금속 및 이들의 조합을 포함하고, 촉매 담지체는 알루미나 촉매 담지체, 실리카-알루미나 촉매 담지체, 실리카 촉매 담지체, 티타니아 촉매 담지체 또는 마그네시아 촉매 담지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 촉매 수소첨가반응 조건은 316℃ 내지 413℃의 온도, 1000 내지 3500 psia의 압력, 0.5 내지 3.0 LHSV의 공간속도, 3500 내지 10000 SCFB의 적어도 75% 순도인 수소의 가스 흐름을 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 촉매 수소화 조건은 360℃ 내지 399℃의 온도, 1500 내지 2850 psia의 압력, 1.0 내지 2.0 LHSV의 공간속도, 5000 내지 8000 SCFB의 적어도 80% 순도인 수소의 가스 흐름을 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제조방법은 수소첨가반응된 탄화수소성 공급 원료를 증류하여 수소첨가반응된 탄화수소성 공급원료로부터 만일 존재한다면, 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 어떠한 탄화수소를 분리하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 생성된 제트 연료 조성물은
    (a) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 22 부피% 내지 35 부피%의 사이클로파라핀 함량;
    (b) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 20 부피% 내지 35 부피%의 노르말 파라핀 함량; 및
    (c) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 22 부피% 내지 35 부피%의 이소 파라핀 함량을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제트 연료 조성물은
    ASTM D 1322로 측정시, 19㎜ 이상의 훈연점; 및
    ASTM D 2386으로 측정시, -41℃ 이하의 어는점을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
  21. 제트 연료 조성물의 제조 방법에 있어서,
    (a) (ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량; 및
    (ⅱ) 적어도 60 부피%의 사이클로파라핀 함량을 포함하는 탄화수소성 공급원료를 제공하는 단계;
    (b) 사이클로파라핀 함량을 22 부피% 내지 35 부피%로 감소시키기 위해 충분한 양의 이소-파라핀 및 노르말 파라핀을 배합하는 단계; 및
    (c) 증류에 의해 배합된 탄화수소성 공급 원료로부터, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 어떠한 탄화수소를 분리하여 제트 연료 조성물을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제트 연료 조성물은
    (ⅰ) 2 부피% 내지 25 부피% 이하의 총 방향족 함량;
    (ⅱ) 적어도 125,000 Btu/gal의 연소 순열;
    (ⅲ) 5 부피% 이하의, ASTM D 2887로 측정시 550℉ 또는 그 이상의 비등점을 갖는 탄화수소 농도;
    (ⅳ) ASTM D 3241로 측정시, 25㎜ Hg 이하의 필터 압력 강하, 300℃ 또는 그 이상의 중단점 온도 및 3 이하의 전체 관 침적물 등급을 특징으로 하는 제트 연료 열 산화 시험(JFTOT) 열안정성; 및
    (ⅴ) 22 부피% 내지 35 부피%의 사이클로파라핀 함량을 포함하는, 제트 연료조성물의 제조 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 생성된 제트 연료 조성물은
    (a) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 20 부피% 내지 35 부피%의 노르말 파라핀 함량; 및
    (b) 총 파라핀 함량의 총량 기준으로 22 부피% 내지 35 부피%의 이소 파라핀 함량을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 연료 조성물의 제조 방법.
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