KR20140049018A - 개질기를 갖는 파라핀 이성체화 유닛의 병렬 작동에 의한 개선된 공정 - Google Patents
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Abstract
나프타를 정제하기 위한 공정은 후속 가솔린 혼합물에서 개선된 옥탄가를 결과한다. 어떤 구현 예는 나프타 피드를 경질 나프타 및 중질 나프타로 분리시키는 단계; 상기 중질 나프타를 파라핀 스트림 및 비-파라핀 스트림으로 분리시키는 단계; 상기 경질 나프타를 제1 이성체화 유닛으로 도입시키고, 상기 파라핀 스트림을 제2 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계; 상기 중질 비-파라핀 스트림을 개질 유닛으로 도입시키는 단계, 및 상기 최종 유출물을 가솔린 혼합물을 형성하기 위해 조합시키는 단계를 포함한다. 상기 최종 가솔린 혼합물은 상기 파라핀 스트림을 제2 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계 없이 만들어진 가솔린 혼합물보다 개선된 특성을 갖는다.
Description
본 발명은 나프타 (naphtha)를 정제하기 위한 공정에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는, 본 발명의 구현 예는 상기 나프타와 비교하여 개선된 옥탄 등급을 갖는 가솔린 혼합물을 생성 및/또는 석유화학용 농축 개질유 (reformate)를 생산하기 위하여 두 개의 이성체화 유닛 (isomerization unit) 및 개질 유닛 (reforming unit)을 활용한다.
가솔린은 4-12 탄소 원자를 일반적으로 갖는 탄화수소의 복합 혼합물이고, 약 35-200℃의 범위에서 비등점 (boiling point)을 갖는다. 이것은 성능 요구조건 및 정부 규제 모두에 의해 결정된 특정 명세 사항을 충족하는, 다중 정제 스트림의 혼합물이다. 메틸 tert-부틸 에테르 (MTBE) 또는 tetra-에틸 납과 같은, 옥탄 촉진제 (booster) 첨가제 (산소첨가제)를 일반적으로 포함하는, 통상적 가솔린 혼합 스트림을 표 1에 나타낸다.
| 혼합물 성분 | 가솔린 (부피%) | |
| FCC 가솔린 (나프타) | 30-50 | ~30부피% 방향족 및 20-30 부피% 올레핀을 가짐 |
| LSR 가솔린 (나프타) | 2-5 | |
| 알킬레이트 | 10-15 | |
| 옥탄 촉진제 첨가제 (MTBE와 같은 산소첨가제) |
10-15 | |
| 부탄 | <5 | |
| 개질유 | 20-40 | 60-65 부피% 방향족을 가짐 |
| 아이소머레이트 (Isomerate) (C5/C6) | 5-10 |
일반적으로, FCC 나프나 및 개질유는 가솔린의 대략 3분의 2를 구성한다. FCC 나프타 및 개질유는 높은 수준의 방향족 및 올레핀을 함유하기 때문에, 이들은 또한 가솔린에 대한 주요 옥탄 소스이다.
도 1은 종래 기술의 구현 예에 따른 공정 다이어그램의 단순화된 사시도를 나타낸다. 나프타 피드 (feed) (2)는 제1 분리기 (10)로 도입되고, 여기서 이것은 그 다음 경질 나프타 (12) 및 중질 나프타 (14)로 분리된다. 경질 나프타 (12)는 일반적으로 주로 C5 및 C6 파라핀을 함유한다. 경질 나프타 (12)는 그 다음 경질 나프타 (12)를 이성체화하기 위하여 제1 이성체화 유닛 (20)으로 도입되어 경질 아이소머레이트 (22)를 형성한다. 중질 나프타 (14)는 개질 유닛 (30)으로 들어가고, 여기서 중질 나프타 (14)는 개질유 (32)로 개질된다. 경질 아이소머레이트 (isomerate) (22) 및 개질유 (32)는 그 다음 가솔린 혼합물 (42)를 형성하기 위해, 가솔린 혼합기 (40)에서 함께 혼합된다.
수년에 걸쳐, 안전 및 환경적 개념은 가솔린 명세 사항의 변화를 유발해왔다. 예를 들어, 1995년에서 2005 년까지 유럽 가솔린 명세 사항을 표-2에 나타내며, 이것은 수년에 걸쳐 가솔린 명세 사항의 점진적 변화를 보여준다. 유사한 경향은 세계의 다른 부분에서 또한 관측된다.
| 파라미터 | 1995 | 2000 | 2005 | 2005+ |
| 옥탄가, RON | - | 95 | 95 | 95 |
| 방향족, 부피% | - | 42 | 35 | <35 |
| 벤젠, 부피% | 5 | 1 | 1 | <1 |
| 황, ppmw | 1000 | 150 | 50/10 | <10 |
| 올레핀, 부피% | - | 18 | 18 | 10 |
| 산소, 중량% 최대 | 2.7 | 2.7 | 2.7 | - |
| Rvp, psi | - | 8.7 | 8.7 | 8.7 |
표 2는 높은 옥탄가를 유지하는 동안 방향족, 올레핀 및 벤젠의 점진적 감소가 있는 것을 보여준다. 미국은 이미 벤젠 수준을 0.8%로 제한하는, 30 부피% 미만의 방향족 수준을 요구한다. 더군다나, 상기 가솔린에서 방향족 수준은 또한, (일반적으로 90% 증류 온도로 특징화되는) 증류 말단 점이 더 낮춰짐에 따라 더 낮춰질 수 있는데, 이는 (더 큰 방향족인) 가솔린의 높은 비등점 부분이 이에 의해 제거될 수 있기 때문이다. 더구나, 방향족이 옥탄의 원칙적 소스이기 때문에, 방향족 수준을 감소시키는 것은 가솔린 풀 (gasoline pool)에서 옥탄 갭 (octane gap)을 생성할 것이다. 이와 같이, 옥탄-배럴 (octane-barrel) 유지는 정유설비 (refineries)에 대한 도전을 계속할 것이다.
가솔린의 방향족 함량이 떨어지므로, 이에 따라 상기 가솔린 풀에서 개질유의 부분은 개질유가 대부분 방향족이기 때문에 내려가야 한다. 따라서, 정유설비는 옥탄 소스로서 방향족에 더 이상 의존할 수 없다. 옥탄가를 증가시키기 위한 생태학적 방법은 정상 파라핀의 비용으로 분지형 알칸의 농도를 증가시키는 것이다. 결과적으로, 높은 옥탄가를 갖는 이소-알칸의 증가는 바람직하다.
개선된 가솔린 혼합 스트림을 결과하는 나프타를 정제하기 위한 개선된 공정을 갖고, 및/또는 석유화학용 농축 개질유를 생산하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 이들 필요 중 적어도 하나를 만족시키는 공정에 관한 것이다. 하나의 구현 예에 있어서, 나프타를 정제하기 위한 공정은 나프타 피드를 경질 나프타 및 중질 나프타로 분리시키는 단계, 상기 경질 나프타를 경질 아이소머레이트를 생산하기 위해 제1 이성체화 조건 하에서 제1 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계, 상기 중질 나프타를 중질 n-파라핀 및 (중질 비-파라핀 나프타를 포함할 수 있는) 중질 비-파라핀으로 분리시키는 단계, 상기 중질 n-파라핀을 중질 아이소머레이트를 생산하기 위해 제2 이성체화 조건하에서 제2 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계, 상기 중질 비-파라핀을 개질유를 생산하기 위해 개질 조건하에서 개질 유닛으로 도입시키는 단계, 및 상기 경질 아이소머레이트, 중질 아이소머레이트, 및 개질유의 각각의 적어도 일부를 가솔린 혼합물을 형성하기 위해 조합시키는 단계를 포함한다. 유리하게는, 상기 가솔린 혼합물은 제2 이성체화 조건하에서 상기 제2 이성체화 유닛으로 상기 중질 n-파라핀을 도입시키는 단계 없이 형성된 제2 가솔린 혼합물과 비교하여 증가된 옥탄 등급을 갖는다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 가솔린 혼합물은 적어도 90의 목표 옥탄 등급을 갖는다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 가솔린 혼합물은 100 이상, 더욱 바람직하게는 약 120의 목표 옥탄 등급을 갖는다.
바람직하게는, 상기 경질 나프타는 6 이하의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 5 또는 6의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함한다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 제1 이성체화는 C5/C6 이성체화 유닛이다. 바람직하게는, 상기 중질 n-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 13 미만의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 7 및 12 사이의 탄소 원자, 및 더욱 바람직하게는 7 및 11 사이의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함한다. 바람직하게는, 상기 중질 비-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 13 미만의 탄소 원자, 바람직하게는 7 및 12 사이의 탄소 원자, 및 더욱 바람직하게는 7 및 11 사이의 탄소 원자를 갖는 비-파라핀을 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 중질 n-파라핀 스트림은 분자체 흡수 (molecular sieve adsorption), 증류, 추출, 또는 이의 조합을 사용하여 상기 중질 나프타 스트림으로부터 분리된다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 중질 아이소머레이트는 상기 중질 아이소머레이트가 중질 n-파라핀과 비교하여 좀더 분지형 파라핀을 함유하도록, 분지형 파라핀을 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 공정은 상기 개질유의 적어도 일부를 방향족 소스로서 정제설비로 도입시키는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 가솔린 혼합물은 90 내지 97의 범위 내의 옥탄 등급, 35 부피% 이하의 방향족 농도, 및 0.8 부피% 이하의 벤젠 농도를 특징으로 하는, 개선된 특징을 갖는다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 가솔린 혼합물은 방향족의 30 부피% 미만을 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 제1 이성체화 조건은 100℃ 및 300℃의 범위 내의 제1 이성체화 온도를 유지하는 제1 이성체화 유닛, 및 275 psig 및 450 psig의 범위 내의 제1 이성체화 압력을 유지하는 상기 제1 이성체화 유닛을 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 제2 이성체화 조건은 100℃ 및 300℃의 범위 내의 제2 이성체화 온도를 유지시키는 제2 이성체화 유닛, 및 300 psig 및 700 psig 범위 내의 제2 이성체화 압력을 유지시키는 상기 제2 이성체화 유닛을 포함한다. 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 개질 조건은 450℃ 및 550℃의 범위 내에서 개질 온도를 유지시키는 상기 개질 유닛, 및 70 및 300 psig의 범위 내에서 개질 압력을 유지시키는 상기 개질 유닛을 포함한다. 하나의 구현 예에 있어서, 본 발명은 n-파라핀의 제거에 기인하여 통상적 개질기를 약 10℃ 내지 30℃ 이하로 상기 개질 온도를 허용한다. 본 발명의 부가적인 구현 예에 있어서, 나프타를 정제하기 위한 공정은 나프타 피드를 경질 나프타 및 중질 나프타로 분리시키기 위한 단계; 상기 경질 나프타를 경질 아이소머레이트를 생산하기 위한 제1 이성체화 조건하에서 제1 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계; 상기 중질 나프타를 중질 n-파라핀 및 중질 비-파라핀으로 분리시키는 단계; 상기 중질 n-파라핀을 중질 아이소머레이트를 생산하기 위해 제2 이성체화 조건하에서 제2 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계; 상기 중질 비-파라핀 스트림을 개질유를 생산하기 위해 개질 조건 하에서 개질 유닛으로 도입시키는 단계; 및 상기 경질 아이소머레이트, 상기 중질 아이소머레이트, 및 상기 개질유의 각각의 적어도 일부를 가솔린 혼합물을 형성하기 위해 조합시키는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 가솔린 혼합물은 90 내지 97의 범위 이내의 옥탄 등급, 35 부피% 이하의 방향족 농도, 및 0.8 부피% 이하의 벤젠 농도를 특징으로 하는, 개선된 특징을 가지며, 여기서, 상기 경질 나프타는 5 또는 6 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하고, 여기서 상기 제1 이성체화 조건은 100℃ 및 300℃ 범위 내의 제1 이성체화 온도 및 275 psig 및 450 psig 범위 내의 제1 이성체화 압력을 포함하며, 여기서, 상기 중질 비-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 11 미만의 탄소 원자를 갖는 비-파라핀을 포함하고, 여기서 상기 중질 n-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 11 미만의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하며, 여기서 상기 중질 아이소머레이트는 상기 중질 n-파라핀과 비교하여 증가된 옥탄가를 갖는 분지형 파라핀을 포함하고, 여기서 상기 제2 이성체화 조건은 100℃ 및 300℃ 범위 내의 제2 이성체화 온도 및 300 psig 및 700 psig 범위 내의 제2 이성화체 압력을 포함하며, 여기서 상기 개질 조건은 450℃ 및 550 ℃ 범위 내의 개질 온도 및 70 psig 및 300 psig 범위 내의 개질 압력을 포함한다. 부가적 구현 예에 있어서, 상기 중질 n-파라핀 스트림은 분자체 흡수, 증류, 추출, 또는 이의 조합을 사용하여 상기 중질 나프타 스트림으로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 이러한 및 다른 특색, 관점, 및 장점들은 하기 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 참조하여 더욱 이해될 것이다. 그러나, 도면은 오직 본 발명의 여러 가지 구현 예를 예시하는 것이고, 따라서 이것이 다른 동등한 효과적인 구현 예를 허용할 수 있으므로 본 발명의 범주의 제한하는 것으로 고려되지 않는다.
도 1은 종래 기술의 구현 예에 따른 공정 다이어그램의 사시도이다.
도 2는 개질유 옥탄의 함수에 따른 개질기 액체 수율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 희박 및 풍부 나프타에 대한 통상적 전환을 나타내는 그래프이다.
도 4는 공급원료에서 나프텐 및 방향족 함량의 함수에 따른 개질기 온도 및 C5+ 액체 수율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 구현 예에 따른 공정 다이어그램의 사시도이다.
도 1은 종래 기술의 구현 예에 따른 공정 다이어그램의 사시도이다.
도 2는 개질유 옥탄의 함수에 따른 개질기 액체 수율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 희박 및 풍부 나프타에 대한 통상적 전환을 나타내는 그래프이다.
도 4는 공급원료에서 나프텐 및 방향족 함량의 함수에 따른 개질기 온도 및 C5+ 액체 수율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 구현 예에 따른 공정 다이어그램의 사시도이다.
본 발명은 여러 가지 구현 예와 연관되어 기재되지만, 이들 구현 예로 본 발명의 제한을 의도하는 것은 아니다. 반대로, 이것은 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 것과 같은 모든 변경, 변형 및 균등물을 보호하는 것으로 의도된다.
가솔린 조성물에서 스트림 및 환경 규제를 고려하여, 방향족 및 올레핀과 연관된 오염원을 최소화하면서 이로운 옥탄가 등급을 유지하기 위하여, 연료의 탄화수소 조성을 방향족 및 올레핀으로부터 분지형 파라핀 및 나프텐으로 이동시키는 것이 유리할 것이다.
하나의 구현 예에 있어서, 나프타를 정제하기 위한 공정은 나프타 피드를 경질 나프타 및 중질 나프타로 분리시키는 단계; 상기 중질 나프타를 파라핀 스트림 및 비-파라핀 스트림으로 분리시키는 단계; 상기 경질 나프타를 제1 이성체화 유닛으로 도입시키고, 상기 파라핀 스트림을 제2 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계; 상기 비-파라핀 스트림을 개질 유닛으로 도입시키는 단계, 및 가솔린 혼합물을 형성하기 위해 상기 최종 유출물 (effluents)을 조합시키는 단계를 포함한다. 상기 최종 가솔린 혼합물은 상기 파라핀 스트림을 제2 이성체화 유닛으로 도입하는 단계 없이 만들어진 가솔린 혼합물보다 개선된 특성을 갖는다.
개질기
전술된 바와 같이, 높은 방향족 함량을 갖는 개질유는 통상적으로 종래의 방식으로 제공된 가솔린에 대한 주요 옥탄 소스이다. 상기 개질기에 종래의 피드 (예를 들어, 중질 나프타)는 대부분 C7 - C11 파라핀 (P), 나프텐 (N), 및 방향족 (A)를 함유한다. 상기 개질의 목적은 다양한 적용들에 유용한 나프텐 및 파라핀으로부터의 방향족을 생산하는 데 있다. 이들 그룹의 화학제 (chemicals) 중에서, 방향족은 크게 변화되지 않는 반응기를 통해 통과하고, 나프텐은 쉽고 효과적으로 방향족으로 탈수소한다. 따라서, 나프텐 전환은 덜 가혹한 작동 (중간 온도)에서도 상기 반응기의 초기 부분 (또는 다중-반응기 개질기의 제1 반응기)에서 건의 완성된다. 그러나, 파라핀은 이들이 더 높은 온도 및 더 긴 체류 시간을 요구함에 따라, 전환하는데 매우 어렵다. 파라핀의 약간의 전환은, 주로 경질 가스를 분해하는, 높은 심각도 (severity) 작동 조건에서 반응기 시스템의 말단 쪽에서 발생한다. 따라서, 파라핀 전환을 증가시키기 위해, 높은 심각도 작동이 요구된다. 그러나, 이것은 과도한 분해 (cracking)에 기인하여 액체 수율을 감소시킨다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 비록 옥탄가가 농축된 방향족 함량에 기인하여 증가할지라도, 실질적인 액체 수율 손실은 관찰된다.
| 반응 타입 |
파라핀 | 알킬시클로펜탄 | 알킬시클로헥산 | |||
| C6 | C7 | C6 | C7 | C6 | C7 | |
| 이성체화 | 10.0 | 13.0 | 10.0 | 13.0 | --- | --- |
| 탈수소탈고리화 (Dehydrodecyclization) |
1.0 | 4.0 | --- | --- | --- | --- |
| 수소화분해 | 3.0 | 4.0 | --- | --- | --- | --- |
| 탈고리화 | --- | --- | 5.0 | 3.0 | --- | --- |
| 탈수소화 | --- | --- | --- | --- | 100.0 | 120.0 |
| * 모든 속도는 정상 헥산의 탄수소고리화의 속도에 대한 상대적이다. | ||||||
표 3은 개질 조건 (압력: 70-300 psig; 온도: 450-550℃; 및 수소 대 탄화수소 몰 비 ("H2/HC"): 5-7)에서 C6 및 C7 파라핀 및 나프텐의 상대 속도의 요약이다. 모든 가능한 반응을 위한 파라핀의 반응 속도는, 특히 알킬시클로헥산의 탈수소화를 위한 반응 속도와 비교된 경우, 상대적으로 느리다. 액체 수율 손실은 파라핀의 분해에 주로 기여할 수 있다. 부가적으로, 파라핀의 이성체화는 이성체화가 평형 반응이기 때문에 개질 온도에서 매우 낮고, 낮은 온도는 분지형 파라핀에 이점이 있다. 반대로, 방향족으로 나프텐의 탈수소화는 빠르게 완성으로 거의 진행된다. 방향족으로 나프텐 탈수소화를 위한 반응은 파라핀의 탈수소고리화의 반응보다 여러 배 더 높다. 따라서, 종래의 개질기에서, 방향족 (및 옥탄)은 나프텐의 탄수소화를 통해 주로 만들어진다. 부가적으로, 수소는 또한 이러한 반응에 의해 주로 생산된다.
상기 개질기에 나프타 피드는 상기 공급원료에서 파라핀 농도에 의존하여 "희박-나프타" 및 "풍부-나프타"로 분류될 수 있다. 높은 농도의 파라핀을 갖는 나프타는 "희박-나프타"로서 때때로 언급된다. 희박 나프타는 처리하기가 어렵고, 통상적으로 너무 많은 경질 탄화수소를 생산하며, 이에 의해 전체적으로 낮은 액체 수율을 생산한다. 낮은 농도의 파라핀을 갖는 나프타는 "풍부-나프타"로서 때때로 언급되고, 이것은 처리하는데 상대적으로 쉽고, 더 높은 액체 수율을 갖는다. 이와 같이, 풍부-나프타는 훨씬 쉽고 더 효과적인 개질 유닛의 작동을 만들고, 따라서 희박-나프타보다 개질기 피드로서 더욱 바람직하다. 도 3은 통상적인 개질기 작동 조건에서 희박- 및 풍부-나프타의 통상적인 전환을 개략적으로 예시한다. 도 3은 이러한 통상적 경우에 대하여, 풍부-나프타로부터 생산된 개질유가 희박-나프타를 사용하여 생산된 상기 개질유보다 대략 10중량% 초과하는 액체 수율을 갖는 것을 나타낸다. 더군다나, 상기 풍부-나프타로부터 결과하는 개질유는 상기 희박 나프타로부터 결과하는 개질유보다 더 많은 방향족을 함유하고, 이것은 더 높은 옥탄가를 갖는 가솔린 혼합물을 궁극적으로 생산될 수 있다.
통상적인 중질 나프타 피드는 약 10-40% n-파라핀을 함유한다. 흡수, 증류, 추출 및 이와 유사한 것과 같은 알려진 방법으로 중질 나프타로부터 n-나프타를 분리시키는 것은 두 개의 공급원료; 즉, 상기 제2 이성체화 유닛 (C7+ 이성체화 유닛)에 대한 n-파라핀 (C7 +) 및 적은 파라핀 함량에 기인하여 개질기에 대한 좀더 바람직한 공급원료일 수 있는, n-파라핀 (비-파라핀 중질 나프타)이 없는 나머지 하나를 생산할 것이다. 상기 중질 비-파라핀 내에서 파라핀의 감소로, 나프텐 및 방향족 함량은 증가되고, 상기 공급원료는 풍부-나프타가 된다. 개질 유닛에서 이러한 공급원료의 처리는 더 쉬울 것이고, 상기 개질 유닛의 성능은 실질적으로 개선되며; 이것은 더 높은 액체 수율, 더 낮은 반응기 온도 (더 긴 촉매 수명), 개질유에서 더 높은 방향족, 및 오프-가스에서 더 높은 수소 농도에 의해 표시된다.
도 4는 상기 공급원료에서 나프텐 및 방향족의 함수에 따라 작동 온도의 감소 및 액체 수율의 예상된 증가를 보여준다. 도 4에서 포인트는 실험적 데이터이다. 낮은 온도가 이성질체에 유리하기 때문에, 상기 개질 유닛의 작동 온도는 이성체화를 위한 최적 온도 범위에 있지 않다. 따라서, 전용 제2 이성체화 유닛에서 C7 + 파라핀의 이성체화는 실질적으로 이성체화를 개선시키면서 또한 분해를 최소화할 것이다. 따라서, 본 발명의 어떤 구현 예는 하기와 같은 명확한 이점으로 실질적으로 액체 수율 및 제품 품질을 개선시킬 수 있다; (1) 개선된 개질기 성능; (2) 개질유에서 증가된 방향족 함량, 이에 의해 용이한 석유화학적 사용을 위한 방향족 분리를 만든다; (3) 적은 분해에 기인한 오프 가스에서 증가된 수소 농도, 이에 의해 수소 분리를 쉽게 한다; (4) C7 + n-파라핀을 위한 최적 작동 조건에 기인하여 최소 분해로 증가된 아이소머레이트 품질; 및 (5) 적은 분해에 기인한 감소된 H2 소비.
도 5를 참조하면, 나프타 피드 (2)는 제1 분리기 (10)으로 도입되고, 여기서 그 다음 경질 나프타 (12) 및 중질 나프타 (14)로 분리된다. 주로 C5 및 C6 파라핀을 포함하는, 경질 나프타 (12)는 그 다음 경질 아이소머레이트 (22)를 형성하도록 경질 나프타 (12)를 이성체화시키기 위하여, 제1 이성체화 유닛 (20)으로 도입된다. 기술분야에서 당업자들은 파라핀의 완전한 제거가 어렵다는 것으로 이해할 것이고, 따라서, 중질 비-파라핀은 소량의 n-파라핀을 포함할 것이다. 어떤 경우에 있어서, 중질 비-파라핀 (19)는 중질 나프타 (14)와 비교하여 실질적으로 감소된 양의 n-파라핀을 함유한다. 중질 n-파라핀 (17)은 중질 아이소머레이트 (27)를 형성하도록 중질 n-파라핀 (17)을 이성체화시키기 위하여, 제2 이성체화 유닛 (25)으로 들어간다. 중질 비-파라핀 (19)는 개질 유닛 (30)에 도입되고, 여기서 중질 비-파라핀 (19)이 개질유 (32)로 개질된다. 경질 아이소머레이트 (22), 중질 아이소머레이트 (27), 및 개질유 (32)는 그 다음 가솔린 혼합물 (42)를 형성하기 위하여 가솔린 혼합기 (40)에서 함께 혼합된다. 이러한 구현 예에 있어서, 도 5의 가솔린 혼합물 (42)은 도 1의 가솔린 혼합물 (42)과 비교하여 개선된 특성을 갖는다. 선택적 구현 예에 있어서, 개질유 (32)의 슬립 스트림 (34)은 방향족 소스로서 정제기 (50)로 보내질 수 있다.
실시 예 1 - 제2 이성체화 유닛 없이 나프타를 정제
하기 실시 예는 종래의 기술에서 알려진 바에 따라 실행된 방법을 나타낸다. 60 중량%는 파라핀이고, 26.5 중량%는 나프텐이며, 12.5 중량%는 방향족인 100 kg의 중질 나프타는 통상적인 개질 조건하에서 개질기로 보내진다. 최종 개질유는 20.4 kg 비-방향족 및 47.6 kg의 방향족을 포함하고, 이에 의해 68 kg의 총 액체 수율 (또는 원래 피드의 68 중량%) 및 약 100의 연구 옥탄가 ("RON")를 산출한다. 실시 예 1에 대한 결과의 요약은 표 4에 나타낸다:
| 공급원료 (중질 나프타) | 중량 (kg) | 중량% |
| 파라핀 | 60 | 60.0% |
| 나프텐 | 27.5 | 27.5% |
| 방향족 | 12.5 | 12.5% |
| 총 | 100.0 | 100% |
| 개질유 (C5 + 수율) | 중량 (kg) | 중량% |
| 비-방향족 | 20.4 | 30% |
| 방향족 | 47.6 | 70% |
| 총 | 68.0 | 68% |
실시 예 2 - 본 발명의 예시적 구현 예
다음은 본 발명의 구현 예에 따라 실행된 실시 예이다. 실시 예 1에서 사용된 중질 나프타와 같이 조성에서 동일한, 100 kg의 중질 나프타의 제2 샘플은 공급스트림으로 사용된다. 그러나. 상기 개질기로 상기 중질 나프타를 보내기 전에, 대략 40 kg의 파라핀 (약 67%)은 상기 중질 나프타로부터 추출되고 이성체화 유닛으로 보내진다. 이것은 상기 개질기에 대해 60 kg 공급스트림을 남긴다. 이러한 경우에 있어서, (더 낮은 파라핀 함량 때문에) 상기 개질기는 액체 수율의 감소 없이, 실시 예 1에서 개질기와 비교하여 더욱 온화한 조건 (대략 10℃ 내지 20℃)에서 작동된다. 상기 최종 개질유는 13.4 kg의 비-방향족 및 40.6 kg의 방향족을 포함하고; 이에 의해 상기 개질기 피드의 약 90 중량%인, 약 54 kg의 총 액체 수율을 산출한다. 더구나, 상기 제2 이성체화 유닛은 대략 95 중량% (40 kg 중에 38kg)의 총 액체 수율을 생산한다. 따라서, 상기 이성체화 유닛 및 개질기 모두에 대한 전체 총 액체 수율은 대략 92 중량%이고, 대략 120의 RON을 갖는다. 실시 예 2에 대한 결과의 요약은 표 5에 나타낸다:
| 공급원료 (개질기) | 중량 (kg) | 중량% |
| 파라핀 | 20 | 33.3% |
| 나프텐 | 27.5 | 45.8% |
| 방향족 | 12.5 | 20.8% |
| 총 | 60.0 | 100.0% |
| 개질유 (C5 + 수율) | 중량 (kg) | 중량% |
| 비-방향족 | 13.4 | 25% |
| 방향족 | 40.6 | 75% |
| 총 | 54.0 | 90% |
| 제2 이성체화 유닛 | 중량 (kg) | 중량% |
| 중질 파라핀 (공급스트림) | 40 | 100% |
| 아이소머레이트 (유출물) | 38 | 95% |
상기에서 나타낸 바와 같이, 실시 예 2는 증가된 RON (120 대 100) 및 더욱 온화한 작동 조건뿐만 아니라, 실시 예 1 (92 wt% 대 68 wt%)보다 증가된 액체 수율을 갖는다. 상기 장점의 요약은 표 6에 나타낸다:
| 실시 예 1 | 실시 예 2 | |
| 총 액체 수율 | 68 | 92 |
| RON | 100 | ~120 |
본 발명은 이의 특정 구현 예와 연관하여 기재되었지만, 많은 변경, 변형 및 변화는 전술한 설명에 비추어 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 모든 이러한 변경, 변형 및 변화는 첨부된 청구항의 사상 및 광범위한 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다. 본 발명은 개시된 요소를 적절하게 포함하거나, 이루어지거나 또는 필수적으로 이루어질 수 있고, 개시되지 않은 요소의 부재하에서 실행될 수 있다. 더구나, 제1 및 제2 와 같이, 순위에 관한 용어는 대표적인 의미로 이해될 것이지 제한의 의미는 아니다. 예를 들어, 어떤 단계들이 단일 단계로 조합될 수 있다는 것은 기술분야의 당업자에 의해 인지될 수 있다.
2: 나프타 피드 10: 제1 분리기
12: 경질 나프타 14: 중질 나프타
17: 중질 n-파라핀 19: 중질 비-파라핀
20: 제1 이성체화 유닛 22: 경질 아이소머레이트
25: 제2 이성체화 유닛 27: 중질 아이소머레이트
30: 개질 유닛 32: 개질유
34: 슬립 스트림 40: 가솔린 혼합기
42: 가솔린 혼합물 50: 정제기
12: 경질 나프타 14: 중질 나프타
17: 중질 n-파라핀 19: 중질 비-파라핀
20: 제1 이성체화 유닛 22: 경질 아이소머레이트
25: 제2 이성체화 유닛 27: 중질 아이소머레이트
30: 개질 유닛 32: 개질유
34: 슬립 스트림 40: 가솔린 혼합기
42: 가솔린 혼합물 50: 정제기
Claims (18)
- (a) 나프타 피드를 6 이하의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하는 경질 나프타 및 중질 나프타로 분리시키는 단계;
(b) 상기 경질 나프타를 경질 아이소머레이트를 생산하기 위해 제1 이성체화 조건 하에서 제1 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계;
(c) 상기 중질 나프타를 중질 n-파라핀 및 중질 비-파라핀으로 분리시키는 단계,
(d) 상기 중질 n-파라핀을 중질 아이소머레이트를 생산하기 위해 제2 이성체화 조건하에서 제2 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계;
(e) 상기 중질 비-파라핀을 개질유를 생산하기 위해 개질 조건하에서 개질 유닛으로 도입시키는 단계, 및
(f) 상기 경질 아이소머레이트, 중질 아이소머레이트, 및 개질유의 각각의 적어도 일부를, 적어도 90의 목표 옥탄 등급을 갖는 가솔린 혼합물을 형성하기 위해 조합시키는 단계를 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1에 있어서,
상기 나프타 피드는 5 또는 6의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 중질 n-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 13 미만의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중질 비-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 13 미만의 탄소 원자를 갖는 비-파라핀을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 중질 n-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 12 미만의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중질 비-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 12 미만의 탄소 원자를 갖는 비-파라핀을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중질 n-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 11 미만의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중질 비-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 11 미만의 탄소 원자를 갖는 비-파라핀을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중질 n-파라핀 스트림은 분자체 흡수, 증류, 추출, 또는 이의 조합을 사용하여 상기 중질 나프타 스트림으로부터 분리되는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중질 아이소머레이트는 분지형 파라핀을 포함하여, 상기 중질 아이소머레이트가 중질 n-파라핀과 비교하여 더 분지된 파라핀을 함유하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정은 상기 개질유의 적어도 일부를 방향족 소스로서 정제설비로 도입시키는 단계를 더욱 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가솔린 혼합물은 90 내지 97의 범위 내의 옥탄 등급, 35 부피% 이하의 방향족 농도, 및 0.8 부피% 이하의 벤젠 농도를 특징으로 하는 개선된 특성을 갖는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이성체화 조건은 100℃ 및 300℃ 범위 내의 제1 이성체화 온도를 유지하는 제1 이성체화 유닛 및 275 psig 및 450 psig 범위 내의 제1 이성체화 압력를 유지하는 상기 제1 이성체화 유닛을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 이성체화 조건은 100℃ 및 300℃ 범위 내의 제2 이성체화 온도를 유지하는 제2 이성체화 유닛 및 300 psig 및 700 psig 범위 내의 제2 이성체화 압력를 유지하는 상기 제2 이성체화 유닛을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개질 조건은 450℃ 및 550℃의 범위 내에서 개질 온도를 유지하는 상기 개질 유닛, 및 70 및 300 psig의 범위 내에서 개질 압력을 유지하는 상기 개질 유닛을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 1-15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가솔린 혼합물은 30 부피% 미만의 방향족을 포함하는 나프타를 정제하기 위한 공정. - (a) 나프타 피드를 5 또는 6의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하는 경질 나프타 및 중질 나프타로 분리시키는 단계;
(b) 상기 경질 나프타를 경질 아이소머레이트를 생산하기 위한 제1 이성체화 조건하에서 제1 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계, 여기서 상기 제1 이성체화 조건은 100℃ 및 300℃ 범위 내의 제1 이성체화 온도 및 275 psig 및 450 psig 범위 내의 제1 이성체화 압력을 포함하며;
(c) 상기 중질 나프타를 중질 n-파라핀 및 중질 비-파라핀으로 분리시키는 단계, 여기서, 상기 중질 비-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 11 미만의 탄소 원자를 갖는 비-파라핀을 포함하고, 여기서 상기 중질 n-파라핀은 6 초과의 탄소 원자 및 11 미만의 탄소 원자를 갖는 파라핀을 포함하며;
(d) 상기 중질 n-파라핀을 중질 아이소머레이트를 생산하기 위해 제2 이성체화 조건하에서 제2 이성체화 유닛으로 도입시키는 단계, 여기서 상기 중질 아이소머레이트는 상기 중질 n-파라핀과 비교하여 증가된 옥탄가를 갖는 분지형 파라핀을 포함하고, 여기서 상기 제2 이성체화 조건은 100℃ 및 300℃ 범위 내의 제2 이성체화 온도 및 300 psig 및 700 psig 범위 내의 제2 이성화체 압력을 포함하며;
(e) 상기 중질 비-파라핀 스트림을 개질유를 생산하기 위해 개질 조건 하에서 개질 유닛으로 도입시키는 단계, 여기서 상기 개질 조건은 450℃ 및 550 ℃ 범위 내의 개질 온도 및 70 psig 및 300 psig 범위 내의 개질 압력을 포함하고;
(f) 상기 경질 아이소머레이트, 상기 중질 아이소머레이트, 및 상기 개질유의 각각의 적어도 일부를 가솔린 혼합물을 형성하기 위해 조합시키는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 가솔린 혼합물은 90 내지 97의 범위 이내의 옥탄 등급, 35 부피% 이하의 방향족 농도, 및 0.8 부피% 이하의 벤젠 농도를 특징으로 하는, 개선된 특성을 갖는 나프타를 정제하기 위한 공정. - 청구항 17에 있어서,
상기 중질 n-파라핀 스트림은 분자체 흡수, 증류, 추출, 또는 이의 조합을 사용하여 상기 중질 나프타 스트림으로부터 분리되는 나프타를 정제하기 위한 공정.
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