KR20140064790A - 유동 촉매 분해 공정용 수소-풍부 공급원료 - Google Patents

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Abstract

촉매 반응으로 일어나는 공정은, 420 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서, 그리고 300:1 대 3000:1인 수소 대 공급원료 오일 부피 비로, 혼합 영역에서 액체 탄화수소 공급원료에 과잉의 수소를 용해시킴으로써, 황 및/또는 질소 탄화수소 성분을 함유한 탄화수소 오일을 분해하는 단계, 공급에서 경질의 성분 및 남아있는 수소를 제거하기 위해 혼합물을 플래싱하는 단계, 분리 영역에서, 저분자량 탄화수소 생산물, 황화 수소 및 암모니아 가스, 그리고 반응하지 않은 수소로 보다 효율적으로 그리고 경제적으로 분리될 수 있는 저비점 탄화수소 성분을 만들어 내기 위해, 라이저 또는 다운플로우 반응기의 촉매 부유물과 접촉하기 위해, FCC 반응기에 수소가 포화된 탄화수소 공급을 도입시키는 단계를 포함한다. 액체 상에 존재하는 수소는 전환 공정 중에 일어나는 탈황 및 탈질소 반응을 개선시키고, 경제적인 방식으로, 공급원료로부터 현저하게 많은 황- 및/또는 질소함유 오염물을 제거할 수 있다.

Description

유동 촉매 분해 공정용 수소-풍부 공급원료{HYDROGEN-ENRICHED FEEDSTOCK FOR FLUIDIZED CATALYTIC CRACKING PROCESS}
본 출원은 2011년 7월 29일에 출원된 미국 가출원 특허 제61/513,303호의 우선권 주장 출원이며, 상기 가출원은 본원에서 참조로서 병합된다.
본 발명은 탄화수소 공급원료의 유동 촉매 분해(fluidized catalytic cracking) 방법 및 시스템에 관한 것이다.
원유는 이동 연료(transportation fuels) 및 석유 화학 제품을 생산하는 공급원료로 사용된다. 통상적으로 이동용 연료는 특별한 최종 용도 사양을 충족하기 위해 원유로부터 증류된 물질류(distilled fractions)를 처리 및 혼합함으로써 생산된다. 천연 석유 또는 원유의 성분은 현저하게 변화되면서, 모든 원유는 유기 유황 및 다른 황함유 화합물을 함유한다. 일반적으로, 전체 원유의 황함유 탄화수소 화합물의 농도는 약 5 중량 퍼센트 미만이며, 이때 대부분의 원유는 약 0.5 내지 약 1.5 중량 퍼센트의 황 농도 범위를 가진다. 오늘날, 이용가능한 많은 원유원(crude oil sources)이 황을 많이 가지고 있기 때문에, 증류된 물질류는 성능 사양 및/또는 환경 기준을 충족시키는 생산물을 만들어 내기 위해 탈황되어야 한다. 탈황 이후에도, 탄화수소 연료는 원치 않은 양의 황을 여전하게 함유할 수 있다.
탄화수소 공급원료를 저비점 탄화수소(lower boiling point hydrocarbons)로 촉매 전환(catalytic conversion)시키는 기본적인 2 가지 모드가 존재한다. 제 1 모드는, 약 540 ℃ 미만인 반응 전환 온도 및 촉매(catalyst)의 고정층(fixed bed)을 포함한 반응 영역에서 수소를 첨가한 탄화수소 공급원료의 촉매 전환이다. 제 2 모드는, 촉매의 순환 스트림(circulating stream)을 사용하여 약 480 ℃ 내지 약 550 ℃의 온도에서 통상적으로 처리되는 전환 영역에 수소를 첨가하지 않은 탄화수소의 촉매 전환이다.
고정층 수소첨가분해 방법(fixed bed hydrocracking processes)으로 일반적으로 알려진 제 1 모드는 석유 정제기들(petroleum refiners)을 상업화시킴으로써 이루어져 왔지만, 이러한 공정은 여러 가지 단점을 가진다. 오랜 기간 동안 생산 신뢰성을 높이기 위해, 고정층 수첨분해기(fixed bed hydrocrackers)는 다수의 촉매 물품과, 그리고 촉매 안정성을 이루기 위해 150 kg/cm2 이상에서 일반적으로 동작하는 상대적으로 높은 압력의 반응 영역을 필요로 한다. 추가로, 촉매의 고정층에 대한 반응물(액체 탄화수소 공급원료 및 가스 수소)의 2 개 상의 유동(two-phase flow)은 종종 반응 영역 내에서 고르지 못한 분배를 만들어 내고, 비효율적인 촉매 이용과 반응물의 불완전한 전환을 초래한다. 나아가, 순간적으로 잘못된 동작 또는 전력 손실은, 오프라인 동안 촉매 재생 또는 대체를 위해 중지되는 공정을 필요로 할 수 있는 엄격한 촉매 코킹(severe catalyst coking)을 일으킬 수 있다.
일반적으로 유동 촉매 분해(FCC)라 하는 제 2 모드는, 진공가스 오일(vacuum gas oil) 및 잔류물 등의 상대적으로 높은 분자량 탄화수소류를 가솔린 및 다른 생산물로 전환시키기 위해 양호하게 설정된다. FCC는 석유 정유 공장에서 사용되는 가장 중요한 전환 공정 중 하나이며, 유입되는 수소 스트림 없이 동작할 수 있는 성능과, 상대적으로 낮은 압력, 즉, 약 3 kg/cm2 내지 약 4 kg/cm2 미만의 압력을 포함한 특정 이점을 가진다. 그러나, 이러한 모드는 수소 첨가에 의해 탄화수소 생산물을 개선시킬 수 없고, 상대적으로 높은 반응 온도를 필요로 하게 되고, 이때 상기 상대적으로 높은 반응 온도는 코크스(coke)로의 탄화수소의 변화를 가속화시켜, 정상적인 액체 탄화수소 생산물의 잠재적으로 큰 부피 분석 수율(volumetric yield)을 감소시킨다. 이러한 코크스는 촉매에 형성되고, 이로써, FCC 공정은 코크스를 연소시키기 위해 촉매 재생을 필요로 한다(그 후, 촉매는 순환됨).
통상적인 FCC 공정에서, 탄화수소 공급원료은 250-420 ℃로 예열되고, 반응기에서, 또는 상기 반응기와 결합된 촉매 라이저(catalyst riser)에서 약 650-700 ℃로 고온 촉매와 접촉된다. 촉매는 예를 들면, 제올라이트(zeolites)라 알려진 결정질 합성 실리카-알루미나(crystalline synthetic silica-alumina)와, 그리고 무정질 합성 실리카-알루미나(amorphous synthetic silica-alumina)를 포함한다. 촉매 및 반응 생산물은 반응기 부분에서 기계적으로 분리된다. 분해된 오일 증기(cracked oil vapors)는 다양한 생산물로 분리하기 위해 분별탑(fractionation tower)으로 운반된다. 촉매는 재생 용기의 공기로 코크스 석출물을 연소시킴으로써 스트림 스트립핑(steam stripping) 및 재생에 의해 촉매에 잔류한 오일을 제거하기 위해 이동하게 된다.
종래의 오일 정유 공장의 동작에서, 다양한 공정은 별개의 유닛 및/또는 단계에서 일어난다. 이는 일반적으로 자연스럽게 일어나는 원유 혼합물의 복잡성으로 인한 것이며, 그리고 정유 공장에서 처리되는 원유 공급원료가, 생산정(production well)의 위치 및 수명, 생산성에서의 예비 공정 활동성, 및 상기 생산정으로부터 정유 공장으로의 원유를 이동시키기 위해 사용되는 수단에 기반한 품질과 종종 서로 다르다는 점으로 인한 것이기도 하다.
통상적으로, 탄화수소 연료에 존재하는 황함유 탄화수소 화합물은 지방족 분자(aliphatic molecules), 예를 들면, 황화물, 이황화물 및 메르캅탄(mercaptans)을 포함할 뿐만 아니라, 티오펜(thiophene), 벤조티오펜, 디벤조티오펜(dibenzothiophene) 등의 방향족 분자(aromatic molecules), 4, 6-디메틸-디벤조티오펜(4, 6-dimethyl-dibenzothiophene) 등의 알킬 유도체(alkyl derivatives), 그리고 나프테노디벤조티오펜(napthenodibenzothiophenes) 등의 방향족 유도체를 포함한다. 상기 방향족 유도체의 분자는 지방족 분자보다 높은 비점을 가지고, 결과적으로 비점이 높은 물질류에 보다 풍부하게 있다.
연료에서 이러한 황함유 유기 화합물의 공정은 환경 오염의 주요 원인을 구성하고 있다. 황 화합물은 연소 공정 동안 황 산화물로 전환되고, 황 산소산(sulfur oxyacids)을 만들어 내며, 그리고 미립자가 방출하도록 한다. 산소가 공급된 연료 혼합 화합물과, 메탄올 및 디메틸 에테르 등의 소수이거나 전혀 없는 탄소 간의 화학 결합물(carbon-to-carbon chemical bonds)을 함유한 화합물은 연기 및 엔진 배기 방출을 줄이는 것으로 알려졌다. 그러나, 상기와 같은 대부분의 화합물은 높은 증기 압력을 가지고, 그리고/또는 디젤 연료에 거의 용해되지 않으며, 나아가 발화성 역시 형편없다. 황 및 방향족 내용물을 줄이기 위해 화학적 수소 처리 및 수소 첨가에 의해 생산된 정제된 디젤 연료는 또한 연료 윤활성(fuel lubricity)이 감소될 수 있다. 윤활성이 낮은 디젤 연료는 연료 펌프, 주입기 및 고압 하에 연료와 접촉하게 되는 다른 이동 부품의 마모성을 지나치게 일으킬 수 있다.
이동 연료에 대한 황 사양의 저급한 행정 처리 면에 있어, 석유 공급원료 및 생산물로부터의 황 제거의 중요도는 급증하였으며, 수년간 더 급증하였다. 황이 극저로 함유된 연료(ultra-low sulfur content)에 대한 성능 및 환경 규제를 따르기 위해, 정제기들은 정유 공정에서 저황 등급을 가진 연료를 제조할 수 있을 것이다.
지방족의 황 화합물은 종래 HDS 방법을 사용하여 손쉽게 탈황될 수 있지만, 분기성이 높은 지방족 분자(highly branched aliphatic molecules) 일부는 황 원자 제거를 방해할 수 있고, 탈황 처리를 위해 적당하게 경화될 수 있다. 이와 마찬가지로, 방향족 유도체도 제거하기 힘들다.
예를 들면, 황함유 방향족 화합물 중에서 티오펜 및 벤조티오펜은 수소 첨가 탈황을 상대적으로 쉽게 처리하는 반면, 링 화합물(ring compounds)로의 알킬기(alkyl groups)의 추가는 수소탈황(hydrodesulphurization)의 어려움을 다소 증가시킨다. 벤조티오펜 패밀리(benzothiophene family)로 또 다른 링을 추가한 결과물인 디벤조티오펜은 탈황 처리를 현저하게 어렵게 만들고, 이러한 어려움은 이들의 알킬 치환에 따라 크게 변화하며, 이때 상기 디-베타 치환(di-beta substitution)은 탈황 처리를 가장 어렵게 만들고, "처리하기 어려운 물질(refractory)" 명칭(appellation)을 정당화시킨다. 이러한 소위 베타 치환기는 황 헤테로원자가 촉매 상의 활성 부위를 보지 못하게 한다. HDS 유닛은 다수의 링의 방향족 황 화합물과 같이, 황 원자가 입체 구조로 방해를 받는 화합물로부터 황을 제거하기에는 효율적이지 않다. 이는, 황 헤테로원자가 2 개의 알킬기, 예를 들면, 4, 6-디메틸디벤조티오펜에 의해 방해를 받는 경우 특히나 그러하다. 그러나, 이러한 방해를 받는 디벤조티오펜들은 50 내지 100 ppm 등의 저황 등급으로 우세하다.
조만간에 더 엄격한 황 사양을 충족시키기 위해서, 상기와 같은 방해를 받는 황 화합물은 또한 증류액의 공급원료 및 생산물로부터 제거되어야 할 것이다. 종래의 수소화탈황 및 수소분해 기술을 포함한 수소화 공정은 현재 깨끗한 연료를 만들어 내기 위해, 황함유 탄화수소류를 탈황시키기 위한 가장 보편적인 처리 방식이다.
그러나, 엄격한 동작 조건(즉, 증가된 수소의 부분 압력, 높은 온도, 및 촉매 부피)은 이러한 처리하기 어려운 황 화합물로부터 황을 제거하도록 적용되어야 한다. 수소의 부분 압력 증가는 현존하는 유닛에서 재순환 가스 순도(recycle gas purity)를 증가시킴으로써 단지 행해질 수 있다. 대안적으로, 새로운 그래스루트 유닛들(new grassroots units)은 비용이 높은 옵션물로 설계되어야 할 것이다. 엄격한 동작 조건의 사용은 수율 손실, 촉매의 적은 순환 및 생산물 품질 저하(예를 들면, 색상)를 초래한다.
소위 처리하기 어려운 황을 경제학적으로 제거하는 것은 대단히 어려우며, 그리고 황 등급을 약 10 ppm 아래에 속한 디젤 범위에서 탄화수소 연료를 끓여 황 화합물을 제거하는 것은 현재 알려진 수소 처리 기술에서 매우 비용이 많이 나간다. 보다 엄격한 황 사양을 충족시키기 위해서, 이러한 처리하기 힘든 황 화합물은 탄화수소 연료로부터 제거되어야 한다.
현존하는 시설에 대해서, 실질적으로 비용이 들어간 추가적인 장비, 하드웨어 및 제어 시스템 없이, 탄화수소 생산물 품질 및 수율을 효율적으로 그리고 경제적으로 개선시킬 수 있는 방법 및 시스템을 제공할 필요가 있다.
본 발명은 일반적으로 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역에서 액체 탄화수소 공급원료를 저분자량 탄화수소 화합물로 전환시키는 방법 및 시스템에 관한 것이며, 상기 방법은 다음을 포함한다:
a. 수소-풍부 액체 탄화수소 공급원료를 생산하기 위해, 혼합 영역에 상기 액체 탄화수소 공급원료와 과잉의 수소가스를 혼합시켜, 상기 수소가스의 일부를 상기 액체 탄화수소 공급원료에 용해시키는 단계;
b. 용해되지 않은 수소가스의 적어도 일부가 플래싱되는 플래싱 영역으로, 상기 수소-풍부 액체 탄화수소 공급원료와, 그리고 남아있는 수소를 도입시키는 단계;
c. 공급원료를 저비점 탄화수소로 전환시키는 것을 포함한 반응을 위해, 상기 플래싱 영역으로부터 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로 상기 수소-풍부 액체 탄화수소 공급원료를 도입시켜, 도입된 탄화수소 공급원료를 유동 촉매 분해 촉매에 접촉시키는 단계; 및
d. 전환된 탄화수소 생산물을, 상기 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로부터 회수시키는 단계.
이해하는 바와 같이, 상기 방법은 또한 탈황 탄화수소 화합물과 황화 수소 를 생산하기 위해, 상기 수소와 황함유 탄화수소 화합물을 반응시키며, 그리고 상기 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로부터 상기 전환된 탄화수소 생산물과 함께, 황화 수소를 회수시킴으로써, 황함유 탄화수소 화합물을 포함하는 액체 탄화수소 공급원료를 개선시킬 수 있다.
이하에서 기술되는 다른 실시예들에 따라 추가로 설명하는 바와 같이, 본 발명은 탄화수소 공급원료를 저비점 탄화수소로 전환시키면서, 탈황 및/또는 탈질소 반응을 촉진시킬 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
상기 방법은 또한 탈질소 탄화수소 화합물과 암모니아를 생산하기 위해, 상기 수소와 질소함유 탄화수소 화합물을 반응시키고, 상기 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로부터 상기 전환된 탄화수소 생산물과 함께, 암모니아를 회수시킴으로써, 공급원료에 존재하는 질소함유 탄화수소 화합물 양을 줄일 수 있다.
이러한 방법은 바람직하게, 현존하는 FCC 유닛의 장치를 상대적으로 최소로 변형한 정유 공장을 이용함으로써 종래의 FCC 공정의 효율을 높이거나, 또는 고비점 탄화수소 공급원료를 분해하고, 그리고 탈황 및/또는 탈질소 반응을 수행하도록 개선될 수 있다.
상기의 개요뿐만 아니라, 다음의 상세한 설명은, 첨부된 도면을 참조할 시에 가장 잘 이해될 수 있을 것이다. 제시된 본 발명의 목적을 위해, 현재 바람직한 도면 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 이해하는 바와 같이, 본 발명은 도시된 정확한 배치 및 장치에 제한되지는 않는다. 도면에서, 동일 참조 번호는 동일하거나 유사한 소자를 의미하기 위해 사용되며, 상기 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 수소-풍부 유동 촉매 분해 방법의 공정 흐름도이고;
도 2a는 도 1의 공정에서 사용되기에 적합한 혼합 영역 및 플래싱 영역의 공정 흐름도이고;
도 2b는 도 2a의 혼합 영역에서 사용되기에 적합한 다양한 가스 유형의 분배 장치를 도시하고;
도 3a는 도 1의 공정에서 사용되기에 적합한 라이저 반응기를 포함한 FCC 유닛의 개략도이고;
도 3b는 도 1의 공정에서 사용되기에 적합한 다운플로우 반응기(downflow reactor)를 포함한 FCC 유닛의 개략도이며; 그리고
도 4는 탄화수소의 수소 용해도 대 원유류(crude oil fraction)의 비점의 그래프이다.
개선된 FCC 방법은, 개시된 바와 같이, 공급 원료를 FCC 반응기에 넣기 전에, 과잉의 수소가스를 공급 원료에 혼합하는 단계를 포함한다. 특히, 혼합 영역에서 통합되기 때문에, 수소는 공급원료에 용해되고, 액체 및 잔류한 가스 수소 혼합물은 용해된 수소를 함유한 공급원료로부터 가스를 분리하기 위해 플래싱 영역으로 통과한다. 회수된 수소는 혼합 영역으로 재순환된다. 용해된 수소를 함유한 액체는 분해 촉매와 혼합되고, FCC 반응기로 들어간다. 이로써, 현저한 가스 수소상(gaseous hydrogen phase)을 포함하는 종래의 수소 농축 접근법과는 달리, 실질적인 단일-상(single-phase)(즉, 액상) 반응이 일어나고, 경질의 반응 생산물의 제거를 초래한다.
이렇게 간단하고 개략적인 제시 및 설명의 목적을 위하여, 정유 공장 동작에 통상적으로 사용되고 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 다수의 밸브들, 펌프들, 온도 센서들, 전자 제어기들 등은 도시되지 않는다. 나아가, 예를 들면, 공기 공급부, 촉매 홉퍼(catalyst hoppers), 연료 가스 처리 및 FCC 증류 장치 등의 종래의 FCC 공정의 실시 구성요소들 역시 도시되지 않는다.
도 1은 수소-풍부 공급원료를 포함한 본 발명의 유동 촉매 분해 방법의 공정 흐름도이다. 일반적으로, 시스템(100)은 다음을 포함한다:
액체 탄화수소 공급원료 스트림(110)을 수용하는 적어도 하나의 주입구와, 수소가스 스트림(112)을 수용하는 적어도 하나의 주입구와, 그리고 결합 스트림(120)을 방출하는 배출구를 갖춘 혼합 영역(114);
상기 배출구에서 방출된 결합 스트림(120)과 유체가 연통하도록 하는 주입구와, 혼합 영역(114)의 하나 이상의 수소가스 주입구와 유체가 연통하도록 하는 가스 배출구와, 그리고 수소-풍부 공급원료(130)를 방출하는 배출구를 갖춘 플래싱 영역(122); 및
플래싱 영역(122)의 수소-풍부 공급원료 배출구와 유체가 연통하도록 하는 주입구와, 그리고 생산물 배출구를 갖춘 FCC 유닛(150).
시스템(100) 동작 동안, 액체 탄화수소 공급원료 스트림(110)은, 미리 판별된 수소가스 양을 액체 혼합물에 용해시켜 수소-풍부 액체 탄화수소 공급원료를 만들어 내기 위해, 혼합 영역(114)에서 수소가스 스트림(112)과 혼합된다. 수소가스 스트림(112)은 스트림(116)을 통해 들어온 신선한 수소와, 플래싱 영역(122)으로부터 나온 스트림(118)을 통해 들어온 재순환 수소를 포함한다. 수소-풍부 공급원료와 잔류한 과잉 수소가스를 포함한 결합 스트림(120)은, 수소 및 다른 가스(예를 들면, 경질 공급원료류, light feedstock fractions)가 스트림(124)으로서 플래싱 오프되고 제거되는 플래싱 영역(122)으로 운반된다. 스트림(124)의 일부(118)는 재순환되어, 공급된 신선한 수소(116)와 혼합된다. 수소가스 스트림(112)의 재순환 수소의 백분율은, 플래싱 영역(122)으로부터 회수되고 용해되지 않은 과잉의 수소에 대한 다양한 요인에 따라 달라질 것이다. 플래싱 가스의 잔류 일부는, 다른 정유 공장(refinery) 및/또는 석유 화학 적용물(미도시)을 위해 분배되거나 수집될 수 있는 추출 스트림(bleed stream)(126)으로서, 시스템으로부터 방출된다.
미리 판별된 용해 수소량을 함유하는 수소-풍부 탄화수소 공급원료 스트림(130)은 분해 반응을 거치기 위해 FCC 유닛(150)으로 공급된다. 추가로, 공급원료가 헤테로원자 함유 탄화수소를 포함하는 실시예들에서, 헤테로원자 제거 반응, 예를 들면, 탈황 및 탈질소 역시 일어난다. FCC 반응 및 분리 영역(150)의 반응기 일부로부터 나온 분해된 오일 증기 유출 스트림(170)(cracked oil vapor effluent stream)은 생산물을 다양한 생산물로 회수 및 분류하기 위해, 분별탑(미도시) 등의 하나 이상의 분리 용기로 방출 및 운반된다.
상술된 장치 및 방법에 사용되는 초기 공급 원료는 다양한 소스로부터 얻어진 원유 또는 부분적으로 정제된 오일 생산물일 수 있다. 공급원료의 소스는 원유, 합성 원유, 분해 역청(cracked bitumen), 오일 샌드(oil sand), 분해 쉘 오일(cracked shale oil), 석탄 액체(coal liquids) 또는 상기의 소스 중 하나를 포함한 조합일 수 있다. 공급원료는 진공가스 오일 등의 정유 공장의 중간 스트림; 솔벤트 탈아스팔트 공정으로부터 얻어진 탈아스팔트화 오일 및/또는 탈금속화 오일; 미전환 수첨분해기 버텀(unconverted hydrocracker bottoms) 및/또는 수첨분해기 재순환 스트림, 수소처리 진공가스 오일, 코킹 공정(coking process)으로부터 얻어진 경질 코커(light coker) 또는 중질 코커 가스 오일; 별개의 FCC 공정으로부터 얻어진 경질 순환 오유(light cycle oil), 중질 순환 오일 및 정화된 슬러리 오일 등의 FCC 중량 생산물 또는 본원에서 기술된 수소-풍부 공급원료 FCC 공정으로부터 나온 재순환 스트림(들); 열분해 공정(visbreaking process)으로부터 얻어진 가스 오일; 또는 수소화 처리 유닛들(hydroprocessing units)로부터 나온 다른 잔류물; 또는 상기의 공급원료 중 임의의 조합일 수 있다. 특정 실시예들에서, 진공가스 오일은 통합 공정에 대해 적합한 공급원료이다.
혼합 영역(114)으로 들어간 수소가스는 높은 순도를 가질 필요는 없다. 이는 공급부에 추가되거나 플래싱 아웃될 수 있는(flashed out), 저비점(low boiling points)을 가진 다른 탄화수소를 함유할 수 있다.
도 1에 도시된 혼합 영역(114)은, 필요한 액체 및 가스의 밀접한 혼합(intimate mixing)을 달성하는 장치일 수 있고, 그 결과 충분한 수소는 액체 탄화수소 공급원료에 용해된다. 다른 실시예들에서, 혼합 영역은 수소와 공급원료를 위한 결합 주입구를 포함할 수 있다. 효과적인 유닛 동작은 하나 이상의 가스 액체 분배 용기를 포함하고, 상기 용기의 장치는 스퍼저들(spargers), 주입 노즐들(injection nozzles), 또는 난류 혼합으로 수소가스를 액체 탄화수소에 주입하기 위해 충분한 속도를 제공하여 수소 포화를 촉진시키는 다른 장치들 포함할 수 있다. 적합한 장치는 예를 들면, US 특허 3,378,349, 3,598,541, 3,880,961, 4,960,571, 5,158,714, 5,484,578, 5,837,208 및 5,942,197에 기술되고, 이들의 관련 부분들은 본원에서 참조로서 병합된다.
특정 실시예들에서, 예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 칼럼(column)은, 수소가스(112)가 복수의 위치(112a, 112b, 112c, 112d 및 112e)에서 주입되는 수소 분배 용기(hydrogen distributor vessel)(114)로서 사용된다. 수소가스는, 공급원료에서 수소를 효과적으로 용해시키기 위해 충분하게 혼합되는 칼럼으로 주입되되, 수소 분배기들을 통하여 주입된다. 예를 들면, 적합한 주입 노즐들이 근접한 여러 개의 판들(위치: 112a-112d)에 제공될 수 있고, 또한 칼럼의 하부에도 제공될 수 있다(위치: 112e). 액체 공급원료(110)는 칼럼의 하부 또는 상부로부터 공급될 수 있다.
다양한 유형의 수소 분배기 장치가 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 2b를 참조하여, 가스 분배기들은 혼합 영역에서 포화 상태를 달성하기 위해 칼럼 또는 용기에 유동하는 탄화수소 공급원료에 수소가스를 균일하게 분배시키도록 구성된 노즐 및/또는 제트(jets)에 맞춰진 관형 주입기들(tubular injectors)을 포함할 수 있다.
혼합 영역에서 동작 조건은 액체 탄화수소 혼합물 내의 수소가스의 용해도를 증가시키기 위해 선택된다. 혼합 영역은 특정 실시예들에서 약 5 바 내지 약 200 바의 압력 레벨로 유지되며, 그리고 액체 탄화수소의 리터당 수소의 약 300 내지 약 3000 정규화된 리터(normalized liters)인 수소의 정규화된 부피 대 액체 탄화수소의 부피비로 유지된다.
플래싱 영역(122)은 액체 탄화수소의 용액에서 미리 판별된 수소가스량을 유지하기 위해 적합한 동작 조건으로 유지되는 하나 이상의 플래시 드럼들(flash drums)을 포함할 수 있다.
도 3a는 라이저 반응기(riser reactor)를 가진 FCC 유닛(250)의 대표적인 구성을 개략적으로 도시한다. FCC 유닛(250)은 일반적으로 라이저(254), 촉매 스트립핑부(catalyst stripping portion)(256) 및 가스-촉매 분리부(258)를 갖춘 반응기/분리기(252)를 포함한다. FCC 유닛(250)은 또한 소모된 촉매를 재생하는 재생 용기(260)를 포함한다. 추가로, 증류 칼럼(290)은 반응 생산물 가스(270)를 생산물과 부산물로 분리하기 위해 제시된다.
수소-풍부 탄화수소 공급원료는 재생 용기(260)로부터 관(262)을 통하여 운반되는, 신선하거나 재생되는 고체 분해 촉매 입자(효과적인 양을 가지고 가열됨)와 혼합되고 밀접하게 접촉되도록 하는 관(230)을 통하여 운반된다. 공급 혼합물 및 분해 촉매는 라이저(254)로 들어가는 부유액(suspension)을 형성하기 위한 조건 하에서 접촉된다. 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, FCC 공정의 다른 종래의 동작 양태들은 본 발명에 직접 관련이 없기 때문에 상세하게 기술하지 않을 것이다.
연속적인 공정에서, 분해 촉매와 수소-풍부 탄화수소 공급원료의 혼합은 라이저(254)를 통하여 분리부(258)를 향하여 위로 진행된다. 고온 분해 촉매 입자는 탄소 간의 결합 개열(carbon-carbon bond cleavage)에 의해 상대적으로 큰 탄화수소 분자를 촉매 반응으로 분해한다. 추가로, 본원에 기술된 공정에서, 헤테로원자 함유 탄화수소(예를 들면, 탈황 및 탈질소)의 전환도 일어날 수 있고, 이러한 전환 반응으로부터의 반응 생산물(황화 수소 및 암모니아 포함)은 분해 생산물과 함께, FCC 유닛(250)으로부터 제거된다.
반응하는 동안, 종래의 FCC 동작과 같이, 반응에 이용가능한 수소로 인해 크기(extent)가 작지만, 분해 촉매는 코크스화되고(coked), 이에 따라서, 활성 촉매 부위(active catalytic sites)로의 접근이 제한되거나 존재하지 않는다. 반응 생산물은, 예를 들면, 촉매 스트립핑부(256) 상에 위치한 FCC 유닛(250)의 분리부(258)를 일반적으로 의미하고 FCC 유닛들에 대해 알려진 적합한 구성을 사용하여, 코크스화된 촉매로부터 분리된다. 분리부는 예를 들면, 사이클론(cyclones) 등의 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 적합한 장치를 포함할 수 있다. 탈황 및/또는 탈질소 생산물, 황화 수소 및/또는 암모니아를 포함한 반응 생산물 가스는 관(270)을 통하여 빠져나간다(withdrawn). 분리된 촉매는 과잉의 오일을 제거하기 위해 스트립핑되는 스트림용 촉매 스트립핑부(256)로 떨어지되, 코크스 석출물(coke deposits)이 재생 용기(260)에서 연소되기 전에 떨어진다.
반응 생산물 가스는 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 종래의 생산물 회수부(recovery section)의 칼럼(290)에서 분류된다. 예를 들면, 통상적으로 반응 생산물(270)로부터 회수된 생산물 스트림은 나프타 스트림(naphtha stream, 274), 경질 순환 오일 스트림(276), 중질 순환 오일 스트림(278) 및 슬러리 오일 스트림(280)을 포함한다. 선택적으로, 경질 오일의 일부는 시스템에 충분한 수소를 제공하기 위해, 혼합 용기(114)(도 1)로 다시 재순환될 수 있다. 추가로, 경질 탄화수소, 본원에 기술된 수소-풍부 공정의 특정 실시예에서, 황화 수소 및 암모니아 등의 헤테로원자 가스를 포함하는 오프가스 스트림(offgas stream, 272)이 만들어진다.
탄화수소 공급원료의 유체 분해기로부터 나온 코크스 석출물을 함유하는 촉매 입자는 촉매 스트립핑부(256)로부터 관(264)을 통하여 재생 용기(260)로 통과한다. 재생 용기(260)에서, 코크스 촉매는 관(266)을 통해 재생 용기(260)로 들어가는 산소 함유 가스의 스트림, 예를 들면, 순수한 산소 또는 공기와 접촉하게 된다. 재생 용기(260)는 통상적인 FCC 동작으로 매우 잘 알려진 구성 및 조건 하에서 동작된다. 예를 들면, 재생 영역(260)은 관(268)을 통하여 방출되는 연소 생산물을 포함한 재생 오프 가스를 만들어내기 위해, 유체층(fluidized bed)으로 동작할 수 있다. 고온 재생 촉매는 상술된 바와 같이, 수소-풍부 탄화수소 공급원료와 혼합되기 위해, 재생 용기(260)로부터 관(262)을 통하여 라이저(254)의 하부로 이동된다. 특정 실시예들에서, 재생 용기는 유체층이며, 수분이 없는 산소 함유 가스(water-free oxygen-containing gas)는 촉매 입자로부터 코크스 석출물을 연소하기 위해 사용되며, 그리고 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함한 가스 생산물은 관(268)을 통하여 방출된다.
비재생된 촉매의 슬립스트림(slipstream)(촉매 함유 코크스 석출물)은 관(257)을 토하여 라이저(254)로 통과할 수 있다. 비재생된 촉매는 FCC 유닛 반응물에 열을 공급하기 위해 라이저 반응기에 재순환될 수 있다. 추가로, 본 발명의 수소-풍부 공급원료 공정에 따라서, 특정 동작은 통과하는 촉매당 상대적으로 낮은 코크스 축적물을 초래하고, 이로써, 비재생된 촉매 또한 활성 촉매의 만족스러운 소스로서 기능한다. 특히, 상술된 바와 같이 슬립스트림에 함유된 촉매의 양은 본원에서 기술된 공정의 촉매 대 오일 중량 비율의 고려 사항 또는 계산에 포함되어야 한다.
일반적으로, 적합한 라이저 FCC 유닛의 반응기에 대한 동작 조건은 약 250 ℃ 내지 약 420 ℃의 공급원료 온도; 약 650 ℃ 내지 약 700 ℃의 촉매 온도; 약 300 ℃ 내지 약 565 ℃의 라이저 온도; 약 400 ℃ 내지 약 850 ℃의 반응기 온도; 약 5 바 내지 약 200 바의 반응 압력; 약 1 초 내지 약 600 초의 (반응기) 접촉 시간; 및 약 1:1 내지 약 30:1, 그리고 특정 실시예에서, 약 1:1 내지 약 10:1의 촉매 대 오일 비율을 포함한다.
도 3b를 참조하면, 도 3b는 FCC 유닛(350)의 일반화된 공정 흐름도를 개략적으로 도시하며, 이때 상기 FCC 유닛(350)은 다운플로우 반응기(downflow reactor)를 포함하고, 본 발명의 수소-풍부 공급원료 FCC 공정에 바람직하게 사용될 수 있다. FCC 유닛(350)은 반응 영역(353) 및 분리 영역(355)을 가진 반응기/분리기(352)를 포함한다. FCC 유닛(350)은 또한 소모된 촉매를 재생시키는 재생 용기(360)를 포함한다. 추가로, 증류 칼럼(390)은 반응 생산물(370)을 생산물과 부산물로 분리시키기 위해 구비된다.
수소-풍부 탄화수소 공급원료는 관(330)을 통하여 반응 영역(353)으로 전달되고, 특정 실시예들에서는 미립자화(atomization) 공급을 위한 스트림 또는 다른 적합한 가스에 의해 수반될 수도 있다. 재생 영역(360)으로부터 나온 신선하거나 고온으로 재생되는 고체 분해 촉매 입자(효과적인 양을 가지고 가열됨) 또한 이동하되, 예를 들면, 일반적으로 이동 라인 또는 스탠드파이프를 의미하는 아래로 향한 관 또는 파이프(362)를 통하여 반응 영역(353)의 상부에서의 중단 웰(withdrawal well) 또는 홉퍼(미도시)로 이동한다. 고온 촉매 흐름은 통상적으로 반응 영역(353)으로 균일하게 안정적으로 안내될 수 있다.
수소-풍부 공급원료는 예를 들면, 촉매와 오일 혼합을 완전하게 그리고 균일하게 초래하는 다수의 주입 노즐들을 사용하여 반응 영역(353)에 주입된다. 충전물(charge)이 고온 촉매에 접촉하게 되면, 분해 반응이 일어난다. 분해된 탄화수소 생산물의 반응 증기, 반응되지 않은 공급물 및 촉매 혼합물은 반응 영역(353)의 나머지 부분을 통하여 반응기/분리기(352)의 하부의 고속 분리 영역(355)으로 고속으로 유동한다. 분해되거나 분해되지 않은 탄화수소는 도 3a에 대해 기술되고 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 증류 칼럼(390)을 포함한 종래의 생산물 회수부로 안내되되, 관 또는 파이프(370)를 통하여 안내된다.
온도 제어가 필요한 경우, 켄치 인젝션(quench injection)은 분리 영역(355) 바로 앞에서, 반응 영역(353)의 하부 근방에 제공될 수 있다. 이러한 켄치 인젝션은 분해 반응을 고속으로 감속시키거나 정지시킬 수 있고, 분해 처리를 엄격하게 제어하기 위해 이용될 수 있고, 추가된 공정 유연성을 가능케 한다.
반응 온도, 즉, 다운플로우 반응기의 배출구 온도는, 재생 영역(360)으로부터 반응 영역(353)의 상부로 재생 촉매의 유동을 제어하는 촉매 슬라이드 밸브(catalyst slide valve)(미도시)를 개폐함으로써 제어될 수 있다. 흡열성 분해 반응에 필요한 열은 재생 촉매에 의해 공급된다. 고온 재생 촉매의 유동 속도(flow rate)를 변화시킴으로써, 엄격한 동작 또는 분해 조건은 경질 올레핀 탄화수소 및 가솔린의 원하는 수율을 만들어 내도록 제어될 수 있다.
스트립퍼(stripper)(371)는, 재생 영역(360)으로 이동되는 촉매로부터 오일을 분리하기 위해 구비될 수도 있다. 분리 영역(355)으로부터 나온 촉매는, 적합한 스트립핑 가스, 예를 들면 스트림이 스트림(373)을 통해 도입되는 촉매 스트립핑부를 포함한 스트립퍼(371)의 하부로 유동한다. 스트립핑부에는 통상적으로, 아래로 유동하는 촉매가 유동하는 스트립핑 가스에 대해 반대 반향으로 통과하는 여러 개의 배플들(baffles) 또는 구조화된 패킹(packing)(미도시)이 구비된다. 위로 유동하는 스트립핑 가스(통상적인 스트림)는, 촉매 구멍(catalyst pores) 또는 촉매 입자 간에 남아 있는 추가적인 탄화수소를 "스트립" 또는 제거하기 위해 사용된다.
스트립되거나 소모된 촉매는, 재생 영역(360)의 리프트 라이저(lift riser)를 통하여, 연소 공기 스트림(366)으로부터 상승력(lift forces)에 의해 이동된다. 추가적인 연소 공기와 접촉될 수도 있는 이렇게 소모된 촉매는 축적된 코크스의 제어된 연소를 받게 된다. 연료 가스는 관(368)을 통하여 재생기로부터 제거된다. 재생기에서, 부산물 코크스의 연소로부터 생산된 열은, 반응 영역(353)에서 흡열성 분해 반응을 위해 열을 제공하는데 필요한 온도를 상승시키는 촉매로 이동된다.
특정 충전물 및 원하는 생산물 또는 생산물 범위에 적합한 촉매는 FCC 반응 및 분리 영역 내의 유동 촉매 분해 반응기로 운반된다. 활성 촉매 금속은 원소 형태 또는 화합물 형태로 코발트, 텅스텐, 니켈, 바나듐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 구리, 철 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 활성 금속은 통상적으로 기본 제올라이트 매트릭스(base zeolitic matrix) 상에 존재하게 되지만, 다른 적합한 기본 구조물, 예를 들면, 카오린(kaolin), 몬트모릴로나이트(montmorilonite), 할로이사이트(halloysite), 및 벤토나이트(bentonite) 등의 하나 이상의 클레이들(clays) 및/또는 알루미나, 실리카, 보리아(boria), 크로미아(chromia), 마그네시아(magnesia), 지르코니아(zirconia), 티타니아(titania) 및 실리카-알루미나(silica-alumina) 등의 하나 이상의 무기질 다공체 산화물이 사용될 수 있다.
특히, 추가로, 특정 헤테로원자 함유 탄화수소로부터 헤테로원자가 없는 탄화수소로의 전환이 필요한 실시예들에서, 적합한 수소화 처리 촉매의 미리 판별된 양이 포함될 수 있다. 예를 들면, 수소분해 촉매는, 무정질 알루미나 촉매, 무정질 실리카 알루미나 촉매 및 제올라이트 기반 촉매 중 하나 또는 이들 촉매들을 포함한 조합을 포함할 수 있다. 수소분해 촉매는 특정 실시예들에서, Ni, W, Co 및 Mo 중 하나, 또는 상기 Ni, W, Co 및 Mo을 포함한 조합을 포함한 활성 상 물질(active phase material)을 가질 수 있다. 수소화 처리 촉매에는 별개의 지지 매트릭스들(support matrixes)이 제공될 수 있고, 상기 수소화 처리 촉매는 FCC 촉매(들)와 혼합될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 활성 수소분해 촉매 금속은 FCC 촉매와 함께 지지 매트릭스들에 통합될 수 있고, 이로 인해 이중 기능 촉매 입자들이 사용될 수 있다.
통상적인 FCC 공정에서, 대량의 신선하거나 재생된 촉매는 상대적으로 높은 반응 온도 및 낮은 압력으로 중량의 탄화 수소를 분해시키기 위해, 매우 짧은 반응물 체류 시간(예를 들면, 0.1 내지 30 초) 동안 사용된다. 탄화수소 분해 탄화수소 화합물들은 이렇게 짧은 체류 시간 동안 반응기로부터 방출된다. FCC 공정 중에, 2 개 유형의 분해 반응인 열 분해 및 촉매 분해가 일어난다. 열 분해는 고온의 고분자량 화합물이 저분자량 화합물로 전환되는 것을 의미한다. 이러한 반응은, 시작 단계로서의 C-C 결합의 균일 분열(homolytic fission) 이후 2차 탄소 원자로부터의 메틸 라디칼(methyl radical)의 수소 추출(보다 더 안정한 라디칼을 형성하기 위함)을 하는 자유 라디칼 메커니즘을 뒤따른다. 촉매 분해에서, 고분자량 화합물은 양성자를 첨가함으로써(protonation), 카르베늄 이온(carbenium ions)으로 전환된다. 카르베늄 이온은 β-분열 반응(scission reactions)을 통하여 저분자량 파라핀 및 올레핀으로 분해된 후, 분자 내의 재배열(intramolecular rearrangements) 및 탈양성자화(deprotonation) 처리된다. 파라핀은 올레핀으로의 전환을 위해 분자 재배열을 겪는다. 특정 이론에 의해 결합될 필요는 없지만, 여겨지는 바와 같이, 본원에 기술된 공정에서, 용해된 수소는 공급원료와 함께 원자화되고, 개열 및 재결합 반응을 위해 손쉽게 이용될 수 있고, 이로 인해, FCC 공정에서 종래의 반응 메커니즘은 변경될 수 있다. 수소가 존재할 시에, n-파라핀 분자의 C-C 결합의 개열은 2 개의 1차 라디칼을 생산한다. 이러한 1차 라디칼은 짧은 체류 시간 동안 저분자량 탄화수소 및 수소 라디칼을 만들어 내기 위해 수소와 선택적으로 반응한다. 수소 라디칼은 다른 탄화수소 분자로부터 수소를 추출하고 2 차 라디칼을 생산함으로써 체인(chain)을 증식시킨다(propagate). 추가적인 반응 즉, 2 차 라디칼의 쪼개짐(splitting)은 1-올레핀 및 1 차 라디칼을 생산하기 위해 일어날 수 있으며, 그 후에 상기 1-올레핀 및 1 차 라디칼은 반응 체인의 재생으로 탄화 수소를 만들어 내기 위해 수소에 의해 포화된다:
R-(CH2)6-R' → R-CH2-CH2-CH2● + ●CH2-CH2-CH2-R'
R-CH2-CH2-CH2● + H2 → R-CH2-CH2-CH3 + H●
H●+ R-(CH2)6-R' → R-(CH2)-CH●-(CH2)4-R' + H2
R-(CH2)-CH●(CH2)4-R' → R-CH2-CH● + CH2=CH-CH2-CH2-R'
R-CH2-CH● + H2 → R-CH2-CH3 + H●
분해 반응과 더불어, 특정 헤테로원자 함유 탄화수소로부터의 헤테로원자가 없는 탄화수소로의 전환은 또한 수소의 존재로 인해 가능해질 수 있다. 예를 들면, 황 헤테로원자는 황화 수소를 생산하기 위해 황함유 탄화수소 화합물로부터 제거되고, 질소 헤테로원자는 암모니아를 생산하기 위해 질소함유 탄화수소 화합물로부터 제거된다.
부가된 수소의 이점을 이루기 위해서는, 충분한 체류 시간 및 수소가 반응에 이용될 수 있어야 한다. FCC 공정에서 체류 시간이 통상적으로 매우 짧기 때문에, 이는, 중요한 가스 상(significant gas phase) 및 화학량론적인 과잉의 수소를 수반하는 FCC 공정의 종래의 접근법에 따른 상당한 도전 과제이다. 특히, 수소의 중요한 가스 상은 경질의 반응 생산물의 스트립핑을 초래한다. 이러한 스트립핑 효과는 본 발명의 공정에 따라 수소-풍부 공급 원료를 사용하여 최소화되거나 제거된다.
본 발명 공정에 따른 액체 공급원료에 용해된 수소는 공급원료와 함께 원자화되고, 분해 및 헤테로원자 제거 반응에 대해 손쉽게 이용될 수 있을 것이다. 이와 유사하게, 이용 가능한 수소는 분해 촉매의 존재로 형성된 카르보늄 이온(carbonium ions)과 반응하고, 저분자량 탄화수소를 형성하기 위해 카르베늄 이온을 안정시킨다. 나아가, 코크스 형성은, 중량의 분자가 응축물을 형성하기보다는 오히려 안정되기 때문에 최소화된다.
본원에서 기술된 혼합 영역 및 플래싱 영역을 사용하여, 수소의 기능적인 유효 양은 액체 탄화수소 공급원료에 용해될 수 있다. 공급원료에 용해된 수소량은 혼합 영역 및 플래싱 영역의 동작 조건, 그리고 공급의 비점을 포함한 다양한 요인들에 따라 달라진다. 도 4의 그래프에서 용해도 데이터로 표시된 바와 같이, 수소는 저비점에서, 중량 물질류보다 상대적으로 가벼운 탄화수소류를 보다 더 잘 용해시킬 수 있다.
본 발명의 방법 및 시스템은 상기에서 그리고 첨부된 도면에서 설명하였다; 그러나, 변경 사항은 이러한 설명에 기반하여 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백해 질 수 있을 것이며, 본 발명의 권리 범위 보호는 이후에 기재된 청구항에 의해 정의되어야 한다.

Claims (13)

  1. 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역(fluidized catalytic cracking reaction and separation zone)에서, 저분자량 탄화수소 화합물로 액체 탄화수소 공급원료를 전환시키는 방법에 있어서,
    a. 수소-풍부 액체 탄화수소 공급원료(hydrogen-enriched liquid hydrocarbon feedstock)를 생산하기 위해, 혼합 영역에 상기 액체 탄화수소 공급원료와 과잉의 수소가스를 혼합시켜, 상기 수소가스의 일부를 상기 액체 탄화수소 공급원료에 용해시키는 단계;
    b. 용해되지 않은 수소가스의 적어도 일부가 플래싱되는 플래싱 영역(flashing zone)으로, 상기 수소-풍부 액체 탄화수소 공급원 및 잔여 수소를 도입시키는 단계;
    c. 저비점 탄화수소로의 전환을 포함하는 반응을 위해, 상기 플래싱 영역으로부터, 유동 촉매 분해 촉매(fluidized catalytic cracking catalyst)를 함유하는 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로 상기 수소-풍부 액체 탄화수소 공급원료를 통과시키는 단계; 및
    d. 전환된 탄화수소 생산물을, 상기 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로부터 회수하는 단계;를 포함하는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 탄화수소 공급원료는 황함유 탄화수소 화합물을 포함하며,
    상기 방법은, 탈황 탄화수소 화합물 및 황화 수소를 생산하기 위해, 상기 수소 및 황함유 탄화수소 화합물을 반응시키는 단계, 및 상기 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로부터 상기 전환된 탄화수소 생산물과 함께, 황화 수소를 회수하는 단계를 포함하는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 탄화수소 공급원료는 질소함유 탄화수소 화합물을 포함하며,
    상기 방법은, 탈질소 탄화수소 화합물 및 암모니아를 생산하기 위해, 상기 수소 및 질소함유 탄화수소 화합물을 반응시키는 단계, 및 상기 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로부터 상기 전환된 탄화수소 생산물과 함께, 암모니아를 회수하는 단계를 포함하는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수소는 상기 플래싱 영역으로부터 회수되고, 상기 혼합 영역에서 상기 액체 탄화수소 공급원료와 혼합시키기 위해 재순환되는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합 영역은, 상기 수소가스가 난류 조건 하에서 상기 탄화수소 공급원료와 접촉되는 수소 분배 용기를 포함하는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 분배 용기는 복수의 주입 포트들을 포함하는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합 영역은 약 5 바 내지 약 200 바의 압력 범위에서 유지되는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합 영역에서, 수소의 정규화된 부피(normalized volume) 대 액체 탄화수소의 부피의 부피비는 약 300:1 내지 약 3000:1의 범위에 유지되는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 탄화수소 공급원료는 원유, 합성 원유, 분해 역청(cracked bitumen), 오일 샌드(oil sand), 분해 쉘 오일(cracked shale oil), 석탄 액체, 진공가스 오일, 탈아스팔트화 오일, 탈금속화 오일, 미전환 수첨분해기 버텀(unconverted hydrocracker bottoms), 수첨분해기 재순환 스트림(hydrocracker recycle streams), 수소처리 진공가스 오일, 경질 코커 가스 오일(light coker gas oil), 중질 코커 가스 오일, 경질 순환 오일, 중질 순환 오일, 정화된 슬러리 오일, 열분해로 처리된 가스 오일 및 이들의 조합을 포함하는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전환된 탄화수소 생산물은 나프타 스트림, 경질 순환 오일 스트림, 중질 순환 오일 스트림 및 슬러리 오일 스트림을 포함하는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 경질 순환 오일은 청구항 1의 a 단계의 혼합 영역으로 재순환되는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은, 헤테로원자 함유 탄화수소를 헤테로원자가 없는 탄화수소로의 전환을 촉진시키기 위해, 상기 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역으로 수소분해 촉매를 도입시키는 단계를 더 포함하는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 플래싱 영역으로부터 유출된 공급원료의 압력 및 온도는, 상기 유동 촉매 분해 반응 및 분리 영역에 들어온, 용해된 수소 농도를 최대화시키기 위해, 유지되는, 액체 탄화수소 공급원료 전환 방법.
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