KR20140092815A

KR20140092815A - 사이클론 분리를 이용한 용매 탈아스팔트화

Info

Publication number: KR20140092815A
Application number: KR1020147010399A
Authority: KR
Inventors: 탐 코스카덴; 그렉 디더츠; 대미엔 호킹; 다리우스 레메사트; 짐 컨즈
Original assignee: 메그 에너지 코오퍼레이션
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2014-07-24
Also published as: MX355399B; RU2014117517A; CN104105780A; WO2013044346A1; BR112014007815A2; EP2760974A4; MX2014003951A; SG11201401274PA; EP2760974B1; EP2760974A1; AU2011378107A1; KR20180064553A; CN104105780B; ES2725551T3

Abstract

본 발명은 역청과 같은 중질 탄화수소를 더욱 경질이고 유동성인 생성물, 더욱 구체적으로는 정제장치에 적합하면서 희석제를 첨가하지 않고 파이프라인 운송 기준을 만족시키는 최종 탄화수소 생성물로 개질하는 방법에 관한 것이다. 고체 아스팔텐 부산물이 용이한 취급 및 추가의 처리를 위해 발생된다. 본 발명은 캐나다 역청을 개질하는데 목적이 있지만, 임의의 중질 탄화수소를 개질하는데 일반적인 용도가 있다. 상기 방법은 (a) 가열기에서 공정 유체인 중질 탄화수소를 예정 온도까지 예열하고; (b) 상기 예열된 공정 유체를 반응기로 이동시키고, 상기 반응기 내의 공정 유체의 아스팔텐을 최적으로 전환하여, 열적으로 영향을 받은 아스팔텐 풍부 분획(들)의 흐름, 및 비응축성 증기 및 더욱 가벼운 액체 탄화수소(들)의 흐름을 생성하고; (c) 용매 추출 공정을 이용하여 상기 열적 영향을 받은 아스팔텐 풍부 흐름을 중질 탈아스팔트화 오일(DAO)의 흐름 및 농축 아스팔텐을 함유하는 제2 흐름으로 탈아스팔트화하고; (d) 분리 유닛에서 상기 제2 흐름으로부터 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 분리하고, 공정 용매를 회수하고; (e) 상기 정제장치 공급원료가 상기 생성된 흐름들 중 적어도 하나를 포함하도록 하는 것을 포함한다.

Description

사이클론 분리를 이용한 용매 탈아스팔트화{SOLVENT DE-ASPHALTING WITH CYCLONIC SEPARATION}

본 발명은 역청과 같은 중질 탄화수소를 더욱 경질이고 유동성인 생성물, 더욱 구체적으로는 정제장치에 적합하면서 희석제를 첨가하지 않고 파이프라인 운송 기준을 만족시키는 최종 탄화수소 생성물로 개질하는 방법에 관한 것이다. 고체 아스팔텐 부산물이 용이한 취급 및 추가의 처리를 위해 발생된다. 본 발명은 캐나다 역청을 개질하는데 목적이 있지만, 임의의 중질 탄화수소를 개질하는데 일반적인 용도가 있다.

정제 저유황 원유(refining sweet crude resources)는 중질 고유황 원유(heavy sour crudes)에 비해 자본비가 덜 들고 가공 비용이 아주 더 낮다. 그러나, 운송 연료의 생산을 위한 정제장치에 공급하기 위한 경질 저유황 원유의 세계적인 입수 가능성은 감소하는 추세에 있으므로, 중질 고유황 원유의 가공은 탄화수소계 연료에 대한 세계적인 수요를 만족시키기 위한 선택사항으로서 그 중요성이 증가하고 있다.

중질 원유를 가공하기 위한 대부분(전부가 아닌 경우)의 상업적인 개질장치(upgrader)는 중질의 점착성 탄화수소를, 경질 저유황 내지 중질 고유황 블랜드 범위의 원유 제품으로 전환하기 위해 건설되어 왔다. 중유 개질 장치는 근본적으로 이를. 원료중 20 중량% 이하를 코크스 부산물로서 방출하고 5%를 오프가스(off-gas) 생성물로서 방출하거나, 원료중 중질 성분이 더욱 가볍고 황 함량이 낮은 액체 생성물 및 가스로 전환되는 것을 최소화하기 위해 수소화 분해 및 수소화 처리와 같은 수소화 공정을 필요로 하는 고강도 전환 공정을 통해 달성한다.

종래 기술의 설명

오일 샌드 역청(Oil Sands bitumen)을 파이프라인으로 운송가능하고 정련소에 허용가능한 원유로 전화하고/하거나 개량하기 위한 공정이 개시되어 왔다. 특히, 열분해, 접촉 분해, 용매 탈아스팔트화 및 이들 세 가지의 조합(예를 들어, 비스브레이킹 및 용매 탈아스팔트화)가 역청을 전환하여 정제 장치 원료로서 운송 및 사용하기 위한 그의 특징을 개선하기 위해 제안되어 왔다.

열분해

열분해의 한 형태인 비스브레이킹(visbreaking) 또는 점도 감소(viscosity breaking)는 잘 알려진 석유 정제 공정으로서, 중유 및/또는 잔사유가 비교적 온화한 조건하에서 열분해 또는 분해되어, 점도 및 유동점이 더욱 낮은 생성물을 제공함으로써, 원유의 유동성을 개선하기 위해 희석제로 알려진 배합 탄화수소를 얻기 위해 필요한 덜 점착성이고 값비싼 것들의 양을 감소시키고 원유가 최소 운송 파이프라인 기준(19의 최소 API 비중)을 만족시키도록 하는 공정이다.

두 가지의 기본적인 점도 감소 구조가 있는데, 하나는 코일만으로 된 비스브레이커(coil-only visbreaker)이고 다른 하나는 코일 및 소우크로 이루어진 비스브레이커(coil-and-soak visbreaker)이다. 둘 모두 원유를 가열하기 위한 가열기를 필요로 하는데, 코일만으로 된 구조는 가열기 튜브 내에서만 접촉을 이용한다. 코일만으로 된 비스브레이커는 가열기의 출구에서 약 1 분의 체류 시간으로 약 900 ℉에서 작동한다. 가스 오일이 재순환되어 반응을 정지시킨다. 코일 및 소우크로 된 비스브레이커의 경우, 용기가 노(furnace )의 출구에서 사용되어 원유의 분해를 위한 추가의 체류시간을 제공한다. 온도가 서서히 감소함에 따라 원유가 계속 분해/반응한다. 코일 및 소우크로 된 비스브레이커는 800 ℉의 가열기 출구 온도에서 작동한다. 소우커 드럼 온도는 출구에서 700 ℉까지 감소하는데, 응집 체류 시간(aggregate residence time)은 약 1 시간 이상이다.

이러한 비스브레이킹 방법의 예들이 다음문헌[Beuther 등, "Thermal Visbreaking of Heavy Residues", The Oil and Gas Journal. 57:46, Nov 9, 1959, pp. 151-157; Rhoe 등, " Visbreaking: A Flexible Process", Hydrocarbon Processing, January 1979, pp. 131-136; 및 US Pat. No. 4,233,138)]에 기재되어 있다. 생산량은 두 구조의 경우 대략 동일한데, 1 내지 3% 경유, 5%(wt) 나프타 및 15%(vt) 기체 오일이다. 나머지는 중유 및 역청으로 남아있다. 그 생성물들은 증류탑에서 분리되어 추가로 가공 또는 배합된다.

표준 비스브레이킹 방안과 관련하여, 캐나다 역청(Canadian Bitumen)의 경우, 조작 온도는 유의한 코크스화(coking)가 조작성에 영향을 미치는 한계(약 700 ℉ 내지 720 ℉)를 초과한다(Golden 및 Bartletta, Designing Vacuum Units (for Canadian heavy crudes), Petroleum Technology Quarterly, Q2, 2006, pp. 105). 또한, 열이 가열기에서 짧은 시간 동안 가해져서, 국소적 열유속이 균일하지 않고 코크스화 개시 한계를 아주 초과할 수 있으며, 그 열은 일정하게 유지되지 않아서 축합 반응이 일어날 수 있다. 캐나다 역청에 통상적인 비스브레이킹을 적용하려는 시도는, 코크스화 경향이 있고 이러한 시스템이 이러한 문제를 처리할 수 없기 때문에 제한된다.

미국 특허 제 6,972,085호의 첫 번째 부분 및 미국 특허 출원 US2008/0093259호에서는, 연장된 시간 동안 원유에 열을 일정하고 지속적으로 가하기 위한 바램에 접근하려는 시도가 이루어지고 있다. 특히, 가열기 및 유지 용기가 원유에 대한 연속적인 가열 중탕을 발생하기 위해 하나의 용기로 통합된다. 다수의 가열 수준이 여러 시점에서 원유에 인가된다. 이는 표준 비스브레이킹과 비교하여 개선된 것이지만, 가공된 원유 내의 열점(heat spot)을 제거하지 못하기 때문에, 분해를 위한 최적 수준을 초과하는 온도 피크로 인해 코크스화가 일어날 수 있다.

열분해/접촉 분해 및 용매 탈아스팔트화의 조합

미국 특허 제 4,454,023호에서는 중질의 점착성 탄화수소 오일의 처리 방법이 개시되어 있다. 그 방법은 오일을 점도 감소시키는 단계와, 온도감소된 오일을 분별하는 단계와, 점도감소된 오일의 비증류 부분을 2단계 탈아스팔트화 공정에서 용매 탈아스팔트화하여 분리된 아스팔텐(asphaltene), 수지 및 탈아스팔트화 오일 분획을 생성하는 단계와, 탈아스팔트화 오일("DAO")을 점도감소된 증류물과 혼합하는 단계와, 상기 탈아스팔트화 단계의 수지를 재순환하여, 초기에 비스브레이커에 운반된 원료와 합치는 단계를 포함한다. 상기 미국특허 4,454,023호는 더욱 경질의 탄화수소(15 초과의 API 비중)를 캐나다 역청보다 개질하기 위한 수단을 제공하지만, 탄화수소 흐름을 과도하게 분해하고 코크스화하는 열분해 기술이 적용되는 단점이 있고, 탈아스팔트화 오일로부터 수지 분획을 분리하기 위한 2단계 용매 탈아스팔트화 장치가 복잡하고 값비싼 단점이 있다. 또한, 수지 흐름의 일부분을 재순환하기 위한 필요성이 조작 비용 및 조작 복잡성을 증가시킨다.

미국특허 제 4,191,636호에서는, 중유를 수소화처리하여 아스팔텐을 선택적으로 분해하고 니켈 및 바나듐과 같은 중금속을 동시에 제거함으로써 중유를 아스팔텐 및 금속이 없는 오일로 연속적으로 전환된다. 그 액체 생성물은 아스팔텐이 없고 금속이 없는 오일의 가벼운 분획과 아스팔텐을 함유하고 중금속을 함유하는 오일의 무거운 분획으로 분리된다. 가벼운 분획은 생성물로서 회수되고, 무거운 분획은 수소화처리 단계로 재순환된다. 이러한 4,191,636호의 공정을 이용한 캐나다 중질 역청(10 미만의 API 비중)의 접촉 전환은 선택성 및 생산량에 영향을 미치는 급속한 촉매 불활성화로 인해 신뢰성 문제를 야기하는 경향이 있는 고강도(high-intensity) 공정이다.

미국특허 제 4,428,824호에서는, 점도감소(visbreaking) 조작으로부터 아스팔텐을 제거하기 위하여 용매 탈아스팔트화 유닛이 점도감소 유닛의 상류측에 설치된다. 이러한 구조에 있어서, 점도감소 유닛은 더욱 무거운 분자를 오염이 없이 더욱 가벼운 탄화수소 분자로 전환하기 위하여 더욱 높은 온도에서 조작될 수 있는데, 이는 아스팔텐이 생성물 흐름으로부터 완전히 제거되기 때문이다. 그러나, 그공정에서 아스팔텐의 초기 제거가 원유의 이러한 부분의 정제가능한 생성물로의 열적 전환을 방해하기 때문에 역청의 생산량이 크게 감소된다(10 내지 15% 만큼).

미국특허 제 4,428,824호에서와 같이, 미국특허 제 6,274,032호는 탄화수소 공급원을 처리하기 위한 공정으로서, 1차 원유 성분들을 분리하기 위한 분별장치와, 그 이후에 설치되는 것으로 더욱 무거운 미정제 아스팔텐이 풍부한 성분을 처리하기 위한 용매 탈아스팔트화(SDA) 유닛과, 비아스팔텐 흐름을 위한 온화한 열분해 장치를 포함하는 공정을 개시하고 있다. 상기 아스팔텐 풍부 흐름은 가스화 유닛에서 가공되어 수소 요건을 위한 합성 가스를 발생한다. 열접촉 장치의 상류측에 SDA 유닛을 배치하면, 정제장치 공급물인 역청의 수율이 감소하는데, 이는 캐나다 역청의 15% 이하를 구성하는 원유의 아스팔텐 부분이 원유로서 일정 형태로 포함되는 고려로부터 제거되기 때문이다. 생성물 수율의 이러한 감소는 점도감소 장치에서의 증가된 열분해를 통해서는 보상되지 않는다.

미국특허 제 4,686,028호에서는, 전체 원유를 처리하기 위한 방법이 개시되어 있는데, 그 방법은 고비점 탄화수소를 2단계 탈아스팔트화 공정에서 탈아스팔트화하여 분리된 아스팔텐, 수지 및 탈아스팔트화 오일 분획을 생성하는 단계와, 상기 수지를 수소화 및 점도감소를 통해 개질하는 단계를 포함한다. 상기 미국특허 4,686,028호의 발명은 코크스 발생을 최소화하기 위하여 전체 원유 흐름의 일부분에 점도감소를 적용한다. 그러나, 상기 특허 4,686,028호는 최적의 전환을 통해 이점을 얻을 수 있는 원유의 많은 부분을 상실하여, 원유의 많은 부분이 운송 희석제를 필요로 하지 않고 파이프라인 생성물로서 얻어지지 않는다는 제한이 있다.

미국특허 제 5,601,697호에서는 상압증류 원유(topped crude oil)의 처리 방법을 개시하고 있는데, 상기 방법은 상압증류 원유를 감압 증류하는 단계와, 증류의 하부 생성물을 탈아스팔트화하는 단계와, 탈아스팔트화 오일을 접촉 분해하는 단계와, 증류가능한 접촉 분해 분획들(약 1100 ℉ 미만의 대기중 비등 온도)을 혼합하여 수송 연료, 경질 가스 및 슬러리 오일을 포함하는 생성물을 생성하는 단계를 포함한다. 미국특허 제 5,601,697호는 상압증류 원유를 약 850℉까지 감압 증류하고 탈아스팔트화 오일을 접촉 분해하여 수송 연료를 생성하는 것과 관련된 복잡성, 비용 및 기술적 실현성의 단점이 있다.

미국특허 6,533,925호에서는, 용매 탈아스팔트화 공정을 가스화 공정 및 용매, 탈아스팔트화 오일(DAO) 및 수지를 포함하는 용매 용액으로부터 수지 상을 분리하기 위한 개선된 공정과 통합하는 것을 포함하는 방법이 기재되어 있다. 제1 아스팔텐 추출장치의 온도보다 높은 온도까지 가열된 용매를 이용한 수지 추출 장치가 상기 6,533,925호 특허 발명에 포함되어 있다. 아스팔텐 흐름이 처리되지만, 임의의 열적 전환 이전에 제거되므로, 이용가능한 정제장치 공급원료로의 값의 향상을 얻는 가능성이 제거된다. 따라서, 원유 흐름의 가능한 전체 수율이 감소된다.

미국특허 출원 제 2007/0125686호에서는, 중질 탄화수소 흐름이 증류를 통해 여러 분획으로 분리되고 무거운 성분이 온화한 열분해장치(점도감소장치)로 보내지는 공정이 개시되어 있다. 온화한 열분해기로부터의 나머지 무거운 액체는 개방 기술의 SDA 유닛에서 용매 탈아스팔트화된다. SDA로부터 분리된 아스팔텐은 가스화 장치에의 공급물로 사용된다. 탈아스팔트화 오일은 온화한 열 분해장치의 응축 증기와 배합되어 배합 생성물을 형성한다. 상기 '023 특허에서 언급한 바와 같이, 점도감소(visbreaking)는 조기 코크스 발생의 문제에 당면한다. 구체적으로, 상기 '686 특허 출원은 이러한 온화한 열분해장치의 목적이 캐나다 역청과 함께 사용되지 않는 비아스팔텐 물질만을 열분해함에 있다는 것을 설명하고 있다. 또한, 추가의 에너지가 증류 단계에서 요구되는데, 분리된 성분들의 대부분은 파이프라인 운송을 위해 다시 합쳐진다.

SDA 발생 아스팔텐 풍부 흐름

미국특허 제 4,421,639호에서는, 용매 탈아스팔트화 공정은 2차 아스팔트 추출장치를 이용하여 아스팔텐 물질을 농축하고 탈아스팔트화 오일을 회수한다. 농축된 아스팔텐 흐름은 가열기를 통해 18 psia에서 425 ℉가 되고, 플래시 드럼(flash drum) 및 흐름 스트리퍼(stream stripper)를 이용하여 아스팔트 흐름으로부터 용매(프로판의 경우)를 분리한다. 액체 형태의 아스팔트 생성물은 저장을 위해 펌핑된다. 이러한 구성은 아스팔트 풍부 흐름이 이러한 조건에서 액체인 경우에만 적용된다. 이는 임의의 감지할 수 있게 고체인 아스팔텐이 역청과 같은 아스팔텐 풍부 흐름에서와 같이 존재하는 경우에는 막히는 단점이 있다.

미국특허 제 3,847,751호에서는, SDA 유닛으로부터의 농축 아스팔텐 생성물이 용매와 혼합되어 액체 용액으로서 분무 건조장치에 운반된다. 분무 노즐의 디자인 및 압력 강하는 형성되는 액체 소적(droplet)의 크기를 결정한다. 액상 탄화수소(용매) 소적이 작을수록, 증기로 더욱 빨리 완전히 플래시된다. 중질 탄화수소(아스팔텐) 입자가 작을수록, 건조하고 비점착성인 고체 입자를 생성하는 목적으로 중질 소적을 냉각하기 위한 열전달을 위해 이용가능한 표면적이 더욱 넓다. 추가의 대류열전달을 통해 냉각을 강화하는 외에도, 용기의 크기(아주 커지려는 경향이 있음)를 감소시키기 위하여 그의 강하속도를 느리게 함으로써 소적의 체류 시간을 증가시키기 위하여 추가의 액체 가스가 분무 건조장치의 하부에 첨가된다. 이러한 구성은 추출장치에 침전된 아스팔텐 입자가 공정 조작 온도에서 용매에서 고체 형태로 존재하는 경우에는 요구되지 않는다.

미국특허 제 4,278,529호에서는, 역청 물질을 이월(carry-over)하지 않고 압력 감소를 통해 역청질 물질로부터 용매를 분리하는 방법이 예시되어 있다. 역청질 물질 및 용매를 포함하는 유체상이 압력 감소 밸브를 통해 압력이 감소되고 흐름 스트리퍼에 도입된다. 이러한 압력 감소는 용매의 일부분을 가스화시키고 용매 내의 미세한 역청질 입자들의 미스트(mist)를 분산시킨다. 이러한 접근방법과 관련된 사항은 잔류 아스팔트가 적셔지고 끈적한 상태로 남아있고, 무거운 역청질 상(고체가 많음)을 유동가능하게 유지하는데 충분한 용매를 갖지 않는다는 것이다.

미국특허 제 4,572,781호에서는, 원심분리 경사분리기(centrifugal decanter)를 이용하여 중질 탄화수소 물질로부터 고연화점의 실질적으로 건조한 아스팔텐을 분리하여 고체 아스팔텐의 고도로 농축된 슬러리로부터 액체상을 분리하는 용매 탈아스팔트화 방법이 기재되어 있다. 이러한 방법은 고체 입자를 갖는 고농도 아스팔텐 흐름을 취급하고자 시도하지만, 고체의 분리가 경사분리기에의 물질 흐름을 만드는데 필요한 추가의 용매를 이용하여 고/액 분리를 통해 수행되기 때문에 아주 값비싼 공정이다. 반드시, 분리된 고체 물질은 여전히 비교적 적셔지고 용매를 증기상태로 회수하기 위한 또 다른 건조 단계를 필요로 한다. 용매 증기는 재사용 및 또 다른 고에너지 단계를 위해 응축될 필요가 있다.

미국특허 제 7,597,794호에서는, 용매 추출을 통한 분리 후 분산 용매가 아스팔트 상에 도입되고, 아스팔트 상은 증기기-고체 분리장치에서 급속한 상 변화를 받고 고체 입자들로 분산되면서 용매가 증발되어 아스팔트와 용매의 저온 분리가 달성되면서 조절가능한 크기의 아스팔트 입자가 얻어진다. 운송 매체로서 액상 용매를 이용하는 플래시/스프레이 건조기를 이용한 접근 방법은 이러한 통합 공정에서 발생된 아스팔텐이 플래시 건조 단계 이전, 동안 및 이후에 적셔진 상태로 남아있다. 또한, 이러한 통합 공정의 경우, 아스팔텐은 증가된 온도에서 계속 액화된다. 적셔진 아스팔텐은 표면에 쉽게 들러붙고 설비를 쉽게 오염시키고 막는다. 이러한 접근 방법을 이용함에 따른 신뢰성의 감소로 인해 높은 아스팔텐 함량을 갖는 중질 원유의 조작이 값비싸게 된다.

미국특허 제 7,964,090호에서는, SDA 및 가스화를 이용하여 중질 아스팔텐 원유를 개질하는 방법이 기재되어 있다. 이 특허에서 흥미로운 것은, 한 종 이상의 아스팔텐 및 한 종 이상의 비아스팔텐을 포함하는 탄화수소를 용매와 혼합함으로써 가스화 장치에의 흐름이 발생되는데, 상기 탄화수소에 대한 용매의 비는 약 2: 1 내지 약 10:1 이다. 아스팔텐 풍부 흐름은 액체 흐름으로서 SDA에서 가스화 장치로 전달된다. 운반에 사용된 다량의 용매가 가스화 장치에서 소모되어 연료가스 당량 값으로 감소한다. 아스팔텐은 액체가 되려는 경향이 있기 때문에, 물질을 운반하기 위해 지정된 양의 용매를 이용하는 것이 가능하다. 고체 아스팔트의 경우, 이러한 방법은 운반하는데 10 내지 20 배 더 많은 용매를 필요로 하고, 이러한 양의 값 비싼 용매는 소모되어 그의 값이 감소된다.

발명의 요약

본 발명의 다른 양태는 하기의 상세한 설명으로부터 당업자에게 더욱 명백히 이해되고, 하기의 설명에서는 본 발명의 여러 가지 실시예들이 예시의 목적으로 도시 및 기재되어 있다. 이해되는 바와 같이, 본 발명은 다른 여러 실시예에 대하여고 가능하고, 이의 여러 사항들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 다른 면에서 변형될 수 있다. 따라서, 첨부 도면 및 상세한 설명은 제한적인 것이 아니라 사실상 예시적인 것으로 간주하여야 한다.

본질적으로, 캐나다 오일 샌드 역청(Canadian Oil Sands bitumen)과 같은 중질 원유로부터 파이프라인에 적합한 원유 및 정제장치 공급원료(feedstock)를 생성하기 위한 개선된 방법이 기재되는데, 상기 방법은 (1) 반응기내에서 전체 역청 흐름내의 코크스 및 오프가스 생성을 최소화하면서 최적 아스팔텐 전환을 실시하여, 열적 영향을 받은 아스팔텐 풍부 분획, 최소의 비응축성 증기 흐름 및 증가된 정제장치 공급 액체 흐름을 생성하고; (2) 상기 열적 영향을 받은 아스팔텐 풍부 분획을 정제장치 공급 액체 흐름 및 농축 아스팔텐 흐름으로 탈아스팔트화하고, (3) 특정 탄화수소 성분을 선택적으로 파이프라인 기준에 요구된 바와 같이 수소화처리하고, 모든 액체 흐름을 최종적으로 배합하여 정제장치 공급물을 생성하고; 그리고 (4) 가스화 장치, 발전소 또는 아스팔트 플랜트에서의 전환을 위해 상기 농축 고체 아스팔트를 관성 분리하는 것을 포함한다.

역청은 열처리 되어 선택된 아스팔텐을 제거 및 전환/분해하고, 상기 아스팔텐은 더욱 효율적인 용매 추출 공정에서 충분히 분리되어, 코크스의 생성이 감소되고 바람직하지 않은 오염물(예, 금속, MCR, 및 잔류 아스팔텐)이 분리된다.

캐나다 역청 아스팔텐 상의 측쇄들의 상대 복잡성 및 높은 정도를 고려하여, 본 발명의 조작 조건하에서, 상기 측쇄들은 중심 아스팔텐 분자로부터 우선적으로 절단되어 원하는 감압 가스 오일 내지 경질 탄화수소 성분들이 얻어진다. 나머지 폴리방향족 아스팔텐 코어는 조작 조건 이상으로 높여진 온도 및 압력에서 고체 상태로 잔류하므로, 열적 영향을 받지 않은 아스팔텐보다 더욱 용이하게 분리되어, 용매 탈아스팔트화(50) 및 관성 분리(110) 등의 증기-고체 분리와 같은 분리 공정이 개선된다.

또한, 역청 내의 더욱 무거운 탄화수소는, 정제장치에서의 분리 및 전환에 바람직하게 되는 감압 가스 오일, 가솔린 및 증류물 비등 범위 성분들로 온화하게 분해된다. 반응기 내 역청 풀 내부의 온도 및 열류의 임의의 주요한 변화는 코크스화, 기체 수율의 증가, 본래 역청의 전체 원유 수율의 감소, 및 조작 신뢰성의 감소로 이어져서, 실비의 조작 비용이 증가한다.

본 발명은 임의의 미가공 또는 가공된 탄화수소 흐름을 이용하여 무겁고 아스팔트 함량이 높은 원유(예를 들어, 캐나다 역청) 및 공급원료로부터 파이프라인에 적합하고 정제장치에 적합한 공급 원료를 제조하기 위한 장치 및 방법을 제공하는데, 상기 방법 및 장치는 반응기의 원하는 조작 온도 또는 그 근처의 예정 온도까지 공정 유체를 예열하기 위한 예열기와; 상기 공정 유체를 반응기내로 이동시켜서, 공정 유체에 제어된 방식의 열의 인가를 통해 공정 유체를 전환하여, 상기 공정 유체가 반응기 도처에서 실질적으로 균일한 온도를 유지하여 열적으로 영향을 받은 아스팔트 풍부 분획의 흐름 및 최소의 비응축성 증기를 갖는 액체 탄화수소 증기의 흐름을 생성하는 것을 포함한다. 상기 증기의 흐름은 두 흐름으로 추가로 분리되는데, 하나는 비응축성 증기의 흐름이고, 다른 하나는 경질 액체 탄화수소의 흐름이다. 상기 열적 영향을 받은 아스팔트 풍부 분획은 용매 추출 공정을 이용하여 탈아스팔트화 오일 액체의 흐름 및 농축 아스팔텐으로 각각 분리된다. 상기 공정에서 생성된 탈아스팔트화 오일 액체 및 경질 액체 탄화수소는 배합되어 파이프라인 및 정제장치에 적합한 공급원료를 형성한다. 상기 농축 아스팔텐은 증기-고체 분리 유닛(예를 들어, 관성)에서 처리되어 건조한 고체 아스팔텐 부산물이 발생된다.

스위프 가스(sweep gas)가 반응기에서 파괴될 수 있고, 예열되어 반응기의 가열기 이외의 열류원을 제공할 수 있고, 마찬가지로 상기 스위프 가스는 반응기 부산물의 제거에 도움이 된다.

탈아스팔트화는 통상적인 용매 추출 공정을 이용하여 달성되는데, 초기의 공정 유체는 중질 아스팔트 풍부 분획만이 탈아스팔트화를 필요로 하도록 분리되었기 때문에, 높은 용매 대 오일 비율(solvent-to-oil ratio)을 이용하는 추출 공정이 실시가능하고 경제적이다. 더욱 낮은 용매 대 오일 비율을 이용한 개선된 용매 추출 성능 및 개선된 DAO 수율이, 최종 추출 단계 이전에 아스팔텐 풍부 분획을 추가로 농축함으로써 달성될 수 있다. 상기 방법은 일차 용매 추출 칼럼으로부터의 아스팔텐 풍부 흐름에 대하여 조작되는 추가의 용매 추출 칼럼(세정 칼럼)을 이용하여 알려진 용매 탈아스팔트화를 개선하여 파이프라인 원유 회수율 및 품질을 증가시킨다.

SDA 공정은 중질의 아스팔텐 풍부 탄화수소 흐름의 일정 부분이 반응기로 재순환되어 새로운 공급물과 배합될 수 있도록 한다.

얻어지는 농축된 열적으로 영향을 받은 아스팔텐은 원심분리 수집기, 침강 챔버 또는 관성 분리기와 같은 증기-고체 분리기에서 성공적으로 처리되어 건조한 고체 아스팔텐 부산물이 발생된다.

일 실시예에서, 본 발명은 중질 탄화수소로부터 증대된 정제장치 공급원료 및 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 제조하는 개선된 방법을 제공하는데, 상기 방법은

(a) 가열기에서 공정 유체인 중질 탄화수소를 예정 온도까지 예열하고;

(b) 상기 예열된 공정 유체를 반응기로 이동시키고, 상기 반응기 내의 공정 유체의 아스팔텐을 최적으로 전환하여 열적으로 영향을 받은 아스팔텐 풍부 분획(들)의 흐름, 및 비응축성 증기 및 더욱 가벼운 액체 탄화수소(들)의 흐름을 생성하고;

(c) 용매 추출 공정을 이용하여 상기 열적 영향을 받은 아스팔텐 풍부 흐름을 중질 탈아스팔트화 오일(DAO)의 흐름 및 농축 아스팔텐을 함유하는 제2 흐름으로 탈아스팔트화하고;

(d) 분리 유닛에서 상기 제2 흐름으로부터 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 분리하고, 공정 용매를 회수하고;

(e) 상기 정제장치 공급원료가 상기 생성된 흐름들 중 적어도 하나를 포함하도록 하는 것을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 상기 반응기가 하기의 파라미터 내에서 조작되는 상부의 부분적 응축기(overhead partial condenser)를 구비한 단일 열적 전환 반응기인 연속적인 방법을 제공한다:

(a) 반응기 내의 공정 유체에 도입된 7000 내지 12000 BTU/hr sqft의 균일한 열유속;

(b) 반응기내에 도입된 20 내지 80 scf/bbl (기체/공정 유체)의 스위프 가스;

(c) 반응기 내에서 40 내지 180 분의 공정 유체 체류 시간;

(d) 반응기 내에서 675 내지 775 ℉의 실질적으로 균일한 조작 온도;

(e) 반응기 내에서 50 psig 미만의 상압 근처의 조작 압력.

추가의 실시예에서, 상기 정제장치 공급원료는, 파이프라인에 적합하고, 19도 초과의 API 비중 및 8 ℃에서 350 Cst 미만의 점도를 갖는 생성된 흐름들 중 적어도 두 개의 배합물을 포함하고, 상기 생성된 흐름들 중 하나 이상은 올레핀을 제거하도록 처리된다.

또 다른 실시예에서, 상기 정제장치 공급원료는 그의 감압 잔사유의 비율 때문에 다양한 정제장치 타입에 적당한 생성된 흐름들 중 하나 이상을 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 통합 공정이, 개질장치 또는 정제장치의 미가공 또는 가공된 중질 탄화수소 흐름을 공급원료로서 받고 경질의 액체 탄화수소 및 중질의 탈아스팔트화 탄화수소 공정 흐름을 개질장치 또는 정제장치에 제공함으로써 기존의 코커 기반 역청 개질장치(coker-based bitumen upgrader) 또는 정제장치에 적용되는 방법을 제공한다.

추가의 실시예에서, 상기 통합 공정은 개질장치 또는 정제장치의 미가공 또는 가공된 중질 탄화수소 흐름을 공급원료로서 받고 경질의 액체 탄화수소 및 중질의 탈아스팔트화 탄화수소 공정 흐름을 개질장치 또는 정제장치에 제공함으로써 기존의 잔사유 수소화분해 개질장치 또는 정제장치에 적용된다.

여전히 추가의 실시예에서, 상기 통합 공정은 개질장치 또는 정제장치의 미가공 또는 가공된 중질 탄화수소 흐름을 공급원료로서 받고 경질의 액체 탄화수소 및 중질의 탈아스팔트화 탄화수소 공정 흐름을 개질장치 또는 정제장치에 제공함으 로써 코크스화 공정 대신에 새로운 역청 개질장치, 새로운 "저유황 원유" 정제장치 또는 기존의 "저유황 원유" 정제장치에 적용된다.

몇몇 도면에 걸쳐서 동일 도면 부호가 유사한 부분을 나타내는 도면을 참조하여, 본 발명의 몇몇 양태가 제한이 아니라 예시의 목적으로 도면에 상세히 예시된다. 도면에서,
도 1은 중질 탄화수소 공급원료로부터 파이프라인으로 운송가능한 탄화수소 생성물을 형성하기 위한 공정도이고;
도 2는 특히 분해 공정 및 액체 분리 공정에 속하는 공정도이고;
도 3은 예시적인 용매 탈아스팔트화 공정에 대한 공정도이고;
도 4는 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 감압 및/또는 코크스화 유닛을 갖는 기존의 개질장치 또는 정제 장치를 이용하는 온화한 열분해와 개선된 용매 탈아스팔트화의 통합 공정의 예시적인 적용을 도시하고,
도 5는 도 4의 온화한 열분해와 개선된 용매 탈아스팔트화의 통합 공정의 특별한 예시적인 적용을 도시하는 것으로, 설명된 하나 이상의 실시예에 따라 통합 분해장치/SDA로부터 수소화처리, 잔사유 수소화처리 및 가스화 유닛에 보내진 여러 생성물과 함께 기존의 개질장치 또는 정제 장치로부터의 감압 하부 흐름을 공급한 것을 도시한다.
도면에서의 유닛, 흐름 및 설비
아래에 제공되는 유닛, 공정 흐름 및 설비 요소의 목록들이 도면에서 번호 매긴 구성요소에 대하여 인덱스되고 독자의 참조를 위해 제공된다.
도 1에서의 유닛
10 = 공정
20 = 공급물 가열기
30 = 반응기
40 = 기-액 분리기
50 = 고성능 용매 추출
110 = 관성 추출 유닛
도 1에서의 흐름
12 = 새로운 역청 공급물
14= 가열기에의 완전한 공급물
21 = 빈응기에의 공급물
32 = 반응기 상부
34 = 반응기 하부
36 = 반응기에의 스위프 가스
43 = 비응축성 증기
44 = 40으로부터의 경질 탄화수소 액체
52 = DAO
54 = 수지
58 = 아스팔텐 풍부 흐름
60 = 생성물
70 = 수지 재순환
111 = 아스팔텐 고체
112 = 재순환용 용매
도 2에서의 유닛
30 = 반응기 - 최적 아스팔텐 전환 유닛 -
41 = 상부 응축기
42 = 증기/액체 분리기
도 2에서의 흐름
21 = 반응기에의 공급물
22 = 반응기에의 에너지/열의 첨가
32 = 반응기 상부
34 = 반응기 하부
36 = 반응기에의 스위프 가스
43 = 비응축성 증기
44 = 42로부터의 경질 탄화수소 액체
45 = 증기/액체 분리기(42)에의 공급물
46 = 42로부터의 경질 탄화수소 액체
도 3에서의 설비
50a = 고정식 혼합기(병류 일차 추출기)를 구비한 파이프
50b = 냉각기
50c = 정화기/침강기
50d = 가열기
50e = 세정 칼럼(이차 아스팔텐 추출기)
5Of = 수지 추출기
50g= 용매 추출기
도 3에서의 흐름
34 = 반응기의 하부로부터 SDA 유닛에의 공급물
52 = 생성물 배합을 위한 DAO
54= 용매 추출을 위한 수지 하부 생성물
55 = 병류 파이프/고정형 혼합기의 출구
56 = 정화기에의 공급물
57 = 용매 추가
58 = 아스팔텐 풍부 흐름
59 = 수지 칼럼을 향한 선별기 상부
61 = 세정 컬럼을 향한 선별기의 하부
62 = 수지 칼럼에의 공급물
63 = 추가 용매
64 = 수지 칼럼을 향한 세정 상부 출구
65 = 추가 용매
66 = 용매 추출기(50g)를 향한 수지 추출기 상부
67 = 재처리를 위한 회수된 용매
도 4에서의 유닛
20,30,40 = 온화한 열분해기
50,110 = SDA + ISU
200 = 감압 유닛 및/또는 접촉 분해 유닛
300 = 코크스화 또는 FCC 유닛 또는 아스팔트 플랜트
400 = 수소화분해 & 수소화처리 집합체
도 4에서의 흐름
5 = 중질 탄화수소 흐름
34 = 반응기 하부
43 = 비응축성 증기
44 = 반응기로부터의 경질 탄화수소 액체
52 = DAO
54 = 수지
111 = 아스팔트 고체
301 = 코커, FCC, 경질 탄화수소
302 = 고체
401 = 판매용의 완성된 수송용 제품
도 5에서의 유닛
20,30,40 = 온화한 열분해기
50,1 10 = SDA + ISU
200 = 감압 유닛 및/또는 접촉 분해 유닛
400 = 수소화접촉 & 수소화처리 집합체
500 = 잔사유 수소화처리기
600 = 가스화 유닛
도 5에서의 흐름
5 = 중질 탄화수소 흐름
34 = 반응기 하부
43 = 비응축성 증기
44 = 반응기로부터의 경질 탄화수소 액체
52 = DAO
54 = 수지
111 = 아스팔트 고체
205 = 감압 유닛으로부터의 경질 액체 탄화수소
301 = 잔사유 수소화분해기로부터의 경질 액체 탄화수소
302 = 잔사유 수소화처리기 바닥부로부터의 중질 탄화수소
401 = 판매용의 완성된 수송용 제품.

여러 실시예들의 상세한 설명

첨부 도면과 함께 아래에 제시한 상세한 설명은 본 발명의 여러 실시예들을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명자들에 의해 고려된 실시예들 만을 나타내려는 것이 아니다. 상세한 설명은 본 발명의 포괄적인 이해를 제공하는 목적으로 상세한 사항들을 포함한다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 사항이 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하게 된다.

도 1은 탄화수소 공급원료(12)로부터 탄화수소 생성물(60)을 생성하기 위한 공정(10)을 도시하는 공정도로서, 상기 최종 탄화수소 생성물(60)은 최소한의 파이프라인 수송 요건(19의 최소 API 비중)을 만족시키기에 충분한 특성을 갖고, 적당한 정제장치 공급원료이다. 중질 탄화수소의 공급원료(12)로부터 형성된 공정 유체(14)는 가열기(20)를 통해 공정 유체(14)를 원하는 온도 수준까지 가열한 다음, 반응기(30)로 전달되어 그 반응기에서 공정 유체(14)는 조절 및 유지되면서 온화하고 조절된 분해 반응을 받는다. 온화한 분해 반응 후, 경질의 상부 분획(32)은 반응기(30)로부터 기-액 응축 분리 공정(40)으로 전달되고, 중질 하부 분획(34)은 고성능 용매 추출 공정(50)으로 전달될 수 있다. 상기 기-액 분리 공정(40)으로부터의 배출물(44)의 일부는 고성능 용매 추출 공정(50)의 배출물(52,54)의 일부와 배합되어, 최종 탄화수소 생성물(60)을 외부원으로부터의 희석제와 혼합하거나 이러한 희석제의 많이 감소된 체적을 필요로 하지 않고도 필요한 파이프라인 운송 기준을 만족시키기에 충분한 물리적 특성을 갖는 탄화수소 생성물(60)이 얻어질 수 있다.

상기 공급원료(12)는 SAGD (스팀주입 중력배수(steam assisted gravity drainage)) 공정, 예를 들어 캐나다 오일 샌드 역청, 또는 임의의 다른 적당한 소스의 중질 탄화수소로부터 얻은 중질 탄화수소와 같은 중질 탄화수소(미가공 또는 미리 가공된 흐름)일 수 있다. 하나의 양태에서, 공급원료(12)는 0 내지 14 범위의 API 비중을 가질 수 있다.

하나의 양태에서, 고성능 용매 추출 공정(50)으로부터 배출된 수지 흐름(54)의 재순환된 부분(70)은 유입 탄화수소(12)와 배합되어, 공정(10)을 통과하는 공정 유체(14)를 형성할 수 있다. 이러한 수지 흐름은, 처리된 생성물 특징을 만족시키기 위하여 추가의 원유 및/또는 더욱 경질의 원유 및/또는 아스팔텐 억제가 바람직한 경우 공정 유체에 첨가될 수 있다. 상기 수지 재순환은 제조 기준을 만족시키기 위한 유연성을 조절가능한 흐름 파라미터를 통해 조작자에게 제공하고, 그 플랜트가 공급원료 변화에 확고하게 대처할 수 있도록 한다.

일반적으로, 용매 추출 공정(50)으로부터의 수지 생성물(54)은 비교적 낮은 API 비중을 갖게 된다. 하나의 양태에서, 수지 생성물(54)의 API 비중은 0 내지 10의 API 비중을 가질 수 있다. 공급원료(12)의 특성 및 공급원료(12)와 배합된 수지 생성물(54)의 양에 따라, 얻어지는 공정 유체는 넓은 범위의 특성, 특히 넓은 범위의 API 비중을 갖게 된다.

공정 유체(14)(공정 유체(12)로부터 완전히 얻어지거나, 용매 추출 공정(50)으로부터의 수지 생성물(54)과 공급원료(12)의 배합물로서 형성됨)는 가열기(20)에 전달되어, 그 가열기에서 공정 유체(14)는 가열기(20)를 통과함에 따라 원하는 원도까지 가열된 다음, 반응기(30)에 전달되어 온화한 열분해를 받을 수 있다. 반응기(30)는, 코크스화가 반응기의 조작 및/또는 성능에 관여하거나 해로운 영향을 미치지 않고 온화한 열분해가 일어날 수 있도록 반응기 도처의 균일한 가열을 통해 일정한 온도를 유지한다.

하나의 양태에서, 가열기(20)는 공정 유체(14)가 반응기(30)로 도입되기 전에 공정 유체(14)를 675 내지 775 ℉의 온도까지 가열하게 된다.

반응기(30)에서, 공정 유체(14)(가열기(20)에 의해 675 내지 775 ℉의 온도까지 가열된)는 온화한 제어된 열분해를 받는다. 가열기(20)에서 발생된 원하는 일정 온도를 유지하고 유체(14)에 균일한 열유속(heat flux)을 제공하기 위하여 적절하게 위치한 가열기들이 반응기(30)에 설치된다. 이러한 가열기들은 임의의 쉽게 이용가능한 소스(전기, 열 전달 유체, 복사선, 등)를 통해 간접적인 열을 제공한다. 균일한 열유속을 확보하기 위하여, 공정 유체에 연속적 또는 간헐적으로 혼합이 적용될 수 있다.

반응기(30)는 일차적으로 5개의 서로 관련된 공정변수(온도, 압력, 체류 시간, 스위프 가스 및 열 유속)를 최적화하는 것을 통해, 반응 동안 코크스의 형성을 감소 또는 방지하고 기체 생성을 최소화하면서 정제장치에 적합한 공급원료 성분으로의 중질 탄화수소의 아스팔텐 부분의 최적 전환을 제공하도록 조작될 수 있다.

제1 및 제2 변수는 반응기에서 공정 유체의 전체 풀에 7000 내지 12000 BTU/hr sq.ft의 균일한 열유속을 적용하고 반응기의 단일 조작 온도를 675 내지 775 ℉로 유지하는 것을 포함한다. 이는 반응기 내의 적절한 크기 및 위치의 가열 장치의 존재를 통해 달성될 수 있다. 가열기의 수는 풀의 온도가 균일하고 반응기 내의 표적 온도보다 유의하게 높은 피크 또는 스팟이 회피되도록 임의의 두 가열기 사이의 열의 최적 분산을 계산함으로써 결정된다.

반응기의 제3 변수인 체류 시간은 반응기 내에서 40 내지 180분 일 수 있다.

반응기의 제4 변수인 조작 압력은 일정 성능을 위해 사용되는 표준 압력 조절 원리에 따라 임의의 경우에는 50 psig 미만이 되는 상압 근처에서 유지될 수 있다.

상기 압력 범위는, 특히 반응기를 우회하는 탄화수소의 과도한 조기 플래싱(flashing)을 방지하도록 하한치가 조절되고 2차 분해 및 이에 따른 가스 수율의 증가를 감소시키도록 상한치가 조절된다.

반응기의 제5 변수로서, 공정 유체(21)와 동일한 온도(675 내지 775 ℉)의 고온 스위프 가스(36)는 20 내지 80 scf/bbl의 범위로 반응기(31)의 공정 유체(14)에 첨가된다.

스위프 가스(36)는 천연 가스, 수소, 공정으로부터의 생성/연료 가스, 스팀, 질소, 또는 액체로 응축되지 않는 임의의 다른 비반응성 비응축성 가스일 수 있다.

더욱 가벼운 탄화수소 생성물(즉, 메탄 내지 750 ℉ 미만 비등점의 탄화수소)가 반응기(30)에서 형성되는 대로 이를 제거하여, 가스 생성을 증가시키고 올레핀계 나프타/증류물 생성을 증가시킬 수 있는 2차 분해가 최소화되도록 하기 위하여 공급물의 bbl 당 20-80 scf의 양의 스위프 가스가 제공된다.

또한, 스위프 가스는 반응기가 원하는 조작 압력(<50 psig) 및 온도에 더욱 근접하여 조작될 수 있도록 한다. 또한, 스위프 가스(36)는 반응기(30) 내의 공정 유체(14)에 추가의 열 및/또는 혼합을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

도 1 및 도 2에 관하여 설명한 바와 같이, 코크스화를 개시할 수 있는 임의의 국소적 피크 액체 온도를 최소화함으로써, 반응기(30) 내의 탄화수소의 전환을 개선하는 더욱 높은 벌크(bulk) 온도에서 증가된 열전달을 가능하게 하기 위하여 반응기(30)에 대한 열 에너지 흐름(22)이 원하는 온도(675 내지 775 ℉) 및 압력(50 psig 미만)에서 반응기 내 탄화수소 체류 시간(40 내지 180 분) 동안 균일하게(7000 내지 12000 BTU/hrsq.ft) 인가된다. 이러한 조작 조건에서, 반응 속도(reaction kinetics)는 아스팔텐의 최적 전환에 유리하므로, 외측 탄화수소 사슬이 우선적으로 절단되어, 반응기 내에서 코크스화 및 증가된 가스 생성을 유발하지 않고 원하는 탄화수소(VGO 및 디젤 범위 탄화수소)가 생성된다. 예를 들어, 하기 표 4는 상이한 종류의 원유에 대한 아스팔텐의 상이한 구조를 예시한다. 반응기(30)의 제안된 조작 조건은 상이한 원유에 대한 측쇄들의 상대 복잡성 및 높은 정도 때문이다.

표 4: 상이한 소스로부터의 아스팔텐 분자를 나타내는 평균 분자 구조: A, 통상적인 중질 원유로부터의 아스팔텐; B, 캐나다 역청으로부터의 아스팔텐(Sheremata 등, 2004).

각각의 변수는 제공되는 공급원료의 품질 또는 원하는 배출물 품질에 기초하여, 제안된 범위내에서 독립적으로 변화될 수 있다. 나타낸 5개의 공정 변수는 서로 관련이 있으므로, 규정된 목적 기능(최소 생성물 기준을 만족시키기 위한 최대 수율)을 갖는 다중-변수 공정 조절 방안은, 상기 변수들 중 어느 하나가 변화되거나 공급물/생성물 상태가 변화되는 최적 지점에서 공정이 조작되도록 하는데 유리하게 된다.

반응기(30)의 배출물의 특성이 원하는 품질에 도달하도록 공정 유체(14)가 충분한 시간 동안 반응기(30) 내에서 잔류하면, 경질의 상부 분획(32) 및 중질의 하부 분획(34)이 반응기(30)로부터 제거될 수 있다.

반응기(30)의 배출물 중 경질의 상부 분획(32)은 비응축성 증기 생성물, 경질의 액체 탄화수소 및 더욱 무거운 액체 탄화수소를 함유할 수 있다. 상기 증기 생성물은 공정 유체(14)로부터 배출되면서 열분해를 받는 고유황 가스와 같은 증기외에도, 반응기(30)를 통과한 것으로 도입되고 미반응 및 미사용된 스위프 가스(36)일 수 있다.

상부 액체 분획(32)은 하부 분획(34)보다 아주 더 높은 API 비중을 가지게 된다. 예를 들어, 상부 액체 분획(32)은 일반적으로 26 이상의 API 비중을 가질 수 있다. 상기 상부 분획(32)은 예를 들어 냉각기(41) 및 분리 드럼(42)을 포함할 수 있는 기-액 분리 유닛(40)에 전달되어, 나프타 및 더욱 무거운 탄화수소를 함유하는 응축성 액체 생성물인 상부 분획(32)의 일부가 상부 분획(32)의 기체 성분으로부터 분리될 수 있다. 고유황 가스(sour gas)와 같은 바람직하지 않은 가스를 함유하는 오프가스 라인(43)은 이러한 가스가 처분, 재순환 또는 추가로 처리되도록 하는 분리 드럼(42)에 마련될 수 있다.

하나 이상의 액체 탄화수소 흐름이 분리 드럼(42)으로부터 생성될 수 있다. 흐름(46)보다 더욱 무거운 탄화수소인 흐름(44)은 생성물 배합을 위해 전달되면서, 흐름(46)은 생성물 배합 이전에 추가로 벌크 수소화처리될 수 있다.

하부 분획(34)은 탄화수소 및 개질 아스팔텐을 함유할 수 있다. 반응기(30)로부터 배출된 하부 분획(34)의 특성은 반응기(30)에 유입된 공정 흐름(14) 및 반응기의 조작 파라미터에 따라 변화하게 되지만, 하나의 양태에서 하부 분획(34)은 -5 내지 5의 API 비중을 가질 수 있다.

조절가능한 공정 변수를 통해, 조작자는 유입 공정 유체(14)의 변화하는 특성에 따라 최종 생성물의 요건을 만족시키도록 반응기(30)의 성능을 변화시킬 수 있다.

반응기(30)에서 다섯 개의 상호관련된 변수인 체류 시간, 스위프 가스, 열유속, 온도 및 압력의 조절 능력을 통해, 조작자는 반응기(30)의 성능을 변화시킬 수 있다.

따라서, 공급원료(12)의 특성이 다른 새로운 공급물 또는 더욱 많거나 적은 재순환물(70)로 변화되는 경우, 5개의 상호관련 공정 변수는 코크스의 생성을 회피하고 반응기(30)에서 생성되는 비응축성 증기의 생성을 최소화하도록 최적화될 수 있다. 예를 들어, 조작자는 생산물(32, 34)의 원하는 수율 및/또는 품질이 얻어지도록 공정 유체(14)의 특성에 따라 반응기(30)에서의 공정 유체(14)의 체류 시간을 변화시킬 수 있다. 그렇지 않으면, 조작자는 유사한 결과를 달성하도록 스위프 가스, 온도 또는 압력을 변화시킬 수 있다. 상기 공정 변수는 서로 관련이 있고, 코크스의 최소화 및 과량의 가스 발생의 회피가 시도되고 이는 모의 조작을 통해 최상으로 결정된다.

반응기(30)로부터의 하부 분획(34)은 고성능 용매 추출 공정(50)에 공급되어, 열적 영향을 받은 아스팔텐 흐름(58), 추출된 오일 흐름(52) 및 수지 흐름(54)이 생성될 수 있다. 반응기(30)는, 코크스의 형성을 유의하게 제한하고 심지어는 방지하고 가스 생성을 감소시키면서 아스팔텐을 하류측 공정에 더욱 적합한 성분으로 전환하도록 조작된다. 따라서, 개질된 아스팔텐 및 다른 바람직하지 못한 성분들이, 반응기(30)로부터 제거되는 하부 분획(34)에 잔류한다.

하부 분획(34)에 잔류하는 바람직 하지 않은 성분들로부터 정제장치 공급원료 원유의 회수를 최대화하기 위하여, 반응기(30)로부터의 하부 분획(34)은 예를 들어 고성능 용 추출 공정(50)을 이용하여 추가로 처리되어야 한다. 용매 추출공정(50)을 통해 하부 분획(34)을 처리하면, 반응기(30) 및 용매 추출 공정(50)은 적당한 전체 범위 정제장치 공급원료 원유를 생성하기 위해 함께 사용될 수 있다.

용매 추출 공정(50)은 임의의 적당한 용매 추출 공정을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이는 하부 분획(34)의 수지로부터 아스팔텐을 분리하는 3단계 초임계 용매 공정일 수 있다. 용매 추출 공정(50)의 결과물은 아스팔텐 흐름(58), 추출된 오일 흐름(52) 및 수지 흐름(54)일 수 있다. 아스팔텐 흐름(58)은 일반적으로 바람직하지 못하고 공정(10)으로부터 제거된다. 상기 추출된 오일 흐름(52)은 9 내지 15의 API 비중 범위와 함께 비교적 높은 품질을 가질 수 있다. 상기 수지 흐름(54)은 일반적으로, 추출된 오일 흐름(52)보다 낮은 품질을 가지면서 추출된 오일 흐름(52)보다 낮은 API 비중을 가질 수 있다. 하나의 양태에서, 수지 흐름(54)은 0 내지 10의 API 비중을 가질 수 있다.

상기 용매 추출 공정(50)으로부터의 추출된 오일 흐름(52) 및 수지 흐름(54)은 기-액 분리기(40)로부터 얻은 액체 생성물 흐름(44)과 함께 배합되어, 파이프라인 및/또는 정제장치의 기준을 만족시키는 최종 탄화수소 생성물(60)을 형성할 수 있다. 하나의 양태에서, 이러한 최종 탄화수소 생성물(60)은 19 초과의 API 비중을 가제게 된다. 대표적으로, 상기 최종 탄화수소 생성물(60)은 350 CentiStokes ("cSt") 이하의 점도를 가지게 된다. 특정 파이프라인 및/또는 정제장치 기준을 만족시키기 위해 올레핀이 감소될 필요가 있는 경우 배합 흐름(60)에 수소화처리가 적용될 수 있다.

수지 흐름(54)은 일반적으로, 추출 오일 흐름(52)보다 열등한 품질을 갖는다. 상기 수지 흐름(54)의 재순환 부분(70)은 최종 탄화수소 생성물(60)을 형성하기 위하여 재처리되는 공급원료(12)와 배합될 수 있다. 그 결과, 이러한 수지 흐름의 재순환 부분은 최종 탄화수소 생성물(60)의 품질을 개선하게 된다.

또 다른 양태에서, 반응기(30)로부터 생성물 탄화수소의 전체 회수율을 증가시키고 용매 순환율을 감소시키기 위하여, 고성능 용매 추출 공정(50)은 아스팔텐 흐름(58)의 상류측에서 보충적인 추출 공정 단계인 세정 칼럼(50e)을 포함할 수 있다. 당업계에 알려진 통상적인 SDA의 경우와 같이 1차 추출기(50c)의 하부의 흐름(61)을 아스팔텐 스트리퍼 또는 분무 건조기에 전달하는 대신에, 흐름(61)이 이차 용매 추출 칼럼에 전달될 수 있다. 통상적으로, 분리된 탈아스팔트화 중유 흐름(66)을 제공하기 위하여 추가의 용매 추출이 수지 추출기(50f)의 형태로 일차 탈아스팔트화 오일에 대하여 수행된다. 도 3에서 도시된 바와 같은 수지 칼럼(50e)에 의한 아스팔텐 풍부 흐름에 대한 추가의 용매 추출 단계는 일차 추출기에서 사용된 것과 동일한 용매를 이용하여 표준 액-액 추출을 수행한다. 상기 아스팔텐 풍부 흐름에 대한 이러한 표준 액-액 칼럼을 배치하는 것은 독특하고 유익한데, 이는 이러한 칼럼 내의 용매 대 오일 비가 20:1 까지 경제적으로 증가되어 탈아스팔트화 오일의 회수율을 증가시키면서 전체 용매 사용량이 감소되기 때문이다. 흐름(63) 내의 용매는 매우 높은 용매 대 오일 비까지 아스팔텐 풍부 흐름에 첨가되고, 냉각되어 칼럼(50e)내의 아스팔텐 침전을 향상시켜서 오일 회수율을 향상시킨다. 탈아스팔트화 오일 흐름(64)은 오일 추출기(50f)에 전달되어 생성물 배합을 위해 추가로 정제된다. 세정 칼럼(50e)으로부터 나오는 것으로, 농축되고 열적 영향을 받은 아스팔텐 및 용매를 포함하는 하부 흐름은 흐름(58)이 되고, 증류, 스트리핑 또는 플래시 건조를 통한 용매 회수를 위해 전달된다.

흐름(60)에서 높은 탄화수소 회수를 달성하기 위한 전체 용매 사용량은 비교가능한 알려진 공정을 이용하는 것보다 25% 적을 수 있다. 흐름(60)에서 99+% DAO (탈아스팔트화 오일) 회수율의 원하는 생산량을 얻으면서 파이프라인 및 정제장치 기준을 만족시키기 위하여, 대표적인 3단계 추출 공정은 캐나다 오일 샌드 역청의 경우 8 내지 9:1의 용매 대 오일 비를 필요로 한다 (www.uop.com). 예를 들어, 60,000 BPD 역청 유량의 경우, 요구되는 최소 용매량은 480,000 내지 540,000 BPD 이다. 세정 칼럼(50e)의 구성을 이용하는 것은 계산된 전체 용매량을 감소시키는데 도움이 되는데, 이는 그 공정 단계가 원하는 원유(중유)로부터 분리될 필요가 있는 분자(아스팔텐)를 특이적으로 표적하기 때문이다. 최소의 DAO를 동반하면서 상기 열적 영향을 받은 아스팔텐을 전부 침전시키기 위하여는 주요 추출기(50 a.b.c )에서 3 내지 4:1의 용매 대 오일 비가 요구된다(240,000 BPD). 세정 칼럼(50e)은 약 6,000 BPD의 아스팔텐계 성분 및 750 내지 1000 BPD의 원유의 공급물을 가지게 된다. 세정 칼럼(50e) 내의 15 내지 20:1의 용매 대 오일 비는 140,000 BPD 까지의 추가의 용매를 필요로 하는 잔류 용매를 추출할 수 있다. 계산된 전체 용매량은 50e로 도시한 칼럼 구조의 경우 380,000 BPD 이고, 이는 계산된 용매량의 25% 감소에 해당한다. 이 결과는 종래의 3단계 추출 공정의 상태와 비교하여 에너지 소비의 유의한 감소이다. 칼럼(50e)을 포함하는 이러한 고성능 용매 추출 공정은 전체 용매 순환량을 감소시킴으로써 원유 수율을 더욱 증가시키고/시키거나 조작 비용을 감소시키기 위하여 기존의 알려진 용매 추출 공정에 적용될 수 있다. 또 다른 양태에서, 이러한 새로운 방법은 기존의 용매 탈아스팔트화를 이용하는 중유 회수의 디자인에 대한 개선으로서 이용될 수 있다.

얻어지는 아스팔텐 흐름(58)은 20% 더 작은 아스팔텐 분리 유닛에서 처리될 수 있다(110). 나머지 농축된 열적 작용을 받은 아스팔텐의 핵심 부분은 높여진 온도(약 700 ℉ 초과)에서도 고체이면서 탄화수소 사슬이 제거되므로, 조작하기 위한 아스팔텐 분리 유닛에 대한 체적이 덜 필요하다. 또한, 아스팔텐의 변화된 성질은 더욱 효과적인 금속 재생을 위한 기회를 제공하고 청정 에너지 전환 기술(예를 들어, 가스화, 접촉 가스화, 향상된 SAGD 생산을 위한 산소 연소)을 위한 더욱 좋은 공급원료를 제공한다.

증기-고체(예를 들어, 관성) 분리 유닛(110)은 원심력, 중력 및 관성과 같은 하나 이상의 힘을 이용하여 흐름(58)에 잔류하는 용매의 증기 및 기체로부터 아스팔텐 고체를 분리한다. 이러한 힘은 가스 흐름에 의해 발휘된 힘이 최소가 되는 영역으로 아스팔텐 고체를 이동시킨다. 분리된 고체 아스팔텐은 중력에 의해 호퍼로 이동되어 거기에 임시 저장된다.

유닛(110)은 고-기 분리를 제공하는 장치로서, 침강 챔버, 배플 챔버 또는 원심 수집기일 수 있다. 원심 수집기(centrifugal collector)는 일단 또는 다단 사이클론일 수 있다. SDA 유닛(50)이 수지, DAO 및 용매로부터 아스팔텐을 분리하는데 아주 효과적인 경우, 흐름(58)은 아스팔텐 고체를 공기 작용으로 운반하기 위하여 적당한 저분자량의 가스(예를 들어, 천연 가스 또는 질소)와 함께 주입될 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 아스팔텐 고체는 그 라인에 용매를 흘려보냄으로써 운반될 수 있다. 공기 작용에 의한 운반 시스템은 약 50 mm 크기까지의 고체를 운반할 수 있다. 상기 고체는 건조하고, 수분이 20% 이하이고 점착성이 없어야 한다. 상기 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체는 상기 기준을 만족시키므로, 상기 공정은 관성 분리 유닛(110)을 이용하는 능력에 따른 이점이 있다.

공기 작용에 의한 운반 시스템에서, 그 에너지의 대부분이 가스 그 자체의 운반에 사용된다. 따라서, 공기 작용에 의한 운반 플랜트의 에너지 효율은 비교적 낮지만, 이는 흔히 조작이 용이한 이점이 있고 잘 디자인된 시스템의 경우 분진이 없는 방법이다. 일반적으로, 공기 시스템의 길이는 각각의 공기 유닛이 300 m를 초과하지 않는다. 그 생성물은 그 시스템들을 직렬로 연결함으로써 긴 거리에 걸쳐서 운반될 수 있다. 흐름(58)을 유닛(110)에 운반하기 위하여 고려될 수 있는 공기 운반 시스템의 세 가지의 기본 디자인은 아래와 같다:

- 희석제 상이 높은 가스 속도(예를 들어 20 내지 30 30 m/s)로 운반됨

- 스트랜드(strand)가 제한된 가스 속도(예를 들어, 15 내지 20 m/s)로 운반됨

- 조밀한 상이 낮은 가스 속도(예를 들어, 5 내지 10 m/s)로 운반됨.

공정(10)은, 파이프라인에 적합하고 고전환 정제장치에 최적인 원유 공급원료를 제공한다. 흐름(60)은 금속 함량이 낮고(<20 wppm Ni+V), 아스팔텐 함량이 낮고(<0.3 wt%), TAN 수가 매우 낮고(<0.3 mg KOH/mg), 희석제가 없고, VGO 범위 물질의 함량이 높다(원유의 30 내지 50%). 고전환 정제장치의 경우(코크스화에 대한 >1.4:1 전환비), 흐름(60)에서 생성된 원유의 증류량은 최고 이익을 발생하는 유닛들의 사용을 개선하면서 나머지 유닛들을 보충한다. 하기 표 5는 대표적인 공급원료((dilbit) 및, WCS (Western Canada Select)와 같은 다른 중질 정제장치 공급원료 원유와 비교하여 잘 균형을 이룬 원유인 제조된 정제장치에 적합한 공급원료의 증류 곡선을 도시한다. WCS는 수송용 연료로 유익하게 정제할 수 있는 것보다 더욱 많은 가벼운 물질 및 강한 전환을 필요로 하는 더욱 많은 중질 잔사유(950+℉)를 갖는다.

표 5: 공정 10 생성물을 포함한 여러 가지 원유에 대한 증류 분석

반응기(30), 고성능 용매 추출 공정 유닛(50) 및 증기-고체(예를 들어, 관성) 분리 유닛(110)의 조합은 감소된 공정 복잡성을 나타낸다. 이는 코크스화 및/또는 수소화처리 방법의 경우의 9.0 내지 10.0 보다 유의하게 낮은 4.0 내지 4.5의 넬슨 복잡성 지수(Nelson complexity index) 값으로 나타낼 수 있다. 개선된 성능의 또 다른 실례는 조작을 위해 공급물 1 톤(tonne)당 4.70 GJ의 에너지 입력을 필요로 하는 지연 코크스화 공정과 비교하여 공급물 1 톤당 3.93 GJ의 감소된 에너지를 필요로 한다는 것이다. 이는 지연 코크스화 공정과 비교하여 에너지 집약도(energy intensity)의 16.4% 감소에 해당한다. 이는 지연 코크스화 공정의 경우의 공급물 1 톤당 0.253 톤의 C02의 특정 온실 가스(GHG) 배출량 및 본 발명의 방법의 경우의 공급물 1톤당 0.213 톤의 CO2의 배출량에 해당한다. 생성물 비교에 기초하면, 에너지 감소는 코크스화 공정과 비교하여 약 25 내지 27% 이다.

코크스화 개질 공정 및 표준 반응기 및 용매 추출 공정과 비교하면, 공정 10은 하기 표 6에서 나타낸 바와 같이 부산물(코크스 및 비응축성 탄화수소)를 최소화함으로써 수율의 유의한 개선을 제공한다.

생성물(흐름(60)) 수율 비교

	체적%	질량%
코크스화	80-84	78-80
표준 반응기/용매 추출 공정	86	80-82
공정 10	>88	83-85

새로운 기초(grassroots) 설비에 적합한 외에도, 도 4는 기존의 개질기(upgrader)에의 통합 조절식 열분해기 및 개선된 SDA의 예시적인 적용을 도시한다. 제안된 통합 공정, 반응기(20), 개선된 SDA(50) 및 아스팔텐 회수부(110)는 정제장치/개질장치의 코크스화 유닛의 상류측에 배치될 수 있다. 정제장치/개질장치에 대한 이점은 감압 및 코크스화 유닛의 병목현상을 해소(debottleneck)하고 그 유닛에 더욱 많은 중질 원유를 제공하는 능력이다. 기존의 설비에서 처리된 더욱 많은 배럴은 더욱 많은 이익 및 경제적인 수익을 나타낸다. 또한, 더욱 높은 품질의 물질이 코크스화 유닛(300)에 전달되면서, 조작 혹독성(severity)이 감소되어, 코커(coker)에 대한 사이클 시간을 증가시킴으로써(12 시간에서 24 시간) 코커의 수명을 증가시키고, 더욱 적은 양의 가스 및 코크스 및 더욱 많은 생성물을 제조할 수 있다. 설비를 교체하기 위한 자본비가 지연될 수 있고, 증가된 수율이 실현될 수 있다(약 2 내지 3%). SDA에 포착된 고체 아스팔텐은 흐름(302)으로 용이하게 이용될 수 있어, 기존의 코크스 수집 및 운반 시스템은 제안된 통합 공정의 추가를 통해 더욱 비용 효과적이고 아주 유익하게 된다.

흐름(5)은 도 4에서 유닛(200)으로 나타낸 상압 칼럼, 감압 칼럼 또는 접촉 분해 유닛으로부터의 하부 흐름일 수 있다. 상기 통합된 분해기 및 SDA 공정은 DAO 흐름(52)을 생성하고, 이러한 흐름은 수소화분해 및 수소화처리 집합체인 유닛(400)에서 수소용 연료인 흐름(400)으로 가공될 수 있다. 또한, 상기 통합된 분해장치 및 SDA 공정은 수지 품질의 흐름(54)을 생성할 수 있고, 이 흐름은 코크스화, FCC (유동층 접촉 분해) 및/또는 아스팔트 플랜트에 전달되어 완성 제품으로 더욱 더 가공될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 흐름(111)으로 생성된 고체 아스팔텐은 유닛(300)에서 발생된 코크스와 혼합될 수 있거나 오프-사이트(off-site)에 전달되어 더욱더 가공(에너지 발생 및/또는 격리(sequestration))될 수 있다.

예를 들어, 도 5는 정제장치 및/또는 개질 장치에 대한 새로운 디자인 또는 개조의 가능성에 대한 특정 실시예를 도시한다. 유닛(200)은 감압 유닛이고, 하부 흐름(5)은 통합 분해장치/SDA 공정인 유닛(20,30,40,50,110)에 전달된다. DAO 흐름(52)은 감압 유닛으로부터의 흐름(205)과 함께 수소화분해 및 수소화처리 유닛(400)에 전달된다. 수지 흐름(54)은 유닛(50)으로부터 생성되고 잔사유 수소화분해 유닛(500)에 전달된다. 반응시에 아주 발열성이고 유닛(500)에 전달된 적은 양의 아스팔텐의 경우, 잔사유 수소화 분해기가 더욱 높은 전환율(+8-15%)에서 작동하여 최종 수송용 연료 생성물인 더욱 많은 물질을 생성한다. 유닛(110)으로부터의 고체 아스팔텐 흐름(111)은 수소 발생을 위한 가스화 유닛에 전달될 수 있다.

도 4에서와 같이, 도 5에서 통합 유닛을 추가하는 이익은 다음과 같다:

1. 플랜트에의 유입 원유의 최고 수율.

2. 병목현상 해소(존재하는 경우) 또는 코크스화 유닛 크기의 감소.

3. 병목현상 해소(존재하는 경우) 또는 잔사유 수소화분해의 감소.

4. 병목현상 해소(존재하는 경우) 또는 가스화 유닛 크기의 감소.

5. 집합체에 대하여 감소된 전체 탄소 자국(footprint).

또한, 도 3의 통합 공정은 저유황(sweet)에 도움이 될 수 있고, 낮은 복잡성(hydro-skimming)의 정제장치는 더욱 용이하게 이용될 수 있는 더욱 중질이고 값싼 원유를 취급하므로, 더욱 많은 가치를 확보하기 위한 자산이 된다. 상기 통합 공정은 정제 장치의 전방에 배치되어 더욱 중질의 원유를 초기에 조정할 수 있다.

개시된 실시예의 상기 설명은 당업자가 본 발명을 제조 및 이용할 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 이러한 실시예에 대한 여러 가지 변형이 당업자에에 명백하게 되고, 본원에서 정의한 일반적인 원리는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본원에서 나타낸 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 특허청구범위와 일치하는 전체 범위를 갖는다. 특허청구범위에서, 관사 "a" 또는 "an"의 사용에 의한 것과 같은 단수형의 구성요소에 대한 언급은 이렇게 구체적으로 언급하지 않는 경우 "하나 및 오직 하나"를 의미하는 것이 아니라, "하나 이상"을 의미하는 것이다. 알려져 있거나 나중에 당업자에게 알려지게 되는 본 개시를 통해 기재한 여러 실시예들의 구성요소에 대한 모든 구조적 및 기능적 등가물들은 특허청구범위의 구성요소에 포함되는 것으로 해석된다. 또한, 본원에 개시된 무의미한 것은 이러한 개시가 특허청구범위에 명백히 언급되는 지에 상관없이 대중에게 전용인 것으로 해석된다.

Claims

중질 탄화수소로부터 증대된 정제장치 공급원료 및 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 생성하는 개선된 방법으로서,
(a) 가열기에서 공정 유체인 중질 탄화수소를 예정 온도까지 예열하고;
(b) 상기 예열된 공정 유체를 반응기로 이동시키고, 상기 반응기 내의 공정 유체의 아스팔텐을 최적으로 전환하여, 열적으로 영향을 받은 아스팔텐 풍부 분획(들)의 흐름, 및 비응축성 증기 및 더욱 가벼운 액체 탄화수소(들)의 흐름을 생성하고;
(c) 용매 추출 공정을 이용하여 상기 열적 영향을 받은 아스팔텐 풍부 흐름을 중질 탈아스팔트화 오일(DAO)의 흐름 및 농축 아스팔텐을 함유하는 제2 흐름으로 탈아스팔트화하고;
(d) 분리 유닛에서 상기 제2 흐름으로부터 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 분리하고, 공정 용매를 회수하고;
(e) 상기 정제장치 공급원료가 상기 생성된 흐름들 중 적어도 하나를 포함하도록 하는 것을 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 방법이 연속적인 공정이고, 상기 반응기가 하기의 파라미터 내에서 조작되는 상부 부분적 응축기를 구비한 단일 열적 전환 반응기인, 방법:
(a) 반응기 내의 공정 유체에 도입된 7000 내지 12000 BTU/hr sqft의 균일한 열유속;
(b) 반응기 내에 도입되는 20 내지 80 scf/bbl (가스/공정 유체)의 스위프 가스;
(c) 반응기 내에서 40 내지 180 분의 공정 유체 체류 시간;
(d) 반응기 내에서 675 내지 775 ℉의 실질적으로 균일한 조작 온도;
(e) 반응기 내에서 50 psig 미만의 거의 상압의 조작 압력.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 c에서 수행되는 용매 탈아스팔트화는 공정 단계 c를 떠나는 농축 아스팔텐의 제2 흐름에 대하여 조작되는 액-액 추출 칼럼을 이용하는 추가의 용매 추출 단계를 가지는 것인, 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 스위프 가스가 질소, 증기, 수소, 및/또는 메탄, 에탄, 프로판과 같은 경질 탄화수소인, 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 스위프 가스가 예열되는 것인, 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 열유속이 실질적으로 균일한 반응기 내 공정 유체 온도를 얻도록 적절히 위치하는 하나 이상의 가열 기기를 통해 열적 반응기에 전달되는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 c의 탈아스팔트화 공정으로부터 수집된 수지의 재순환 흐름이 반응기의 상류측의 공급원료와 혼합되어 공정 유체를 형성하는 것인, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 정제장치 공급원료가, 파이프라인에 적합하고, 19도 초과의 API 비중 및 8 ℃에서 350 Cst 미만의 점도를 갖는 생성된 흐름들 중 적어도 두 개의 배합물을 포함하는, 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 생성된 흐름들 중 하나 이상이 올레핀을 제거하기 위해 처리되는 것인, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 정제장치 공급원료가, 그의 감압 잔사유 비율 때문에 여러 가지 정제장치 타입에 적당한 상기 생성된 흐름들 중 하나 이상을 포함하는 것인, 방법.
온화한 열분해를 수행한 후, 얻어지는 열적 영향을 받은 유체로 부터 아스팔텐 풍부 분획을 분리하여 공정의 높은 용매 대 오일 비의 부분이 이들 아스팔텐 풍부 분획에 작용하도록 함으로써, 낮은 전체 용매 대 공정 유체 비율을 여전히 유지하면서 높은 국소적 용매 대 공정 유체 비율을 갖는 고성능 용매 추출 공정을 이용하여 중질 탄화수소로부터 파이프라인에 적합하거나 정제장치에 적합한 공급원료 및 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 방법이 얻어지는 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 공기작용에 의해 운반 및 처리하는 단계를 갖는 방법.
제 8 항에 있어서, 추출 처리를 위한 아스팔텐 풍부 분획을 분리하기 위한 상기 중질 탄소의 처리가 상기 중질 탄소를 공정 유체에 포함시키고, 상기 공정 유체를 원하는 온도까지 가열하고, 상기 공정 유체를 반응기 내로 이동시키고, 반응기 내 온도, 반응기 내 체류 시간, 반응기 내 열유속, 반응기 내 압력 및 반응기 내 스위프 가스 중 적어도 하나를 조절하여, 추가의 처리를 위한 아스팔텐-풍부 분획을 생성함으로써 수행되는 것인, 방법.
제 13 항에 있어서, 수지 흐름이 용매 추출 공정에 의해 추출되고 상기 중질 탄화수소와 혼합되어 상기 공정 유체를 형성하는, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 반응기 내 공정 유체의 실질적으로 균일한 온도는 675 내지 775 ℉인, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 공정 유체의 반응기 내 체류 시간이 40 내지 180 분인, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 반응기 내 공정 유체에 도입된 실질적으로 균일한 열 유속이 7000 내지 12,000 BTU hr.sq.ft 인, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 공정 유체에 대한 스위프 가스의 비율이 20 내지 80 scf/bbl 인, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 반응기 내 공정 유체에 대한 압력이 50 psig 미만인, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 스위프 가스가 가열되는 것인, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 스위프 가스가 질소, 증기, 수소, 또는 메탄, 에탄 또는 프로판과 같은 경질 탄화수소인, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 열 유속은 실질적으로 균일한 반응기 내 공정 유체 온도가 얻어지도록 적절히 위치한 하나 이상의 가열 기기를 통해 열적 반응기에 전달되는 것인, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 처리하기 위해 공기식 운반 수단이 사용되는, 방법.
중질 탄화수소를 처리하여 파이프라인에 적합하거나 정제장치에 적합한 공급원료 및 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 생성하기 위한 공정 장치로서,
a) 중질 탄화수소를 공정 유체를 제조하기 위해 필요한 다른 물질과 혼합하기 위한 공정 유체 제조용 구성요소와;
b) 상기 공정 유체를 예열기로 이동시키기 위한 운송 수단과;
c) 상기 공정 유체를 반응기의 원하는 조작 온도 또는 이 온도에 근접한 온도까지 가열할 수 있는 상기 예열기와;
d) 상기 가열된 공정 유체를 상기 반응기로 이동시키기 위한 운송 수단과;
e) 상기 공정 유체에 원하는 열 유속을 제공하고 상기 반응기 내 공정 유체를 실질적으로 균일한 원하는 온도에서 원하는 체류 시간 동안 유지하기 위한 열교환 수단을 갖는 상기 반응기와;
f) 상기 반응기 내 공정 유체에 스위프 가스를 제공하기 위한 수단과;
g) 상기 체류 시간의 종료 시 상기 반응기로부터, 1) 비응축성 증기, 2) 경질 액체 탄화수소, 3) 열적 영향을 받은 아스팔텐 풍부 분획을 적어도 포함하는 여러 생성된 유체를 제거하기 위한 수단과;
h) 경질 액체 탄화수소로부터 비응축성 증기를 분리하기 위한 수단과;
i) 상기 열적 영향을 받은 아스팔텐 풍부 분획을 용매 추출 처리장치로 이동시키기 위한 운송 수단과;
j) 상기 열적 영향을 받은 아스팔텐 풍부 분획으로부터, a) 탈아스팔트화 오일, b) 수지, c) 농축 아스팔텐인 추출 생성물을 제거하기 위한 수단을 갖는 상기 용매 추출 처리 장치와;
k) 상기 탈아스팔트화 오일, 수지 및 경질 액체 탄화수소를 적절한 양으로 수집하고 이들을 서로 배합하여 상기 파이프라인에 적합하거나 정제장치에 적합한 공급원료를 제공하기 위한 수단과;
l) 상기 농축 아스팔텐을 건조시켜서 열적 영향을 받은 아스팔텐 고체를 제공하기 위한 수단을 포함하는 공정 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 반응기가 상부 부분적 응축기를 갖는 단일 열적 전환 반응기인, 장치.
제 25 항에 있어서, 반응기 내 공정 유체에 도입된 7,000 내지 12,000 BTU/hr.sq.ft의 균일한 열 유속을 이용하여 조작되는 장치.
제 25 항에 있어서, 상기 반응기 내에 도입된 스위프 가스를 이용하여 조작되는 장치.
제 25 항에 있어서, 상기 공정 유체에 대한 스위프 가스의 비가 20 내지 80 scf/bbl 인, 장치.
제 25 항에 있어서, 상기 스위프 가스가 질소, 증기 수소, 또는 메탄, 에탄 또는 프로판과 같은 경질 탄화수소 중 적어도 하나인, 장치.
제 25 항에 있어서, 상기 반응기에의 도입 전에 스위프 가스를 가열하기 위한 가열기를 구비하는 장치.
제 25 항에 있어서, 40 분 내지 180 분의 반응기 내 공정 유체 체류 시간을 이용하여 조작되는 장치.
제 25 항에 있어서, 675 내지 775 ℉의 실질적으로 균일한 반응기 내 공정 유체 온도를 제공하는 장치.
제 25 항에 있어서, 상기 반응기 내 공정 유체가 대기압 또는 그 근처인, 장치.
제 25 항에 있어서, 50 psig 미만의 압력에서 작동되는 장치.
제 25 항에 있어서, 상기 건조한 열적 영향을 받은 아스팔텐을 처리하기 위한 공기식 운송 수단을 구비하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 d에서 수행된 증기-고체 분리가 침강 챔버, 배플 챔버, 관성 분리기 또는 원심분리 수집기를 포함할 수 있고, 상기 원심분리 수집기가 일단 또는 다단 사이클론을 포함할 수 있는 것인, 방법.
제 36 항에 있어서,상기 운송 가스가 상기 관성 분리 유닛에의 공기식 운반을 가능 및 강화하기 위해 상기 농축 아스팔텐에 첨가되는, 방법.
제 36 항에 있어서, 상기 공기식 운반을 위한 운송 가스는 천연 가스, 스팀 또는 질소를 포함하나 그에 제한되지 않는 임의의 적당한 경질의 저분자량 가스일 수 있는, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 통합 공정은 개질장치 또는 정제장치의 미가공 또는 가공된 중질 탄화수소 흐름을 공급원료로서 수용하고 개질장치 또는 정제장치에 경질 액체 탄화수소 및 중질의 탈아스팔트화 탄화수소 공정 흐름을 제공함으로써 기존의 코커 기반 역청 개질장치 또는 정제장치에 적용되는 것인, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 통합 공정은 개질장치 또는 정제장치의 미가공 또는 가공 중질 탄화수소 흐름을 공급원료로서 수용하고 개질장치 또는 정제장치에 경질 액체 탄화수소 및 중질의 탈아스팔트화 탄화수소 공정 흐름을 제공함으로써 기존의 잔사유 수소화분해 개질장치 또는 정제장치에 적용되는 것인, 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 통합 공정은 개질장치 또는 정제장치의 미가공 또는 가공 중질 탄화수소 흐름을 공급원료로서 수용하고 개질장치 또는 정제장치에 경질 액체 탄화수소 및 중질의 탈아스팔트화 탄화수소 공정 흐름을 제공함으로써 코크스화 공정 대신에 새로운 역청 개질장치, 새로운 "저유황 원유" 정제장치 또는 기존의 "저유황 원유" 정제장치에 적용되는 것인, 방법.