KR20140092829A - 개선된 탄화수소의 용매 탈아스팔트화 방법 - Google Patents

Abstract

탄화수소 스트림들에 대한 자본 및 작업 비용들을 감소시키기 위하여 개발된 공개 기술인 용매 탈아스팔트화 공정들에 대한 개선들이 제공되고 그에 의하여 공개 기술인 용매 탈아스팔트화 공정 계획이 적절하게 위치된 혼합-가능 침강기들을 포함하도록 변경되어 아스팔텐 분리 단계에서 요구되는 용매 사용을 감소시키고 그리고 특히 캐나다 역청에 적절한 용매 탈아스팔트화 공정에 대한 전체 신뢰성을 증가시키도록 한다. 온건한 열분해기와 조합되는 경우, 상기 개선된 용매 탈아스팔트화 공정 배치는 별도의 희석제 없이 파이프라인용이 되도록 하고 그리고 잔사 수첨열분해기 및 코크스화 유닛들 등과 같은 현존하는 설비들의 탈병목에 사용되기 위한 원유 수율을 더 개선한다.

Description

개선된 탄화수소의 용매 탈아스팔트화 방법{ENHANCED METHODS FOR SOLVENT DEASPHALTING OF HYDROCARBONS}

본 출원은 2011년 10월 19일자 출원된 미합중국 가특허출원 제61/548,915호의 우선권을 주장한다.

발명의 분야

본 발명은 특히 탈아스팔트를 개선시키는 신규한 후반-작업 과정(post-production process)에 의한 캐나다 역청(Canadian bitumen)에 촛점을 둔(그러나 이로 제한되지 않는) 생산된 역청을 개선하는 것에 관한 것이다.

선행 기술 용매 탈아스팔트화 개요:

용매 탈아스팔트화(Solvent Deasphalting ; "SDA")는 정유공장에서 선행 작업에서 나오는 잔유로부터 가치있는 성분들을 추출하기 위하여 사용되는 공정이다. 상기 추출된 성분들은 정유공장에서 더 가공될 수 있으며, 여기에서 이들은 가솔린 및 디젤 등과 같은 가치있는 경질 분획(lighter fractions)으로 크래킹되고 전환된다. 용매 탈아스팔트화에 사용될 수 있는 적절한 잔유 공급원료(feedstock)에는, 예를 들면, 상압증류탑 분획(atmospheric tower bottoms), 진공증류탑 분획(vacuum tower bottoms), 원유, 톱핑된 원유(topped crude oils), 석유 추출물(coal oil extract), 세일유(shale oils) 및 오일샌드(oil sands)로부터 회수된 오일들이 포함된다.

용매 탈아스팔트화 공정들은 공지되어 있고, 그리고 많은 공개된 선행기술들, 예를 들면, 스미스(Smith)의 미합중국 특허 제2,850,431호, 반 풀(Van Pool)의 미합중국 특허 제3,318,804호, 킹(King)과 그의 동료들의 미합중국 특허 제3,516,928호, 소메크(Somekh)와 그의 동료들의 미합중국 특허 제3,714,033호, 코세임(Kosseim)과 그의 동료들의 미합중국 특허 제3,714,034호, 얀(Yan)의 미합중국 특허 제3,968,023호, 비번(Beavon)의 미합중국 특허 제4,017,383호, 부시넬(Bushnell)과 그의 동료들의 미합중국 특허 제4,125,458호 및 비두에이라(Vidueira)와 그의 동료들의 미합중국 특허 제4,260,476호에 기술되어 있으며 이들 모두는 추가의 에너지 절약 및 용매 : 오일의 비율을 감소시키거나 및/또는 소정의 탄화수소 제품들의 회수를 향상시킬 수 있는 성능 향상 특징들의 잇점을 갖는다.

선행 기술에서의 용매 탈아스팔트화 생성 아스팔텐-풍부 스트림의 처리(Treatment of SDA generated Asphaltene-Rich Streams in the Prior Art)

미합중국 특허 제4,421,639호에서, 용매 탈아스팔트화 공정은 2차 아스팔트 추출기(2nd asphalt extractor)를 사용하여 아스팔텐 물질을 농축한다(그리고 더 탈아스팔트화된 오일을 회수한다). 첨가된 용매를 수반하는 농축된 아스팔트 스트림은 상기 스트림의 온도를 18프사이(psia)에서 425℉까지 상승시키는 가열기(heater)를 통하여 송출되고, 그리고 계속해서 플래시 드럼(flash drum) 및 스팀 스트리퍼(steam stripper)에로 송출되어 상기 아스팔트 스트림으로부터 용매(이 경우에서는 프로판)를 분리한다. 액체 형태의 아스팔트 제품은 펌핑되어 저장된다. 이러한 배치는 단지 상기 아스팔트 풍부 스트림이 이들 조건들에서 액체인 경우에만 작동한다. 아스팔텐-풍부 스트림 내에 역청(bitumen)과 같은 상당한 고체 아스팔텐이 존재하는 경우 폐색(plugging)에 의해 부담이 되고, 그리고 상기 공정은 다량의 용매를 요구한다.

미합중국 특허 제3,847,751호에 있어서, 용매 탈아스팔트화 유닛(unit)으로부터 생성된 농축된 아스팔텐이 용매와 혼합되고 그리고 액체 용액으로서 분무건조기(spray dryer) 내로 전송된다. 상기 분무노즐 설계 및 상기 건조기 내에서의 압력 강하가 형성되는 액적(liquid droplets)의 크기를 결정한다. 경질 탄화수소(용매) 액적이 작을수록, 증기로 완전하게 기화(flash)될 것이다. 중질 탄화수소(아스팔텐) 입자가 작을수록, 상기 중질 액적들을 냉각시키기 위한 방사(radiation) 및 전도(conduction)에 의한 열전도에 가용한 용적/중량 당 표면적(surface area per volume/mass)이 더 커진다. 상기 건조기에서의 목표는 건조한, 비-점착성(non-sticky) 고체 아스팔텐 입자들을 생성하는 것이다. 냉가스(cold gas)가 상기 분무건조기의 바닥으로 공급되어 액적 강하 속도(droplet descent rate)를 늦추는 것에 의하여(상향 냉각 가스 흐름을 통하여) 액적 체류 시간(droplet residence time)을 증가시키는 것과 마찬가지로 별도의 대류 열전도(convective heat transfer) 및 전도 열전도(conductive heat transfer)에 의하여 냉각을 향상시켜 용기(이는 극히 크게 되는 경향이 있음)의 크기를 줄이도록 한다. 이러한 배치는 상기 추출기에서 가라앉는 상기 아스팔텐 입자들이 상기 공정 작업 온도에서 상기 용매 중에서 고체 형태로 존재하는 경우에는 실현가능하지 않다. 고체 입자들은 상기 분무건조기 노즐을 폐색시켜 신뢰성 및 그에 따라 고체 아스팔텐 풍부 스트림에서의 이러한 계획(scheme)의 실행 가능성(viability)을 제한한다.

미합중국 특허 제4,278,529호는 역청재료(bituminous material)의 이송(carry-over) 없이 감압에 의하여 역청재료로부터 용매를 분리하기 위한 공정이 기술하고 있다. 감압밸브(pressure reduction valve)를 통한 통과에 의하여 유체-형 상(fluid-like phase) 공급원료가 감압공정을 수행하고 계속해서 스팀 스트리퍼 내로 도입된다. 상기 감압공정은 상기 용매의 일부를 기화시키고 그리고 또한 미세한 역청재료 입자들의 액체미립자(mist)를 상기 용매 중에 분산시킨다. 잔류 아스팔텐은 젖은 상태로 그리고 점착성으로 남아 있으며 또한 상기 중질 역청상(heavy bituminous phase)(많은 고형분들을 갖는) 유체를 유지하기에 충분한 용매가 남아있지 않게 된다.

미합중국 특허 제4,572,781호는 원심 경사기(centrifugal decanter)를 사용하여 고체 아스팔텐의 고도로 농축된 슬러리로부터 액체상을 분리하여 중질 탄화수소 재료로부터 높은 연화점(softening point)(온도)의 실질적으로 건조한 아스팔텐을 분리하기 위한 용매 탈아스팔트화 공정을 기술하고 있다. 이 공정은 고체들을 갖는 아스팔텐이 풍부한 스트림을 취급하도록 설계되어 있으나, 그러나 고체들의 분리가 상기 경사기에로 상기 재료가 흐를 수 있도록 만들기 위하여 별도의 용매가 요구되는 고/액 분리(solid/liquid separation)를 통하여 수행되기 때문에 고도로 비용이 많이 드는 공정이다. 상기 고체 재료는 여전히 상대적으로 습윤하게 일단 분리되고 그리고 증기로서 용매를 회수하기 위하여는 추가의 건조단계가 요구된다. 회수된 용매 증기는 계속해서 재사용을 위하여 압축되어야 할 필요가 있으며, 이는 또 다른 에너지가 요구되는 단계이고 복잡성을 증가시킨다.

미합중국 특허 제7,597,794호에 있어서, 분산매(dispersion solvent)가 용매 추출에 의한 분리 후의 아스팔트 스트림 내로 도입되고 그리고 그 결과의 아스팔트 용액이 기체-고체 분리기(gas-solid separator) 내에서의 빠른 변화를 수행하고 그리고 고체 입자들과 용매 증기로 분산되어 조절가능한 크기의 아스팔트 입자들을 수반하는 아스팔트와 용매의 저온 분리의 결과를 가져온다. 여기에서 기술된 바와 같이 전송 매질(transport media)로서 액체 용매를 사용하는 기화/분무 건조기들로의 도전은 통합공정에서 생성된 아스팔텐이 기화 건조 단계 이전, 동안 및 이후에 습윤한 것을 잔류시키는 경향이 있다. 게다가, 이러한 통합 공정으로, 상기 아스팔텐은 상승된 온도에서 액화를 지속시킨다. 습윤된 아스팔텐은 표면에 대해 점착성이고 그리고 공정설비들을 오염시키고 그리고 폐색시킨다. 이러한 접근법에서 고유한 감소된 신뢰성은 이러한 공정들이 높은 아스팔텐 함량을 갖는 중질 원유들에 대하여 비용이 많이 든다.

미합중국 특허 제7,964,090호는 용매 탈아스팔트화 및 가스화를 사용하여 중질 아스팔텐 원유들을 업그레이드시키는(upgrading) 방법을 기술하고 있다. 하나 또는 그 이상의 탄화수소 및 하나 또는 그 이상의 비-아스팔텐을 포함하는 탄화수소를 용매와 혼합하는 것에 의하여 가스화기(gasifier)에로의 스트림이 생성되고, 여기에서 용매 : 탄화수소의 비율은 약 2 : 1 내지 약 10 : 1이다. 그 결과의 아스팔텐 풍부 스트림이 상기 용매 탈아스팔트에서 액체로서 가스화기에로 전송된다. 전송에 사용된 대량의 용매가 상기 가스화기에서 소모되고 그리고 연료 가스 상당(fuel gas equivalent)으로 다운그레이드(downgraded)된다. 아스팔텐이 액체로 되어야 하는 경향 때문에, 재료를 전송하기 위하여 용매를 언급된 양으로 사용하는 것이 실현될 수 있다. 고체 아스팔텐에 대하여는, 이 방법은 전송을 위하여 10 내지 20배 더 많은 용매를 요구할 수 있고, 그리고 상기 공정에서 고가의 용매가 대량으로 소모되고 그리고 그 가치가 감소될 수 있다.

미합중국 특허 제4,572,781호는 용매를 사용하여 중질 탄화수소 재료로부터 실질적으로 건조한 아스팔텐을 분리하기 위한 방법을 기술하고 있다. 본 발명의 관점은 2 단계들의 액체 추출(경사기)로 탈아스팔텐유(DAO) 제품을 생성하고, 아스팔텐 슬러리의 스크류 이송(screw conveyance)이 후속하고, 그리고 분무건조기 및 분리기 내에서의 2 단계들의 고체-증기 분리로 건조한 아스팔텐을 생성하는 것들로 구성된다. 건조한 아스팔텐 부산물을 형성한다는 개념이 탈아스팔텐유 생성 공정들에서 실현가능하다는 점에서 이 특허는 시사적이고 그리고 교시적이다. 그러나, 상기 공정은 상기 탈아스팔텐유 제품 및 상기 건조한 아스팔텐 제품 둘 다를 얻기 위하여 요구되는 많은 공정 단계들로 인하여 부담이 많다. 게다가, 경사 단계(decanting step)에서 상기 고체 아스팔텐을 생성하기 위하여 요구되는 작업 조건은 캐나다 역청에 대하여는 작동하지 않는다. 상기 특허에서 언급된 조건들에서는(<150℃), 상향류 정류탑(upstream fractionator) 내에서 열적으로 전환되었거나 또는 분리되었는 지 간에, 캐나다 역청은 흐르지 않을 것이고 그리고 시스템을 폐색할 것이다. 다른 구체예에 있어서, 미합중국 특허 제4,572,781호는 상기 분무건조기를 증발기로 대체하고 그리고 물/계면활성제를 상기 공정에 첨가하여 상기 용매의 분리를 보조하고 있다. 공정 단계들에서 절약이 이루어지지는 않았고 그리고 별도의 재료가 첨가되어 작업의 복잡성이 증가한다.

선행 기술에서의 정제 및 업그레이드에서의 용매 탈아스팔트화 계획(SDA Schemes in Refining and Upgrading in the Prior Art):

미합중국 특허 제7,749,378호에 있어서, 잔사유초임계추출(ROSE ; Residual Oil Supercritical Extraction) 용매 탈아스팔트화 공정이 정유공장(refinery) 또는 업그레이드공장(upgrader) 내에서 상압 잔사유 또는 감압 잔사유 스트림에 적용된다. 잔사유초임계추출 용매 탈아스팔트화 유닛으로부터 분리된 아스팔텐-풍부 스트림은 매우 점착성인 액체 용액이고 그리고 매우 집약적이고 그리고 고가인 공정설비를 통하여 공급원료 흐름을 용이하게 하기 위하여 극도의 작업 조건들(높은 온도) 및 첨가된 용매를 요구한다. 이 공정은 고체 아스팔텐을 온건 열분해 공정(mild thermal cracking process)을 통하지 않고 따라서 아스팔텐을 점착성에서 바삭바삭한 조직감(crunchy texture)으로 전환시키지 않고, 그리고 아스팔텐 스트림을 희석된 형태로 전송하기 위하여 일차적으로 과도한 용매에 의존하고 있다.

기술된 상기 잔사유초임계추출 용매 탈아스팔트화 공정의 목표로 하는 구체예는 적어도 4 : 1의 용매 : 오일(잔사유) 비율(중량비로) 및 300 내지 400℉의 범위 이내의 상기 추출기의 작동 온도를 필요로 한다. 실제로, 상기 공정을 폐색하는 것으로부터 상기 아스팔텐-풍부 스트림을 유지하기 위해서는 상기 온도는 심지어 더 높아야 하거나 또는 상기 용매 흐름이 더 증가하여야 한다. 이러한 설정에 있어서, 대부분의 원래의 공급원료가 원유로부터 다운그레이드되고 그리고 (상기 공정의 상대적으로 높은 공정 집중화에 더해) 원유의 전체 경제적 생산량을 감소시키는 저전환(low conversion)(즉, 열분해(coker), 가스화) 또는 낮은 가치의 작업(low value operation)(아스팔트 공정(asphalt plant))에로 송출된다.

조합된 탄화수소 열분해 및 용매 탈아스팔트화 계획들의 바람직함(The Desirability of Integrated hydrocarbon cracking and SDA schemes):

공정들은 중질 탄화수소 스트림(예를 들면 오일샌드 역청)의 파이프라인 수송가능하고 그리고 정유공장에서 수용가능한 원유로의 전환 및/또는 조건을 기술하여왔다. 중요한 것은, 열분해, 접촉 분해(catalytic cracking), 용매 탈아스팔트화 및 전 3종의 조합들(예를 들면, 비스브레이킹(visbreaking) 및 용매 탈아스팔트화)이 역청을 전환시켜 전송 및 정유공장 공급원료로 사용하기 위한 그의 특성들을 개선하기 위하여 제안되었다.

이하에서 기술되는 본 발명의 잇점들은 미합중국 특허 제7,976,695호에서 언급된 열분해 유닛(thermal cracking unit)의 작업의 문맥 및 (상기 '695 특허의) 열분해기(thermal cracker)의 미합중국 특허출원 제13/037185호의 용매 탈아스팔트화와의 조합 작업에 의해 생성되는 실시예로 이해될 수 있을 것이다.

도 A는 2가지 형태들의 아스팔텐 분자들의 배열을 나타내고 있다. 이들 분자들은 역청 탄화수소 분자들의 고분자량 및 높은 마이크로-탄소 잔사수(micro-carbon residue(MCR) numbers)들로 언급되는 바와 같은 코크스(coke)로의 큰 경향을 나타내는 장측쇄(long side chains)를 갖는 복합체(complex)이다.

게다가, 이들 장측쇄들은 쉽게 다른 유사한 분자들과 쉽게 얽히게 되어 크고 다루기 힘든 점착성의 덩어리(clumps)들을 형성한다. 이들 점착성의 덩어리들에로의 직접적이고, 집중적이고, 즉각적인 열의 공급이 실질적으로 상당한 양의 코크스와 등용 가스(light gases)들을 생성한다. 신속한 냉각은 축합반응들을 생성하여 상기 공정에서 마찬가지로 추가의 다운스트림으로 다루기 어려운 장측쇄들을 갖는 달리 배열된 복합체 아스팔텐들을 생성한다.

도 A - 서로 다른 공급원들로부터의 아스팔텐 분자들을 나타내는 평균 분자 구조들: A, 전통적인 중질유(heavy crudes)로부터의 아스팔텐; B, 캐나다 역청으로부터의 아스팔텐(문헌 Sheremata et al, 2004 참조).

제어된 온건 열분해는 상기 역청 분자의 장측쇄들을 비활성 코크스 입자를 닮은 분자의 핵심구조(molecules' core structure)는 존속시키는 방법으로 분해시키는 열-영향을 받은 아스팔텐을 생성한다. 대개는 상기 아스팔텐을 용해시키는 수지(resins)들이 또한 열-영향을 받아 침강(precipitation)을 허용하는 아스팔텐 용해도의 감소의 결과를 야기한다. 일단 침강되면, 이들 변성된 아스팔텐들의 입자들은 상승된 온도에서 고체로 잔류한다. 분해된 측쇄들은 분리되었을 때는 일차적으로 경질의 탄화수소 액체 분자들로 되고 이는 포획(captured)되었을 때는 파이프라인용 원유(pipeline ready crude)의 전체 경제적 생산량을 증가시킬 수 있다.

미합중국 특허 제4,454,023호에서, 중질 점성 탄화수소 오일의 처리를 위한 공정이 기술되어 있으며, 상기 공정은 상기 오일을 비스브레이킹하는 비스브레이킹단계; 상기 비스브레이킹된 오일을 분류(fractionating)하는 분류단계; 2-단 탈아스팔트 공정에서 상기 비스브레이킹된 오일의 비-증류분(non-distilled portion)를 용매 탈아스팔트화하여 분리된 아스팔텐, 수지 및 탈아스팔트된 오일 분획들을 생성하는 탈아스팔트단계; 상기 탈아스팔트된 오일 분획("DAO")을 상기 비스브레이킹된 증류물들과 혼합하는 혼합단계; 및 상기 탈아스팔트 단계로부터의 수지를 비스브레이커(visbreaker)에로 초기에 전달되는 상기 공급원료와 함께 재생 및 결합시키는 재생 및 결합단계;를 포함한다. 상기 미합중국 특허 제4,454,023호는 캐나다 역청 보다 경질의 탄화수소(API 비중(APIgravity) > 15)를 업그레이드 하기 위한 수단을 제공하나, 그러나 캐나다 역청에 대하여 사용되는 경우, 상기 탈아스팔트된 오일 분획으로부터 상기 수지 분획을 분리하기 위한 부가의 용매 추출 단계의 복잡성 및 비용으로 인한 것과 마찬가지로 상기 탄화수소 스트림을 과도-열분해(over-crack) 및 코크스화할 수 있는 열분해의 오용으로 부담이 된다. 수지 스트림의 재생부는 파이프라인 수송 규격에 부합하는 제품을 생성하는 것이 요구되고 그리고 작업 비용 및 작업의 복잡성 및 공정 집중화를 증가시킨다.

비스브레이커 같은 전형적인 열분해기들은 상기 복잡한 캐나다 역청 아스팔텐 분자들의 특성들을 적절하게 개선하지는 못한다. 상승된 온도에서, 상기 아스팔텐 분자들은 액체가 될 수 있고 그리고 고도로 점착성이 될 수 있다.

이들 전형적인 비스브레이커들이 용매 탈아스팔트화 공정들과 조합되는 경우, 상기 용매 탈아스팔트화 공정으로부터의 액상의 용매가 전형적으로 이들 분리된 아스팔텐들을 슬러리로서 부산물 가공공정(가스화, 분무건조기 또는 아스팔트 공장)으로 이송시키는 데 사용된다.

미합중국 특허출원 제2007/0125686호에 있어서, 중질 탄화수소 스트림이 먼저 중질 성분이 온건한 열분해기(비스브레이커)에로 송출되는 증류를 통하여 여러 분획들로 분리되는 공정이 기술되어 있다. 상기 온건한 열분해기로부터의 잔여의 중질 액체는 공개된 선행기술인 용매 탈아스팔트화 유닛 내에서 용매 탈아스팔트화된다. 상기 용매 탈아스팔트화 공정으로부터 분리된 아스팔텐은 가스화기에의 공급물로서 사용된다. 그 결과의 탈아스팔트화된 오일은 응축된 온건한 열분해기 증기와 혼합되어 혼성 생성물(blended product)을 형성한다. 표준 비스브레이킹은 상기 아스팔텐의 특성들에 영향을 줌이 없이 초기 코크스 생성이라는 난제에 직면하게 된다. 상기 아스팔텐은 상기 용매 탈아스팔트화 공정 용매와 혼합되고 그리고 액체 슬러리로서 가스화기에로 송출된다. 고가의 용매가 상기 가스화기에서 소모되어 전체 공정의 자본 및 작업비를 상승시키는 한편으로 또한 상기 공정의 탄소족적(carbon footprint) 및 공정 집중화를 증가시킨다.

스태틱 믹서 및 1차 역청 가공(Static Mixers and Primary Bitumen Processing in the Prior Art):

정유산업 관행에서는 스태틱 믹서들을 사용하여 2가지 스트림들, 전형적으로 경질 탄화수소 스트림과 중질 탄화수소 스트림들을 혼합한다. 스태틱 믹서들은 상기 2가지 스트림들이 유사한 점성들을 갖고 그리고 흐름체계(flow regime)이 난류영역 내에 있는 경우에 유용하다. 상기 스트림들의 점성들이 1000배 이상으로 다른 경우, 스태틱 믹서들은 상기 스트림들의 혼합이 형편없게 된다. 게다가, 변성-아스팔텐 스트림 등과 같은 높은 오염의 경향을 갖는 스트림 또는 스트림들에 대한 공정들에 대하여는, 스태틱 믹서들은 흐름제한점(flow restriction point), 추가된 표면적 및 상기 스트림에 노출된 불규칙한 특성들 및 오염의 가능성의 증가 등을 일으킨다.

스태틱 믹서들은 용매와 원유를 혼합하고 그리고 아스팔트 추출기(asphalt extractor)에서의 탈아스팔트화 공정을 향상시키는 시도에 사용되어 왔다. 그러나, 중질 원유와 용매 간의 큰 점도차(1000배의 차이를 충분히 넘는)로 인하여, 이러한 적용에서의 스태틱 믹서는 어떠한 주목할만한 잇점도 제공하지 못하고 있다.

선행기술에서의 원유 정제/오일샌드 업그레이트 공정에서의 로터리 전단혼합장치(Rotary Shear Mixing Devices in Crude Refining/Oil Sands Upgrading Processes in the Prior Art):

원유의 흐름 특성들을 개선시키기 위한 원유 정제 용도에서 고전단 믹서(high shear mixers)들이 고려되었다. 미합중국 특허출원 제2011/0028573호에 있어서, 고전단 혼합장치 내에서 원유를 경질 가스에 도입하는 것에 의하여 원유의 API 비중을 증가시키기 위한 시도에 전단 믹서가 사용되었다. 고전단력은 원유 내로 가스를 필수적으로 "포획(entrain)"한다. 공칭 침강시간(nominal settling time) 이후, 가스는 특히 보다 따뜻한 온도 하에서 상기 원유로부터 해방될 수 있고, 따라서 원유에 대하여 레이드 증기압(RVP ; Reid vapour pressure)에 영향을 주고 그에 의하여 원유 정제에서의 전단 혼합의 적용의 잇점을 제한하고 파이프라인 수송 및 펌핑에 적절하지 않은 2-상 유체(two-phase fluid)의 증가의 결과를 수반한다. 이러한 적용은 그러나 다른 상대 밀도(및 점도)들을 갖는 재료들의 2개의 서로 다른 상들을 완전히 혼합하는 능력을 입증하고 있다.

캐나다 오일샌드에 있어서, 역청의 유기 용매들 내로의 용해속도를 결정하기 위한 연구들에서 회전디스크들을 구비하는 용기들이 사용되었다. 울리치(R. Ulrich)와 그의 동료들(문헌 Application of the Rotating Disk Method to the Study of Bitumen Dissolution into Organic Solvents, Canadian Journal of Chemical Engineering, Volume 69, August 1991 참조)은 회전하는 디스크로부터의 전단의 정도가 증가됨에 따라 용매 형태에 대한 역청 용해의 민감도가 덜하다는 것을 발견하였다. 이러한 학습은 포스터 휠러(Foster Wheeler)에 의해 상용 아스팔트 추출기에 공개된 선행기술의 상용적인 용매 탈아스팔트화 공정 유닛들이 적용되었으나(미합중국 특허 제4088540호), 그러나, 가변하는 기계장치(moving mechanical device)는 캐나다 역청으로부터 침강된 고체 아스팔텐을 취급하는 경우에 특히 신뢰성이 문제가 된다. 그들의 목적은 혼합에 의하여 경질 액체 및 중질 액체 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 것이다. 상기 침강된 아스팔텐은 상기 추출기 용기 내의 상기 포스터 휠러 공정에서의 회전디스크들을 쉽게 오염시킨다.

당해 기술분야에서 숙련된 자들에게는 본 발명의 다른 관점들이 하기의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 수 있을 것이고, 여기에서 본 발명의 여러 구체예들이 설명의 방법으로 나타나고 그리고 기술되었다는 것은 이해되어야 한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명은 다른 구체예들이 가능하고 그리고 모두 본 발명의 정신 및 관점으로부터 벗어남이 없이 그의 여러 상세들이 여러 다른 관점들에서의 변형이 가능하다. 따라서, 도면들 및 상세한 설명들은 속성 상 제한으로서가 아닌 설명으로서 간주되어야 한다.

하나의 구체예에 있어서 혼합가능 침강기(Mixing Enabled Precipitator ; MEP)는 적어도 100,000이 되는 점도차의 크기를 갖는 2가지 서로 다른 점성 유체들을 완전하게 그리고 신속하게 혼합하는 연속공정을 뒷받침한다. 하나의 구체예의 상기 혼합가능 침강기는 다운스트림 분리를 위한 중질 탄화수소 스트림으로부터의 혼합된 스트림 중의 아스팔텐 입자들의 용해도 특성들을 변경시키는 것에 의하여 고체 아스팔텐의 침강을 촉진하기 위한 향상된 물질 이동(mass transfer)을 제공한다.

하나의 구체예에서의 상기 혼합가능 침강기는 혼합과 함께 거의 즉각적인 침강을 제공하고 그리고 탄화수소쇄(hydrocarbon chains)를 해체(disentangling)하는 것에 의하여 물질 이동을 향상시킨다. 상기 장치는 캐나다 역청 분자들의 측쇄들을 분해하고 그리고 별도로 잔류가능한 탄화수소 제품(viable hydrocarbon product)을 생성하는 것에 의하여 상기 아스팔텐 분자의 특성을 변화시킬 수 있다. 상기 혼합가능 침강기의 하나의 구체예에서 침강되고 그리고 상기 장치로부터 전송되어 나오는 고체들은 10㎛ 내지 900㎛의 범위 이내가 될 수 있다. 상기 혼합가능 침강기는 바람직한 구체예에 있어서 최적으로 3 내지 40의 범위의 시어넘버(shear number) 이내에서 작동할 수 있다.

선행기술의 용매 탈아스팔트화 공정 계획이 다른 구체예에서 적절하게 위치된 혼합가능 침강기(들)을 포함하도록 변경되어 아스팔텐 분리 단계에서의 용매사용 요구량을 감소시키고 그리고 특히 캐나다 역청에 대하여 적절한 용매 탈아스팔트화 공정에 대한 전체 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 온건한 열분해와 조합되는 경우, 이 구체예의 개선된 용매 탈아스팔트화 공정 배치는 별도의 희석제 없이 파이프라인용 원유를 생산하기를 희망하는 산유국들(oil producers)을 위하여 그리고 잔사유 수첨분해시설(residue hydrocrackers) 및 코크스화 유닛(coking units) 등과 같은 설비들에 존재하는 탈병목(debottleneck)을 희망하는 정유공장/업그레이드 공장을 위하여 원유 수율을 더욱 개선할 수 있다.

도 1은 기술된 하나 또는 그 이상의 구체예들에 따라 고체 아스팔텐 분리를 향상시키기 위한 관성분리기(inertial separator)를 구비하는 용매 탈아스팔트화를 개선하기 위하여 포함된 혼합가능 침강기를 갖는 용매 탈아스팔트화 공정을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 기술된 하나 또는 둘 이상의 구체예들에 따라 용매 탈아스팔트화를 향상하도록 묘사된 제2 혼합가능 침강기 및 아스팔트 추출기 배열을 수반하는 도 1에 대한 추가의 용매 탈아스팔트화 공정 향상을 묘사하는 도면이다.
도 3은 기술된 하나 또는 둘 이상의 구체예에 따라 도 2와 유사한 조합된 온건한 열분해 및 개선된 용매 탈아스팔트화 공정의 모식적인 응용을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 4는 기술된 하나 또는 그 이상의 구체예들에 따라 현존하는 업그레이드 공장 또는 정유 공장 내에 적절히 위치된 전단 혼합장치에 대하여 조합된 온건한 열분해 및 개선된 용매 탈아스팔트화 공정의 모식적인 응용을 묘사하는 도면이다.
도 5는 기술된 하나 또는 그 이상의 구체예들에 따라 잔사유 수첨분해 및 가스화 유닛들에로 송출되는 조합된 열분해기/개선된 용매 탈아스팔트화 공정으로부터의 여러 제품들과 함께 현존하는 업그레이드 공장 또는 정유공장으로부터 감압잔사유 스트림을 공급받는, 적절하게 위치된 전단 혼합장치들을 수반하는 조합된 온건한 열분해 및 개선된 용매 탈아스팔트화 공정의 도 4로부터의 특정의 모식적인 적용을 묘사하는 도면이다.
도 6은 침강된 고체 아스팔텐과 탈아스팔트된 오일 분획/용매 혼합물을 분리하기 위한 수용용기를 수반하는 혼합가능 침강기에 대한 특정의 모식적인 배열의 공정 강화를 묘사하는 도면이다.

첨부된 도면들과 함께 하기에서 규정되는 상세한 설명은 본 발명의 여러 구체예들의 설명으로 의도된 것이고 본 발명자에 의해 고려된 유일한 구체예들을 나타내는 것으로 의도되는 것은 아니다. 상기 상세한 설명은 본 발명의 포괄적 이해를 제공하기 위한 목적의 특정의 상세들을 포함한다. 그러나, 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 본 발명이 이들 특정의 상세들 없이도 실행될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 용매와의 혼합을 유효하게 하여 제품 스트림들(82, 100 및 102)의 여러 조합들로부터 정유공장 및 파이프라인 공급용으로 적절한 혼합된 탄화수소를 생성하는 중질 탄화수소(예를 들면, 캐나다 역청) 스트림(5)이 적용되는 혼합가능 침강기(MEP)(30)가 첨가된 개선된 공개된 선행기술의 용매 탈아스팔트화 공정을 사용하는 용매 탈아스팔트화 공정을 묘사하는 공정흐름도이다.

신생 용매(fresh solvent) 구성이 스트림(1) 및 다른 스트림들(101, 122)을 통한 공정으로부터의 재생 용매 내에 첨가된다. 혼합된 스트림(14)은 적절한 온도(275 내지 400℉)까지 가열되고 그리고 혼합가능 침강기(30)을 통하여 송출된다. 아스팔텐-풍부 스트림과 용매(부탄(butane) 내지 헵탄(heptane) 같은 경질 탄화수소들) 간의 점성에서의 이러한 큰 차이에 대하여는, 스태틱 믹서들은 적절한 혼합을 제공할 수 없는 것으로 입증되었고 따라서 혼합가능 침강기 또는 능동 혼합장치(active mixing devices)들의 부재 중에서 혼합을 발휘하기에는 별도의 용매가 요구된다. 그러나, 어느 정도 더 많은 용매를 첨가한 후, 상기 2가지 액체들(용매 및 아스팔텐-풍부 스트림)은 전송 배관 내에서 계층화(stratification)를 나타낼 것이고, 따라서 상기 아스팔트 추출기/분리기 이전에 상기 배관 내에서 상기 액체들의 어떠한 사전혼합도 제한할 것이다. 이론적으로는, 스태틱 믹서의 개방 영역이 감소되어 혼합을 개선할 수는 있으나, 그러나, 실제에 있어서는, 상기 아스팔텐-풍부 스트림을 취급하는 경우에 감소된 개방 영역 혼합기의 폐색이 야기된다.

급속/완전(예를 들면, 고전단) 혼합 및 1차 역청 가공(Rapid/Complete (ex. High Shear) Mixing and primary Bitumen processing):

1차 중질 원유(예를 들면, 캐나다 역청) 가공의 어떠한 선행기술도 용매 탈아스팔트화 유닛의 업스트림을 직접적으로 혼합하는 급속/완전(예를 들면, 고전단) 혼합의 사용을 포함하지 않는다. 게다가, 직접적으로 고체 형태로의 아스팔텐의 침강은 선행기술의 설계로는 원치않는 결과가 되는 것으로서 회피되어야만 했다. 따라서 석유산업에서의 급속/완전 혼합의 적용은 지금까지는 상기 모래로부터의 역청의 초기 추출 및 오일샌드 잔유(oilsands tailings)(그 중에서도 하기의 특허들 즉, 미합중국 특허 제7,758,746호, 동 제7,867,385호, 동 제7,585,407호에서 언급된 바와 같은 복원공정 스트림)의 처리에 촛점이 맞추어졌다.

혼합가능 침강기(30)은 본 출원인들에 의하여 2가지 포함된 고도로 서로 다른 점성의 액체(아스팔텐-풍부 및 경질 탄화수소 용매)의 혼합을 개선하여 고체 침강을 촉진하기 위한 탈아스팔트화를 위한 파일럿 공장에 적용되었다.

급속/완전 혼합의 이러한 신규한 응용은 어느 하나/둘 다를 야기하는 것으로 여겨지는 하기의 잇점들을 제공할 수 있다:

1. 용매와 결과의 오일 사이의 긴밀한 접촉을 생성:

a. 작업 비용(operating costs)을 감소시킨서 제품들의 동일한 수율/품질에 부합하는 감소된 용매/오일 비율(S/O ratio)의 감소.

b. 일정한 용매/오일 비율에서 제품들의 동일한 수율/품질에 부합하는감소된 체류 시간에 의한 설비 크기의 감소.

c. 아스팔트 추출기 내에서의 임의의 물질 전달 및/또는 내부 혼합(mixing internals)에 따라 간단한 정화기(clarifier) 또는 아스팔텐 분리기(asphaltene separator)를 생성하는 전체 공정에 대한 경제적으로 신뢰성을 향상시키는 데 요구되는 제거.

d. 감소된 용매 손실.

e. 아스팔텐 고체들의 급속 침강 촉진.

2. 장쇄(long-chained)의, 얽힌 아스팔텐 분자들에 작용하여 먼저 이들 분자들을 해체하고 그리고 분리하고 그리고 다음으로, 이론적으로, 달리 수지/아스팔텐들을 서로 고정시켜 "더 큰(larger)" 아스팔텐 구조들을 생성하는 임의의 약한 결합들/상호작용들(극성)을 파괴하는 증가된 힘(예를 들면, 전단력). 이는:

a. 상기 액체 탈아스팔트된 오일 분획/수지로부터 아스팔텐을 더 잘 분리시켜 탈아스팔트된 오일 분획과 아스팔텐 사이의 용해도 변화를 생성하는 것에 한 액체 탈아스팔트된 오일 분획/수지 수율 증가.

b. 최소/무 인력(minimal/no attraction)을 갖는 이들 보다 큰 분자들 내에 고정될 수 있는 금속들을 제거하기 위한 가능성(potential) 증가.

c. 아스팔텐 고체들의 급속 침강 향상.

혼합가능 침강기는 높은 점성 스트림(즉, 역청)과 용매의 낮은 점성 스트림(즉, 부텐, 펜탄, 헥산 또는 헵탄 또는 혼합물 등과 같은 저 분자량 탄화수소)의 긴밀한 혼합의 과제를 성공적으로 취급한다. 상기 급속/완전 혼합은 달리 자연적으로 긴밀하게 또는 철저히 혼합되지 않는 성분들의 표준화되고 그리고 상대적으로 균질한 혼합물을 생성한다. 고전단(와류(turbulence))이 물질 이동을 위한 높은 용해도 추진력(solubility driving force)을 유지하도록 작용하는 것으로 고려된다: 와류가 증가함에 따라, 물질 이동이 강화되고, 그리고 완전한 혼합이 달성된다. 즉각적인 혼합의 달성으로, 상기 역청 및 경질 용매로부터 아스팔텐의 소정의 급속 침강이 야기된다.

소정의 혼합을 수행하는 실시예로서, 혼합가능 침강기들은 급속/완전 혼합을 생성하여 필요한 와류를 촉진하도록 적용될 수 있다. 전단력을 생성하는 다양한 방법들이 존재하고 있다. 이하는 장치 내에서 고체 침강을 취급을 제공하기 위한 고전단 혼합장치의 바람직한 구체예들의 실시예이다. 상기 장치는 전형적으로 상당히 높은 회전 속도에서 작동하여 높은 회전자 선단 속도(rotor tip speeds)를 생성하는 회전자(rotor)와 고정된 고정자(stationary stator)를 활용할 수 있다. 변화하는 정도의 전단 생성을 수반하는 다중 회전자들 및 고정자들이 적용될 수 있다. 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 차동 속도는 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극(gap) 내에 극히 높은 전단 및 와류 에너지를 부여한다. 따라서, 상기 2가지 스트림들의 혼합 내로의 전단 입력의 양을 예측하면 회전자 선단 속도는 중요한 인자이다. 회전자 직경 및 회전속도의 함수인 회전자 선단 속도는 하기 식 (1)로 표현될 수 있다:

여기에서 D는 m 단위의 상기 회전자의 직경이고, 그리고 n은 rpm 단위의 상기 회전자의 회전속도이다. 식 (1)은 상기 회전자 크기와 회전자가 회전하는 속도의 관계를 나타낸다. 회전자 선단 속도는 [단위(units)] 이내이다. 만일 다중 회전자 블레이드들이 배치되는 경우, 이 측정(measure)은 모든 블레이드들의 선단 속도의 합이다.

게다가, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 상기 간극 거리는 전단의 양에 기여할 수 있다. 회전자와 고정자 사이의 상기 간극 내의 전단을 계산하는 데 사용되는 식은 식 (2)에 언급된다:

여기에서 S_r은 전단 속도이고, 그리고 g는 m 단위의 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극이다. 상기 전단 속도는 전형적으로 고전단 믹서의 성능을 기술하는 데 사용된다. 여기에서 다중 회전자 선단들(블레이드들)이 포함되는 경우, 이러한 사실은 이미 식 (1)에서 V(선단 속도)의 계산에서 고려된다.

다른 중요한 인자는 전단 주파수(shear frequency), f_s, 또는 회전자와 고정자 개구들 메쉬(openings mesh) 발생의 수이다.

상기 전단 주파수는 전단 믹서 기하구조를 고려하고 그리고 하기 식 (3)으로 주어진다:

여기에서 N_r은 회전자 블레이드들의 수를 나타내고 그리고 N_s는 고정자 개구들의 수를 나타낸다.

경험적으로 유용한 전단 계산은 상기 전단 주파수와 전단 속도의 관계(선단 속도의 직접적인 함수)인 시어넘버(S)를 제공한다. 식 (4)는 2가지(또는 그 이상) 혼합장치들의 전단 효과를 비교하기 위한 수단을 제공하는 무차원(dimensionless)의 시어넘버를 창안하는 방법을 나타내고 있다.

이를 기초로 하여, 이러한 응용에서 3 내지 40의 범위 이내의 시어넘버들이 성공적으로 아스팔텐-풍부 재료와 용매의 소정의 즉각적인 긴밀한 혼합을 수행하여 고체 아스팔텐의 빠른 침강을 허용하는 데 가장 적절할 수 있다는 것이 결정된다. 바람직한 구체예에 있어서, 최적의 시어넘버들은 8 내지 14의 범위 이내이다. 50 이상의 시어넘버들은 아마도 생성된 전단에 대한 점감 리턴(diminishing return) 및 수득되는 잇점(즉, 상기 유체에 대하여 힘을 제공하는 비용들)을 제공할 것이다. 이들 증가된 전단 속도들은 적절한 증분하는 해체 또는 혼합 효과들에 어울리지 않는다.

회전자-고정자 설계들을 고려하는 경우, 다중 고정자들 및 회전자들이 있을 수 있고, 그리고 상기 시어넘버는 각 열 내의 각 회전자에 적용되어야 한다.

상기 혼합가능 침강기는 2가지 탄화수소 스트림들의 즉각적이고 급속한 혼합(아스팔트 침강을 촉진하는 물질 이동)을 촉진시켜 침강된 고체 아스팔텐들이 생성되는 한편으로 상기 장치 내에서의 결과의 고체/액체 혼합물의 연속적인 수송을 허용하기 위한 고전단력을 생성하는 데 필요하다.

상기 혼합가능 침강기의 혼합부(mixing portion)(전형적으로는 하나 또는 그 이상의 회전자들 및 고정자들의 조합들(sets))는 상기 장치 내의 대량의 아스팔텐 고체들의 침강/생성 및 존재를 수용하여야 한다. 상기 혼합가능 침강기 설계는 상기 장치 내의 충분한 개구에 대하여 아스팔텐 침강을 촉진하여 고체가 상기 장치를 통하여 이동하여 배출되는 것을 허용하도록 하기 위한 고전단력에 대한 요건과 맞춰져야 한다. 상기 혼합가능 침강기의 출구는 상기 장치 내에서 생성되거나/침강되는 고체들을 수용하거나 또는 상기 혼합가능 침강기 내에서 재료를 전송 파이프 또는 침강용기(settling vessel)(아스팔텐 분리기)로 밀어내는 압력차를 제공하기 위한 격실 및 시설을 가져야 한다. 상기 격실은 개방될 수 있거나 또는 상기 고체/액체 혼합물의 상기 혼합가능 침강기 밖으로의 전송을 촉진시키기 위한 볼루트(volute) 및/또는 임펠러가 장착될 수 있다.

바람직한 구체예에 있어서, 상기 혼합가능 침강기는 10㎛ 내지 900㎛의 크기의 범위 이내이고 액체 혼합물 내에 현탁된 고체 입자들을 통과시킬 수 있어야 한다.

내부 공정을 수반하는 표준 아스팔트 추출기의 업스트림에의 혼합가능 침강기를 위치시키는 1차적인 잇점은 상기 혼합가능 침강기로부터의 긴밀한 혼합이 상기 아스팔트 추출기 내에 고정 또는 가변 혼합 내부를 가질 필요성을 제거한다는 것이다. 침강된 고체 아스팔텐은 고도로 오염되고 따라서 시스템 내에서의 임의의 제한들을 제거하고 그리고 공정 집중화를 감소시키기 위한 저장이 바람직하다. 추출기 대신 단순 아스팔텐 분리기가 사용될 수 있다.

이 응용에서의 상기 급속/완전 혼합가능 침강기 기구의 다른 1차적인 잇점은 스태틱 믹서 보다 적어도 30% 넘게 감소된 용매/오일 비율이다. 이는 스태틱 혼합에서와 동일한 제품의 수율/품질을 생산하는 데 더 작은 분리기 설비 및 더 낮은 작업 비용(즉, 용매 액체 순환 및 설비의 재생/구성)의 결과를 가져온다. 상기 아스팔텐의 임의의 잔류하는 공-혼성된(co-mingled) 장쇄 및 중쇄부들에 대하여 상기 급속/완전 혼합가능 침강기 기구에 의하여 적용되는 증가된 힘이 또한 상기 용매가 아스팔텐과 더 긴밀하게 혼합되는 것을 보조하여 급속이고 그리고 효과적인 아스팔텐의 용액 밖으로의 침강을 촉진할 수 있다. 상기 급속/완전 혼합가능 침강기 혼합을 위한 요건들에 첨가된(상대적으로 낮은) 힘을 보정한 후에서 조차도, 보다 낮은 달성된 오일 대 용매 비율 및 감소된 공정 집중화를 통한 유의미한 절약이 있게 된다.

이들 낮은 용매 대 오일 비율에서, 추출기(40) 내에서의 가공 이후, 상기 아스팔텐은 필수적으로 무-오일(oil-free)인 것으로 고려되고 그리고 스트림(42)으로서 유동화된 가스(다른 산업 현장(industrial settings)에서의 코크스 및 석탄의 통상적인 수송과 유사한)를 통하여 쉽게 저장되고 그리고 추가의 가공을 위하여 전송되는 건조 고체를 생성하도록 임의의 내포된 액체 및 수송 가스로부터의 고체들의 제거를 위한 관성분리기(60)에로 수송된다.

수송라인, 스트림(42)은 작업에서의 조정에 의해 쉽게 발견되는 그러나 150 내지 300℃의 범위 이내인 수송 온도의 범위 내에서 가열되어 가능한 한 많은 용매를 기화시키는 한편으로 여전히 상기 아스팔텐이 고체 상태를 유지하도록 한다. 이는 인입 공급원료 및 사용된 용매에 의존적일 수 있다.

선행기술에서 사용된 바와 같은 부가의 용매는 이 공정에서 전송 매질로서 첨가되거나/낭비되어야 할 필요는 없다. 상기 용매 탈아스팔트화 공정에 요구되는 용매의 대략 4 내지 10배가 통상의 시스템 내에서 폐색 없이 고체 아스팔텐을 수송하는 데 요구될 수 있다.

또한, 고체/가스 분리를 촉진하기 위하여 쉽게 폐색될 수 있는 제한(노즐)을 요구하는 분무건조기 등과 같은 기구 대신, 큰 개구 면적을 갖고 그리고 가스 및 연속적인 고체 흐름으로부터의 고체 분리가 용이한 기하학적 구조를 갖는 관성분리기(60)가 제공된다.

가스 스트림(4)이 컬럼(4)의 바닥 출구에서 주입되어 고체들의 흐름을 촉진시킨다. 스트림(3) 내의 용매가 상기 추출기에 첨가되어 탈아스팔트된 오일 분획 추출을 개선시키도록 한다. 스트림(42) 내의 상기 가스는 임의의 포획된 용매와 함께 상기 관성분리기(60) 내에서 종결된다. 상기 관성분리기로부터의 증기는 교환기(110) 내에서 냉각되고 그리고 플래시 드럼(120) 내에서 분리된다. 회수된 액체 용매 스트림(122)이 상기 공정에서의 재사용을 위하여 스트림(1)과 혼합된다. 유체화된 가스인 스트림(121)은 분리되고 그리고 재사용된다.

다른 용매 탈아스팔트화 공정에서와 같이, 유닛(40)으로부터의 상기 추출된 탈아스팔트된 오일 분획은 더 가공되어 탈아스팔트된 오일 분획으로부터 용매를 분리한다. 스트림(41)은 필요한 경우 스트림(2)로부터 첨가된 용매를 가지고 그리고 상기 용매 중에서의 상기 탈아스팔트된 오일 분획의 용해도를 감소시키기 위하여 가열되어 분리단계를 시작한다. 가열기(90), 또는 수지 제품이 요구되는 경우, 가열기(70)이 사용되어 스트림(41)을 가열한다.

초임계 조건들이 사용되어 유닛(100) 내에서 상기 탈아스팔트된 오일 분획으로부터 용매를 분리할 수 있으며, 이는 전형적으로 용매추출컬럼 및 저압 스트리퍼를 포함한다.

스트림(102)은 고도로 농축된 탈아스팔트된 오일 분획 스트림인 반면, 스트림(101)은 상기 공정에서 재사용되는 용매이다. 수지 제품이 요구되는 경우, 추출기 컬럼 및 저압 스트리퍼를 구비하는 수지 추출유닛(190)이 사용될 수 있다. 스트림(41)이 가열되고 그리고 유닛(80)으로 인입되어 수지 풍부 스트림(82) 및 상기 용매 추출 유닛(100) 내에서 가공되어야 하는 탈아스팔트된 오일 분획/용매 풍부 스트림(81)을 생성한다.

다른 관점에 있어서, 도 2는 탈아스팔트된 오일 분획 추출을 개선하기 위한 상기 혼합가능 침강기의 다른 위치를 나타내고 있으며, 여기에서 2차 아스팔텐 추출기/침강기, 유닛(50)이 상기 용매 탈아스팔트화 공정에서 사용된다. 이 제2 혼합가능 침강기는 제1 추출기 앞에 혼합가능 침강기가 위치하는 것과 동일한 형태의 잇점들을 생성한다. 필수적으로, 혼합가능 침강기는 탈아스팔트된 오일 분획으로부터 아스팔텐을 분리하도록 설계된 임의의 추출 컬럼과 유리하게 결합될 수 있고 그리고 본 발명에서는 아스팔텐 분리기 또는 침강기/분리기로 분류될 수 있다.

상기 2차 아스팔텐 추출기(50)는 상기 공정으로부터 제품 탄화수소 전체 회수율을 증가시키고 그리고 상기 관성분리기(60)에로 송출되기 이전에 오일 전체가 스트림(42)으로부터 제거되는 것을 보장하는 데 사용된다. 게다가, 유닛(50)은 전체 용매 순환 비율(solvent circulation rates)을 감소시킨다.

스트림(42)을 직접적으로 상기 2차 아스팔텐 추출기에로 송출하는 대신, 이 경우에서는 상기 아스팔텐의 향상된 혼합을 제공하기 위한 혼합가능 침강기(230)에로 송출되어 상기 용매가 긴밀하게 그리고 급속하게 상기 아스팔텐과 혼합되도록 하는 것을 허용한다.

통상적으로, 그리고 현재 통용되는 실시에 있어서, 수지 추출기(80)의 형태로 1차 탈아스팔트화된 오일에 대하여 별도의 용매 추출이 수행되어 별도의 탈아스팔트화된 중질 오일 스트림(82)을 제공하도록 한다. 이러한 특징은 마찬가지로 본 발명의 상기 공정에 포함된다. 개량으로서, 추출기(50)에 의한 아스팔텐-풍부 스트림에 대한 상기 별도의 용매 추출 단계는 1차 추출기(40)에서 사용된 동일한 용매에 대하여 표준 액체-액체 추출을 사용하고 그리고 본 설계에 포함된 혼합가능 침강기(230)를 갖는다. 상기 아스팔텐-풍부 스트림에 대한 이 혼합가능 침강기(230) 및 표준 액체-액체 컬럼 배치의 위치는 상기 용매 대 오일 비율이 이 컬럼 내에서 5 : 1(전형적으로는 10 내지 20 : 1)로 더 감소되어 감소된 전체 용매 사용을 수반하여 탈아스팔트화된 오일의 회수를 증가시킬 수 있기 때문에 신규하고 그리고 이로운 것이다.

스트림(3) 내의 용매에 상기 아스팔텐-풍부 스트림(41)이 첨가되어 매우 높은 용매 대 오일 비율로 되고 그리고 더 냉각되어 아스팔텐 침강 및 그에 따라 컬럼(50) 내에서의 오일 회수를 향상시킨다.

상기 탈아스팔트화된 오일 스트림(51)은 상기 수지 추출기(80)에로 송출되어 제품 혼합을 위하여 더 정제된다.

컬럼(40)의 잔사들과 같은 상기 2차 아스팔텐 추출기 컬럼(50)으로부터의 잔사 스트림(bottoms stream)은 농축된 아스팔텐이고 그리고 스트림(52)로 되고 그리고 스트림(4) 내의 가스를 통하여 고체 분리, 건조 및 저장을 위하여 상기 관성분리기(60)에로 송출된다.

본 발명이 어느 하나 또는 두 위치들 모두에서 혼합가능 침강기 혼합 기구들 중의 어느 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다는 점에 주목하여야 한다.

상기 급속/완전 혼합 기구(230)과 상기 2차 아스팔텐 컬럼(50)의 조합을 사용하여 높은 탄화수소 회수를 달성하는 데 사용되는 전체 용매는 상기 공정에서 스태틱 믹서를 사용하는 경우에 비하여 약 15 내지 30% 더 적다. 상기 결과는 선행기술의 3-단계 추출 공정들의 상태에 비하여 에너지 소비에서 유의미한 감소이다. 상기 혼합가능 침강기(230) 및 컬럼(50)을 포함하여 이 고성능 용매 추출 계획은 현존하는 공개 기술의 용매 추출 계획에 적용되어 작동에 있어서 원유 수율의 추가의 증가 및/또는 총 용매 순환을 감소시키는 것에 의한 작업 비용을 감소시킬 수 있다. 또 다른 관점에 있어서, 상기 신규한 계획은 선행 기술 용매 탈아스팔트화에서 통상적으로 사용하는 중질유 회수에서의 설계에 대한 개선으로 사용될 수 있다.

도 1에서와 마찬가지로, 스트림(41) 내의 상기 탈아스팔트화된 오일이 유사한 용매와 혼합되고, 필요한 경우, 열교환기(70)에 의하여 온도가 상승되어 수지 추출기인 유닛(80) 내에서 임의의 수지 및 잔류하는 포획된 아스팔텐이 침강되어 나오도록 한다. 상기 수지 추출기의 잔사들이 최종 제품과 혼합되는 한편으로, 스트림(81)은 교환기(90) 내에서 더 가열되고 그리고 용매 회수기(120)으로 송출된다. 상기 용매 회수기 유닛(120)은 전형적으로 초임계 추출기로서 가동되어 용매 손실을 1% 이하로 감소시키도록 상기 탈아스팔트화된 오일에 제공된 스트리퍼에 대하여 작업 비용들을 감소시킨다. 상기 회수된 용매 스트림(101)은 재사용을 위한 상기 공정에 앞서 재생되는 한편으로, 스트림(102)은 스트림들(12 및 82)과 혼합되어 제품으로서 사용된다.

도 1 및 도 2 둘 다에서 언급된 향상된 용매 탈아스팔트화 공정 계획의 유리한 응용은 선행기술의 통상의 온건한 열분해기와 이 용매 탈아스팔트화 공정 배치와의 조합이며 이는 도 3에 나타내었다. 바람직한 구체예는 미합중국 특허 제7,976,695호의 열분해장치와 본 발명의 상기 혼합가능 침강기/분리기 배치를 결합하는 것이다.

상기 개념의 파일럿 시험을 통하여, 열-영향을 받은 아스팔텐들을 서로 재결합시켜 보다 큰 분자량 아스팔텐을 생성한다는 것이 입증되었다. 상기 아스팔텐 분자들은 5㎛ 내지 50㎛의 크기의 범위 이내이고, 그리고 열적으로 안정하고, 상승된 온도에서 고체로 잔류하고, 물리적으로 비활성 코크스 입자들과 비교될 수 있고, 그리고 보통의 양의 용매의 존재 중에서 상기 오일로부터 쉽게 분리된다. 상기 혼합가능 침강기(30 및/또는 230)의 적용은 물리적으로 결합된 임의의 아스팔텐 입자들을 해체시키도록 작용하여 보다 용이한 용매 분리를 허용할 수 있다.

스트림(13)에 대한 유닛(10 및 30)의 영향은 상기 아스팔트 추출기(지금은 아스팔텐 분리기)(40) 내에서의 매우 간단한 분리에 요구된다. 스트림(13)과 혼합하기 위한 스트림(1) 내에 요구되는 용매의 양은 대략 2 내지 4 : 1의 용매 대 오일 비율 범위로, 역청(8 내지 9 : 1 중량비)에 대하여 산업 적용에서 요구되는 것 보다 훨씬 적다. 상기 용매는 탄소수 4 내지 9(C4-C9) 또는 적절한 혼합물일 수 있다. 상기 추출기는 탈아스팔트화된 오일 스트림(41) 및 점점 더 농축된 고체, 안정하고 그리고 비-점착성인 아스팔텐-풍부 스트림(42)을 생성한다.

표 1(제품 수율 비교)에 언급된 바와 같이, 이 조합된 공정은 다른 전통적으로 배열된 업그레이드 공정들에 비해 더 높은 수율을 제공한다. 이러한 제품 잇점과 함께, 관성분리기(60)를 사용하는 것으로부터의 자본 비용 감소 및 반응기(10), 상기 혼합가능 침강기들(30 및/또는 230) 및 2차 아스팔텐 추출 컬럼(50)에 의하여 생성된 열 영향을 받은 아스팔텐으로부터의 작업 비용 절약은 이를 정유업자 및 업그레이더의 장기간 잇점 및 지속가능성을 증가시키는 가치 있는 도구로 만든다.

	용적%	중량%
코크스화	80 내지 84	78 내지 80
표준 반응기/용매 추출 공정	86	80 내지 82
도 3 공정	89 초과(>89)	84 내지 86

신규한 개발가능한 공정 설계 기회에서의 본 발명의 적용에 더하여, 도 4는 혼합가능 침강기들과의 조합되고 제어된 열분해기 및 개선된 용매 탈아스팔트화 공정의 모식적인 응용을 나타내고 있다. 적절하게 위치된 혼합가능 침강기들(필요에 따라 30 및/또는 230) 및 아스팔텐 회수 아이템(20 내지 120)들을 수반하는 제안된, 조합된 공정, 반응기(10) 및 개선된 용매 탈아스팔트화 공정은 정유업자/업그레이더의 코크스화 유닛의 업스트림에 위치될 수 있다. 정유업자/업그레이더에의 잇점은 감압 및 코크스화 설비들에 존재하는 탈병목하고 그리고 보다 중질인 원유를 상기 유닛에 수용하도록 하는 능력이다. 현존하는 설비에서 보다 많은 배럴들이 가공되는 것은 유사한 자본 비용에 대한 보다 큰 이익들 및 경제적 보답들과 동일시된다. 게다가, 보다 높은 품질의 재료가 상기 코크스화 유닛(300)에로 송출되는 것에 대하여, 작업 심각도(operating severity)가 감소되어 코크스화기(coker)에 대한 주기 시간(cycle time)을 증가(12 내지 24시간)시키는 것에 의하여 상기 코크스화기의 수명을 증가시키고 그리고 가스와 코크스를 덜 생성하고 그리고 보다 높은 가치의 제품을 생성할 수 있다. 설비를 대체하기 위한 자본 비용들이 연기될 수 있고 그리고 증가된 수율이 실현될 수 있다(대략 2 내지 3%). 상기 용매 탈아스팔트화 공정에서 포획된 고체 아스팔텐은 제안된 조합된 공정의 부가를 더 비용효과적이고 그리고 고도로 수익성이 있는 현존하는 코크스 수집 및 전송 시스템인 쉽게 획득가능한 처분 스트림(302)을 갖는다. 공정 집중화가 감소될 수 있다.

마찬가지로, 그리고 실시예에 의하여, 스트림(5)은 도 4에서 대체로 유닛(200)으로 언급되는 상압 컬럼, 감압 컬럼 또는 촉매열분해 유닛으로부터의 잔사 스트림이 될 수 있다. 상기 조합된 열분해기 및 용매 탈아스팔트화 공정은 탈아스팔트된 오일 분획 스트림(102)를 생성하고, 이는 수첨열분해 및 수첨처리 복합 유닛(hydrocracking and hydrotreating complex unit)(400)에서 수송 연료 스트림(transportation fuels stream)(401)로 더 가공될 수 있다. 상기 혼합가능 침강기와 조합된 열분해기 및 용매 탈아스팔트화 공정은 또한 마감된 제품으로의 추가 가공을 위한 코크스화, FCC(유체화 촉매열분해) 및/또는 아스팔트 공장에로 송출될 수 있는 수지 품위 스트림(resin quality stream)(82)를 생성할 수 있다. 스트림(61)로서 생성된 고체 아스팔텐은 유닛(300)에서 생성된 코크스와 혼합되거나 또는 추가의 가공(에너지 생성 및/또는 격리)을 위하여 현장외(off-site)로 송출될 수 있다.

또 다른 실시예로서, 도 5는 정유업자 및/또는 업그레이더를 위한 새로운 설계 또는 개조 기회를 위한 특정의 구체예를 나타내고 있다. 유닛(200)은 감압 유닛이고 그리고 잔사 스트림(5)은 적절하게 위치된 혼합가능 침강기들(30 및/또는 230)을 수반하는 상기 조합된 열분해기/용매 탈아스팔트화 공정 유닛(20 내지 120)에로 송출된다. 상기 탈아스팔트된 오일 분획 스트림(102)은 상기 감압유닛으로부터의 스트림(205)와 함께 상기 수첨열분해 및 수첨처리 유닛(400)에로 송출된다. 수지 스트림(82)이 유닛(20 내지 120)들로부터 생성되고 그리고 잔사 수첨열분해 유닛(500)에로 송출된다. 유닛(500)으로 송출된, 반응 시 고도로 발열인 아스팔텐이 덜 한 것에 대하여는, 상기 잔사 열분해가 높은 전환율로 가동되어 보다 많은 재료를 최종 수송 연료 제품으로 생성할 수 있다. 유닛(20 내지 120)으로부터의 상기 고체 아스팔텐 스트림(61)은 수소 생성을 위한 가스화 유닛에로 송출될 수 있다.

도 4에서와 같이, 도 5에 조합된 유닛을 첨가하는 잇점들에는:

1. 공장에로 인입되는 원유의 최대 수율

2. 존재하는 경우, 탈병목화 또는 코크스화 유닛 크기의 감소

3. 존재하는 경우, 탈병목화 또는 잔사 수첨열분해 크기의 감소

4. 존재하는 경우, 탈병목화 또는 가스화 유닛 크기의 감소

5. 공정 용이화를 위한 감소된 전체 탄소 족적

6. 공정 집중화 감소(전체 효율 및 경제면에서의 이득)

들이 포함될 수 있다.

도 3에서 상기 조합된 공정은 또한 작은(sweet), 저 복잡성(하이드로-스키밍(hydro-skimming ; 분해시설 미보유) 정유업자들이 보다 쉽게 획득가능한 보다 중질의, 저렴한 원유들을 수용할 수 있도록 하고 따라서 더 넓은 범위의 공급원료를 수용하는 것에 의하여 가치를 더 잘 잡을 수 있도록 정유자산(refining assets)을 이전(reposition)하는 것을 도와줄 수 있다. 본 발명의 조합된 공정은 정유공장의 전방에 위치되어 상기 중질의 원류의 초기 조정(initial conditioning)을 제공하도록 할 수 있다.

도 6은 상기 혼합가능 침강기(40a)와 상기 아스팔트 분리기(40b)에 대한 바람직한 배치를 나타내고 있다. 상기 두 유닛들은 상대적으로 짧은 전송 파이프에 의해 전형적으로 분리되는 40a 및 40b를 수반하는 점선들 내에서 하나의 작업으로 고려된다. 상기 혼합가능 침강기 내에서의 상기 완전하고 그리고 긴밀한 혼합은 고체 아스팔텐 입자들의 소정의 침강을 제공하여 2상의 고체/액체 혼합물인 스트림(41)의 결과를 야기한다. 상기 혼합가능 침강기로부터의 하향 방출은 스토크법칙의 잇점을 고려하여 정화용기(clarifying vessel)(40b) 내로 인입되어 하향 흐름 아스팔텐의 침강을 허용하도록 한다. 상기 혼합가능 침강기(40a) 및 분리기(40b)는 가공 및 배치 요건들에 기초하여 긴밀하게 결합되거나 또는 적절한 거리로 분리될 수 있다. 바람직한 구체예에 있어서, 40a 및 40b들은 상기 혼합가능 침강기가 침강용기 내로 직접적으로 방출하는 하나의 유닛으로 분류되며 이는 정화기 또는 아스팔텐 분리기로 언급될 수 있다.

상기 분리기(40b) 내에서, 스트림(3)으로 나타낸 바와 같이 상기 용기의 바닥부 내로 용매를 주입하는 것에 의하여 상기 아스팔텐 세척 영역이 생성될 수 있다. 상기 용매/탈아스팔트된 오일 분획 혼합물은 스트림(43)을 경유하여 이탈되고 그리고 고체 아스팔텐은 스트림(42)을 경유하여 이탈된다. 상기 두 유닛들의 융합은 오염되거나 또는 폐색될 수 있는 전송 배관(transport piping)의 양을 감소시키는 것에 의하여 전체 공정의 신뢰성을 크게 증가시킬 수 있을 것이다. 게다가, 이 단순화된 배치는 전체 설비의 크기를 감소시키고(낮은 자본 비용) 그리고 전체 용매 사용량을 감소시켜(작업 비용을 낮추고) 감소된 공정 복잡성을 제공한다.

공정 강화를 위한 추가의 기회로서, 상기 혼합가능 침강기는 압력 생성을 포함하는 한편으로 급속/완전 혼합을 수행하는 고-전단 혼합 펌프가 될 수 있다. 고-전단 혼합 펌프 혼합가능 침강기가 상기 공정에서 적절한 지점에 위치되는 경우, 별도의 펌프 기구들에 대한 요구가 제거될 수 있고, 그에 의하여 잠재적으로 자본 비용 감소 및 상기 공정의 추가의 단순화가 가능할 수 있다.

상기 혼합가능 침강은 스트림 실험 분석에서부터 아스팔텐 가공(즉, 아스팔트 공장 작업)을 포함하는 임의의 공정까지 다른 산업들에서 사용될 수 있다.

정의:

하기의 용어들은 본 문헌에서는 하기의 의미들로 사용된다. 이 절은 출원인의 의도된 의미를 명확히 하는 것을 돕는 것으로 의도된다.

슬러리(slurry)는, 대체로, 액체 내의 고체의 진한 현탁액(thick suspension)이다.

화학에서, 현탁액(suspension)은 침강하기에 충분하게 큰 고체 입자들을 포함하는 이질적인 유체(heterogeneous fluid)이다. 현탁액들은 분산된 상과 분산매에 기초하여 분류되며, 여기에서 전자는 필수적으로 고체인 반면 후자는 고체, 액체 또는 가스일 수 있다.

화학에서, 용액(solution)은 단지 하나의 상으로 구성되는 균질한 혼합물이다. 이러한 혼합물에 있어서, 용질은 용매로 알려진 다른 물질 내에 용해된다.

에멀젼(emulsion)은 앞서의 것이 용해되지 않는 다른 액체 내의 하나의 액체의 소구(small globules)들의 혼합물이다.

침강(precipitation)은 용액으로부터 하나의 물질이 고체로서 분리되는 과정이다.

공기역학(pneumatics)은 기계적인 운동을 발휘하는 가압된 유체들의 연구 및 용도의 적용을 다루는 기술의 한 분야이다.

공정 집중화(process intensification)는 공정의 전체 성능을 향상시키는 별개의 작업 유닛들의 하나의 유닛으로의 재배치 또는 조합이다. 유사하게, 공정 집중화는 공정들 또는 설비들에 대한 복잡성, 자본 집중화 및 작업 비용 인자들의 조합을 비교하기 위한 상대적인 개념으로 표현된다.

캐나다 역청(Canadian Bitumen)은 자연적인 퇴적에서 반-고체 또는 고체상으로 존재하는 석유의 한 형태이다. 역청은 저장기 조건들 하에서 10,000센티포아즈(centipoises) 이상의 점성, 10° API 이하의 API 비중을 갖고 그리고 전형적으로 15% 이상의 아스팔텐을 포함하는 원유의 진하고, 점착성인 형태이다.

Claims (42)

1. 다운스트림 분리를 위한 결과의 혼합된 스트림 내의 고체 아스팔텐의 용해도 특성들을 변화시키는 것에 의하여 중질 탄화수소 스트림으로부터의 고체 아스팔텐의 침강을 촉진하기 위한 향상된 물질 이동을 위한 중질 탄화수소 스트림과 경질 탄화수소 스트림을 완전하게 그리고 급속하게 혼합하기 위한 연속 공정을 뒷받침하는 혼합가능 침강기(MEP).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 침강이 상기 혼합에 대하여 거의 즉각적인 것인 혼합가능 침강기.
3. 제 1 항에 있어서,
   탄화수소쇄들을 해체하는 것에 의하여 물질 이동을 향상시키는 혼합가능 침강기.
4. 제 1 항에 있어서,
   캐나다 역청 분자에 포함된 측쇄들을 분해시켜 별도의 잔류가능한 제품을 생성하는 것에 의하여 아스팔텐 분자들의 특성들을 변화시키는 혼합가능 침강기.
5. 제 1 항에 있어서,
   적어도 100,000 : 1의 상대 점도 차이를 갖는 2가지 서로 다른 유체들을 긴밀하게 혼합하는 것에 의하여 물질 이동을 향상시키는 혼합가능 침강기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합가능 침강기 내에서 침강되고 장치에서 송출되어 나오는 고체들이 10㎛ 내지 900㎛의 범위 이내인 혼합가능 침강기.
7. 제 1 항에 있어서,
   3 내지 40의 범위 이내의 시어넘버를 갖는 혼합가능 침강기.
8. 2차 아스팔텐 추출기의 업스트림에 위치되어 다운스트림 분리를 위한 결과의 혼합된 스트림 내의 고체 아스팔텐의 용해도 특성들을 변화시키는 것에 의하여 중질 탄화수소 스트림으로부터의 고체 아스팔텐의 침강을 촉진하기 위한 향상된 물질 이동을 위한 중질 탄화수소 스트림과 경질 탄화수소 스트림을 완전하게 그리고 급속하게 혼합하기 위한 연속 공정을 뒷받침하는 혼합가능 침강기(MEP).
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 침강이 상기 혼합에 대하여 거의 즉각적인 것인 혼합가능 침강기.
10. 제 8 항에 있어서,
    탄화수소쇄들을 해체하는 것에 의하여 물질 이동을 향상시키는 혼합가능 침강기.
11. 제 8 항에 있어서,
    가공되는 캐나다 역청 분자의 측쇄들을 분해시켜 별도의 잔류가능한 탄화수소 제품을 생성하는 것에 의하여 아스팔텐 분자들의 특성들을 변화시키는 혼합가능 침강기.
12. 제 8 항에 있어서,
    적어도 100,000 : 1의 상대 점도 차이를 갖는 2가지 서로 다른 유체들을 긴밀하게 혼합하는 것에 의하여 물질 이동을 향상시키는 혼합가능 침강기.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기 내에서 침강되고 장치에서 송출되어 나오는 고체들이 10㎛ 내지 900㎛의 범위 이내인 혼합가능 침강기.
14. 제 8 항에 있어서,
    3 내지 40의 범위 이내의 시어넘버를 갖는 혼합가능 침강기.
15. 열분해기의 성능을 향상시키고 그리고 역청 가공의 수율을 증가시키기 위하여 온건한 열분해기의 업스트림에 위치되어 다운스트림 분리를 위한 결과의 혼합된 스트림 내의 고체 아스팔텐의 용해도 특성들을 변화시키는 것에 의하여 상기 혼합된 스트림 내에서 중질 탄화수소 스트림으로부터의 고체 아스팔텐의 침강을 촉진하기 위한 향상된 물질 이동을 위한 중질 탄화수소 스트림과 경질 탄화수소 스트림을 완전하게 그리고 급속하게 혼합하기 위한 연속 공정을 뒷받침하는 혼합가능 침강기(MEP).
16. 제 15 항에 있어서,
    분해된 아스팔텐 분자들과 함께 균질화된 유체 공급원료를 제공하여 전체 분자들에 대하여 균일한 열 플럭스(heat flux)를 향상시키는 혼합가능 침강기.
17. 제 15 항에 있어서,
    캐나다 역청 분자에 포함된 측쇄들을 분해시켜 별도의 잔류가능한 제품을 생성하는 것에 의하여 아스팔텐 분자들의 특성들을 변화시키는 혼합가능 침강기.
18. 제 15 항에 있어서,
    시어넘버가 1 내지 30의 범위 이내인 혼합가능 침강기.
19. 다운스트림 분리를 위한 결과의 혼합된 스트림 내의 고체 아스팔텐의 용해도 특성들을 변화시키는 것에 의하여 중질 탄화수소 스트림으로부터의 고체 아스팔텐의 침강을 촉진하기 위한 향상된 물질 이동을 위한 중질 탄화수소 스트림과 경질 탄화수소 스트림을 완전하게 그리고 급속하게 혼합하기 위한 연속 공정을 뒷받침하는 혼합가능 침강기(MEP)의 사용을 포함하는, 중질의, 아스팔텐-풍부 오일 또는 원유 공급원료로부터 파이프라인용 또는 정유용 공급원료를 생성하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기가 2차 아스팔텐 추출기의 업스트림에 위치되는 방법.
21. 제 19 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기가 온건한 열분해기의 업스트림에 위치되어 상기 온건한 열분해기의 성능을 향상시키고 그리고 역청 가공의 수율을 증가시키는 방법.
22. 제 19 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기가 온건한 열분해기와 조합되고, 상기 온건한 열분해기가 용매 탈아스팔트화 공정의 업스트림에 위치되는 방법.
23. 제 19 항에 있어서,
    생성된 상기 고체 아스팔텐이 연소 온도에 도달할 때까지 고체로 잔류하는 방법.
24. 제 19 항에 있어서,
    탈아스팔트화된 오일 분획(DAO)의 수율이 상기 공급원료의 적어도 88용적%인 방법.
25. 제 22 항에 있어서,
    상기 용매 탈아스팔트화 공정이 용매를 사용하고 그리고 중량비로 6 : 1 이하의 용매 대 오일 비율; 상기 용매의 절대 온도의 40 내지 130℃ 이하의 작업 온도; 및 상기 용매의 절대 압력의 40 내지 240프사이 이하의 작업 압력을 갖는 방법.
26. 제 25 항에 있어서,
    상기 용매가 탄소수 4 내지 9의 탄화수소들 또는 탄소수 4 내지 9의 탄화수소들의 혼합물인 방법.
27. 제 19 항에 있어서,
    상기 침강이 상기 혼합에 대하여 거의 즉각적인 것인 방법.
28. 제 19 항에 있어서,
    상기 물질 이동이 탄화수소쇄들을 분해하는 것에 의하여 향상되는 방법.
29. 제 19 항에 있어서,
    상기 아스팔텐 분자의 특성들이 가공되는 캐나다 역청 분자의 측쇄들을 분해시키고 별도의 잔류가능한 탄화수소 제품을 생성하는 것에 의하여 변화되는 방법.
30. 제 19 항에 있어서,
    상기 물질 이동이 적어도 100,000 : 1의 상대 점도 차이를 갖는 2가지 서로 다른 유체들을 긴밀하게 혼합하는 것에 의하여 향상되는 방법.
31. 제 19 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기 내에서 침강되고 장치에서 송출되어 나오는 고체들이 10㎛ 내지 900㎛의 범위 이내인 방법.
32. 제 19 항에 있어서,
    시어넘버가 3 내지 40의 범위 이내인 방법.
33. 제 22 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기가 현존하는 코크스-기반 역청 업그레이더 또는 정유공장에 추가되어 원유 공급의 총 수율을 증가시키고 그리고 현존하는 설비의 수명을 개선시키는 방법.
34. 제 22 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기가 현존하는 잔사유 수첨분해 및 코크스화기-기반 업그레이더 또는 정유공장에 추가되어 원유 공급의 총 수율을 증가시키고 그리고 현존하는 설비의 수명을 개선시키는 방법.
35. 제 22 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기가 코크스화 공정 대신에 신설 역청 업그레이더 또는 현존하는 "작은 원유(sweet crude)" 정유공장에서 사용되어 수율 및 원유 공급의 품질을 증가시키는 방법.
36. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기가 혼합기 또는 펌프/혼합기 조합으로 사용되어 상기 공정을 위한 압력 및 상기 액체들을 균질한 유체로 혼합하는 것 둘 다를 생성할 수 있는 혼합가능 침강기.
37. 제 36 항에 있어서,
    그를 통하여 흐르는 10㎛ 내지 900㎛의 범위 이내인 고체를 수용할 수 있는 혼합가능 침강기.
38. 제 36 항에 있어서,
    즉각적인 혼합을 위한 충분한 와류를 발달시키는 3 내지 40의 범위 이내의 시어넘버를 갖는 혼합가능 침강기.
39. 제 36 항에 있어서,
    적어도 하나의 회전자/고정자 생성기가 사용되는 혼합가능 침강기.
40. 제 1 항에 있어서,
    침강 및 침강된 아스팔텐을 분리하여 탈아스팔트화된 오일/용매 혼합물 및 건조 고체 아스팔텐 제품을 생성하기 위한, 상기 혼합가능 침강기 및 아스팔트 분리가가 하나의 작업 유닛(혼합가능 침강기 더하기 아스팔텐 분리기)으로 조합되는 혼합가능 침강기.
41. 제 40 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기 및 상기 아스팔트 분리가가 긴밀하게 결합되는 혼합가능 침강기.
42. 제 40 항에 있어서,
    상기 혼합가능 침강기 및 상기 아스팔트 분리기가 적어도 1인치의 일부에서 상용적인 작업 유닛에 적절한 길이의 파이프로 분리되는 혼합가능 침강기.

Images