KR20150127143A - 잔사유 수소첨가분해 및 수소첨가처리의 통합 - Google Patents

잔사유 수소첨가분해 및 수소첨가처리의 통합 Download PDF

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Abstract

잔사 탄화수소들을 고도화하는 공정이 개시되었다. 상기 공정은 다음을 포함한다: 제1 비등층(ebullated bed) 수소변환(hydroconversion) 반응기 시스템에서 잔사 탄화수소(residuum hydrocarbon) 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계; 상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제1 유출물(effluent)을 회수하는 단계; 제2 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제1 유출물 및 수소와 제2 수소변환 촉매를 접촉시키는 단계; 상기 제2 수소변환 반응기 시스템으로부터 제2 유출물을 회수하는 단계; 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제2 유출물 및 수소와 제3 수소변환 촉매를 접촉시키는 단계; 상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제3 유출물을 회수하는 단계; 및 하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 상기 제3 유출물을 분별하는(fractionating) 단계.

Description

잔사유 수소첨가분해 및 수소첨가처리의 통합 {INTEGRATION OF RESIDUE HYDROCRACKING AND HYDROTREATING}
본원에 개시된 구현예들은 일반적으로 수소첨가분해 잔사유(hydrocracking residue) 및 기타 중탄화수소(heavy hydrocarbon) 분획들을 위한 공정들을 포함하는 수소변환 공정들과 관련된다. 더욱 구체적으로, 본원에 개시된 구현예들은 잔사 탄화수소(residuum hydrocarbon) 공급원료의 수소첨가분해(hydrocracking), 별도의 잔사유 수소첨가처리 단위(residue hydrotreating unit)에서 결과로서 얻어진 수소첨가분해된 잔사 탄화수소의 처리, 및 별도의 잔사유 수소첨가분해 단위에서 상기 수소첨가처리 단위로부터 상기 생성물의 처리와 관련된다.
가솔린 및 기타 경질 정유 제품들에 대한 전세계적인 수요가 점차 증가함에 따라, 더 높은 비점을 갖는 화합물들로부터 더 낮은 비점을 갖는 것들로의 전환을 향한 유의적인 경향이 있어왔다. 증류액 연료들에 대한 증가하는 수요를 충족시키기 위하여, 정유업자들은 잔사(residuum), 감압 가스유(vacuum gas oil, VGO) 및 기타 중질 석유 공급원료들을 제트 및 경유 연료들로 전환하기 위한 수소첨가분해 반응기들, 잔사유 탈황(residue desulfurization, RDS) 단위들, 및 용매 탈아스팔트화(solvent deasphalting, SDA) 단위들과 같은 다양한 반응기들을 연구하여 왔다.
촉매들은 우수한 증류액 선택비, 합리적인 전환 활성 및 보다 중질의 공급원료들에 대한 안정성을 보이도록 개발되어 왔다. 그러나, 상기 다양한 공정들에 의해 얻어질 수 있는 전환율들은 제한된다. 예를 들어, RDS 단위들은 단독으로 고황 잔사유로부터 1 중량%의 황 연료를 생산할 수 있으나, 전화율은 일반적으로 약 35% 내지 40%로 제한된다. 다른 사람들은 잔사 원료를 용매 탈아스팔트화하고 상기 탈아스팔트유를 잔사 수소첨가분해 단위(residuum hydrocracking unit, RHU)에서만 처리하기 위하여 SDA 단위들을 사용할 것을 제안하여 왔다. 또한, 다른 사람들은 SDA 단위에서 RHU로부터 비전환 감압 잔사를 처리하여 탈아스팔트유(DAO)를 RHU의 전단(front end)으로 다시 리사이클하여 왔다. 또 다른 사람들은 SDA 피치를 직접 RHU에서 처리할 것을 제안하여 왔다. 그럼에도 불구하고, 높은 탄화수소 전화율 및 황 제거를 얻기 위하여 경제적인 공정들이 요구된다.
일 양태에서, 본원에 개시된 구현예들은 잔사 탄화수소들 고도화 공정과 관련된다. 상기 공정은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다: 제1 비등층(ebullated bed) 수소변환(hydroconversion) 반응기 시스템에서 잔사 탄화수소(residuum hydrocarbon) 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계; 상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제1 유출물(effluent)을 회수하는 단계; 제2 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제1 유출물 및 수소와 제2 수소변환 촉매를 접촉시키는 단계; 상기 제2 수소변환 반응기 시스템으로부터 제2 유출물을 회수하는 단계; 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제2 유출물 및 수소와 제3 수소변환 촉매를 접촉시키는 단계; 상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제3 유출물을 회수하는 단계; 및 하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 상기 제3 유출물을 분별하는(fractionating) 단계.
또 다른 일 양태에서, 본원에 개시된 구현예들은 잔사 탄화수소들 고도화 시스템과 관련된다. 상기 시스템은 다음과 같은 것을 포함할 수 있다: 제1 유출물을 생산하기 위하여 잔사 탄화수소 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템; 제2 유출물을 생산하기 위하여 상기 제1 유출물 및 수소를 제2 수소변환 촉매와 접촉시키는 제2 수소변환 반응기 시스템; 제3 유출물을 생산하기 위하여 상기 제2 유출물 및 수소를 제3 수소변환 촉매와 접촉시키는 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템; 및 하나 이상의 탄화수소 분획들 및 상기 감압 잔사 분획을 회수하기 위하여 상기 제3 유출물을 분별하는 분별 단위.
또 다른 일 양태에서, 본원에 개시된 구현예들은 잔사 탄화수소들 고도화 공정과 관련된다. 상기 공정은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다: 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 잔사 탄화수소 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계; 상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제1 유출물을 회수하는 단계; 제2 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제1 유출물 및 수소를 제2 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계; 상기 제2 수소변환 반응기 시스템으로부터 제2 유출물을 회수하는 단계; 제3 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제2 유출물 및 수소를 제3 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계; 상기 제3 수소변환 반응기 시스템으로부터 제3 유출물을 회수하는 단계; 조합된 원료를 형성하기 위하여 상기 제2 유출물 및 상기 제3 유출물을 조합하는 단계; 증기 분획 및 액상 분획을 생산하기 위하여 상기 조합된 원료를 분리기로 공급하는 단계; 제1 분별 시스템에서 상기 감압 잔사 분획을 회수하기 위하여 상기 액상 분획을 분별하는 단계; 제4 수소변환 반응기 시스템에서 상기 증기 분획을 제4 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계; 상기 제3 수소변환 반응기 시스템으로부터 제4 유출물을 회수하는 단계; 및 제2 분별 시스템에서 하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 제4 유출물을 분별하는 단계.
또 다른 일 양태에서, 본원에 개시된 구현예들은 잔사 탄화수소들 고도화 시스템과 관련된다. 상기 시스템은 다음과 같은 것을 포함할 수 있다: 제1 유출물을 생산하기 위하여 잔사 탄화수소 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템; 제2 유출물을 생산하기 위하여 상기 제1 유출물 및 수소를 제2 수소변환 촉매를 접촉시키는 제2 수소변환 반응기 시스템; 제3 유출물을 생산하기 위하여 상기 제2 유출물 및 수소를 제3 수소변환 촉매와 접촉시키는 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템; 액상 분획 및 증기 분획을 회수하기 위하여 상기 제2 유출물 및 상기 제3 유출물의 조합된 분획을 분리하는 분리기; 상기 감압 잔사 분획을 회수하기 위하여 상기 액체를 분별하는 분별 단위; 제4 유출물을 생산하기 위하여 상기 증기 분획을 제4 수소변환 촉매와 접촉시키는 제4 수소변환 반응기 시스템; 및 하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 제4 유출물을 분별하는 분별 단위.
기타 양태들 및 잇점들은 하기 명세서 및 첨부된 청구항들로부터 명백할 수 있다.
도 1은 본원에 개시된 구현예들에 따라 잔사 탄화수소 공급원료들을 고도화하는 공정의 단순화된 공정 흐름도이다.
도 2는 본원에 개시된 구현예들에 따라 잔사 탄화수소 공급원료들을 고도화하는 공정의 단순화된 공정 흐름도이다.
도 3은 본원에 개시된 구현예들에 따라 잔사 탄화수소 공급원료들을 고도화하는 공정과 함께 사용되는 통합된 수소첨가처리 반응기 시스템을 위한 공정의 단순화된 공정 흐름도이다.
도 4는 본원에 개시된 구현예들에 따라 잔사 탄화수소 공급원료들을 고도화하는 공정과 함께 사용되는 통합된 수소첨가처리 반응기 시스템을 위한 공정의 단순화된 공정 흐름도이다.
일 양태에서, 본원의 구현예들은 일반적으로 수소첨가분해 및 기타 중탄화수소 분획들을 위한 공정들을 포함하는 수소변환 공정들과 관련된다. 더욱 구체적으로, 본원에 개시된 구현예들은 잔사 탄화수소 공급원료의 수소첨가분해, 상기 수소첨가분해된 잔사 탄화수소의 수소첨가처리, 별도의 잔사유 수소첨가분해 단위에서 결과로서 얻어진 수소첨가분해된 생성물의 처리, 및 별도의 잔사유 수소첨가분해 단위에서 용매 탈아스팔트화(solvent deasphalting)로부터 피치의 처리와 관련된다.
본원에 개시된 수소변환 공정들은 수소 및 하나 이상의 수소변환 촉매의 존재 하에서 상승된 온도 및 압력의 조건에서 잔사 탄화수소 공급원료들을 반응시켜서 상기 공급원료를 감축된 오염물(황 및/또는 질소와 같은) 수준을 갖는 저분자량 제품들로 변환하기 위하여 사용될 수 있다. 수소변환 공정들은, 예를 들어, 금속들 의 수소첨가(hydrogenation), 탈황(desulfurization), 탈질(denitrogenation), 분해(cracking), 변환(conversion), 탈금속(demetallization), 및 제거(removal), 콘라드슨 탄소 잔사유(Conradson carbon residue, CCR) 또는 아스팔텐들(asphaltenes) 제거 등을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 잔사 탄화수소 분획들 또는 잔사 탄화수소들을 참조하는 유사한 용어들은, 약 340 ℃ 이상의 끓는 점 또는 끓는 점 영역을 갖는 탄화수소 분획으로서 정의되나, 전체 중질 원유 처리 공정을 또한 포함할 수 있다. 본원에 개시된 공정들과 함께 사용될 수 있는 잔사 탄화수소 공급원료들은 다양한 정유 공장 및 기타 유사한 탄화수소 석유 흐름들 또는 이의 조합들 뿐만 아니라 상압 또는 감압 잔사, 탈아스팔트유들, 탈아스팔트 피치(deasphalter pitch), 수소첨가분해된 상압 탑저물들(tower bottoms) 또는 감압 탑저물들, 직류 감압 가스유들, 수소첨가분해된 감압 가스유들, 유체 촉매 분해된(fluid catalytically cracked, FCC) 슬러리유들, 비등층으로부터 감압 가스유들, 쉐일-유래유들(shale-derived oils), 석탄-유래유들(carbon-derived oils), 바이오-유래 원유들(bio-derived crude oils), 타르 샌드 역청(tar sands bitumen), 톨유들(tall oils) 및 흑유들(black oils)과 같은 탄화수소 흐름들을 포함할 수 있는데, 여기서, 각 탄화수소 흐름들은 직류처리되고, 공정 유래되고, 수소첨가분해되고, 일부 탈황되고, 및/또는 일부 탈금속될 수 있다. 일부 구현예들에서, 잔사 탄화수소 분획들은 적어도 480 ℃, 적어도 524 ℃, 또는 적어도 565 ℃의 표준 끓는 점을 갖는 탄화수소들을 포함할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10) 및 수소(21)는 직렬 또는 병렬로 배치된 하나 이상의 비등층 반응기들을 포함할 수 있는 비등층 반응기 시스템(42)으로 공급될 수 있는데, 여기서 상기 탄화수소들 및 수소는 수소변환 촉매와 접촉하여 수소와 상기 잔사의 적어도 일부분이 반응함으로써 보다 경질의 탄화수소들을 형성하거나, 잔사에 함유된 상기 금속들을 탈금속화하거나, 콘라드슨 탄소 잔사유를 제거하서나, 그렇지 않으면 상기 잔사를 유용한 제품들로 변환한다. 단일 반응기 트레인(reactor train)에서 보여지는 동안, 상기 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10)은 다중 병렬 반응기 트레인들에서 처리될 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 다중 반응기 트레인들은 이에 제한되지는 않으나 분별, 촉매 조작 및 회수 섹션들과 같은 상기 병렬 트레인들에 공통된 섹션들을 포함한다. 상기 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10)의 상기 비등층 반응기 시스템(42)으로의 공급은 유량 제어와 함께 운전되는 서지 드럼(surge drum)을 통하여 조절될 수 있다.
일부 구현예들에서, 상기 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10)은 예열될 수 있다. 상기 예열은 상압 또는 감압 분별 시스템 중 어느 하나로부터의 다양한 흐름들(측류유들(sidecuts))과 함께 열교환을 통하여 완수될 수 있다. 상기 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10)은 또한 상기 비등층 반응기(42)에 원하는 공급 입구 온도를 제공하기 위하여 고로들(furnaces) 또는 알려진 어떠한 공급/유출 열교환 장치를 사용하여 가열될 수 있다.
일부 구현예들에서, 상기 수소(21)는 메이크-업 수소(make-up hydrogen)와 함께 정제된 재순환 흐름일 수 있는 수소-풍부(hydrogen-rich) 가스 흐름일 수 있다. 상기 수소(21)는 상기 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10)과 함께 혼합되기 전에 예열될 수 있다.
비등층 반응기(42)의 반응기들은 약 380 ℃ 내지 약 450 ℃ 범위의 온도, 약 70 bara 내지 약 170 bara 범위의 수소 부분압, 및 약 0.2 h-1 내지 약 2.0 h-1 범위의 액공간 속도(liquid hourly space velocities, LHSV)에서 운전될 수 있다. 비등층 반응기들 내부에서, 액체 생성물의 재순환에 의하여 촉매는 역혼합될 수 있고 무작위 운동 상태로 유지될 수 있다. 이는 상기 재순환된 오일을 기상의 생성물들로부터 먼저 분리하는 것에 의해 성취될 수 있다. 상기 오일은 이후 외부 펌프 또는 도시된 바와 같이 반응기의 하부 헤드에 장착된 교반기를 갖는 펌프에 의해 재순환될 수 있다.
비등층 반응기 시스템(42)에서 목표 전화율은 처리되는 공급원료에 따라 약 30 중량% 내지 약 50 중량% 범위에 있을 수 있다. 어떠한 경우이건, 목표 전화율들은 침전물 형성이 과도해져 그로 인해 운전의 연속을 방해하는 수준보다 아래로 유지되어야 한다. 잔사 탄화수소들을 보다 경질유 탄화수소들로 변환하는 것뿐만 아니라, 황 제거는 약 40 중량% 내지 약 65 중량%의 범위에 있을 수 있고, 금속 제거는 약 50 중량% 내지 80 중량%의 범위에 있을 수 있고, 콘라드슨 탄소 잔사유(CCR) 제거는 약 30 중량% 내지 약 60 중량%에 있을 수 있다.
반응기 가혹조건(reactor severity)이란, 하나 이상의 수소첨가분해 반응기들에 적재된 촉매들의 화씨 온도 단위로 촉매 평균 온도와 비등층 수소첨가분해 반응기들의 절대 bar(bar alsolute) 단위로 평균 수소 부분압을 곱하고 이를 비등층 수소첨가분해 반응기들에서 LHSV로 나눈 것으로서 정의될 수 있다. 비등층 반응기 시스템(42)의 반응기 가혹조건은 약 105,000 ℉-bara-hr 내지 약 446,000 ℉-bara-hr의 범위에 있을 수 있다.
비등층 반응기 시스템(42)에서의 변환에 이어, 상기 일부 변환된 탄화수소들(44)은 도시된 바와 같이 고정층 반응기 시스템(12)에서 수소(23)과 함께 처리될 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 고정층 반응기 시스템(12)은 직렬 또는 병렬 연결된 하나 이상의 반응기를 포함할 수 있다. 상기 고정층 반응기 시스템(12)에서, 반응기들의 개수는 다른 변수들 중에서도 투입률(charge rate), 총 목표 잔사유 전화율 수준 및 비등층 반응기 시스템(42)에서 얻어지는 전화율의 수준에 의존할 수 있다. 일부 구현예들에서 하나 또는 두 개의 반응기들은 상기 고정층 반응기 시스템(12)에서 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 수소(23)는 상기 고정층 반응기 시스템(12)로부터의 냉 재순환 가스 및 온 재순환 가스의 조합일 수 있다.일부 구현예들에서, 상기 고정층 반응기 시스템(12)은 수소첨가처리(hydroprocessing) 촉매를 포함한다. 다른 구현예들에서, 상기 고정층 반응기 시스템(12)은 수소첨가탈금속화(hydrodemetallization) 촉매를 포함한다.
상기 고정층 반응기 시스템(12)에서 목표 전화율은 처리되는 공급원료에 따라 약 50 중량% 내지 약 55 중량% 범위에 있을 수 있다. 어떠한 경우이건, 목표 전화율들은 침전물 형성이 과도해져 그로 인해 운전의 연속을 방해하는 수준보다 아래로 유지되어야 한다. 잔사 탄화수소들을 보다 경질유 탄화수소들로 변환하는 것뿐만 아니라, 황 제거는 약 85 중량% 내지 약 87 중량%의 범위에 있을 수 있고, 금속 제거는 약 50 중량% 내지 80 중량%의 범위에 있을 수 있고, 콘라드슨 탄소 잔사유(CCR) 제거는 약 65 중량% 내지 약 70 중량%에 있을 수 있다.
상기 고정층 반응기 시스템(12)에서의 변환에 이어, 상기 일부 변환된 탄화수소들은 직렬 또는 병렬로 배열된 하나 이상의 수소첨가분해 반응기들을 포함하는 수소첨가분해 반응기 시스템(20)으로 공급되는 수소(25)와 함께 혼합된 증기/액상 유출물로서 흐름 라인(14)를 통하여 회수될 수 있다. 수소첨가분해 반응기 시스템(20)에서 상기 일부 변환된 탄화수소들(14)은 약 70 bara 내지 약 180 bara 범위의 수소 부분압, 약 390 ℃ 내지 약 460 ℃ 범위의 온도 및 촉매 존재하에서 약 0.1 h-1 내지 약 2.0 h-1 범위의 LHSV 하에서 수소첨가분해될 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 수소첨가분해 반응기 시스템(20)에서의 운전 조건들은 상기 비등층 반응기 시스템(42)에 대하여 상기 기재된 운전 조건들과 유사할 수 있다. 상기 수소첨가분해 반응기 시스템(20)이 하나 이상의 비등층 반응기들을 포함하는 경우와 같은 다른 구현예들에서, 상기 비등층 반응기들은 반응기 시스템(42)에서의 가혹 조건들보다 더 높은 가혹 조건들에서 운전될 수 있는데, 더 높은 가혹이란, 더 높은 온도, 더 높은 압력, 더 낮은 공간 속도 또는 이의 조합들을 말한다.
수소첨가분해 반응기 시스템(20)에서 사용된 반응기들의 개수는 다른 변수들 중에서도 투입률, 총 목표 잔사유 전화율 수준, 및 비등층 반응기 시스템(42) 및 고정층 반응기(12)에서 얻어진 전화율의 수준에 의존할 수 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 수소첨가분해 반응기들은 수소첨가분해 반응기 시스템(20)에서 사용될 수 있다. 수소첨가분해 반응기 시스템(20)에 대하여, 상기 반응기 가혹은 약 215,000 ℉-Bara-Hr 내지 약 755,000 ℉-Bara-Hr 범위에 있을 수 있다.
수소첨가분해 반응기 시스템(20)에서의 변환에 이어, 상기 일부 변환된 탄화수소들은 흐름 라인(27)을 통하여 혼합된 증기/액상 유출물로서 회수될 수 있고, 하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 분별 시스템(46)으로 공급될 수 있다. 도시된 바와 같이, 분별 시스템(46)은 경질 탄화수소 가스들 및 황화수소(H2S)를 함유하는 오프가스(offgas)(48), 경질 나프타 분획(50), 중질 나프타 분획(52), 등유 분획(54), 경유 분획(56), 경질 감압 가스유 분획(58), 중질 가스유 분획(60), 및 감압 잔사 분획(62)을 회수하기 위하여 사용될 수 있다.
분별 시스템(24)은, 예를 들어, 고압 고온(HP/HT) 분리기를 포함하여 유출물 증기를 유출물 액체들로부터 분리할 수 있다. 상기 분리된 증기는 기체 냉각, 정제, 및 재순환 가스 압축의 과정을 거치거나, 통합 수소첨가처리 반응기 시스템(integrated hydroprocessing reactor system, IHRS) 단독 또는 외부 증류액들 및/또는 수소첨가분해 공정에서 생성된 증류액들과 함께 조합하여 먼저 처리되고, 이후, 가스 냉각, 정제, 및 압축의 과정을 거칠 수 있다.
상기 분별 시스템은 또한 고압 중온(HP/MT) 분리기 및 고압 저온(HP/LT) 분리기를 포함할 수 있다. 상기 HP/HT 분리기로부터의 증기는 재순환 수소 가스 및 원료 오일을 예열하는 것에 의하여, 또는 상기 HP/MT 분리기로 유입되기 전에 고압 흐름을 생성하는 것에 의하여 냉각될 수 있다. 상기 HP/MT 분리기로부터의 증기는 암모늄 염들의 승화를 방지하기 위하여 세척수와 함께 혼합될 수 있고, 이후 공랭될 수 있다. 세척수의 양은 유출수에서 암모늄 염들의 농도를 제한하기 위하여 조정된다. 공랭 이후에, 삼상 혼합물은 상기 혼합물을 증기, 액상, 및 수상(water phase)으로 분리하는 상기 HP/LT 분리기로 유입될 수 있다. 상기 회수된 폐수(sour water)는 플래쉬되고(flashed) 배터리 리밋(battery limits)으로 수송된다. 상기 증기는 황화수소(H2S)를 제거하기 위하여 처리된다.
상기 HP/HT 분리기로부터의 분리된 액체는 플래쉬될 수 있고 상기 가스 냉각 및 정제 섹션으로부터 회수된 기타 증류 생성물들과 함께 상압 증류 시스템으로 수송될 수 있다. 약 340 ℃ 내지 약 427 ℃ 범위의 초기 끓는점과 같은 적어도 약 340 ℃의 초기 끓는점을 갖는 탄화수소들과 같은 상기 상압 탑저물들은 이후 감압 증류액들을 회수하기 위하여 감압 증류 시스템을 통하여 후속 처리될 수 있다.
상기 상압 증류 시스템은 원료를 가열하기 위하여 상압 탑 원료 고로(atmospheric tower feed furnace)를 포함할 수 있다. 상기 원료는 또한 상기 탑저물의 H2S 함량을 10 wppm 미만으로 줄이기 위하여 H2S를 제거할 수 있다. 상기 상압 탑은 또한 물을 농축하고 탄화수소 액체들 및 비농축된 증기를 분리하기 위하여 상압 환류(reflux) 드럼을 포함할 수 있다. 상기 농축된 탄화수소 액체들은 상기 상압 탑으로 회송될 수 있다. 등유의 측류유는 상부 펌프어라운드(pumparound) 및 등유 제거 원료(kerosene stripper feed)로 나뉘어질 수 있다. 상기 상부 펌프어라운드는 경질(light ends) 회수 섹션에서 나프타 분할기(splitter)를 재비(reboil)할 수 있다. 등유 제거기(kerosene stripper)로부터의 오버헤드(overhead) 가스는 상기 상압 탑으로 회송되고, 기저액들(bottoms)은 등유 생성물로서 오프사이트 배터리 리밋(off-site battery limits, OSBL)으로 공급된다. 경유의 측류유는 하부 펌프어라운드 및 경유 제거 연료로 나뉘어질 수 있다. 상기 하부 펌프어라운드는 상기 상압 탑으로 회송되기 전에 경질 회수 섹션에서 나프타 안정기(stabilizer)를 재비할 수 있다. 상기 경유 제거 오버헤드는 상기 상압 탑으로 회송되고, 상기 기저액들은 경유 생성물로서 OSBL로 공급될 수 있다.
상기 상압 기저액들은 감압 조건들로 낮아지고, 상기 감압 증류 시스템의 감압 탑의 연료 플래쉬 영역(feed flash zone)으로 유입된다. 상기 연료는 상기 감압 탑 플래쉬 영역에서 증기 및 액상으로 분리된다.
약 480 ℃ 내지 약 565 ℃ 범위의 초기 끓는점과 같은 적어도 약 480 ℃의 초기 끓는점을 갖는 탄화수소들과 같은 상기 진공 탑저물들 생성물은 이후 직접 가열 또는 상기 잔사 탄화수소 원료의 일부분의 상기 감압 탑저물들 생성물로의 직접 주입에 의하는 것과 같이 냉각 이후 탱크 설비로 수송될 수 있다. 상기 감압 탑저물들 생성물의 일부분은 상기 기저액들 액체를 냉각하기 위하여 상기 감압 탑으로 회송될 수 있다. 상기 감압 탑 오버헤드는 상기 탄화수소 액체를 OSBL로 공급된 물로부터 분리하기 위하여 냉각될 수 있다.
상기 경질 회수 섹션은 압축기에서의 후속 처리를 위하여 오버헤드로서 C4 미만(C4 minus)의 물질을 제거하는 나프타 안정기를 포함한다. 상기 나프타 안정기로부터의 상기 기저액들은 경질 및 중질 나프타 생산물을 공급하기 위하여 나프타 분할기로 송부될 수 있다.
비등층 반응기들 또는 수소첨가분해 반응기들에 유용한 촉매들은 탄화수소 공급원료의 수소첨가처리(hydrotreating) 또는 수소첨가분해의 수소변환 공정들에 유용한 어떠한 촉매도 포함할 수 있다. 수소첨가처리 촉매는, 예를 들어, 수소 함량을 증가시키고/증가시키거나 헤테로 원자(hetero atom) 오염물들을 제거하기 위하여 탄화수소 공급원료들의 수소첨가반응을 촉진하는데 사용될 수 있는 어떠한 촉매 조성물도 포함할 수 있다. 수소첨가분해 촉매는, 예를 들어, 더 작고 낮은 분자량 분자들을 얻기 위하여 분자들을 분해하는 것뿐만 아니라 수소를 크거나 복잡한 탄화수소 분자들에 첨가하는 것을 촉진하기 위하여 사용될 수 있는 어떠한 촉매 조성물도 포함할 수 있다.
상기 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10)의 유기금속 화합물들 함량이 변할 수 있기 때문에, 도 1에 도시된 공정의 대체 구현예들이 이용될 수 있다. 고정층 반응기(12) 전에 비등층 반응기 시스템(42)을 보여주는 도 1의 공정 흐름도는 상기 잔사(10)의 유기금속 화합물들의 함량이 약 75 내지 약 100 ppm을 초과할 때 사용될 수 있다. 상기 비등층 반응기 시스템(42)은 탈금속 촉매를 포함할 수 있고, 상기 고정층 반응기는 수소처리 촉매를 포함할 수 있다.
상기 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10)의 유기금속 화합물들의 함량이 약 50 내지 약 75 ppm의 범위에 있을 때, 도 2의 공정 흐름도가 사용될 수 있다. 이러한 대체 구현예에서, 고정층 반응기(12)는 수소첨가탈금속 촉매를 포함할 수 있다. 상기 탈금속 및 부분 탈황된 흐름(14)은 추가적으로 낮은 촉매 메이크업 율에서 수소첨가 및 헤테로 원자 제거를 하기 위하여 상기 수소첨가분해 반응기 시스템으로 공급될 수 있다. 상기 고정층 반응기(12)는 상향류 방식(upflow mode)으로 운전될 수 있다. 수소첨가탈금속 촉매가 비활성화될 때, 상기 잔사(10)는 상기 고정층 반응기(12)를 우회할 수 있고, 상기 비등층 반응기(42)로 유입될 수 있다. 상기 비등층 반응기 시스템(42)은 정지되지 않을 것이고, 상기 고정층 반응기(12)는 비워지고 새로운 촉매로 충전될 수 있다. 상기 부분 변환된 탄화수소들(44)은 이후 수소(25)와 조합될 수 있고, 앞서 기재된 바와 같이 상기 수소첨가분해 반응기 시스템(20)으로 공급될 수 있다.
상기 고정층 반응기(12) 및 상기 비등층 반응기 시스템(42)의 유연한 배열, 즉, 상기 비등층 반응기 시스템(42) 전의 고정층 반응기(12) 또는 상기 고정층 반응기(12) 전의 상기 비등층 반응기 시스템(42) 및 관련된 다운스트림(downstream) 장비를 공급하기 위하여 배관 및 밸브가 사용될 수 있다. 이러한 유연한 배열들은 동일한 장비를 활용하면서 잔사 탄화수소 분획(잔사)(10) 원료들의 전환을 가능하게 한다. 많은 수의 도면들을 통하여 동일한 참조 번호를 갖는 흐름들 및 장비는 동일한 것으로 추정될 수 있다.
일부 구현예들에서, 상기 수소첨가분해 반응기 시스템(20), 상기 비등층 반응기 시스템, 또는 상기 고정층 반응기 시스템(12)으로부터의 유출물들은 통합 수소첨가처리 반응기 시스템(integrated hydroprocessing reactor system, IHRS)을 통하여 상기 분별 시스템(46)으로 유입되기 전에 처리될 수 있다. 상기 IHRS는 상기 비등층 수소첨가처리 반응기 및 다운스트림 IHRS 사이에 위치한 업스트림(upstream) 고압/고온 증기/액상(HP/HT V/L) 분리기를 활용하는 인라인(inne) 고정층 수소첨가처리 시스템이다. 상기 분리기는 상기 HP/HT V/L 분리기의 액상 유출물의 비변환된 잔사와 가스유들, 경유 및 업스트림 비등층 반응기의 잔사의 분해에 의하여 형성된 나프타 분획들의 추가적인 수소첨가처리 또는 수소첨가분해를 위하여 더 낮은 비용의 경로를 제공할 수 있는 약 1000 ℉ 표준 끓는점 이하에서 끓는 오버헤드 증기 생성물들의 분리를 가능하게 한다.
도 3 및 4는 상기 IHRS를 위한 두 가지 구현예들을 도시하고 이하에 기재되어 있으나, 다른 구현예들도 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 가능한 것으로서 자명할 것이다. 도 3은 비등층 반응기 시스템(42)으로부터의 흐름 라인(44)을 통하여 회수된 일부 변환된 탄화수소들과 상기 수소첨가분해 반응기 시스템(20)으로부터의 흐름 라인(27)을 통하여 회수된 일부 변환된 탄화수소들을 혼합함으로써 유도되는 혼합된 흐름의 다운스트림에 상기 IHRS가 설치된 구현예를 도시한다. 도 4는 상기 IHRS가 상기 비등층 수소첨가처리 반응기(20)의 다운스트림에 설치된 구현예를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비등층 수소첨가처리 반응기(42) 및 수소첨가분해반응기 시스템(20)으로부터의 상기 유출물 흐름(44, 27)은 각각 열교환기(미도시)에서 냉각될 수 있고, 경질 생성물들 및 약 1000 ℉ 표준 끓는점 이하에서 끓는 증류액들을 포함하는 증기 흐름 및 비변환된 잔사를 포함하는 액상 흐름이 분리될 수 있고 다운스트림 장치에서 별도로 처리될 수 있는 HP/HT V/L 분리기(61)로 공급될 수 있다. 증기 흐름(67)은 수소첨가처리, 수소첨가분해 또는 이의 조합을 수행하기 위하여 고정층 수소첨가처리 반응기(66)로 공급될 수 있다. 상기 IHRS 고정층 반응기 시스템(66)으로부터의 유출물 흐름(68)은 앞서 기재된 바와 같이 오프가스 흐름(48), 경질 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 나프타 흐름(50), 중질 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 나프타 흐름(52), 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 등유 흐름(54), 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 경유 흐름(56)을 회수하는 분별 시스템(46)으로 공급될 수 있다. 상기 액상 흐름(63)은 열교환기(미도시)에서 냉각될 수 있고, 경질 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 VGO 흐름(58), 중질 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 VGO 흐름(60) 및 비변환된 감압 잔사 흐름(62)을 회수하는 감압 분별 시스템(72)으로 공급되기 전에 압력 강하 시스템(미도시)에서 감압될 수 있다. 일부 구현예들에서, 약 480 ℃ 내지 약 565 ℃ 범위의 초기 끓는점과 같은 적어도 약 480 ℃의 초기 끓는점을 갖는 탄화수소들과 같은 감압 탑저물들 생성 흐름이 직접 열교환 또는 상기 잔사 탄화수소 원료의 일부분의 상기 감압 탑저물들 생성물의 직접 주입에 의한 것과 같은 냉각 이후에 탱크 설비로 이송될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비등층 반응기 시스템(20)으로부터의 상기 유출 흐름(27)은 열교환기(미도시)에서 냉각될 수 있고 경질 생성물들 및 약 1000 ℉ 표준 끓는점 이하에서 끓는 증류액들을 포함하는 증기 흐름 및 비변환된 잔사를 포함하는 액상 흐름이 분리될 수 있고 다운스트림 장치에서 별도로 처리될 수 있는 HP/HT V/L 분리기(61)로 공급될 수 있다. 증기 흐름(167)은 수소첨가처리, 수소첨가분해 또는 이의 조합을 수행할 수 있는 고정층 수소첨가처리 반응기(166)로 공급된다. 상기 IHRS 고정층 반응기 시스템(166)으로부터의 유출물 흐름(168)은 오프가스 흐름(26), 경질 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 나프타 흐름(28), 중질 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 나프타 흐름(30), 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 등유 흐름(32), 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 경유 흐름(34)을 회수하는 상압 분별 시스템(146)으로 공급될 수 있다. 액상 흐름(163)은 열교환기(미도시)에서 냉각될 수 있고, 압력 강하 시스템(미도시)에서 감압될 수 있고, 경질 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 VGO 흐름(36), 중질 수소첨가처리 또는 수소첨가분해 VGO 흐름(38) 및 비변환된 감압 잔사 흐름(40)을 회수하는 감압 분별 시스템(172)으로 공급될 수 있다. 일부 구현예들에서, 약 480 ℃ 내지 약 565 ℃ 범위의 초기 끓는점과 같은 적어도 약 480 ℃의 초기 끓는점을 갖는 탄화수소들과 같은 감압 탑저물들 생성 흐름이 직접 열교환 또는 상기 잔사 탄화수소 원료의 일부분의 상기 감압 탑저물들 생성물의 직접 주입에 의한 것과 같은 냉각 이후에 탱크 설비로 이송될 수 있다.
본원에 개시된 구현예들에 따른 수소변환 공정에 사용되는 수소변환 촉매 조성물들은 당해 기술분야에서 통상의 기술자에게 잘 알려져 있고, 몇몇은 다른 회사 중에서도 W.R. Grace & Co., Criterion Catalysts & Technologies, 및 Albemarle로부터 상업적으로 구입 가능하다. 적합한 수소변환 촉매들은 원소 주기율표의 4-12 그룹들로부터 선택되는 하나 이상의 원소들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 본원에 개시된 구현예들에 따른 수소변환 촉매들은, 실리카, 알루미나, 티타니아, 또는 이의 조합들과 같은 다공성 지지체 상에 담지되지 않거나 담지된 하나 이상의 니켈, 코발트, 텅스텐, 몰리브덴 및 이의 조합들을 포함하거나, 구성되거나, 또는 필수적으로 구성될 수 있다. 제조업자로부터 공급되거나 재생 공정으로부터 얻어진 것처럼, 수소변환 촉매들은, 예를 들어, 산화 금속들의 형태일 수 있다. 일부 구현예들에서, 수소변환 촉매들은 수소첨가분해 반응기(들)로 유입되기 전에 예비-황화(pre-sulfided)되고/예비-황화 되거나 예비-조절될 수 있다.
유용할 수 있는 증류액 수소첨가처리 촉매들은 촉매 수소첨가 활성을 제공한다고 알려진 원소들로부터 선택된 촉매를 포함한다. 그룹 8-10 원소들 및/또는 그룹 6 원소들로부터 선택된 적어도 하나의 금속 성분이 일반적으로 선택된다. 그룹 6 원소들은 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐을 포함할 수 있다. 그룹 8-10 원소들은 철, 코발트, 니켈, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐 및 백금을 포함할 수 있다. 촉매에서 수소첨가 성분(들)의 양(들)은, 전체 촉매 100 중량부에 대한 금속 산화물(들)로서 계산되어, 적합하게 중량비로 그룹 8-10 금속 성분(들)의 약 0.5 % 내지 약 10 %의 범위 및 중량비로 그룹 6 금속 성분(들)의 약 5 % 내지 약 25 %의 범위인데, 여기서 중량비에 의한 백분율이란 황화(sulfiding) 전의 촉매의 중량에 기초한다. 촉매의 수소첨가 성분들은 산화물 및/또는 황화물 형태일 수 있다. 적어도 그룹 6 및 그룹 8 금속 성분의 조합이 (혼합된) 산화물들로서 존재한다면, 수소첨가분해에서 적합한 사용 전에 황화 처리될 것이다. 일부 구현예들에서, 촉매는 니켈 및/또는 코발트의 하나 이상의 성분들 및 몰리브덴 및/또는 텅스텐의 하나 이상의 성분들 또는 백금 및/또는 팔라듐의 하나 이상의 성분들을 포함할 수 있다. 니켈 및 몰리브덴, 니켈 및 텅스텐, 백금 및/또는 팔라듐을 함유하는 촉매들은 유용하다.
유용할 수 있는 잔사유 수소처리 촉매들은, 일반적으로 그룹 6 원소들 (몰리브덴 및/또는 텅스텐과 같은) 및 그룹 8-10 원소들 (코발트 및/또는 니켈), 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 수소첨가 성분으로 구성된 촉매들을 포함하는데, 상기 수소첨가 성분들은 알루미나 지지체에 담지될 수 있다. 인(그룹 15) 산화물(phosphorous oxide)는 선택적으로 활성성분으로서 존재한다. 전형적인 촉매는 알루미나 바인더와 함께 3 내지 35 중량%의 수소첨가 성분들을 함유할 수 있다. 촉매 입자들(catalyst pellets)은 1/32 인치 내지 1/8 인치의 크기 범위일 수 있고, 구형, 압출형(extruded), 삼엽형(trilobate) 또는 사엽형(quadrilobate)일 수 있다. 일부 구현예들에서, 촉매 영역을 통과하는 원료는, 비록 일부 황, 질소 및 방향족들 제거가 또한 일어날 수 있다 하여도, 금속 제거를 위하여 미리 정해진 촉매와 먼저 접촉한다. 이어지는 촉매층들은, 비록 금속들 및/또는 분해 반응들의 제거를 촉진할 것으로 또한 기대된다고 하여도, 황 및 질소 제거를 위하여 사용될 수 있다. 탈금속화를 위한 촉매층(들)은, 존재할 경우, 125 내지 225 옹스트롬(Angstroms) 범위의 평균 기공 크기 및 0.5-1.1 ㎤/g 범위의 기공 부피를 갖는 촉매(들)을 포함할 수 있다. 탈질화/탈황화를 위한 촉매층(들)은 100 내지 190 옹스트롬(Angstroms) 범위의 평균 기공 크기 및 0.5-1.1 ㎤/g 범위의 기공 부피를 갖는 촉매(들)을 포함할 수 있다. US 특허 4,990,243은 적어도 약 60 옹스트롬의 기공 크기, 및 바람직하게는 약 75 옹스트롬 내지 약 120 옹스트롬의 기공 크기를 갖는 수소처리 촉매를 기재하고 있다. 현재 공정에 유용한 탈금속 촉매가, 예를 들어, US 특허 4,976,848에 기재되어 있는데, 상기 특허문헌의 전체 개시는 어떠한 목적으로도 본원의 참조 문헌에 포함된다. 이와 같이, 중질 흐름들의 탈황에 유용한 촉매들이, 예를 들어, US 특허 5,215,955 및 5,177,047에 기재되어 있는데, 상기 특허 문헌의 전체 개시는 어떠한 목적으로도 본원의 참조 문헌에 포함된다. 중간 증류액(middle distillate), 감압 가스유 흐름들 및 나프타 흐름들의 탈황에 유용한 촉매들이, 예를 들어, US 특허 4,990,243에 기재되어 있는데, 상기 특허 문헌의 전체 개시는 어떠한 목적으로도 본원의 참조 문헌에 포함된다.
유용한 잔사유 수소처리 촉매들은 알루미나, 실리카, 인, 또는 이들의 다양한 조합들로 이루어진 다공성 내화성 기재를 갖는 촉매들을 포함한다. 촉매들의 하나 이상의 유형들은 잔사유 수소처리 촉매로서 사용될 수 있고, 둘 이상의 촉매들이 사용되는 곳에서 촉매들은 반응기 영역에서 층들(layers)로서 존재할 수 있다. 하부 층(들)에서 촉매들은 양호한 탈금속 활성을 가질 수 있다. 촉매들은 또한 수소첨가 및 탈황 활성을 가질 수 있고, 금속들의 제거를 최대화하기 위하여 큰 기공 크기의 촉매들을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 특성들을 갖는 촉매들은 콘라드슨 탄소 잔사유 및 황의 제거를 위한 최적의 것이 아니다. 하부층 또는 층들에서 촉매의 평균 기공 크기는 통상 적어도 60 옹스트롬일 수 있고, 많은 경우 상당히 더 클 수 있다. 촉매는 금속 또는 니켈, 몰리브덴, 또는 코발트와 같은 금속들의 조합을 함유할 수 있다. 하부층 또는 층들에서 유용한 촉매들은 US 특허 5,071,805, 5,215,955, 및 5,472,928에 기재되어 있다. 예를 들어, US 특허 5,472,928에 기재된 것과 같으며, 130 내지 170 옹스트롬 범위의 기공들의 적어도 20%를 갖는, 질소 방법에 기초한 그러한 촉매들은 하부 촉매들 층(들)에 유용할 수 있다. 촉매 영역의 상부층 또는 층들에 존재하는 촉매들은 하부층 또는 층들의 촉매들과 비교할 때 더 큰 수소첨가 활성을 가져야 한다. 결과적으로, 상부층 또는 층들에서 유용한 촉매들은 더 작은 기공 크기들 및 더 큰 콘라드슨 탄소 잔사유 제거, 탈질 및 탈황 활성에 의해 특징지워질 수 있다. 전형적으로, 촉매들은 수소첨가 활성을 향상시키기 위하여, 예를 들어, 니켈, 텅스텐, 및 몰리브덴과 같은 금속들을 함유할 수 있다. 예를 들어, US 특허 5,472,928에 기재된 것과 같으며 95 내지 135 옹스트롬의 범위의 기공들의 적어도 30%를 갖는, 질소 방법에 기초한 그러한 촉매들은 상부 촉매들 층들에서 유용할 수 있다. 촉매들은 성형 촉매들(shaped catalysts) 또는 구형 촉매들일 수 있다. 또한, 조밀하고 덜 부서지는 촉매들은 반응기로부터 회수된 생성물에서 촉매 입자들의 파손 및 미립자들의 비말동반(entrainment)을 최소화하기 위하여 상향흐름(upflow) 고정 촉매 영역들에서 사용될 수 있다.
당해 기술분야의 통상의 기술자는 다양한 촉매 층들이 단지 하나의 촉매 유형으로 이루어질 수 없으나, 다른 촉매 유형들의 혼합물로 이루어져 상기 층에 대하여 금속들 또는 콘라드슨 탄소 잔사유 제거 및 탈황의 최적의 수준을 얻을 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 일부 수소첨가가 상기 영역의 하부 부분에서 일어날 수 있음에도 불구하고, 콘라드슨 탄소 잔사유, 질소, 및 황의 제거는 상부 층 또는 층들에서 주요하게 일어날 수 있다. 분명히 추가적인 금속들 제거가 또한 일어날 수 있다. 각 층에 대한 구체적인 촉매 또는 촉매 혼합물, 상기 영역에서 층들의 수, 각 층의 베드(bed)에서 비례 부피(proportional volume), 및 선택된 구체적인 수소처리 조건들은 촉매의 가격과 같은 상업적인 고려요소들뿐만 아니라 상기 단위에 의해 처리되는 공급원료, 회수되고자 하는 희망 생성물에 의존할 수 있다. 이러한 파라미터들 모두는 석유 정제 산업에 관련된 통상의 기술자의 범위 안에 있으며, 여기서 더 이상의 상술을 요할 수 없다.
앞서 기재된 바와 같이, 본원에 개시된 구현예들은 잔사유 전화율 한계를 잔사유 수소첨가분해 단독에 의해 얻어질 수 있는 것 이상으로 확대하면서, 각각 서로 다른 가혹조건들에서 운전되고 상기 공정 내에 위치한 SDA와 함께 서로 다른 원료 조성물들을 처리하는 복수의 수소첨가분해 반응기들을 통하여 감압 잔사유 및 중간 흐름들을 효율적으로 처리한다. 나아가, 유사한 전화율들을 얻도록 제안된 기타 계획들과 비교하여 더 작은 촉매 반응기 부피를 사용하여 더 높은 전화율들을 얻을 수 있다. 나아가, 본원에 개시된 구현예들은 전체 전화율을 최대화하면서 고황 함유 잔사유 원료로부터 1 중량% 미만의 황을 갖는 연료 오일을 생산하기 위하여 사용될 수 있다.
본원에 개시된 전체 공정 계획들은 여전히 높은 전화율들을 얻으면서 낮은 반응기 부피들을 사용하여 수행될 수 있다. 이와 같이, 기타 얻어진 이점들은 다음과 같은 것을 포함할 수 있다: SDA 단위로부터 아스팔트에서 금속들을 거부함으로 인한 감축된 촉매 소비율; 감축된 자본 투자; 및 무엇보다도, 비등층 반응기들의 업스트림에서 슬러리유의 주입에 대한 필요의 제거 또는 유의할만한 감축.
본원은 제한된 수의 구현예들을 포함하고 있으나, 본원의 이점을 갖는 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 본원의 영역으로부터 벗어나지 않는 다른 구현예들이 고안될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 상기 영역은 오직 첨부된 청구항들에 의하여 제한되어야 한다.

Claims (20)

  1. 제1 비등층(ebullated bed) 수소변환(hydroconversion) 반응기 시스템에서 잔사 탄화수소(residuum hydrocarbon) 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계;
    상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제1 유출물(effluent)을 회수하는 단계;
    제2 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제1 유출물 및 수소와 제2 수소변환 촉매를 접촉시키는 단계;
    상기 제2 수소변환 반응기 시스템으로부터 제2 유출물을 회수하는 단계;
    제2 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제2 유출물 및 수소와 제3 수소변환 촉매를 접촉시키는 단계;
    상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제3 유출물을 회수하는 단계; 및
    하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 상기 제3 유출물을 분별하는(fractionating) 단계;를 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수소변환 반응기 시스템은 고정층 반응기를 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  3. 제1항에 있어서,
    감압 잔사 탄화수소(vacuum residuum hydrocarbon) 분획을 상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템, 상기 제2 수소변환 반응기 시스템 및 상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템 중 적어도 하나로 재순환하는 단계를 더 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  4. 제1항에 있어서,
    감압 가스유(vacuum gas oil) 탄화수소 분획을 상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템, 상기 제2 수소변환 반응기 시스템 및 상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템 중 적어도 하나로 재순환하는 단계를 더 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 잔사 탄화수소 분획은 석유 상압 또는 감압 잔사들, 탈아스팔트유들(deasphalted oils), 탈아스팔트 피치(deaspahlter pitch), 수소첨가분해된(hydrocracked) 상압 또는 감압 탑저물, 직류 감압 가스유, 수소첨가분해된 감압 가스유, 유체 촉매 분해된(fluid catalytically cracked, FCC) 슬러리유들, 비등층 공정으로부터 감압 가스유, 쉐일-유래유들(shale-derived oils), 석탄-유래유들(carbon-derived oils), 바이오-유래 원유들(bio-derived crude oils), 타르 샌드 역청(tar sands bitumen), 톨유들(tall oils) 및 흑유들(black oils) 중 적어도 하나를 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 접촉시키는 단계는 약 25 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 탄화수소 전화율 및 약 50 중량% 내지 약 80 중량% 범위의 금속들 제거를 야기하기에 충분한 운전 조건들을 선택하는 것을 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수소변환 반응기 시스템에서 접촉시키는 단계는 약 40 중량% 내지 약 55 중량% 범위의 탄화수소 전화율, 약 70 내지 약 85 % 범위의 탈황/탈질율(desulfurization/denitrogenation rate) 및 약 60 중량% 내지 약 70 중량% 범위의 콘라드슨 탄소 잔사유(Conradson Carbon Residue) 제거를 야기하기에 충분한 운전 조건들을 선택하는 것을 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 접촉시키는 단계는 약 30 중량% 내지 약 75 중량% 범위의 탄화수소 전화율 및 약 85 내지 약 95 % 범위의 탈황/탈질율을 야기하기에 충분한 운전 조건들을 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템 유출물을 분별하는 단계를 통하여 생산된 연료 오일은 약 1.0 중량% 이하의 황 함량을 갖는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유출물의 일부, 상기 제2 유출물의 일부 및 상기 제3 유출물이 공통 분별 시스템으로 공급되는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유출물의 일부 및 상기 제3 유출물의 일부가 공통 분별 시스템으로 공급되는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 잔사 탄화수소 분획의 총 전화율은 약 70 중량% 내지 약 80 중량% 범위인 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 비등층 수소변환 시스템의 온도는 상기 제1 비등층 수소변환 시스템의 온도보다 큰 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유출물을 액상 생성물 및 증기 생성물로 분리하는 것을 더 포함하고, 상기 제1 유출물 및 수소를 접촉시키는 것은 상기 액상 생성물 및 수소를 상기 제2 수소변환 촉매와 접촉시키는 것을 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유출물을 액상 생성물 및 증기 생성물로 분리하는 것을 더 포함하고, 상기 제1 유출물 및 수소를 접촉시키는 것은 상기 액상 생성물 및 수소를 상기 제3 수소변환 촉매와 접촉시키는 것을 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  16. 제1 유출물을 생산하기 위하여 잔사 탄화수소 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템;
    제2 유출물을 생산하기 위하여 상기 제1 유출물 및 수소를 제2 수소변환 촉매와 접촉시키는 제2 수소변환 반응기 시스템;
    제3 유출물을 생산하기 위하여 상기 제2 유출물 및 수소를 제3 수소변환 촉매와 접촉시키는 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템; 및
    하나 이상의 탄화수소 분획들 및 상기 감압 잔사 분획을 회수하기 위하여 상기 제3 유출물을 분별하는 분별 단위;를 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 수소변환 반응기 시스템은 고정층 수소변환 반응기 시스템을 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 시스템.
  18. 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 잔사 탄화수소 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계;
    상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제1 유출물을 회수하는 단계;
    제2 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제1 유출물 및 수소를 제2 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계;
    상기 제2 수소변환 반응기 시스템으로부터 제2 유출물을 회수하는 단계;
    제3 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제2 유출물 및 수소를 제3 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계;
    상기 제3 수소변환 반응기 시스템으로부터 제3 유출물을 회수하는 단계;
    조합된 원료를 형성하기 위하여 상기 제2 유출물 및 상기 제3 유출물을 조합하는 단계;
    증기 분획 및 액상 분획을 생산하기 위하여 상기 조합된 원료를 분리기로 공급하는 단계;
    제1 분별 시스템에서 상기 감압 잔사 분획을 회수하기 위하여 상기 액상 분획을 분별하는 단계;
    제4 수소변환 반응기 시스템에서 상기 증기 분획을 제4 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계;
    상기 제3 수소변환 반응기 시스템으로부터 제4 유출물을 회수하는 단계; 및
    제2 분별 시스템에서 하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 제4 유출물을 분별하는 단계;를 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
  19. 제1 유출물을 생산하기 위하여 잔사 탄화수소 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템;
    제2 유출물을 생산하기 위하여 상기 제1 유출물 및 수소를 제2 수소변환 촉매를 접촉시키는 제2 수소변환 반응기 시스템;
    제3 유출물을 생산하기 위하여 상기 제2 유출물 및 수소를 제3 수소변환 촉매와 접촉시키는 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템;
    액상 분획 및 증기 분획을 회수하기 위하여 상기 제2 유출물 및 상기 제3 유출물의 조합된 분획을 분리하는 분리기;
    상기 감압 잔사 분획을 회수하기 위하여 상기 액체를 분별하는 분별 단위;
    제4 유출물을 생산하기 위하여 상기 증기 분획을 제4 수소변환 촉매와 접촉시키는 제4 수소변환 반응기 시스템; 및
    하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 제4 유출물을 분별하는 분별 단위;를 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 시스템.
  20. 제1 수소변환 반응기 시스템에서 잔사 탄화수소 분획 및 수소를 제1 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계;
    상기 제1 수소변환 반응기 시스템으로부터 제1 유출물을 회수하는 단계;
    제1 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제1 유출물 및 수소를 제2 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계;
    상기 제1 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제2 유출물을 회수하는 단계;
    제2 비등층 수소변환 반응기 시스템에서 상기 제2 유출물 및 수소를 제3 수소변환 촉매와 접촉시키는 단계;
    상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 제3 유출물을 회수하는 단계;
    하나 이상의 탄화수소 분획들을 회수하기 위하여 상기 제2 비등층 수소변환 반응기 시스템으로부터 상기 제3 유출물을 분별하는 단계;를 포함하는 잔사 탄화수소들 고도화 공정.
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