KR20150127148A - 초임계수에 의해 원유를 업그레이드하고 탈황하는 공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적으로 초임계수를 사용하여 원유를 업그레이드하고 탈황하기 위한 공정에 관한 것이다. 일반적으로, 본 발명은 원유를 초임계수와 혼합한 다음, 상기 원유 스트림과 초임계수의 혼합으로부터 초래된 침전된 고체 화합물을 여과함으로써 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 공정을 제공한다.
Description
본 발명은 반응기 및 장비에 문제를 일으킬 수 있는 침전된 고체 화합물을 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 한편, 초임계수를 이용하여 원유를 업그레이드하고 탈황하기 위한 공정에 관한 것이다.
대부분의 정제 공정은 들어오는 원유 공급물의 염 화합물의 농도를 제한한다(대두분 알칼리 화합물을 함유하고 있음). 이러한 염 화합물들은 공정에 사용되는 장비들에 부식을 일으킬 수 있고 또한 현대의 정제 공정에 널리 사용되는 촉매에 유해할 수 있다. 전체 원유는 그 근원에 따라 염 함량이 달라진다. 탈염기는 원유에서 알칼리 화합물을 제거할 수 있으나, 통상적으로 엄청난 양의 에너지와 가능한 추가적으로 투입된 화학물질을 요구한다. 나아가, 상기 처리된 원유 내에 잔류하는 알칼리 화합물의 수준은 여전히 초임계수를 이용하는 공정에서 플러깅을 야기할 수 있다.
초임계수는 원유를 업그레이드하는데 사용될 수 있는 특성을 갖는다. 예를 들어, 임계점에서 및 그 주변에서의 물의 유전율의 급격한 감소는 알카리 화합물이 초임계수에서 불용성을 나타내도록 한다. 초임계수 내의 알칼리 화합물의 낮은 용해도는 원유의 공정 동안 알칼리 화합물의 침전을 유도한다. 원유의 통상적인 공정 동안, 상기 침전은 가열 교환기와 같은 반응기 또는 하류의 기구들에 플러깅 및 부식을 초래할 수 있다. 이는 원유 공정 기구에 예기치않은 정지를 초래할 수 있다.
본 발명은 원유 내에 다양한 양으로 존재하는 알칼리 화합물에 의해 장비의 막힘(clogging)을 방지하는 한편, 초임계수의 사용을 통해서 원유를 업그레이드하기 위한 공정 및 장치를 유리하게 제공한다.
일 관점에 따르면, 본 발명은 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 공정을 제공한다. 본 공정에서, 원유 스트림은 혼합 장치로 공급된다. 초임계수 스트림이 또한 상기 혼합 장치로 공급된다. 상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림은 상기 혼합 장치 내에서 혼합되어 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 알칼리 화합물은 원유를 초임계수와 혼합 시 침전한다.
다음, 침전된 화합물을 포함하는, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 물리적 여과기로 공급되어 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림으로부터 고체 화합물을 제거한다. 상기 여과 공정은 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 추가 공정을 위한 기구에 공급된다.
또 다른 관점에서, 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 공정을 제공한다. 본 관점에서, 물 스트림은 초임계 조건 아래에서 물 여과기에 공급되고 고체 화합물을 제거하여 여과된 물 스트림을 생산한다. 다음, 상기 여과된 물 스트림은 가열 장치를 이용하여 초임계 조건으로 가열되어 여과된 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 여과된 초임계수 스트림은 다음으로 혼합 장치에 공급된다. 원유 스트림이 상기 혼합 장치에 또한 공급된다. 상기 원유 스트림 및 상기 여과된 초임계수 스트림은 다음 상기 혼합 장치 내에서 혼합되어 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 물리적 여과기에 공급되어 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림으로부터 제2고체 화합물을 제거한다. 이는 또한 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 다음으로, 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림은 추가 공정을 위한 기구에 공급된다. 일부 구현예에서, 상기 기구는 탈황 기구, 초임계수 반응 기구, 수소화처리 기구 및 기타 이러한 기구이다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 공정을 제공한다. 본 공정에서, 물 스트림은 물 여과기에 공급되고 고체 알칼리 화합물을 제거하여 여과된 물 스트림을 생산한다. 다음으로, 상기 여과된 물 스트림은 가열 장치를 이용하여 초임계 조건으로 가열되어 여과된 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 여과된 초임계수 스트림은 400℃를 초과하는 온도로 유지된다. 다음, 원유 스트림이 또한 상기 혼합 장치에 공급된다. 다음, 상기 원유 스트림 및 여과된 초임계수 스트림은 상기 혼합 장치 내에서 혼합되어 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 다음, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 연속적으로 교반된 탱크 반응기에 공급되어 난류 유동의 혼합된 원유 및 오임계수 스트림을 생산한다. 상기 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 물리적 여과기에 공급되어 고체 화합물을 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림에서 제거하여 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다.
상기 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 400℃를 초과하는 온도로 유지된다. 다음으로, 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림은 추가 공정을 위한 기구에 공급된다. 일부 구현예에서, 상기 기구는 탈황 기구, 초임계수 반응 기구, 수소화처리 기구 및 기타 이러한 기구이다.
본 발명의 구현예들은 일반적으로 원유가 추가로 공정되기 이전에 알칼리 성분 및 기타 고체 오염물이 제거되도록 한다. 이는 전체적인 공정 작업 안정성을 향상시킬 수 있다. 이러한 공정의 사용은 모든 형태의 원유에 대해서 구상되며, 특히 고 알칼리 석유 공급원료에서 유용할 것이다. 고 알칼리 석유 공급원료는 공정 라인의 플러깅 및 부식과 같은 문제들을 야기시킬 수 있는 상대적으로 다량의 알칼리 화합물을 침전시킬 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점은 후술하는 바람직한 구현예의 설명을 읽음으로써 당업자에게 용이하게 명확해질 것이다.
다음의 도면은 본 발명의 특정 관점을 구체화하기 위하여 포함된 것으로, 배타적인 구현예로 고려되어서는 안된다. 기술된 주제는 형태 및 기능에 있어서, 변형, 변경 및 동등물이 고려될 수 있을 뿐 아니라, 본원의 이익을 갖는 당업자에게 발견될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 3은 적어도 2개의 물리적 여과기를 포함하는 본 발명의 구현예의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 3은 적어도 2개의 물리적 여과기를 포함하는 본 발명의 구현예의 다이어그램을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예의 다이어그램을 도시한 것이다.
여기서 사용되는 바에 따라, 용어 "원유"는 종래의 전체 범위의 원유, 비-종래의 전체 범위의 원유(하급 원유, 울트라 중유 및 혈암유), 역청, 예비-정제 역청, 또는 그 추출물, 스트림 크래커, 액화 석탄, 유사로부터 회복된 액화 제품, 아스팔텐, 및 바이오매스로부터 유래된 탄화수소를 포함한다.
여기서 사용되는 바에 따라,용어 "알칼리 화합물"은 주기율표의 1족 및 2족의 원소를 갖는 화합물을 포함한다. 예시적인 알칼리 화합물은 나트륨, 칼륨 및 마그네슘의 염화물, 탄산염, 황산염 및 인산염을 포함한다.
일 관점에서, 본 발명은 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 공정을 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 공정에서 원유 스트림(140)은 혼합 장치(110)로 공급된다. 초임계수 스트림(130)은 또한 상기 혼합 장치(110)로 공급된다. 상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림은 혼합 장치(110)에서 혼합되어 혼합된 원유와 초임계수 스트림(120)을 생산한다. 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 물리적 여과기(100)에 공급되어 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림으로부터 고체 화합물을 제거한다. 상기 여과 공정은 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림(150)을 생산한다. 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 추가적인 공정을 위한 기구로 공급된다. 일부 구현예에서, 상기 기구는 탈황 기구, 초임계수 반응기 기구, 수소화처리 기구, 수소 첨가 기구 및 기타 이러한 기구이다.
일반적으로, 추가 공정을 위한 기구는 원유의 추가 공정을 위한 모든 기구일 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 추가 공정을 위한 기구는 감소된 알칼리 화합물을 갖는 원유로서 유익하다. 추가 구현예에서, 상기 기구는 탈황 기구, 초임계수 반응기 기구, 수소화처리 기구, 수소 첨가 기구 및 기타 이러한 기구이다.
추가 구현예에서, 상기 고체 화합물은 상기 혼합 장치 내에서 상기 원유 스트림과 초임계수 스트림의 혼합의 결과로서 침전된다. 일부 구현예에서, 상기 고체 화합물은 알칼리 화합물을 포함한다.
추가 구현에에서, 상기 공정은 상기 초임계수 스트림을 상기 혼합 장치에 공급하기 이전에 상기 초임계수 스트림을 물 여과기에 공급하여 여과된 초임계수 스트림을 생산하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 물 여과기는 물 내에 함유된 알칼리 화합물을 제거하도록 작동된다.
추가 구현예에서, 상기 초임계수 스트림은 여과 동안 상술한 초임계 수준에서 유지된다. 추가 구현예에서, 상기 초임계수 스트림은 여과 동안 400℃ 이상으로 유지된다. 상기 초임계수 스트림의 온도는 공지된 다양한 방법으로 유지될 수 있다. 이들 중, 파이프의 절연, 열선 보호, 라인 히터 또는 다른 히터를 포함한다.
추가 구현에에서, 상기 원유 스트림은 상기 초임계수 스트림과 결합되기 이전에 상대적으로 저온에 있다. 일부 구현예에서, 상기 원유 스트림은 300℃ 미만의 온도에 있다. 다른 구현예에서, 상기 원유 스트림은 150℃ 미만의 온도에 있다. 다른 구현예에서, 상기 원유는 22.1 MPa 이상으로 가압된다.
추가 구현예에서, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기에 공급될 때 물을 위한 초임계 조건 이상으로 유지된다. 일부 구현예에서, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기에 공급될 때 400℃ 이상의 온도로 유지된다. 일부 구현예에서, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기에 공급될 때 약 400℃ 내지 약 450℃의 온도로 유지된다. 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용하여 유지될 수 있다. 이들 중, 파이프의 절연, 열선 보호, 라인 히터 또는 다른 히터를 포함한다.
추가 구현예에서, 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 여과기에서 배출될 때 물의 초임계 조건 이상이다. 일부 구현예에서, 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기에서 배출될 때 400℃ 이상의 온도로 유지된다. 일부 구현예에서, 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기로 들어갈 때 물의 초임계 조건 아래이며, 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기에서 배출될 때 물의 초임계 조건 위로 증가된다. 일부 구현예에서, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 필터를 들어갈 때 물의 초임계 조건 아래이며, 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기에서 배출될 때 400℃ 이상으로 증가된다.
본 발명의 혼합 장치(110)는 당업계에 공지된 모든 형태의 혼합 장치일 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 혼합 장치는 고정 혼합기, 인-라인 혼합기, 교반기, 혼합을 향상시킬 수 있는 인-라인 장비(예를 들어, 초음파 프로브), 혼합을 향상시킬 수 있는 인-라인 부품(예를 들어, 오리피스), 및 임펠러 매립 혼합기로부터 선택된다.
본 발명의 물리적 여과기(100)는 당업계에 공지된 모든 물리적 여과기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 여과기는 컵-형 여과기, 멤브레인-형 여과기 또는 깊이-형 여과기를 포함한다. 도 3에 도시되어 있다. 추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 2 이상의 여과기를 포함할 수 있다. 도 3에 도시되어 있다. 일부 구현예에서, 2 이상의 여과기(101 및 102)는 병렬로 배열된다. 일부 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 직렬로 배열된다. 3 이상의 물리적 여과기를 포함하는 추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 직렬 및 병렬로 배열될 수 있다. 2 이상의 여과기가 사용될 때, 상기 여과기는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 약 0.1 ㎛ 이상의 크기를 갖는 고체 입자를 제거하도록 작동될 수 있다. 추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 약 1.0 ㎛ 이상의 크기를 갖는 고체 입자를 제거하도록 작동될 수 있다. 추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 약 5.0 ㎛ 이상의 크기를 갖는 고체 입자를 제거하도록 작동될 수 있다. 추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 약 10 ㎛ 이상의 크기를 갖는 고체 입자를 제거하도록 작동될 수 있다.
상기 물리적 여과기의 배열은 또한 다른 물리적 여과기가 공정에 의해 사용되는 동안 일부 물리적 여과기의 세척이 가능하도록 할 수 있다. 상기 여과기는 역 흐름 방향 또는 순 흐름 방향으로 세척수를 흘려 세척될 수 있다. 상기 세척수의 온도는 약 5℃ 내지 약 300℃ 사이이다. 일부 구현예에서, 상기 세척수의 온도는 약 50℃ 내지 약 90℃ 사이이다. 상기 세척수의 압력은 액상에서 상기 물에 대해 유지된다. 세척수는 탈염수, 공급수(초임계수 공정으로의), 및 오일/물 분리기로부터 생산된 물로부터 선택될 수 있다. 세척 동안, 상기 물리적 여과기는 세척 효율을 향상시키기 위하여 초음파형 진동기로 넘겨질 수 있다.
상기 여과기 내의 유체의 온도는 공지된 다양한 방법을 이용하여 물의 초임계 수준 또는 그 위로 유지된다. 이들 중 여과기 절연, 열선 보호 및 다른 가열을 포함한다.
상기 혼합 장치(110) 및 물리적 여과기(100) 사이의 파이프(120)의 길이 및 직경은 난류 효과에 의해 상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림의 혼합을 향상시키도록 선택될 수 있다. 원유가 물과 동일한 밀도 및 점도를 갖는 것으로 추정함으로써 측정될 수 있는 레이놀드 수는 상기 여과기 직전, 상기 파이프의 말단에서 4,000 이상이어야 한다. 이는 원유와 물 사이의 혼합 정도를 높게 할 수 있도록 한다.
일부 구현예에서, 상기 공정은 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 난류 유동을 생성하기 위한 장치에 공급하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 난류 유동을 생성하기 위한 장치는 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림이 상기 물리적 여과기로 공급되기 이전에 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는데 사용된다. 일부 구현예에서, 상기 난류 유동을 생성하기 위한 장치는 연속적으로 교반되는 탱크 반응기이다. 이러한 구현예에서, 상기 연속적으로 교반되는 반응기 내의 교반기의 직경 및 회전 속도는 상기 원유 스트림과 초임계수 스트림의 치밀한 혼합이 달성되도록 선택될 수 있다. 상기 연속적으로 교반된 탱크 반응기의 내부 체적은 상기 연속적으로 교반되는 탱크 반응기 내의 혼합 유체의 체류 시간에 의해 결정될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 체류 시간은 약 1 내지 120초이다. 다른 구현예에서, 상기 체류 시간은 약 2 내지 10초이다.
모든 공지된 장치가 난류 유동을 생성하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 연속된 및/또는 치밀한 혼합을 야기시킬 수 있는 모든 장치(예를 들어, 초음파 프로브)는 혼합에 도움을 주고 알칼리 화합물의 침전을 야기시키는데 사용될 수 있다.
상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림은 독립적인 고압 펌프를 통해서 상기 공정을 통해 공급될 수 있다. 상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림은 물의 적어도 임계압(22.1 MPa)으로 펌프된다. 일부 구현예에서, 상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림은 약 22.2 MPa 및 약 41.5 MPa 사이의 압력으로 펌프된다. 다른 구현예에서, 상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림은 약 22.9 MPa 및 약 31.1 MPa 사이의 압력으로 펌프된다.
일부 구현예에서, 주위 온도 및 작업 압력에서 상기 원유 및 물의 체적 유량의 비율은 10:1-1:10의 범위이다. 다른 구현예에서, 주위 온도 및 작업 압력에서 상기 원유 및 물의 체적 유량의 비율은 5:1-1:5의 범위이다. 추가 구현예에서, 주위 온도 및 작업 압력에서 상기 원유 및 물의 체적 유량의 비율은 2:1-1:2의 범위이다.
추가 구현예에서, 상기 원유 스트림(170) 및 물 스트림(160)은 독립적으로 히터(190 및 180)를 이용하여 소정의 수준으로 예비가열된다. 상기 초임계수 스트림(130)은 약 374℃ 내지 600℃로 가열될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 초임계수 스트림(130)은 약 400℃ 내지 약 550℃로 가열될 수 있다. 상기 원유 스트림(140)은 약 10℃ 내지 약 300℃로 가열될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 원유 스트림(140)은 약 50℃ 내지 약 200℃로 가열될 수 있다. 상기 원유 스트림 및 물 스트림을 가열하기 위한 소자가 공지된 모든 소자로부터 선택될 수 있다. 이러한 소자는 스트립 히터, 수중 히터, 및 튜브형 로를 포함한다. 상기 원유 스트림 및 물 스트림용 가열 소자는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 공정을 제공한다. 본 관점에서, 물 스트림은 초임계 조건 아래에서 물 여과기에 공급되어 고체 화합물을 제거하고 여과된 물 스트림을 생산한다. 상기 여과된 물 스트림은 다음으로 가열 장치를 이용하여 초임계 조건으로 변형되어 여과된 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 여과된 초임계수 스트림은 다음으로 혼합 장치에 공급된다. 원유 스트림이 또한 상기 혼합 장치에 공급된다. 상기 원유 스트림 및 여과된 초임계수 스트림은 다음으로 상기 혼합 장치 내에서 혼합되어 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 물리적 여과기에 공급되어 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림(120)으로부터 제2고체 화합물을 제거하고 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림(150)을 생산한다. 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림(150)은 다음으로 추가 공정을 위한 기구에 공급된다.
추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 당업계에 공지된 모든 물리적 여과기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 여과기는 컵-형 여과기, 멤브레인-형 여과기, 또는 깊이-형 여과기를 포함한다. 추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 2 이상의 여과기를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 2 이상의 여과기는 직렬로 배열된다. 일부 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 병렬로 배열된다. 3 이상의 물리적 여과기를 포함하는 추가 구현예에서, 상기 물리적 여과기는 직렬 및 병렬로 배열될 수 있다. 2 이상의 여과기가 사용되는 경우, 상기 여과기는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 공정은 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 난류 유동을 생성하기 위한 장치에 공급하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 난류 유동을 생성하기 위한 장치는 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 상기 물리적 여과기에 공급하기 이전에 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는데 사용된다. 일부 구현예에서, 난류 유동을 생성하기 위한 장치는 연속적으로 교반되는 탱크 반응기이다. 모든 공지된 장치가 난류 유동을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 연속적인 및/또는 치밀한 혼합을 야기시킬 수 있는 모든 장치는 혼합을 돕고 알칼리 화합물의 침전을 야기시키기 위하여 사용될 수 있다.
추가 구현예에서, 상기 고체 화합물은 상기 원유 스트림과 초임계수 스트림을 상기 혼합 장치 내에서 혼합한 결과로서 침전된다. 일부 구현예에서, 상기 고체 화합물은 알칼리 화합물을 포함한다.
추가 구현예에서, 상기 공정은 상기 초임계수 스트림을 상기 혼합 장치에 공급하기 이전에 상기 초임계수 스트림을 물 여과기에 공급하여 여과된 초임계수 스트림을 생산하는 단계를 더욱 포함한다. 추가 구현예에서, 상기 초임계수 스트림은 여과 동안 초임계 수준 이상으로 유지된다. 추가 구현예에서, 상기 초임계수 스트림은 여과 동안 400℃ 이상으로 유지된다. 상기 초임계수 스트림의 온도는 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용하여 유지될 수 있다. 이들 중 파이프 절연, 열선보호, 라인 가열 또는 기타 히터를 포함한다.
추가 구현예에서, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기로 공급될 때 물의 초임계 조건 이상으로 유지된다. 일부 구현예에서, 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기로 공급될 때 400℃ 이상의 온도로 유지된다. 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용하여 유지될 수 있다. 이들 중 파이프 절연, 열선보호, 라인 가열 또는 기타 히터를 포함한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 공정을 제공한다. 본 공정에서, 물 스트림은 물 여과기로 공급되어 고체 알칼리 화합물을 제거하고 여과된 물 스트림을 생산한다. 상기 여과된 물 스트림은 다음으로 가열 장치를 이용하여 초임계 조건으로 가열되어 여과된 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 여과된 초임계수 스트림은 상기 공정 동안 400℃ 이상의 온도로 유지된다. 상기 여과된 초임계수 스트림은 다음으로 혼합 장치에 공급된다. 상기 여과된 초임계수 스트림은 상기 공정 동안 400℃ 이상의 온도로 유지된다. 원유 스트림이 또한 상기 혼합 장치에 공급된다. 상기 원유 스트림 및 상기 여과된 초임계수 스트림은 다음으로 상기 혼합 장치에서 혼합되어 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 연속적으로 교반되는 탱크 반응기에 공급되어 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 물리적 여과기에 공급되어 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림으로부터 제2고체 화합물을 제거하고 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 생산한다. 상기 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 상기 공정 동안 400℃ 이상의 온도로 유지된다. 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림은 다음으로 추가 공정을 위한 기구에 공급된다.
추가 구현예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림(150)은 초임계수 반응기(200)에 공급된다. 상기 초임계수 반응기(200)는 튜브형 반응기, 용기형(vessel type) 반응기, 또는 당업계에 공지된 다른 것들일 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 초임계수 반응기는 교반기를 가질 수 있다. 상기 초임계수 반응기는 수평, 수직 또는 모두일 수 있다. 상기 초임계수 반응기는 직렬 또는 병렬로 배열된 2 이상의 반응기일 수 있다. 상기 유동 방향은 상향류, 하항류 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 초임계수 반응기(200)의 온도는 374℃ 위의 온도로 유지된다. 일부 구현예에서, 상기 초임계수 반응기의 온도는 약 380℃ 내지 약 600℃ 사이의 온도로 유지된다. 추가 구현예에서, 상기 초임계수 반응기의 온도는 약 390℃ 내지 약 450℃ 사이의 온도로 유지된다. 상기 초임계수 반응기의 온도는 당업계에 공지된 방법을 이용하여 유지될 수 있다. 이들 중 스트림 히터, 수중 히터, 및 관형 로를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 초임계수 반응기 내의 유체의 체류 시간은 약 1 내지 120분 사이이다. 다른 구현예에서, 상기 체류 시간은 약 10초 내지 60분 사이이다. 다른 구현예에서, 상기 체류 시간은 약 30초 내지 20분 사이이다.
추가 구현예에서, 상기 초임계수 반응기로부터의 용출액(250)은 냉각 소자(210)로 이송되어 냉각된 스트림(260)을 생산한다. 상기 냉각 소자(210)는 또한 당업계에 공지된 모든 냉각 소자로부터 선택될 수 있다. 당업계에 공지된 냉각 소자 중 냉각기 및 열교환기이다. 상기 냉각된 스트림의 결과적인 온도는 약 10℃ 내지 200℃이다. 일부 구현예에서, 상기 냉각된 스트림의 결과적인 온도는 약 30℃ 내지 150℃이다.
추가 구현에에서, 상기 냉각된 스트림(260)은 감압 소자(220)를 이용하여 배출된 스트림으로 감압된다. 상기 감압 소자(220)는 또한 당업계에 공지된 모든 소자로부터 선택될 수 있다. 당업계에 공지된 것들 중 압력 조절 밸브 및 모세관이다. 상기 배출된 스트림(270)은 다음으로 기체-액체 분리기(230)를 이용하여 기상 스트림(280)과 액상 스트림(290)으로 분리된다. 상기 액상 스트림은 다음으로 오일-물 분리기를 이용하여 물 스트림(310)과 석유 제품(300)으로 분리된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일부 구현예는 초임계수를 여과하기 위한 물 여과기(103)를 더욱 포함한다.
실시예:
60℉에서 26.3°의 API 중력 및 3.00중량%의 총 황 함량을 갖는 전체 범위의 아라비안 중질유가 제공되었다. 상기 원유는 5 PTB의 NaCl의 염 함량을 갖는다. 테스트를 위하여 사용된 물은 ASTM D1193에서 정의된 바에 따라, 등급 I이다. 물의 저항력은 25℃에서 18 M-Ohm-cm였다. 상기 원유는 가열 테이프(브리스크 가열 테이프)를 갖는 0.083 인치 I.D.의 권선 이송선에 의해 50℃로 예비가열되었다. 상기 물은 블록 히터(린더버그 3 구역 관형 로)에 의해 550℃로 예비가열되었다. 상기 물 및 원유는 주위 온도 및 3,600 psig의 압력에서 5ml/5 ml의 체적 유량 비를 갖도록 분리된 고압계 펌프에 의해 펌프되었다. 상기 가압 및 예열된 물은 간단한 티 피팅(오토클레이브 엔지니어, CT4440)을 이용하여 가압 및 가열된 원유와 결합되었다. 상기 티 피팅은 가열 테이프(브리스크히트 가열 테이프)로 권선된 이송선에 의해 고압 여과기(오토클레이브 엔지니어, CF4-5)에 연결되었다. 상기 티 피팅과 상기 여과기 사이의 이송선의 길이는 12.0 인치였고, 내부 직경(I.D.)은 0.083 인치였다. 상기 이송 선 내부의 유체의 온도는 여과기 유입구 이전에 대략 0.5 인치 포인트에서 삽입된 열전대에 의해 410℃로 측정되었다. 상기 여과기의 유입구에서 상기 유체의 레이놀드 수는 원유가 동일한 조건에서 물의 밀도 및 점도를 갖는다는 추정에 의해 5,450으로 계산되었다. 상기 여과기로부터의 유체는 상기 반응기로 유입되었다. 상기 반응기는 27.5 인치의 길이와 9/16 인치의 외부 직경 (O.D.) (3/16 inch I.D.)을 가지며, 약 12.4 ml의 내부 체적을 가졌다. 상기 반응기 내의 유체의 온도는 블록 히터(아전 3-구역 관형 로)에 의해 대략 430℃에서 조절되었다. 상기 반응기로부터의 용출액은 이중-파이프형 열교환기에 의해 50℃로 냉각된 다음, 배압 조절기(테스콤 26-1762-24-090)에 의해 주위 조건으로 감압되었다. 상기 시스템의 압력은 3,600 psig에서 유지되었다. 상기 제품은 오일과 물 상을 분리하기 위하여 유화제가 첨가되는 유화 과정으로 넘겨졌다. 상기 분리된 오일 제품은 60℉에서 31.7°의 API 중력 및 2.34중량%의 황 함량을 나타내었다. 48시간 작업 후, 상기 공정 라인을 통한 압력 차이는(상기 여과기 이전 및 열교환기 이후) 200-300 psig로 증가되었다. 상기 여과기가 상기 공정 라인에서 제거되고 상기 여과기 내에 침전된 고체는 제거되어 주사전자현미경-분산분광분석기(SEM-EDS)로 분석되었다. 상기 고체 침전물의 내용물은 인산 칼슘 뿐 아니라 고체 탄소 및 산화철을 포함하였다. 칼슘과 인은 미량으로 상기 원유에 함유되었다. 상기 침전된 인산 칼슘은 코크스 퇴적 및 여과기의 부식을 유도하며 산화철 입자를 생산한다. 여과 이후 상기 라인 내에서 어떠한 고체 퇴적물도 발견되지 않았으며, 상기 반응기의 유입구와 유출구 사이에서 어떠한 압력 차이도 발견되지 않았다. 이러한 관찰은 본 발명에서 기술된 방법의 효과를 보여준다.
이론에 한정되지 않으나, 유전율의 가파른 감소는 알칼리 화합물의 침전을 가속화하는 것으로 믿어진다. 이러한 감소는 초임계점에서 그리고 그 주위에서 보여진다. 초임계는 물의 유전율의 감소가 관찰되는 지점의 물의 조건을 기술하는데 사용된다. 이는 또한 초임계점 위로 확장한다. 물은 약 374℃의 초임계 온도 부근 및 22.1 MPa의 초임계 압력 부근에서 초임계 성질을 나타낸다.
따라서, 본 발명은 언급한 목적 및 이점 뿐만 아니라 본질적인 것들을 달성하는데 잘 맞추어진다. 상술된 특정 구현예는 단지 설명을 위한 것으로서, 본 발명은 다르게 변형되거나 실시될 수 있으며, 여기의 기술의 이익을 갖는 당업자에게 동등한 방법이 명백할 것이다. 나아가, 아래의 청구항에서 기술되는 것 이외에, 여기에 나타낸 상세한 구조 또는 디자인에 어떠한 제한이 있는 것은 아니다. 따라서, 상술한 특정 구체적인 구현예는 변경되고 결합되거나 또는 변형될 수 있으며, 이러한 모든 변형은 본 발명의 범주 및 사상 내로 고려되어야 한다. 여기에 구체적으로 적합하게 개시된 본 발명은 여기에 특별하게 기술되지 않은 어떠한 부재(element) 및/또는 여기에 기술된 어떠한 선택적 부재(element)의 부재하에서(absence of) 적절히 실시될 수 있을 것이다. 조성물 및 방법은 다양한 구성성분 또는 단계를 "포함하는(comprising)", "함유하는", 또는 "포함하는(including)" 용어로 청구되는 한편, 상기 조성물 및 방법은 또한 다양한 구성성분 및 단계들로 "필수적으로 구성" 또는 "구성"될 수 있다. 상술한 모든 수 및 범위는 약간의 양에 의해 변할 수 있다. 또한, 청구항의 용어는 특허권자에 의해 다르게 명시되거나 정의되지 않는 한, 일반적이고 보통의 의미를 갖는다. 본 명세서와 참고로서 여기에 포함된 하나 이상의 특허 또는 다른 문서에서의 단어 또는 용어의 사용에 있어서 어떠한 모순이 있다면 본 명세서와 일치하는 정의가 채용되어야 한다.
Claims (21)
- 원유 스트림을 혼합 장치에 공급하는 단계;
상기 혼합 장치에 초임계수 스트림을 공급하는 단계;
상기 혼합 장치 내에서 상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림을 혼합하여 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는 단계;
상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 물리적 여과기에 공급하고 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림으로부터 고체 화합물을 제거하여 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는 단계; 및
상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 추가 공정을 위한 기구(unit)에 공급하는 단계를 포함하는 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하는 공정.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기구는 탈황 기구인 공정.
- 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 고체 화합물은 상기 혼합 장치 내에서 상기 원유 스트림 및 초임계수 스트림의 혼합의 결과로서 침전되는 공정.
- 청구항 3에 있어서, 상기 고체 화합물은 알칼리 화합물인 공정.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초임계수 스트림을 상기 혼합 장치에 공급하기 이전에 상기 초임계수 스트림을 물 여과기에 공급하여 여과된 초임계수 스트림을 생산하는 단계를 더욱 포함하는 공정.
- 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 여과기는 직렬로 배열된 2 이상의 여과기를 포함하는 공정.
- 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 여과기는 병렬로 배열된 2 이상의 여과기를 포함하는 공정.
- 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기에 공급될 때 400℃ 이상의 온도로 유지되는 공정.
- 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 여과기는 컵-형 필터, 멤브레인-형 필터, 또는 깊이-형(depth-type) 필터인 공정.
- 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 상기 여과기에 공급하기 이전에 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트름의 난류 유동을 생성하기 위한 장치에 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 공급하는 단계를 더욱 포함하는 공정.
- 청구항 9에 있어서,
상기 난류 유동을 생성하기 위한 장치는 연속적으로 교반되는 탱크 반응기인 공정.
- 초임계 조건 아래의 물 스트림을 물 여과기에 공급하고 고체 화합물을 제거하여 여과된 물 스트림을 생산하는 단계;
상기 여과된 물 스트림을 가열 장치를 이용하여 초임계 조건으로 가열하여 여과된 초임계수 스트림을 생산하는 단계;
상기 여과된 초임계수 스트림을 혼합 장치에 공급하는 단계;
상기 혼합 장치에 원유 스트림을 공급하는 단계;
상기 혼합 장치 내에서 상기 원유 스트림 및 상기 여과된 초임계수 스트림을 혼합하여 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는 단계;
상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 물리적 여과기에 공급하고 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림으로부터 제2고체 화합물을 제거하여 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는 단계; 및
상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 추가 공정을 위한 기구에 공급하는 단계를 포함하는 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하는 공정.
- 청구항 12에 있어서,
상기 물리적 여과기는 직렬로 연결된 2 이상의 여과기를 포함하는 공정.
- 청구항 12에 있어서,
상기 물리적 여과기는 병렬로 연결된 2 이상의 여과기를 포함하는 공정.
- 청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 온도는 상기 물리적 여과기에 공급될 때 400℃ 이상의 온도로 유지되는 공정.
- 청구항 12 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 여과기는 컵-형 필터, 멤브레인-형 필터, 또는 깊이-형 필터인 공정.
- 청구항 12 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 화합물은 상기 물 스트림 내의 알칼리 화합물인 공정.
- 청구항 12 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2고체 화합물은 상기 혼합 장치 내에서 상기 원유 스트림을 상기 초임계수 스트림과 혼합한 결과로서 침전하는 알칼리 화합물인 공정.
- 청구항 12 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 상기 여과기에 공급하기 이전에 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림의 난류 유동을 생성하기 위한 장치에 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 공급하여 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는 단계를 더욱 포함하는 공정.
- 청구항 17에 있어서,
상기 난류 유동을 생성하기 위한 장치는 연속적으로 교반되는 탱크 반응기인 공정.
- 물 스트림을 물 여과기에 공급하고 고체 알칼리 화합물을 제거하여 여과된 물 스트림을 생산하는 단계;
상기 여과된 물 스트림을 가열 장치를 이용하여 초임계 조건으로 가열하여 여과된 초임계수 스트림을 생산하는 단계, 상기 여과된 초임계수 스트림은 400℃ 이상의 온도로 유지됨;
상기 여과된 초임계수 스트림을 혼합 장치에 공급하는 단계, 상기 여과된 초임계수 스트림은 400℃ 이상의 온도로 유지됨;
상기 혼합 장치에 원유 스트림을 공급하는 단계;
상기 혼합 장치 내에서 상기 원유 스트림 및 상기 여과된 초임계수 스트림을 혼합하여 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는 단계;
상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 연속적으로 교반되는 탱크 반응기에 공급하여 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는 단계;
상기 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림을 물리적 여과기에 공급하고 상기 혼합된 원유 및 초임계수 스트림으로부터 제2고체 화합물을 제거하여 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 생산하는 단계, 상기 난류 유동의 혼합된 원유 및 초임계수 스트림은 400℃ 이상의 온도로 유지됨; 및
상기 여과된 혼합 원유 및 초임계수 스트림을 추가 공정을 위한 기구에 공급하는 단계를 포함하는 원유 스트림으로부터 오염물을 제거하는 공정.
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