KR20150138865A

KR20150138865A - 고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점 및 파라핀 함량을 낮추기 위한 연속 공정

Info

Publication number: KR20150138865A
Application number: KR1020157033396A
Authority: KR
Inventors: 기-혁 최; 칼리드 알리 알-마즈노우니; 알리 알-샤레프
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2015-12-10
Also published as: US20090178952A1; EP2240556A2; WO2009073442A9; CN102159675A; US9295957B2; JP5346036B2; CN101970610B; KR101504384B1; CN101970609A; US7740065B2; KR101419977B1; EP2222819B1; WO2009082585A2; EP2231824B1; US20110297506A1; KR20100107458A; MX357637B; WO2009073447A3; EP2245119A2; CN101970611B

Abstract

탄화수소 공급재료로서의 사용을 위한 낮은 황 함량, 낮은 질소 함량, 및 낮은 금속성 불순물 함량을 갖는 낮은 유동점의 고 등급 원유를 생산하기 위하여 고도로 밀납을 함유하는 원유와 초임계수 유체를 접촉시킴으로써 고도로 밀납을 함유하는 원유를 업그레이드하는 연속 공정.

Description

고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점 및 파라핀 함량을 낮추기 위한 연속 공정{CONTINUOUS PROCESS FOR LOWERING POUR POINT AND PARAFFINIC CONTENT OF HIGHLY WAXY CRUDE OIL}

관련 출원

본 특허 출원은 2007.11.28. 출원된 미국 가특허출원 60/990,658; 60/990,648; 60/990,662; 60/990,670; 및 60/990,641에 대하여 우선권을 주장하며, 이들은 모두 참조문헌으로 수록된다.

발명의 기술 분야

본 발명은 탄화수소 공급재료(feedstock)로서의 사용을 위한 낮은 황 함량, 낮은 질소 함량, 및 낮은 금속성 불순물 함량을 갖는 낮은 유동점(pour point)의 고 등급 원유를 생산하기 위하여 고도로 밀납을 함유하는 원유(highly waxy crude oil)와 초임계수 유체(supercritical water fluid)를 접촉시킴으로써 고도로 밀납을 함유하는 원유를 업그레이드하는 연속 공정에 관한 것이다.

발명의 배경

원유를 장거리로 운송하기 위하여 수송관(Pipeline)과 탱커(tanker)가 오랫동안 사용되었다. 전통적인 원유는 이러한 수송관 및 탱커를 통하여 원유의 운송을 가능하게 하는 적절한 물성을 갖는다고 인정된다. 이러한 물성은 낮은 유동점, 낮은 운점(cloud point) 및 낮은 점도를 포함한다.

석유 공급재료에 대한 증가하는 수요 및 사용가능한 전통적인 원유의 품질 저하로 인하여 현존하는 정제 공정에서의 사용을 위한 비-전통적인 원유와 같은 또 다른 잠재적인 공급원의 업그레이드가 요구된다.

고도로 밀납을 함유하는 원유는 비-전통적인 원유 석유 공급원(petroleum source)으로 여겨진다. 고도로 밀납을 함유하는 원유는 높은 끓는점 및 큰 분자량의 파라핀계 화합물을 다량 함유하는데, 이는 높은 유동점을 초래하며 수송관을 통한 원유의 운송 능력을 제한한다. 그러므로, 수송관을 통하여 운송하기 이전에 생산 장소에서 고도로 밀납을 함유하는 원유를 업그레이드하는 것이 고도로 요구된다.

또한 원유 내 낮은 수준의 방향족 화합물 및 올레핀 화합물은 가솔린의 옥탄가와 같은 연료 세목(specification)을 만족시키기 위하여 추가적인 수소화공정(hydroprocessing)을 종종 필요로 한다. 많은 정제소는 원유를 여러 분류(fraction)로 증류한 이후에 수소화공정을 수행하는데, 이는 각각의 분류가 별도로 수소화되어야함을 의미한다. 일반적으로, 요구되는 세목을 충족시키기 위하여 여러 분류의 물성을 조절하는데 다량의 수소가 요구된다.

또한, 고도로 밀납을 함유하는 원유에 함유된 불포화 탄화수소의 매우 낮은 함량으로 인하여, 이는 특정 정제 공정 및 석유화학 공정에 대한 공급재료로서 적절하지 않다. 예를 들면, 고도로 밀납을 함유하는 원유로부터 유래된 직류 나프타(straight-run naphtha)는 자동차용 가솔린(motor gasoline)의 옥탄가를 개선하기 위하여 방향족 함량 및 올레핀 함량을 증가시키기 위한 가혹한 개질 처리(reforming treatment)를 요구한다.

용이한 운송을 위하여 개선된 유동점 및 흐름 물성을 생성하고 불포화 탄화수소의 함량을 증가시키기 위하여 고도로 밀납을 함유하는 원유를 업그레이드하기 위한 수많은 공정들이 제안되었다. 예를 들면, 고도로 밀납을 함유하는 원유의 높은 유동점은 열 코우킹(thermal coking), 접촉 수소화분해(catalytic hydrocracking), 용제 탈납(solvent dewaxing), 및/또는 유동점 강하제(pour point depressant)의 첨가에 의해 감소될 수 있다.

열 코우킹(thermal coking)이, 전통적인 수송관 및 탱커를 통해 운송하기 위하여 유동점 및 흐름 물성(flow property)을 개선하도록 고도로 밀납을 함유하는 원유를 업그레이드하는 가능한 공정 중의 하나이다. 열 코우킹 동안 일어나는 분해(cracking)는 파라핀의 결합을 파괴시켜 낮은 끓는점의 탄화수소 및 불포화 탄화수소를 생성한다. 그 결과, 고도로 밀납을 함유하는 원유의 방향족 함량 및 올레핀 함량이 증가하고 유동점이 감소한다. 그렇지만, 열 코우킹은 부산물로서 다량의 고체 코크스(coke)를 생성하는데, 이는 고가의 탄화수소 공급재료의 많은 손실을 의미한다. 또한, 고도로 밀납을 함유하는 원유의 상당량이 저가의 코크스로 전환되며, 이는 연속 방식으로 수행하는데 있어서 문제점을 유발한다.

고도로 밀납을 함유하는 원유의 업그레이드는 전통적인 접촉 수소화분해를 통하여 가능할 수 있다. 그렇지만, 이러한 처리는 다량의 수소 및 정기적인 촉매의 교체를 요구하며, 이는 증가된 작업 비용을 초래한다. 더욱이, 복잡한 공정 장비 때문에 이러한 처리 공정을 원유 생산 장소에 설치하는 것이 쉽지 않다.

용제 탈납 공정(solvent dewaxing process)은 매트릭스로부터 밀납 부분(waxy portion)을 분리하는 공지된 공정이다. 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone, MEK), 톨루엔 및 프로판이 밀랍 분리를 위하여 사용되었다. 그렇지만, 용제 탈납은 다량의 용제와 고가의 용제 회수 및 밀납 처리 시스템을 요구한다.

고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점을 강하시키기 위하여 첨가제가 또한 제안되었다. 고도로 밀납을 함유하는 원유의 흐름 물성을 개선하기 위하여 유동점 강하제를 사용하는 것은 많은 작업 비용을 요구한다. 게다가, 유동점 강하제는 최종 제품의 품질에 불리한 영향을 미친다.

탄화수소의 분해를 위한 반응 매질로서 초임계수가 수소의 외부 공급원의 첨가와 함께 사용되었다. 물은 약 705℉(374℃)의 임계 온도 및 약 22.1 MPa의 임계 압력을 갖는다. 이러한 조건 이상에서, 물에 대한 액체와 기체 사이의 상 경계가 사라지며, 그 결과 산출되는 초임계수는 유기 화합물에 대한 높은 용해도 및 기체와의 높은 혼화성(miscibility)을 나타낸다. 더욱이, 초임계수는 라디칼 화학종(radical species)을 안정화시킨다.

그렇지만, 분해를 위한 반응 매질로서 전술한 방식으로 초임계수를 사용하는 것은 초임계수 유체에서 탄화수소를 업그레이드하는 동안 발생하는 코크스의 형성과 같은 일부 단점을 갖는다. 비-밀납 원유(Non-waxy crude oil), 또는 중질 원유(heavy crude oil)는 코크스를 생성할 수 있는 매트릭스의 낮은 수소/탄소 공급량(ration)을 갖는다. 코크스가 반응기 내부에 축적될 때, 코크스는 절연체로서 작용하며 반응기를 통하여 열이 방사되는 것을 방지하며, 그 결과 증가된 에너지 비용을 유발하는데, 왜냐하면 축적된 것을 상쇄시키기 위하여 작업자는 작업온도를 상승시켜야 하기 때문이다. 더욱이, 축적된 코크스는 또한 공정 라인 전체에 걸쳐 압력 강하를 증가시켜, 에너지 비용을 더욱 증가시킬 수 있다. 비록 이런 방식으로 탄화수소를 업그레이드하는 것으로부터 생성된 코크스의 양이 전통적인 열 코우킹 공정에 의해 생성된 양보다 적을지라도, 액상 수득률(liquid yield)을 증가시키고 공정 작업의 전반적인 안정성을 개선하기 위하여 코우킹은 최소화되어야 한다.

단지 수소의 한정된 이용가능성이 존재한다면 초임계수를 이용하는 분해 동안 코크스 형성이 일어난다는 것이 산업계에서 공지되어 있다. 초임계수 유체로 처리되는 공급 탄화수소(feed hydrocarbon)에 외부에서 수소를 공급하기 위한 많은 의도들이 제안되었다. 예를 들면, 수소 기체가 공급 스트림에 직접 첨가될 수 있다. 또한 일산화탄소와 물 사이의 물-기체-이동(water-gas-shift, WGS) 반응을 통하여 수소를 생성하기 위하여 일산화탄소가 공급 스트림에 직접 첨가될 수 있다. 또한 첨가된 유기 물질과 물의 분해로부터 생성된 일산화탄소와의 WGS 반응을 통하여 수소를 생성하기 위하여 포름산과 같은 유기 물질이 공급 스트림에 직접 첨가될 수 있다. 추가로, 일산화탄소를 생성하기 위한 공급 매트릭스 내에서의 산화를 가능하게 하기 위하여 소량의 산소가 공급 스트림에 포함될 수 있다. 그 후 이러한 일산화탄소는 수소를 생성하기 위하여 WGS 반응에서 사용될 수 있다. 그렇지만, 액상 스트림에 외부의 기체를 공급하는 것은 비용을 증가시키고 공정을 복잡하게 한다.

고도로 밀납을 함유하는 원유는 상승된 끓는점 및 상당한 분자량을 갖는 상당량의 파라핀계 화합물을 함유한다. 이러한 물성은 높은 유동점 그리고 수송관 및 오일 탱커를 통한 원유 운송 능력에 있어서의 어려움을 유발시킨다. 따라서, 고도로 밀납을 함유하는 원유는 비-전통적인 석유 공급원으로 여겨진다.

고도로 밀납을 함유하는 원유의 업그레이드는 전통적인 열 분해 또는 접촉 분해를 통하여 가능하지만, 이러한 처리는 상당량의 코크스를 생성하고 다량의 수소 및 촉매를 소모시킨다. 열 분해 및 접촉 분해에 추가하여, 고도로 밀납을 함유하는 원유의 높은 유동점에 의해 발생하는 문제점들이 용제 탈납 및/또는 유동점 강하제의 첨가에 의해 감소될 수 있다. 그렇지만, 이러한 모든 방법은 단점이 있다.

전술한 바와 같이, 열 코우킹은 부산물로서 다량의 고체 코크스를 생성하며, 이는 유용한 탄화수소 공급재료의 손실에 대한 지표이다. 접촉 수소화분해는 다량의 수소 및 사용된 촉매의 정기적인 교체를 요구한다. 용제 탈납은 밀납 처리 시스템(wax disposing system) 및 용제 회수 시스템(solvent recovery system)을 요구하는데, 이는 복잡성과 비용을 증가시킨다. 유동점 강하제는 고가이며 바람직하지 않은 방식으로 종말점(end product)을 변화시킨다.

그러므로, 외부 수소의 공급, 외부에서 공급된 촉매의 존재, 용제의 사용, 또는 유동점 강하제의 사용을 요구하지 않는, 고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점을 강하시키고 업그레이드하기 위한 개선된 공정을 갖는 것이 바람직하다. 더욱이, 다량의 코크스를 생성하지 않아서 공정이 연속적으로 운전될 수 있는 그러한 공정을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 공정이 복잡한 장치를 사용하지 않고 생산 장소에서 수행될 수 있는 경우 유익할 것이다.

발명의 개요

본 발명은 이러한 요구 중 적어도 한 가지를 만족하는 연속 공정에 관한 것이다. 본 발명의 한 구체 예는 고도로 밀납을 함유하는 원유를 전통적인 수송관 및 탱커를 통한 운송에 적합한 낮은 유동점의 탄화수소 공급재료로 전환하는 연속 공정을 제공한다. 낮은 유동점의 원유는 초임계수 유체라 불리는 고온 가압수(hot pressurized water)를 사용하여 생성된다. 이는 외부에서의 수소 공급 없이 또는 외부에서 공급된 촉매 없이 수행된다. 고도로 밀납을 함유하는 원유와 초임계수를 접촉시켜 높은 유동점 및 또 다른 큰 파라핀계 성분 일부의 분해를 유발하여, 고도로 밀납을 함유하는 원유와 비교하여 낮은 유동점 및 낮은 파라핀 함량을 갖는 업그레이드된 오일을 수득한다.

본 발명의 한 구체 예에서, 고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점과 파라핀 함량을 낮추기 위한 연속 공정은 고도로 밀납을 함유하는 원유와 고온 가압수를 혼합 영역에서 혼합시켜 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 물과 고도로 밀납을 함유하는 원유의 혼합 비율은 실온에서 측정하여 10:1 wt/wt 내지 1:10 wt/wt 범위이다. 산출된 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물이 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물이 펌핑에 적합하도록 가능하게 하는 물리적 물성을 정의하도록 상기 고온 가압수의 온도가 선택되며, 여기서 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물의 온도는 150℃를 초과하지 않는다.

그 후 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물은 가열 영역을 통하여 펌핑되어 예열된 혼합물을 형성한다. 그 후 상기 예열된 혼합물은 반응 영역으로 공급되고, 온도가 증가되어서 상기 예열된 혼합물의 탄화수소 중 적어도 일부가 분해를 거쳐 고온의 적합-혼합물(hot adapted-mixture)을 생성한다. 본 발명의 한 구체 예에서, 반응 영역은 제1 반응기의 내부 부분(interior portion)을 포함하며, 상기 제1 반응기는 물의 임계 온도 및 임계 압력을 초과하는 온도 및 압력을 견디면서 작동가능하다. 본 발명의 또 다른 구체 예에서, 상기 반응 영역에는 외부에서 공급된 촉매, 외부에서 공급된 수소 공급원, 및 외부에서 공급된 유동점 강하 첨가제가 본질적으로 없다. 그 후 상기 고온의 적합-혼합물(hot adapted-mixture)은 반응 영역으로부터 제거되고 냉각된 이후에 업그레이드된 오일과 회수된 물로 분리된다. 상기 업그레이드된 오일은 고도로 밀납을 함유하는 원유와 비교하여 낮은 유동점 및/또는 낮은 파라핀 함량에 의해 정의되며, 이는 조생성물(crude product)에 수송관 및 탱커 내에서의 더욱 효과적인 운송을 위한 개선된 흐름 물성을 부여한다. 유리하게도, 고도로 밀납을 함유하는 원유에 대한 매트릭스의 높은 수소/탄소 비율이 중질 원유로부터의 코크스 형성을 억제하기 때문에, 고도로 밀납을 함유하는 원유의 사용은 중질 원유로부터의 코크스 형성을 감소시킨다.

대안적인 구체 예에서, 반응 영역은 제2 반응기의 내부 부분을 더욱 포함하며, 상기 제2 반응기는 물의 임계 온도 또는 그 이상의 온도까지 상기 예열된 혼합물을 더욱 가열하도록 작동된다. 또 다른 구체 예에서, 제2 반응기는 열-전도 파이프(heat-conducting pipe)인 피복된 파이프(jacketed pipe)일 수 있으며, 상기 파이프는 물의 임계 압력 이상의 압력을 유지하면서 최대 1112℉(600℃) 온도를 견디면서 작동될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 제1 반응기는 수직으로 지향된 반응기(vertically oriented reactor)이며, 그에 따라 상기 예열된 혼합물은 상기 수직으로 지향된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐른다.

본 발명의 대안적인 구체 예에서, 고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점과 파라핀 함량을 낮추기 위한 연속 공정은 조금 상승된 온도(slightly elevated temperature)에서 고도로 밀납을 함유하는 원유와 물 공급재료(water feed)를 혼합시켜 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 온도는 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물이 조금 상승된 온도에서 용이하게 펌핑되도록 하는 범위에서 선택되며, 상기 조금 상승된 온도는 150℃를 초과하지 않으며, 물과 고도로 밀납을 함유하는 원유의 혼합 비율은 실온에서 측정되어 10:1 wt/wt 내지 1:10 wt/wt 범위이다.

그 후 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물은 가열 영역으로 펌핑되며, 여기서 상기 혼합물은 약 150℃ 내지 350℃ 범위의 온도까지 가열되어 예열된 혼합물을 형성한다. 상기 예열된 혼합물은 그 후 반응 영역으로 공급되며, 여기서 온도는 물의 임계 온도 또는 그 이상인 목적된 온도까지 증가되고, 그 결과 상기 예열된 혼합물의 탄화수소의 적어도 일부가 분해를 겪어서, 고온의 적합-혼합물(hot adapted-mixture)을 형성하며, 상기 반응 영역에는 외부에서 공급된 촉매 및 외부에서 공급된 수소 공급원이 본질적으로 없다. 상기 고온의 적합-혼합물은 그 후 냉각되고 압력 조절 장치(pressure regulating device)에 의해 압력 감소를 겪어서 압력-강하된 적합-혼합물(pressure-reduced adapted-mixture)을 형성한다. 압력 조절 장치는 바람직하게는 배압 조절기(back pressure regulator)이며, 더욱 바람직하게는 병렬의 둘 이상의 배압 조절기이다. 감압된 적합-혼합물(depressurized adapted-mixture)은 그 후 적어도 하나의 액체-기체 분리기를 사용하여 기체 부분과 액체 부분으로 분리되고, 액체 부분은 적어도 하나의 오일-물 분리기를 사용하여 업그레이드된 오일과 회수된 물로 분리된다. 오일-물 분리기로부터 회수된 상기 업그레이드된 오일은 고도로 밀납을 함유하는 원유와 비교하여 감소된 포인트를 갖는 원유이다.

한 대안적인 구체 예에서, 상기 회수된 물은 초임계 조건 하에서 산화되어서 처리된 물 스트림을 형성할 수 있으며, 여기서 상기 처리된 물 스트림은 그 후 상기 처리된 물 스트림과 물 공급재료를 혼합시킴으로써 공정으로 다시 순환된다. 추가적인 구체 예에서, 반응 영역으로부터 나온 고온의 적합-혼합물에 함유된 열 에너지 및/또는 산화 단계로부터 나온 상기 처리된 물 스트림에 함유된 열 에너지가 포획되고 공정의 기타 부분에서의 열 교환을 위하여 사용될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 상기 제1 반응기는 수직으로 지향된 반응기이고, 그에 따라 상기 예열된 혼합물은 상기 수직으로 지향된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐른다.

대안적인 구체 예에서, 상기 물 공급재료가 상승된 온도까지 가열되어서 가열된 물 스트림을 형성할 수 있으며, 그 결과 상기 가열된 물 스트림은 초임계 상태에 있다. 고도로 밀납을 함유하는 원유는 그 후 혼합 영역 내에서 상기 가열된 물 스트림과 혼합되어서 예열된 혼합물을 형성하고, 여기서 상기 혼합 영역은 반응 영역에 가까운 위치에 있으며, 그 결과 상기 예열된 혼합물은 초임계 상태에서 유지된다. 상기 예열된 혼합물은 그 후 반응 영역으로 공급되고, 여기서 반응 영역 내의 온도는 물의 임계 온도 또는 그 이상의 온도인 목적된 온도까지 증가되고, 그 결과 상기 예열된 혼합물의 탄화수소의 적어도 일부가 분해를 겪어서, 고온의 적합-혼합물을 형성하며, 상기 반응 영역에는 외부에서 공급된 촉매 및 외부에서 공급된 수소 공급원이 본질적으로 없다. 상기 고온의 적합-혼합물은 그 후 냉각되고 압력 조절 장치에 의해 압력 감소를 겪어서 압력-강하된 적합-혼합물을 형성한다. 압력 조절 장치는 바람직하게는 배압 조절기이며, 더욱 바람직하게는 병렬의 둘 이상의 배압 조절기이다. 감압된 적합-혼합물은 그 후 적어도 하나의 액체-기체 분리기를 사용하여 기체 부분과 액체 부분으로 분리되고, 액체 부분은 적어도 하나의 오일-물 분리기를 사용하여 업그레이드된 오일과 회수된 물로 분리된다. 오일-물 분리기로부터 회수된 상기 업그레이드된 오일은 고도로 밀납을 함유하는 원유와 비교하여 감소된 포인트를 갖는 원유이다.

한 대안적인 구체 예에서, 상기 회수된 물은 초임계 조건 하에서 산화되어서 처리된 물 스트림을 형성할 수 있으며, 여기서 상기 처리된 물 스트림은 그 후 상기 처리된 물 스트림과 물 공급재료를 혼합시킴으로써 공정으로 다시 순환된다. 추가적인 구체 예에서, 방출 영역 및/또는 산화 단계에서 방출된 열 에너지가 포획되고 공정의 기타 부분에서의 열 교환을 위하여 사용될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 상기 제1 반응기는 수직으로 지향된 반응기이고, 그에 따라 상기 예열된 혼합물은 상기 수직으로 지향된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐른다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 액체 분리 단계로부터 나온 회수된 물은 고온 가압수와 혼합될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구체 예에서, 상기 회수된 물은 고온 가압수와 혼합되기 이전에 산화 단계를 사용하여 산화 반응기 내에서 처리되어서, 그 결과 상기 회수된 물을 처리하여 모든 오일 잔류물 또는 그 밖의 다른 불순물을 제거할 수 있다. 본 발명의 또 다른 구체 예에서, 반응 영역으로부터 나온 고온의 적합-혼합물에 함유된 열 에너지 및/또는 산화 반응기로부터 나온 상기 처리된 물 스트림에 함유된 열 에너지가 포획되고 공정의 기타 부분에서의 열 교환을 위하여 사용될 수 있다. 더욱이, 연속 공정은 임의의 외부에서 공급된 촉매의 도움 없이 수행될 수 있다.

본 발명에 의해 얻어진 낮은 유동점의 공급재료는 가솔린 및 디젤과 같은 석유 제품을 생산하는 전통적인 정제 공정에서의 사용을 위한 우수한 물성을 갖는다. 더욱이, 본 발명은 전통적인 정제된 제품 및 석유화학 공정을 위한 전통적인 공급재료에 대항 적합하도록 고도로 밀납을 함유하는 원유의 방향족 함량 및 올레핀 함량을 증가시키기 위한 연속 공정을 제공한다.

본 발명의 연속 공정은 파라핀의 결합을 파괴하기 위한 수소 및/또는 촉매의 외부 공급을 요구하지 않는다. 외부 촉매를 사용하지 않는 것은 촉매 비용을 회피하고 외부 촉매의 사용에 따른 작업상의 단점을 회피함으로써 비용 효율적인 공정을 제공한다.

또한, 본 발명의 연속 공정 내 초임계수 유체는 그 밖의 다른 분해 방법과 비교하여 코크스의 형성을 억제하고 그 결과 액상 수득률을 증가시킨다. 더욱이, 초임계수 유체는 반응 속도를 증가시키는 물질 전달(mass transfer)을 촉진한다. 또 다른 구체 예에서, 예열된 혼합물의 반응 영역 내 체류 시간은 0.1 내지 10분, 더욱 바람직하게는 1 내지 3분이다.

또한 본 발명의 연속 공정은 고도로 밀납을 함유하는 원유의 생산 장소에서 용이하게 사용될 수 있는데, 왜냐하면 바람직한 구체 예가 그 밖의 다른 공정과 관련하여 수소 공급 또는 코크스 제거 시스템을 요구하는 복잡한 장치 또는 설비를 요구하지 않기 때문이다. 더욱이, 낮은 유동점의 원유는 낮은 수준의 황, 질소, 금속, 코크스 및 불순물과 함께 높은 방향족 함량 및 올레핀 함량을 가지며, 이는 공급재료의 가치를 증가시키는데 왜냐하면 이에 의해 더욱 고가의 수소화공정이 회피될 수 있기 때문이다.

도면의 간단한 설명
본 발명의 이러한 특징 및 또 다른 특징, 관점 및 장점은 다음의 설명, 청구의 범위, 및 수반되는 도면을 참조하여 더욱 잘 이해될 것이다. 그렇지만, 도면들은 본 발명의 일부 구체 예를 예시하는 것이며 따라서 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니며 또 다른 동등하게 효과적인 구체 예를 가능하게 할 수 있음을 주목하여야 한다.
도 1은 본 발명의 구체 예에 따른 연속 공정 다이어그램의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 대안적인 구체 예에 따른 연속 공정 다이어그램의 투시도이다.
도 3은 본 발명의 대안적인 구체 예를 도시한다.

상세한 설명

본 발명은 수소의 외부 공급 없이 고도로 밀납을 함유하는 원유를 더욱 유용한 원유 공급재료로 전환시키는 연속 공정을 제공한다. 상기 연속 공정은 일반적으로 고도로 밀납을 함유하는 원유와 고온 가압수를 접촉시켜 낮은 유동점, 낮은 황 함량, 낮은 질소 함량, 낮은 금속 함량, 높은 방향족 함량, 및 높은 올레핀 함량을 갖는 원유 공급재료를 생성하는 단계를 포함한다. 이러한 공정은 추가적인 수소 없이 수행된다. 고온 가압수는 물의 임계 온도 및 압력 이상이며 바람직한 최종 결과를 달성하기 위하여 본 발명에 사용되는 독특한 물성을 나타낸다.

공급 원유(Feed crude oil)는 전형적으로 상당량의 고도로 밀납을 함유하는 탄화수소(highly waxy hydrocarbon)를 갖는다. 밀납 탄화수소(waxy hydrocarbon)는 전형적으로 90 ℉ 이상의 유동점을 가지며 수송관을 통하여 유조선으로 또는 이격된 정제 설비로 운송시키는 것이 어렵다. 또한, 방향족 화합물 및 올레핀 화합물의 낮은 수준으로 인하여, 가솔린의 옥탄가와 같은 연료 세목을 충족시키기 위하여 공급 원유에 대한 추가적인 수소화공정을 수행하는 것이 종종 요구된다.

본 발명의 한 구체 예에서, 본 발명의 연속 공정은 혼합 단에서 고도로 밀납을 함유하는 원유와 고압수를 혼합시켜 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 생성하는 단계, 및 후속하여 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 예열 단(pre-heating stage), 반응 영역 단(reaction zone stage), 냉각 단(cooling stage) 및 다중 분리 단(multiple separating stage)에 노출시키는 단계를 포함한다. 그 대신에, 본 발명의 연속 공정은 물의 예열 단 이후에 고도로 밀납을 함유하는 원유와 예열된 고압수를 혼합시켜 예열된 혼합물을 생성하는 단계, 및 후속하여 상기 예열된 혼합물을 반응 영역 단, 냉각 단 및 다중 분리 단에 노출시키는 단계를 포함한다.반응 영역으로부터 나온 고온의 적합-혼합물에 함유된 열 에너지가 적절한 경제적인 장비를 사용하여 공급 스트림을 가열하기 위하여 사용된다. 분리 단으로부터 나온 회수된 물에 포함된 유기 화합물이 산소의 존재 하에서 고온 가압수에 의해 완전히 산화되어서 재순환을 위한 깨끗한 물을 얻을 수 있다. 산화 반응으로부터 방출되는 열 에너지가 또한 공정의 기타 영역에서의 열 교환 목적을 위하여 사용될 수 있다.

고온 가압수는, 물질 확산(mass diffusion), 열 전달, 분자간- 또는 분자내- 수소 이동을 촉진하고, 코크스 형성을 억제하기 위해 라디칼 화합물을 안정화시키고, 그리고 황, 질소 및 금속 함유 분자와 같은 불순물을 제거함으로써 낮은 유동점 및 낮은 분자량의 탄화수소로 분해될 고도로 밀납을 함유하는 구성성분(highly waxy components)을 위한 반응 매질을 제공한다. 불순물 제거의 정확한 메커니즘이 확인되지 않았지만, 불순물이 코크스, 물 또는 업그레이드된 생성물의 중질 분류(heavy fraction)에 농축된다고 여겨진다. 초임계수의 사용을 통하여, 이러한 불순물들이 산화되거나 또는 또 다른 방식으로 개질되어 악영향을 회피한다.

본 발명의 구체 예에 따르면, 실온에서 측정된 10:1 내지 1:10의 중량비율로, 조금 상승된 온도에서, 고도로 밀납을 함유하는 원유가 물과 혼합된다. 펌핑가능한 액체를 생성하도록 상기 조금 상승된 온도가 선택된다. 조금 상승된 온도는 주위 온도와 비교하여 조금 상승된 온도이다. 대표적인 상승된 온도는 50 - 150 ℃ 범위의 온도를 포함한다. 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물 또는 물 공급재료의 가열단계는, 업계에 공지된 열 교환 장치를 사용하여, 고도로 밀납을 함유하는 원유 스트림(또는 물 스트림)과 예를 들면 반응 영역 단을 빠져나오는 생성물 스트림과의 열 교환에 의해 제공될 수 있다.

고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물은 그 후 예열 단으로 유입되며, 상기 예열 단은 바람직하게는 공급 스트림의 온도를 최대 150 - 350 ℃까지 상승시키기 위한 히터 및 튜브를 포함한다. 한 대안적인 구체 예에서, 단지 물 스트림만이 예열 단으로 유입되며, 상기 예열 단은 상기 물 스트림의 온도를 물의 임계 온도를 초과하는 온도까지 상승시키기 위한 히터 및 튜브를 포함한다. 이러한 목적을 위한 가열은 공급 스트림과 예를 들면 반응 영역 단으로부터 나오는 생성물 스트림 또는 산화 반응기로부터 나오는 처리된 물 스트림과의 열 교환에 의해 제공될 수 있다.

예열된 공급 스트림은 그 후 반응 영역으로 공급된다. 히터로 둘러싸인 상기 반응 영역은 압력을 물의 임계 압력 이상으로 유지시키면서 공급 스트림의 온도를 최대 374 - 600 ℃까지 상승시킨다. 상기 반응 영역에서, 큰 밀랍 분자들이 작은 분자들로 파괴되어 낮은 유동점 및 우수한 흐름 물성을 갖게 된다. 또한, 방향족 화합물 및 올레핀 화합물의 함량이 반응 영역에서 일어나는 수소 이동 반응 및 분해과정을 통하여 증가된다. 또한, 황, 질소 및 금속 함유 분자와 같은 불순물들이 이러한 단(stage)에서 제거된다. 반응 영역으로부터 나온 생성물 스트림은 고온의 적합-혼합물인데, 이것은 그 후 냉각되고 압력 조절 장치에 의해 감압되어서 감압된 적합-혼합물을 생성하고, 그 후 일련의 적절한 분리기에 의해 기체 부분과 액체 부분으로 분리되다.

감압된 적합-혼합물의 액체 부분은 그 후 오일-물 분리기에 의해 업그레이드된 오일과 회수된 물로 분리된다. 선택적으로, 상기 오일-물 분리기로부터 나온 상기 회수된 물은 초임계 조건 하에서 산소로 처리되어 산화 반응기에 의해 회수된 물에 함유된 오일성 불순물을 제거하여 처리된 물 스트림을 형성한다. 이러한 목적으로 사용되는 산소는 산소 기체, 과산화수소, 유기 과산화물, 및 공기로부터 제공될 수 있다. 산화 반응기를 빠져나오는 상기 처리된 물 스트림은 산화 반응으로부터 초래된 높은 열 에너지를 갖는다. 그러므로, 상기 처리된 물 스트림은 예를 들면 반응 영역 및/또는 산화 반응기를 위한 공급 스트림과 열 교환 될 수 있다.

오일-물 분리기로부터 회수된 상기 업그레이드된 오일은 공급 고도로 밀납을 함유하는 원유에 비하여 감소된 양의 밀납 구성성분 및 더 많은 양의 방향족 및 올레핀 구성성분을 함유한다. ASTM D-86에 따라 측정된 증류 곡선(distillation curve)이 또한 본 발명에 의해 더 낮은 온도로 이동된다. 상기 업그레이드된 오일은 고도로 밀납을 함유하는 원유 공급물에 비하여 감소된 양의 황, 질소, 및 금속성 화합물을 함유한다. 이에 따라, 상기 업그레이드된 오일은 수송관을 통한 운송 및 탱커에 의한 운송에 대하여 더욱 적합하다. 더욱이, 상기 업그레이드된 오일은 정제 공정에서의 사용을 위한 고 품질의 공급재료인데 왜냐하면 다량의 올레핀 및 방향족 화합물 및 감소된 양의 황, 질소 및 금속성 화합물 때문이다.

본 발명의 연속 공정이 이하에서의 예시적인 구체 예에 의하여 더욱 설명되며, 이러한 구체 예는 본 발명의 연속 공정을 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 설명된 연속 공정에 사용가능한 고도로 밀납을 함유하는 원유의 물성이 표 1에 제시된다. 유동점이 매우 높은데(즉, 105 ℉), 이는 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유가 실온(20 - 30 ℃)에서 고체 상태임은 의미한다.

예시적인 구체 예

물성	값
비중, °API	34.3
황, 전체 중량 %	1.8
레이드 증기압, psi	4.1
유동점, (상한), ℉	105
염, Lbs. NaCl/1000 BBL (PTB)	1
재(Ash), wt ppm	33
바나듐, wt ppm	15
마이크로탄소 잔류물, wt%	3.84
니켈, wt ppm	4
질소, wt ppm	542
발열량, 그로스, BTU/Lb	19091
동점도(Kin Viscosity), @ 70 ℉, SUS	55.18
동점도, @ 100 ℉, SUS	42.61
탈부탄된 크루드 비중(Debutanized Crude Gravity), °API	33.20
평가 비중(Characterization Gravity), °API	28.60

표 1의 물성을 갖는 고도로 밀납을 함유하는 원유는 본 발명의 연속 공정에 의해 처리된다. 한 구체 예에서, 물이 22.1 MPa 이상의 압력으로 가압된 후 450 ℃까지 예열된다. 고도로 밀납을 함유하는 원유가 150 ℃까지 예열되고 22.1 MPa를 초과하도록 가압된다. 가열된 물 스트림과 예열된 고도로 밀납을 함유하는 원유는 그 후 T자형 분기관(tee fitting)과 같은 적절한 혼합 장치에 의해 혼합되고 그 후 반응 영역으로 주입된다. 반응 영역의 온도 및 압력은 각각 480 ℃와 25 MPa로 유지된다. 상기 적절한 혼합 장치에서부터 반응 영역까지, 혼합물은 물의 임계점을 초과하는 온도 및 압력에서 유지된다. 상기 혼합물의 반응 영역에서의 체류 시간은 약 3분으로 조절된다. 반응 영역으로부터 나온 산출물은 고도로 밀납을 함유하는 원유와 물을 예열하기 위하여 열-교환기에 의해 사용된다. 상기 열 교환기로부터 나온 산출물은 압력 조절 장치, 바람직하게는 배압 조절기에 의해 약 0.1 MPa로 이완된다. 압력 조절 장치로부터 나온 산출물은 그 후 액체-기체 분리기로 공급된다. 액체-기체 분리기로부터 나온 액체 부분은 그 후 오일-물 분리기로 공급된다. 오일이 수집되고 분석된다. 전체 액상 수득률은 90 vol% 이상이다. 액체 생성물의 유동점은 10 ℉ (-12℃) 미만이다.

초임계수의 존재에 의해 반응 영역에서의 코크스 형성이 최소화되는데 왜냐하면 반응 영역 내 열 에너지에 의해 생성된 라디칼들이 초임계수에 의해 안정화되기 때문이다. 또한, 예열된 고도로 밀납을 함유하는 원유의 온도를 150 ℃ 이하로 유지시킴으로써 코크스 형성이 추가로 최소화될 수 있다. 초임계수 유체를 사용하여 고도로 밀납을 함유하는 원유를 업그레이드하는 것은 수소 및/또는 촉매의 외부 공급을 요구하지 않는다. 초임계수 유체는 또한 코크스의 형성을 억제하며, 그 결과, 액상 수득률을 증가시킨다. 더욱이, 초임계수 유체는 물질 전달을 촉진하며, 이는 반응 속도를 증가시킨다.

도 1은 한 구체 예를 나타내는데, 여기서 물 공급재료(2)가 물 저장 탱크(10)로 공급되고, 물 공급재료(2)는 후속하여 고압 계측 물 펌프(20)를 사용하여 혼합 영역(30)의 연속 공정으로 펌핑된다. 유사하게 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)가 고도로 밀납을 함유하는 원유 저장 탱크(11)로 공급되고, 여기서 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)는 후속하여 고압 계측 고도로 밀납을 함유하는 펌프(21)를 사용하여 혼합 영역(30)의 연속 공정으로 펌핑된다. 혼합 영역(30)은 단순히 혼합을 가능하게 하는 라인 내 T자형 분기관 또는 업계에 공지된 그 밖의 다른 혼합 장치일 수 있다. 혼합 영역(30) 이전에, 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)는 유동을 가능하게 하는 온도이나 150 ℃를 초과하지는 않는다. 두 스트림은 혼합 영역(30)에서 혼합되어서 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물(34)을 형성한다. 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물 (34)은 그 후 가열 영역(40)으로 공급되고, 여기서 온도가 150 내지 350 ℃ 범위의 온도까지 증가되어서 예열된 혼합물(42)을 형성한다.

예열된 혼합물(42)은 그 후 주 반응기(50)로 공급되고, 여기서 온도와 압력이 물의 임계점 근처이거나 또는 그 이상이어서 예열된 혼합물(42)의 탄화수소 중 적어도 일부가 분해를 겪어 고온의 적합-혼합물(52)을 형성하며, 주 반응기(50)는 외부에서 공급된 촉매 및 외부에서 공급된 수소 공급원이 본질적으로 없는 반응 영역을 갖는다. 고온의 적합-혼합물(52)은 그 후 임의의 수용가능한 냉각 수단(60), 바람직하게는 열 교환기를 사용하여 냉각되어, 냉각된 적합-혼합물(62)을 생성한다. 냉각된 적합-혼합물(62)은 그 후 압력 조절 장치(70)에 의해 감압되어 감압된 적합-혼합물(72)을 생성한다. 또 다른 구체 예에서, 압력 조절 장치(70)는 적어도 두 개의 배압 조절기, 바람직하게는 병렬 연결된 세 개의 배압 조절기(70a, 70b, 70c)를 포함한다. 주된 배압 조절기가 막히는 경우에 이러한 배치가 연속된 작업을 위하여 유리하게 제공된다. 감압된 적합-혼합물(72)은 그 후 액체-기체 분리기(80)로 들어가고, 여기서 상기 감압된 적합-혼합물(72)이 기체 부분(82)과 액체 부분(84)으로 분리된다. 액체 부분(84)은 그 후 오일-물 분리기(90)로 공급되어 업그레이드된 오일(92)과 회수된 물(94)을 수득한다. 한 대안적인 구체 예에서, 회수된 물(94)은 물 저장 탱크(10) 이전에 또는 이후에 재순환되어 물 공급재료(2)로 재사용될 수 있다.

도 2는 또 다른 구체 예를 나타내는데, 여기서 물 공급재료(2)가 혼합 영역(30) 이전에 초임계 조건으로 예열된다. 혼합 영역(30)은 단순히 혼합을 가능하게 하는 라인 내 T자형 분기관 또는 업계에 공지된 그 밖의 다른 혼합 장치일 수 있다. 이러한 구체 예에서, 물 공급재료(2)는 물 저장 탱크(10)로 공급되고, 여기서 물 공급재료(2)는 후속하여 고압 계측 물 펌프(20)를 사용하여 연속 공정으로 펌핑된다. 그렇지만, 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)와 먼저 혼합되는 대신에, 물 공급재료(2)는 가열 영역(40)에서 가열되어 가열된 물 스트림(41)을 형성하는데, 여기서 가열된 물 스트림(41)은 초임계 상태이다.

유사하게 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)가 고도로 밀납을 함유하는 원유 저장 탱크(11)로 공급되고, 여기서 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)는 후속하여 고압 계측 고도로 밀납을 함유하는 펌프(21)를 사용하여 혼합 영역(30)의 연속 공정으로 펌핑된다. 혼합 영역(30) 이전에, 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)는 유동을 가능하게 하는 온도이나 150 ℃를 초과하지는 않는다. 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)와 가열된 물 스트림(41)은 바람직하게는 주 반응기(50)에 근접한 혼합 영역(30)에서 혼합하여 예열된 혼합물(42)을 생성한다.

예열된 혼합물(42)은 주 반응기(50)로 들어가고, 여기서 온도와 압력이 물의 임계점 근처이거나 또는 그 이상이어서 예열된 혼합물(42)의 탄화수소 중 적어도 일부가 분해를 겪어 고온의 적합-혼합물(52)을 형성하며, 주 반응기(50)는 외부에서 공급된 촉매 및 외부에서 공급된 수소 공급원이 본질적으로 없는 반응 영역을 갖는다. 고온의 적합-혼합물(52)은 그 후 임의의 수용가능한 냉각 수단(60), 바람직하게는 열 교환기를 사용하여 냉각되어, 냉각된 적합-혼합물(62)을 생성한다. 냉각된 적합-혼합물(62)은 그 후 압력 조절 장치(70)에 의해 감압되어 감압된 적합-혼합물(72)을 생성한다.

또 다른 구체 예에서, 압력 조절 장치(70)는 적어도 두 개의 배압 조절기, 바람직하게는 병렬 연결된 세 개의 배압 조절기(70a, 70b, 70c)를 포함한다. 주된 배압 조절기가 막히는 경우에 이러한 배치가 연속된 작업을 위하여 유리하게 제공된다. 감압된 적합-혼합물(72)은 그 후 액체-기체 분리기(80)로 들어가고, 여기서 상기 감압된 적합-혼합물(72)이 기체 부분(82)과 액체 부분(84)으로 분리된다. 액체 부분(84)은 그 후 오일-물 분리기(90)로 공급되어 업그레이드된 오일(92)과 회수된 물(94)을 수득한다. 한 대안적인 구체 예에서, 회수된 물(94)은 물 저장 탱크(10) 이전에 또는 이후에 재순환되어 물 공급재료(2)로 재사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 구체 예를 나타낸다. 물 공급재료(2)가 바람직하게는 열 교환기인 가열 영역(40)을 통하여 공급되며, 여기서 가열 영역(40)은 물 공급재료(2)가 물의 임계점을 초과하는 온도 및 압력을 받도록 하여, 그 결과 초임계 상태에 있는 가열된 물 스트림(41)을 산출한다. 그 후 고도로 밀납을 함유하는 원유(4)가 주 반응기(50)에 근접한 지점(30)에서 상기 가열된 물 스트림(41)에 첨가되어, 예열된 혼합물(42)을 산출한다. 예열된 혼합물(42)은 주 반응기(50)로 들어가며, 여기서 주 반응기(50)의 온도와 압력이 물의 임계점 근처이거나 또는 그 이상이어서 예열된 혼합물(42)의 탄화수소 중 적어도 일부가 분해를 겪어 고온의 적합-혼합물(52)을 형성하며, 주 반응기(50)는 외부에서 공급된 촉매 및 외부에서 공급된 수소 공급원이 본질적으로 없는 반응 영역을 갖는다. 고온의 적합-혼합물(52)은 가열 영역(40)을 통하여 뒤로 흐르며 여기서 상기 고온의 적합-혼합물(52)은 물 공급재료(2)를 가열하기 위하여 필요한 에너지를 제공한다. 가열 영역(40)을 통하여 지나간 이후, 고온의 적합-혼합물(52)은 냉각되어, 냉각된 적합-혼합물(62)을 산출한다. 냉각된 적합-혼합물(62)은 그 후 압력 조절 장치(70)를 통하여 지나가서 감압된 적합-혼합물(72)을 산출한다. 감압된 적합-혼합물(72)은 그 후 액체-기체 분리기(80)로 들어가며, 여기서 상기 감압된 적합-혼합물(72)은 기체 부분(82)과 액체 부분(84)으로 분리된다. 액체 부분(84)은 그 후 오일-물 분리기(90)로 공급되어 업그레이드된 오일(92)과 회수된 물(94)을 산출한다.

회수된 물(94)은 그 후 바람직하게는 열 교환기인 사전-산화 히터(100)로 들어간다. 회수된 물(94)은 그 후 산화 반응기(110)로 들어가서, 바람직하게는 각각 705℉(374℃) 및 22.1 MPa를 초과하는 증가된 온도와 압력을 거치게 된다. 오일-물 분리기(90)로부터 나온 회수된 물(94)에 포함된 유기 화합물은 산소의 존재 하에서 고온 가압수에 의해 완전히 산화되어서 재순환을 위한 처리된 물 스트림(112)을 산출할 수 있다. 파선은 대안적인 구체 예를 나타내는데, 여기서 처리된 물 스트림(112a)으로부터 나온 열 에너지는 사전-산화 히터(100) 보다는 가열 영역(40)에 의해 사용된다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 '첫 번째'(또는 '제1'), '두 번째'(또는 '제2'), 및 이와 유사한 것은 단지 구성요소들을 구별하기 위한 것으로 해석되어야 하며 구성요소 또는 단계의 특정 순서를 제한하는 것은 아니다.

본 발명이 그 형태의 일부로서 제시되고 설명되지만, 여기에 제한되는 것은 아니며 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화가 가능하다는 것은 업계의 당업자에게 명백하다.

Claims

다음 단계를 포함하는, 실온(20 - 30 ℃)에서 고체 상태인 타입이면서 고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점 및 파라핀 함량을 낮추기 위한 연속 공정:
혼합 영역에서 고도로 밀납을 함유하는 원유와 고온 가압수를 혼합시켜 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 형성하는 단계, 여기서 물과 고도로 밀납을 함유하는 원유의 혼합 비율은 실온에서 측정하여 10:1 wt/wt 내지 1:10 wt/wt 범위이며, 상기 고온 가압수는 수온 및 수압을 갖는데, 상기 수압 및 수온은 산출된 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물이 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물이 펌핑에 적합하도록 가능하게 하는 물리적 물성을 정의하도록 선택되며, 여기서 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물의 온도는 150℃를 초과하지 않음;
상기 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 펌핑하여 가열 영역을 통과시켜 예열된 혼합물을 생성하는 단계;
상기 예열된 혼합물을 반응 영역에 공급하고 온도를 상승시켜 상기 예열된 혼합물의 탄화수소 중 적어도 일부가 분해를 겪어서 고온의 적합-혼합물을 생성하는 단계, 여기서 상기 반응 영역은 제1 반응기의 내부 부분을 포함하며, 상기 제1 반응기는 물의 임계 온도 및 임계 압력을 초과하는 온도 및 압력을 견디면서 작동가능하며, 상기 반응 영역에는 외부에서 공급된 촉매 및 외부에서 공급된 수소 공급원이 없으며, 상기 반응 영역 내의 온도와 압력은 물의 임계 온도 및 임계 압력이거나 또는 그 이상임;
상기 고온의 적합-혼합물을 상기 반응 영역으로부터 제거하고 상기 고온의 적합-혼합물을 냉각시켜 냉각된 적합-혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 냉각된 적합-혼합물을 분리시켜 업그레이드된 오일과 회수된 물을 생성하는 단계, 여기서 상기 업그레이드된 오일은 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유와 비교하여 더 낮은 유동점 또는 더 낮은 파라핀, 황, 질소 또는 금속성 불순물의 함량에 의해 정의됨.
청구항 1에 있어서, 상기 반응 영역에는 외부에서 공급된 유동점 강하 첨가제가 없음을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 반응 영역은 물의 임계 온도 또는 그 이상의 온도까지 상기 예열된 혼합물을 더욱 가열하도록 작동가능한 제2 반응기의 내부 부분을 포함함을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 반응기는 수직으로 지향된 반응기이며, 그에 따라 상기 예열된 혼합물은 상기 수직으로 지향된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐름을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 물과 고도로 밀납을 함유하는 원유의 혼합 비율은 10:1 내지 1.5:1의 범위임을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 물과 고도로 밀납을 함유하는 원유의 혼합 비율의 범위가 1:2 내지 1:10임을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 반응 영역의 온도가 875℉ 내지 932℉ (468℃ 내지 500℃)에서 유지됨을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 3에 있어서, 상기 제2 반응기는 피복된 파이프(jacketed pipe)를 포함함을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 8에 있어서, 상기 피복된 파이프는 열-전도 파이프를 포함함을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 9에 있어서, 물의 임계압력 이상으로 압력을 유지하면서 상기 열-전도 파이프가 875℉ 내지 1112℉ (468℃ 내지 600℃) 범위의 온도까지 가열됨을 특징으로 하는, 연속 공정.
실온(20 - 30 ℃)에서 고체 상태인 타입이면서 고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점을 감소시키기 위한 연속 공정에 있어서, 다음 단계를 포함하는 연속 공정:
고도로 밀납을 함유하는 원유와 물 공급재료를 조금 상승된 온도에서 혼합시켜 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 형성하는 단계, 여기서 상기 온도는 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물이 상기 조금 상승된 온도에서 용이하게 펌핑되도록 하는 범위에서 선택되며, 상기 조금 상승된 온도는 150℃를 초과하지 않음;
상기 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 가열 영역으로 펌핑하는 단계;
상기 가열 영역 내 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유/물 혼합물을 150℃ 내지 350℃ 범위의 온도까지 가열시켜 예열된 혼합물을 형성하는 단계;
상기 예열된 혼합물을 반응 영역으로 공급하는 단계;
상기 반응 영역 내의 온도를 물의 임계 온도 또는 그 이상인 목적된 온도까지 상승시켜, 그 결과 상기 예열된 혼합물의 탄화수소의 적어도 일부가 분해를 겪어서, 고온의 적합-혼합물을 형성하는 단계, 여기서 상기 반응 영역에는 외부에서 공급된 촉매 및 외부에서 공급된 수소 공급원이 없음;
상기 고온의 적합-혼합물을 냉각시키고 감압시켜 감압된 적합-혼합물을 형성하는 단계;
상기 감압된 적합-혼합물을 하나 이상의 액체-기체 분리기를 사용하여 기체 부분과 액체 부분으로 분리시키는 단계;
상기 액체 부분을 하나 이상의 오일-물 분리기를 사용하여 업그레이드된 오일과 회수된 물로 분리시키는 단계; 및
상기 하나 이상의 오일-물 분리기로부터 회수되는 상기 업그레이드된 오일을 수집하는 단계, 여기서 상기 오일은 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유에 비하여 감소된 유동점을 갖는 원유임.
청구항 11에 있어서,
초임계 조건 하에서 상기 회수된 물을 산화시켜 처리된 물 스트림을 형성하는 단계; 및
상기 처리된 물 스트림과 상기 물 공급재료를 혼합시킴으로써 상기 처리된 물 스트림을 재순환시키는 단계;
를 추가로 포함하는, 연속 공정.
청구항 11에 있어서, 상기 반응 영역은 수직으로 지향된 반응기의 내부 부분으로 이루어져 있어, 그에 따라 상기 예열된 혼합물이 상기 수직으로 지향된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐름을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 11에 있어서, 상기 고온의 적합-혼합물은 압력 조절 장치에 의해 감압되고, 상기 압력 조절 장치는 하나 이상의 배압 조절기를 포함함을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 14에 있어서, 상기 압력 조절 장치는 병렬의 둘 이상의 배압 조절기로 이루어짐을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 11에 있어서, 공정의 기타 부분에서의 열 교환을 위하여 사용될 수 있는, 반응 영역으로부터 나온 고온의 적합-혼합물에 함유된 열 에너지를 포획하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 11에 있어서, 물 공급재료 대 고도로 밀납을 함유하는 원유의 중량비율이 실온에서 측정하여 10:1 내지 1.5:1 범위임을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 11에 있어서, 물 공급재료 대 고도로 밀납을 함유하는 원유의 중량비율이 실온에서 측정하여 1:2 내지 1:10 범위임을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 17에 있어서, 상기 반응 영역의 온도가 875℉ 내지 932℉ (468℃ 내지 500℃)에서 유지됨을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 18에 있어서, 상기 반응 영역의 온도가 875℉ 내지 932℉ (468℃ 내지 500℃)에서 유지됨을 특징으로 하는, 연속 공정.
실온(20 - 30 ℃)에서 고체 상태인 타입이면서 고도로 밀납을 함유하는 원유의 유동점을 감소시키기 위한 연속 공정에 있어서, 다음 단계를 포함하는 연속 공정:
물 공급재료를 상승된 온도까지 가열시켜 가열된 물 스트림을 형성하고, 그 결과 상기 가열된 물 스트림이 초임계 상태인 단계;
고도로 밀납을 함유하는 원유와 상기 가열된 물 스트림을 혼합 영역에서 혼합시켜 예열된 혼합물을 형성하는 단계, 여기서 상기 혼합 영역은 반응 영역에 근접한 지점에 있으며, 그 결과 상기 예열된 혼합물이 초임계 상태를 유지함;
상기 예열된 혼합물을 상기 반응 영역에 공급하는 단계;
상기 반응 영역 내의 온도를 물의 임계 온도 또는 그 이상인 목적된 온도까지 상승시켜, 그 결과 상기 예열된 혼합물의 탄화수소의 적어도 일부가 분해를 겪어서, 고온의 적합-혼합물을 형성하는 단계, 여기서 상기 반응 영역에는 외부에서 공급된 촉매 및 외부에서 공급된 수소 공급원이 없음;
상기 고온의 적합-혼합물을 냉각시키고 감압시켜 감압된 적합-혼합물을 형성하는 단계;
상기 감압된 적합-혼합물을 하나 이상의 액체-기체 분리기를 사용하여 기체 부분과 액체 부분으로 분리시키는 단계;
상기 액체 부분을 하나 이상의 오일-물 분리기를 사용하여 업그레이드된 오일과 회수된 물로 분리시키는 단계; 및
상기 하나 이상의 오일-물 분리기로부터 회수되는 상기 업그레이드된 오일을 수집하는 단계, 여기서 상기 오일은 상기 고도로 밀납을 함유하는 원유에 비하여 감소된 유동점을 갖는 원유임.
청구항 21에 있어서,
초임계 조건 하에서 상기 회수된 물을 산화시켜 처리된 물 스트림을 형성하는 단계; 및
상기 처리된 물 스트림과 상기 물 공급재료를 혼합시킴으로써 상기 처리된 물 스트림을 재순환시키는 단계;
를 추가로 포함하는, 연속 공정.
청구항 21에 있어서, 상기 반응 영역은 수직으로 지향된 반응기의 내부 부분으로 이루어져 있어, 그에 따라 상기 예열된 혼합물이 상기 수직으로 지향된 반응기를 통하여 아래쪽으로 흐름을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 21에 있어서, 상기 고온의 적합-혼합물은 압력 조절 장치에 의해 감압되고, 상기 압력 조절 장치는 하나 이상의 배압 조절기를 포함함을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 24에 있어서, 상기 압력 조절 장치는 병렬의 둘 이상의 배압 조절기로 이루어짐을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 21에 있어서, 공정의 기타 부분에서의 열 교환을 위하여 사용될 수 있는, 반응 영역으로부터 나온 고온의 적합-혼합물에 함유된 열 에너지를 포획하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 21에 있어서, 물 공급재료 대 고도로 밀납을 함유하는 원유의 중량비율이 실온에서 측정하여 10:1 내지 1.5:1 범위임을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 21에 있어서, 물 공급재료 대 고도로 밀납을 함유하는 원유의 중량비율이 실온에서 측정하여 1:2 내지 1:10 범위임을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 27에 있어서, 상기 반응 영역의 온도가 875℉ 내지 932℉ (468℃ 내지 500℃)에서 유지됨을 특징으로 하는, 연속 공정.
청구항 28에 있어서, 상기 반응 영역의 온도가 875℉ 내지 932℉ (468℃ 내지 500℃)에서 유지됨을 특징으로 하는, 연속 공정.