KR20180066213A - 유동화된 촉매 크래킹용 공정 및 시스템 - Google Patents

유동화된 촉매 크래킹용 공정 및 시스템 Download PDF

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KR20180066213A
KR20180066213A KR1020187013485A KR20187013485A KR20180066213A KR 20180066213 A KR20180066213 A KR 20180066213A KR 1020187013485 A KR1020187013485 A KR 1020187013485A KR 20187013485 A KR20187013485 A KR 20187013485A KR 20180066213 A KR20180066213 A KR 20180066213A
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오메르 레파 코세오글루
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사우디 아라비안 오일 컴퍼니
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Abstract

유동화된 촉매 크래킹에 의해 경질 연료 분획 및 중질 연료 분획을 크래킹하기 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에 기재되어 있다. 크래킹하기 위한 방법은 경질 연료 분획 및 촉매 재생기로부터의 촉매를 1차 반응기로 공급하는 단계, 상기 1차 반응기에서 상기 경질 연료 분획을 크래킹시켜 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획을 생성하는 단계, 상기 1차 반응기로부터의 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 및 촉매를 2차 반응기로 이송하는 단계, 중질 연료 분획을 상기 2차 반응기로 공급하는 단계, 상기 2차 반응기에서 중질 연료 분획 및 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획을 크래킹시켜 적어도 생성물 연료와 소비된 촉매를 생산하는 단계, 및 상기 소비된 촉매를 촉매 재생기로 이송하고 상기 촉매 재생기에서 촉매를 재생하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

유동화된 촉매 크래킹용 공정 및 시스템
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 "유동화된 촉매 크래킹용 공정 및 시스템"의 명칭으로, 2015년 10월 14일 출원된 미국 특허 출원 번호 14/883,027 (Docket SA 6013 PA)에 대한 우선권을 주장하고, 이들의 내용은 이로써 그 전문이 참고로 편입된다.
본 개시내용은 일반적으로 탄화수소의 화학적 크래킹을 위한 공정 및 시스템에 관한 것이고, 더 구체적으로, 직렬-반응기 유동화된 촉매 크래킹 장치를 포함하는 탄화수소의 유동화된 촉매 크래킹을 위한 공정 및 시스템에 관한 것이다.
원유는 수송 연료 및 석유화학 공급원료를 생산하기 위해 정제된다. 전형적으로 수송을 위한 연료는 특정한 최종 용도 사양을 충족시키기 위해 원유로부터 증류된 분획을 가공하고 블렌딩함에 의해 생산된다. 초기 대기 및/또는 진공 증류 후, 분획은 다양한 촉매적 및 비-촉매적 공정에 의해 생성물로 전환된다. 촉매 공정은 일반적으로 반응 수소의 존재 또는 부재에 기초하여 분류된다. 수소를 포함하는 공정은, 종종 광범위하게 수소화처리로 지칭되며, 예를 들면 주로 탈황화 및 탈질산화를 위한 수소화처리, 및 중질 화합물을 특정 제품 사양에 보다 적합한 경량 화합물로 전환을 위한 수소화분해를 포함한다. 수소의 첨가 없이 탄화수소의 촉매적 전환은 특정 분획에 대한 또 다른 유형의 공정이다. 이 유형의 가장 널리 사용되는 공정은 통상적으로 유동화된 촉매 크래킹 (FCC) 공정으로 지칭된다. 공급 원료는 전형적으로 순환 촉매 스트림과 함께 약 480℃ 내지 약 550℃의 범위에서 작동하는 전환 구역에 도입된다. 이 방식은 상대적으로 저압, 즉, 50　psig 또는 그 미만에서 수행되는 이점을 갖는다.
FCC 공정에서, 공급물은 유동화된 촉매 층상에서 촉매적으로 분해된다. 비록 액화 석유 가스 및 크래킹된 가스 오일과 같은 다른 생성물도 또한 FCC 공정을 통해 소량으로 생산되지만, 이러한 공정의 주요 생성물은 통상적으로 가솔린이다. 촉매 상에 침착된 코크스는 반응 구역으로 뒤로 재순환되기 전에 공기의 존재에서 상대적으로 고온에서 재생 구역에서 연소된다.
본 개시내용의 일 구현예에 따르면, 경질 연료 분획 및 중질 연료 분획은 유동화된 촉매 크래킹에 의해 크래킹될 수 있다. 본 크래킹 공정은 경질 연료 분획 및 촉매 재생기로부터의 촉매를 1차 반응기로 공급하는 단계, 1차 반응기에서 경질 연료 분획을 분해하여 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 1차 반응기는 유동층 반응기일 수 있다. 상기 공정은 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 및 1차 반응기로부터의 촉매를 2차 반응기로 이송하는 단계, 중질 연료 분획을 2차 반응기로 공급하는 단계, 및 상기 2차 반응기에서 중질 연료 분획 및 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획을 분해하여 적어도 생성물 연료와 소비된 촉매를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 2차 반응기는 유동층 반응기일 수 있다. 상기 공정은 소비된 촉매를 촉매 재생기로 이송하는 단계 및 상기 촉매 재생기에서 촉매를 재생하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 구현예에 따르면, 유동화된 촉매 크래킹에 의한 크래킹을 위한 시스템은 1차 반응기, 2차 반응기, 및 촉매 재생기를 포함할 수 있다. 상기 1차 반응기는 유동층 반응기일 수 있고 그리고 촉매 유입구 및 경질 연료 분획 유입구를 포함할 수 있다. 상기 2차 반응기는 유동층 반응기일 수 있고 상기 1차 반응기와 유체 소통될 수 있고 그리고 중질 연료 분획 유입구를 포함할 수 있다. 상기 촉매 재생기는 상기 1차 반응기의 촉매 유입구와 유체 소통될 수 있다. 촉매는 상기 촉매 재생기로부터 상기 1차 반응기로 상기 2차 반응기로 그리고 다시 상기 촉매 재생기로 순환할 수 있다. 경질 연료 분획은 상기 1차 반응기 내에 배치될 수 있고 그리고 촉매와 반응할 수 있고 그리고 상기 2차 반응기로 수송될 수 있다. 중질 연료 분획은 상기 2차 반응기 내에 배치될 수 있고 그리고 촉매와 반응할 수 있다.
본 명세서에 개시된 기술의 추가의 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에 제시될 것이고, 그리고 부분적으로 그 설명으로부터 당해 분야의 숙련가에게 쉽게 분명하게 될 것이거나 또는, 다음의 상세한 설명, 청구항뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하여 본 명세서에서 기재된 바와 같은 기술을 실행함에 의해 기술적으로 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명 모두는 기술의 구현예를 제시하고, 청구된 그대로인 기술의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하기 위해 의도된 것라고 이해해야 한다. 수반되는 도면들은 본 기술에 대한 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 편입되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 다양한 구현예를 도시하고 설명과 함께 기술의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다. 추가로, 도면 및 설명은 단지 예시적인 것을 의미하며, 어떠한 방식으로도 청구항의 범위를 한정하려는 것으로 의도되지 않는다.
본 개시내용의 특정 구현예의 하기 상세한 설명은, 유사한 구조가 같은 참조 번호로 표시되는, 하기 도면과 관련하여 읽혀질 때 가장 잘 이해될 수 있고 그리고 여기서:
도 1은 본 명세서에 기재된 하나 이상의 구현예에 따른, 직렬-다우너 FCC 반응기 장치의 일반화된 다이어그램이고; 그리고
도 2는 본 명세서에 기재된 하나 이상의 구현예에 따른, 직렬-라이저 FCC 반응기 장치의 일반화된 다이어그램이다.
이 간소화한 도식적 실례 및 설명의 목적상, 관례상 이용되고 그리고 특정 정제시설 작동의 당해 분야의 숙련가에게 잘 알려진 수많은 밸브, 온도 센서, 전자 컨트롤러 및 유사한 것은 포함되지 않는다. 또한, 예를 들면 공기 공급 장치, 촉매 호퍼 및 연도 가스 취급과 같은 FCC 공정을 포함하는 통상적인 정제시설 작동에 있는 수반되는 구성요소는 도시되지 않았다.
도면에서 화살표는 하나 이상의 시스템 장치를 하나 이상의 다른 시스템 장치에 유체 소통으로 연결하는 파이프, 도관, 채널 또는 다른 물리적 이송 라인을 지칭한다. 추가로, 시스템 장치에 접속하는 화살표는 각각의 주어진 시스템 장치에서 유입구 및 유출구를 한정한다.
이제 다양한 구현예에 대해보다 더 상세히 언급될 것이고, 그 일부 구현예가 수반되는 도면들에 예시되어 있다. 가능할 때마다, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 일반적으로, 통합된 FCC 장치에서 경질 연료 분획 및 중질 연료 분획을 분해하기 위한 시스템 및 방법의 다양한 구현예가 본 명세서에 개시된다. 일반적으로, FCC 장치는 직렬식으로 배열된 1차 반응기 및 2차 반응기를 포함하고, 여기서 상기 1차 반응기 및 2차 반응기는 유동층 반응기이다. 촉매 및 경질 연료 분획은 1차 반응기로 공급되고, 경질 연료 분획은 적어도 부분적으로 크래킹된다. 1차 반응기로부터 촉매와 혼합된 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획은 2차 반응기로 이송된다. 중질 연료 분획은 추가로 2차 반응기로 공급된다. 선택적으로, 추가의 신선한 촉매가 2차 반응기에 공급될 수 있다. 2차 반응기에서, 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 및 중질 연료 분획은 크래킹되어 요망된 생성물을 형성한다. 소비된 촉매는 생성물로부터 분리되고, 재생되고, 그리고 다시 1차 반응기 및 선택적으로 2차 반응기로 공급된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "연료"는 하기를 포함할 수 있다: 고체 탄소계 조성물 예컨대 석탄, 석탄 유래된 액체, 타르, 오일 셰일, 오일 샌드, 타르 샌드, 바이오매스, 왁스, 코크스, 등; 액체 탄소계 조성물 예컨대 가솔린, 오일, 석유, 디젤, 제트 연료, 에탄올, 등; 및 기체성 조성물 예컨대 합성가스, 일산화탄소, 수소, 메탄, 기체성 탄화수소 가스 (C1-C6), 탄화수소 증기, 등.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "중질 연료 분획"은 "경질 연료 분획"보다 더 무거운 임의의 연료일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 연료는 만일 그것이 또 다른 연료보다 평균적으로 더 높은 비점을 가지는 경우 또 다른 연료보다 더 무겁고, 그리고 연료는 만일 그것이 또 다른 연료보다 평균적으로 더 낮은 비점을 가지는 경우 또 다른 연료보다 더 가볍다. 일 구현예에서, 경질 연료 분획은 약 36℃ 내지 약 230℃에서 비등하는 직쇄형 또는 크래킹된 나프타, 약 10℃ 내지 약 400℃에서 비등하는 증류물 오일, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있거나 또는 본질적으로 이들로 구성될 수 있다. 일 구현예에서, 중질 연료 분획은 진공 증류물, 예컨대 약 370℃ 내지 약 565℃에서 비등하는 진공 가스 오일 (VGO), 수소화처리된 잔류물 예컨대 대기압 증류 잔류물 또는 진공 증류 잔류물, 약 520℃ 위에서 비등하는 비스브레이킹 또는 증류 잔류물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있거나 또는 본질적으로 이들로 구성될 수 있다. 중질 연료 분획 및 경질 연료 분획은 외부 공급물로부터 유래하거나 공통 증류 칼럼으로부터 전달될 수 있다. 예를 들면, 증류 칼럼으로부터의 하부 분획은 단독으로 또는 추가적 공급물과 조합하여 FCC 장치에 중질 연료 분획으로서 작용할 수 있다. 증류 칼럼으로부터 더 높은 분획은 단독으로 또는 추가적 공급물과 조합하여, FCC 장치에 대해 경질 연료 분획으로서 작용할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "다우너"는 반응물이 일반적으로 하향 방향 예컨대, 예를 들면, 반응기의 최상부로 유입하고 반응기의 바닥으로 유출하는 방향으로 흐르는 반응기, 예컨대 유동층 반응기를 지칭한다. 다우너는 본 명세서에 기재된 하향-흐름 FCC 반응기 장치의 구현예에서 이용될 수 있다. 마찬가지로, 용어 "라이저"는 반응물이 일반적으로 상향 방향 예컨대, 예를 들면, 반응기의 바닥으로 유입하고 반응기의 최상부로 유출하는 방향으로 흐르는 반응기, 예컨대 유동층 반응기를 지칭한다. 다우너는 본 명세서에 기재된 상향-흐름 FCC 반응기 장치의 구현예에서 이용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "소비된 촉매"는 연료와 반응을 하고 그리고 적어도 부분적으로 코크스화된 촉매를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "재생된 촉매"는 촉매 재생기에서 나와 적어도 부분적으로 또는 실질적으로 코크스가 없는 촉매를 지칭하고, 그리고 "신선한 촉매"는 시스템에 새로 유입하는 적어도 부분적으로 또는 실질적으로 코크스가 없는 촉매를 지칭한다.
직렬-반응기 FCC 장치 및 상기 직렬-반응기 FCC 장치를 포함하는 방법의 구현예가 이제 기재될 것이다. 예시적인 구현예에서, 직렬-반응기 FCC 장치는 도　1과 관련하여 하기에 기재된 직렬-다우너 FCC 장치, 또는 도　2와 관련하여 하기에 기재된 직렬-라이저 FCC 장치일 수 있다. 직렬-다우너 FCC 장치 및 직렬-라이저 FCC 장치 모두는 경질 연료 분획이 1차 반응기에 상주하고 2차 반응기로 이송되기 전에 적어도 부분적으로 크래킹되도록, 직렬식으로 구성된 두 개의 FCC 반응기를 포함할 수 있다. 2차 반응기에서, 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획은 중질 연료 분획과 함께 추가로 크래킹될 수 있다.
도　1의 공정-흐름 선도를 참조하면, 직렬-다우너 FCC 장치(130)는 2개의 다우너 반응기를 포함할 수 있다. 상기 직렬-다우너 FCC 장치(130)는 본 명세서에 기재된 공정들에서 사용될 수 있다. 상기 직렬-다우너 FCC 장치(130)는 1차 반응기(113), 2차 반응기(135) 및 분리 구역(115)을 포함하는 반응기/분리기 장치(111)를 포함한다. 직렬-다우너 FCC 장치(130)는 또한 소비된 촉매를 재생하기 위한 촉매 재생기(117)를 포함한다. 촉매는 일반적으로 촉매 재생기(117)를 통해, 1차 반응기(113), 2차 반응기(135) 그리고 다시 촉매 재생기(117)로 순환될 수 있다.
직렬-다우너 FCC 장치(130)의 작동 동안에, 경질 연료 분획은 이송 라인(119)을 통해 1차 반응기(113) 안으로 공급물로서 도입된다. 일부 구현예에서, 경질 연료 분획은 공급물의 분무화를 위해 증기 또는 다른 적합한 가스로 1차 반응기(113) 안으로 도입될 수 있다. 일정한 양의 가열된 신선한 또는 촉매 재생기(117)로부터의 뜨거운 재생된 고체 크래킹 촉매 입자가 또한 1차 반응기(113)의 최상부에 있는 회수 홈 또는 호퍼 (도시되지 않음)로 이송될 수 있다. 신선한 촉매는 에너지 공급원으로부터 가열될 수 있고 그리고 재생된 촉매는 산화 반응에 의해 가열될 수 있어 코크스를 제거할 수 있다. 촉매의 양은 경질 연료 분획을 요망된 생성물로 분해하기에 충분할 수 있다. 촉매 입자는, 예를 들면 통상적으로 이송 라인 또는 직립관으로 지칭되는 도관 또는 파이프와 같은 하향으로 지향된 이송 라인(121)을 통해 이송될 수 있다. 뜨거운 촉매 흐름은 안정화되어 뜨거운 촉매가 1차 반응기(113)의 혼합 구역 또는 공급 물 주입 부분 내로 균일하게 지향되도록 하는 것이 보장되게 할 수 있다. 일부 구현예에서, 이송 라인(121) 및/또는 이송 라인(119)은 1차 반응기(113)의 상부 또는 최상부로 촉매 및 경질 연료 분획을 각각 도입하도록 1차 반응기(113)에 대해 배향된다.
경질 연료 분획은 1차 반응기(113)의 혼합 구역 안으로 주입될 수 있다. 예를 들면, 경질 연료 분획은 공급물 주입 노즐을 통해 1차 반응기(113)로 유입할 수 있다. 일부 구현예에서, 공급물 주입 노즐은 재생된 촉매 입자가 1차 반응기(113) 안으로 도입되는 곳 근처에 위치될 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 경질 연료 분획 및 촉매의 철저하고 균일한 혼합을 돕기 위해 다중 주입 노즐이 사용될 수 있다. 경질 연료 분획이 1차 반응기(113) 안에서 뜨거운 촉매와 접촉할 때, 크래킹 반응이 일어나기 시작한다. 탄화수소 크래킹된 생성물의 반응 증기, 미반응된 공급물, 및 촉매 혼합물은 1차 반응기(113)의 나머지를 통해 그리고 2차 반응기(135)안으로 빠르게 흐른다. 일부 구현예에서, 2차 반응기(135)는 다우너일 수 있다. 일부 구현예에서, 1차 반응기(113) 및 2차 반응기(135) 모두가 다우너일 수 있다.
일부 구현예에서, 1차 반응기(113) 및 2차 반응기(135)는 직렬식으로 구성되고, 이로써 제1 반응이 1차 반응기(113)에서 수행되고, 상기 제1 반응으로부터 생성물의 적어도 일부분이 2차 반응기(135)로 전달되고, 그리고 2차 반응기(135)에서 제2 반응이 일어난다. 일부 구현예에서, 직렬식인 배치구성은 1차 반응기(113) 및 상기 1차 반응기(113)와 2차 반응기(135) 사이에 유체 소통을 허용하는 적합한 유동성의 연결, 예컨대 2차 반응기(135) 내 유입구로 직접적으로 이끄는 1차 반응기(113) 내 유출구를 가지고, 서로 인접한 2차 반응기(135)를 포함할 수 있다. 그와 같은 구현예에서, 1차 반응기(113) 및 2차 반응기(135)는 서로 물리적 접촉을 할 수는 있지만 서로 필연적으로 물리적 접촉으로 될 필요는 없다. 예를 들면, 1차 반응기(113)와 2차 반응기(135)는 탱크, 드럼, 용기, 또는 다른 유사 반응기 내에서 파티션에 의해 분할될 수 있다. 다른 구현예에서, 직렬식인 배치구성은 1차 반응기(113)로부터 2차 반응기(135)로의 연결 라인 또는 도관을 포함할 수 있다. 그와 같은 구현예에서, 1차 반응기(113)는 2차 반응기(135)와 물리적으로 단절될 수 있다.
직렬-다우너 FCC 장치(130)의 작동 동안에, 중질 연료 분획은 이송 라인(120)을 통해 2차 반응기(135) 안으로 공급물로서 주입될 수 있다. 일부 구현예에서, 중질 연료 분획은 중질 연료 분획이 2차 반응기(135) 안으로 주입될 때 공급물의 분무화를 위해 증기 또는 또 다른 적합한 가스와 혼합될 수 있다. 중질 연료 분획은 임의의 적당한 수단에 의해, 예컨대 예를 들면 공급물 주입 노즐을 통해 2차 반응기(135) 안으로 주입될 수 있다. 2차 반응기(135)는 중질 연료 분획이 그 안으로 주입되는 혼합 구역을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 2차 반응기(135)는 1차 반응기(113)의 생성물이 2차 반응기(135) 안으로 도입되는 곳 근처에 2차 반응기(135)에 대한 유입구를 갖는 이송 라인(122)을 통해 추가의 신선한 촉매를 받을 수 있다. 1차 반응기(113)의 촉매와 혼합된 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 생성물 및 이송 라인(120)으로부터의 중질 연료 분획의, 이송 라인(121)으로부터의 신선한 촉매의 별도의 주입은 2차 반응기(135)에서 반응 성분들의 철저하고 균일한 혼합을 용이하게 할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획"은 적어도 일부 크래킹이 (예를 들면, 1차 반응기(113)에서) 일어나지만, 크래킹이 필연적으로 요망된 최종 양으로 일어나지 않는 경질 연료 분획을 지칭한다. 일부 구현예에서, 경질 연료 분획의 추가의 크래킹은 2차 반응기(135)에서 발생한다. 일단 중질 연료 분획이 2차 반응기(135)에서 촉매와 접촉하면, 크래킹 반응은 중질 연료 분획 및 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 중 하나 또는 둘 모두에서 일어난다. 일부 구현예에서, 이송 라인(122) 및/또는 이송 라인(120)은 1차 반응기(113)의 상부 또는 최상부로 촉매 및 중질 연료 분획을 각각 도입하도록 2차 반응기(135)에 대해 배향된다.
크래킹이 2차 반응기(135)에서 일어나기 때문에, 탄화수소 크래킹된 생성물의 반응 증기, 미반응된 공급물, 및 촉매 혼합물은 2차 반응기(135)의 나머지를 통해 그리고 반응기/분리기 장치(111)의 바닥부에서 급속 분리 구역(115) 안으로 빠르게 흐른다. 크래킹된 및 크래킹되지 않은 탄화수소는 도관 또는 파이프(123)를 통해 당해 분야에서 공지된 종래의 생성물 회수 부문으로 향할 수 있다.
온도 제어를 위해 필요하면, 급랭 주입은 분리 구역 (115) 직전에 2차 반응기(135)의 바닥 근처에 제공될 수 있다. 이 급랭 주입은 크래킹 반응을 빠르게 감소시키거나 중지시키고 크래킹 중증도를 제어하기 위해, 예를 들면 공정 유연성을 향상시키기 위해 이용될 수 있다.
1차 반응기(113) 내의 반응 온도, 즉, 1차 반응기(113)의 유출구 온도는 촉매 재생기(117)로부터 1차 반응기(113)의 최상부 안으로 재생된 촉매의 유동을 제어하는 촉매 슬라이드 밸브 (도시되지 않음)를 개폐함으로써 제어될 수 있다. 신선한 촉매가 이송 라인(122)을 통해 2차 반응기(135)로 주입되는 구현예에서, 2차 반응기(135)의 반응 온도는 2차 반응기(135)로의 촉매의 유량에 또한 제어될 수 있다. 흡열 크래킹 반응에 필요한 열의 적어도 일부는 촉매 재생기(117)에서 재생 공정에서 획득된 열을 갖는 재생된 촉매에 의해 공급될 수 있다. 뜨거운 재생된 촉매의 유량을 변화시킴으로써, 작동 중증도 또는 크래킹 조건이 1차 반응기(113) 및/또는 2차 반응기(135)에서 제어될 수 있어 연료 생성물 예컨대, 예를 들면, 1차 반응기(113), 2차 반응기(135) 또는 둘 모두의 생성물로서 경질 올레핀성 탄화수소 및 가솔린의 요망된 수율을 생성한다.
직렬-다우너 FCC 장치(130)는, 예를 들면 반응기/분리기 장치(111)에 소비된 촉매로부터 연료를 분리하기 위한 박리제(131)를 포함할 수 있다. 박리제(131)를 통해 통과한 후, 소비된 촉매는 촉매 재생기(117)로 이송될 수 있다. 분리 구역(115)으로부터의 촉매는 적합한 스트립핑 가스, 예컨대 증기가 이송 라인(133)을 통해 그 안으로 도입되는 촉매 스트립핑 구획을 포함하는 박리제(131)의 보다 낮은 구획으로 흐른다. 박리제(131)는 하향으로 흐르는 소비된 촉매가 유동하는 스트립핑 가스에 역류하여 그 위를 통과하는 몇 개의 배플 또는 구조화된 팩킹 (도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 전형적으로 증기인, 상향으로 흐르는 스트립핑 가스는 촉매 기공에 또는 촉매 입자 사이에 잔존하는 임의의 추가의 탄화수소를 "박리" 또는 제거하기 위해 사용된다.
직렬-다우너 FCC 장치(130)에서, 박리된 또는 소비된 촉매는, 예를 들면, 이송 라인(127)을 통해 공급된 연소 공기로부터의 들어올리는 힘에 의해, 촉매 재생기(117)의 바닥부로 이송 라인(125)을 통해 이송될 수 있다. 또한 추가의 연소 공기와 접촉될 수 있는 이 소비된 촉매는 제어된 연소를 거치며, 이를 통해 소비된 촉매 상의 임의의 축적된 코크스가 연소된다. 연도 가스는 도관(129)을 통해 촉매 재생기(117)로부터 제거된다. 촉매 재생기(117)에서, 부산물 코크스의 연소로부터 생성된 열은 각각 이송 라인(121) 및 이송 라인(122)에서 촉매를 통해 1차 반응기(113) 및 선택적으로 2차 반응기(135)로 이송될 수 있다. 이로써, 1차 반응기(113) 및/또는 2차 반응기(135)에서의 흡열 크래킹 반응에 필요한 열 에너지의 적어도 일부는 촉매 재생기(117)에서 촉매 재생 중에 생성된 열로부터 제공될 수 있다.
직렬-다우너 반응기 (즉, 다우너)의 중요한 특성은 일반적으로 하향 흐름을 갖는 반응기의 최상부에서 공급물을 도입, 상향-유동 반응기 (즉, 라이저)와 비교하여 더 짧은 체류 시간 및, 예를 들면 약 20:1 내지 약 30:1의 범위인 높은 촉매 대 연료 비를 포함한다.
일반적으로, 적합한 직렬-다우너 FCC 장치(130)의 1차 반응기(113) 및/또는 2차 반응기(135)에 대한 작동 조건은 하기를 포함한다: 약 550℃ 내지 약 700℃, 특정 구현예에서 약 580℃ 내지 약 630℃, 그리고 추가 구현예에서 약 590℃ 내지 약 620℃의 반응 온도; 약 1　kg/㎠ 내지 약 20　kg/㎠, 특정 구현예에서 약 1　kg/㎠ 내지 약 10　kg/㎠, 추가 구현예에서 약 1　kg/㎠ 내지 약 3　kg/㎠의 반응 압력; 약 0.1　초 내지 약 30　초, 특정 구현예에서 약 0.1　초 내지 약 10　초, 및 추가 구현예에서 약 0.2　초 내지 약 0.7　초의 접촉 시간 (반응기 내); 및 약 1:1 내지 약 60:1, 특정 구현예에서 약 1:1 내지 약 30:1, 그리고 추가 구현예에서 약 10:1 내지 약 30:1의 촉매-대-공급물 비.
도　2의 일반화된 공정 흐름 선도를 참조하면, 직렬-라이저 FCC 장치(230)가 그리고 본 개시내용에 따른 시스템 및 공정에서 사용될 수 있고 두 개의 라이저 반응기를 포함할 수 있다. 두 개의 라이저는 직렬식으로 1차 반응기(233) 및 2차 반응기(219)를 포함할 수 있다. 직렬-라이저 FCC 장치(230)는 1차 반응기(233), 2차 반응기(219), 반응 구역(213) 및 분리 구역(215)을 갖는 반응기/분리기(211)를 포함한다. 상기 직렬-라이저 FCC 장치(230)는 또한 소비된 촉매를 재생하기 위한 촉매 재생기(217)를 포함한다.
경질 연료 분획은 이송 라인(223)을 통해 1차 반응기(233)로 공급물로 전송될 수 있다. 일부 구현예에서, 경질 연료 분획은 공급물의 분무화를 위한 증기 또는 다른 적합한 가스에 의해 이송 라인(223)에 동반될 수 있다. 공급물의 분무화는 1차 반응기(233)에서 경질 연료 분획의 요망된 크래킹에 충분한 양의 가열된 신선하거나 재생된 고체 크래킹 촉매 입자와의 혼합 및 밀접한 접촉을 용이하게 할 수 있다. 촉매 입자는 이송 라인(221)을 통해 촉매 재생기(217)로부터 1차 반응기(233)로 이송될 수 있다. 경질 연료 분획과 크래킹 촉매는 1차 반응기(233) 내로 도입되는 현탁액을 형성하기 위한 조건 하에서 접촉된다.
직렬-라이저 FCC 장치(230)를 사용하는 연속 공정에서, 크래킹 촉매와 경질 연료 분획의 혼합물은 1차 반응기(233)를 통해 상향으로 진행한다. 1차 반응기(233)에서 뜨거운 크래킹 촉매 입자는 탄소-탄소 결합 절단에 의해 탄화수소 분자를 촉매작용으로 분해한다. 탄화수소 크래킹된 생성물, 미반응된 공급물 및 촉매 혼합물의 반응 증기는 1차 반응기(233)의 나머지 부분을 통해 빠르게 2차 반응기(219)로 흐른다. 일부 구현예에서, 직렬식인 배치구성은 1차 반응기(233) 및 상기 1차 반응기(233)와 2차 반응기(219) 사이에 유체 소통을 허용하는 적합한 유동성의 연결, 예컨대 2차 반응기(219) 내 유입구로 직접적으로 이끄는 1차 반응기(233) 내 유출구를 가지고, 서로 인접한 2차 반응기(219)를 포함할 수 있다. 그와 같은 구현예에서, 1차 반응기(233) 및 2차 반응기(219)는 서로 물리적 접촉을 할 수는 있지만 서로 필연적으로 물리적 접촉으로 될 필요는 없다. 예를 들면, 1차 반응기(233)와 2차 반응기(219)는 탱크, 드럼, 용기, 또는 다른 유사 반응기 내에서 파티션에 의해 분할될 수 있다. 다른 구현예에서, 직렬식인 배치구성은 1차 반응기(233)로부터 2차 반응기(219)로의 연결 라인 또는 도관을 포함할 수 있다. 그와 같은 구현예에서, 1차 반응기(233)는 2차 반응기(219)와 물리적으로 단절될 수 있다.
직렬-라이저 FCC 장치(230)를 사용하는 연속 공정에서, 중질 연료 분획은 이송 라인 (235)을 통해 2차 반응기(219) 안으로 공급물로서 주입된다. 특정 구현예에서, 중질 연료 분획은 공급물의 분무화를 위해 증기 또는 또 다른 적합한 가스를 사용하여 주입될 수 있다. 일 구현예에서, 2차 반응기(219)는 1차 반응기(233)의 생성물이 2차 반응기(219) 안으로 도입되는 곳 근처에 2차 반응기(219)에 대한 유입구를 갖는 이송 라인(237)을 통해 추가의 신선한 촉매를 받을 수 있다. 1차 반응기(233)에서 발생된 반응에 관여된 촉매와 자체로 혼합된, 1차 반응기(233)로부터의 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 생성물은 이송 라인(237)으로부터의 중질 연료 분획과 2차 반응기(219)에서 철저하고 균일하게 혼합된다. 일단 중질 연료 분획이 2차 반응기(219)에서 촉매와 접촉하면, 크래킹 반응이 일어난다. 추가로, 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 (1차 반응기(233)의 생성물)은 2차 반응기(219)에서 추가로 크래킹될 수 있다. 탄화수소 크래킹된 생성물의 반응 증기, 미반응된 공급물, 및 촉매 혼합물은 2차 반응기(219)의 나머지를 통해 빠르게 유동한다. 반응이 진행됨에 따라, 반응 성분은 라이저를 통해 상향 이동된다.
FCC 작동에서 통상적인 바와 같이, 1차 반응기(233), 2차 반응기(219) 및 반응 구역(213)에서 반응 동안, 크래킹 촉매는 코크스화될 수 있다. 코크스화된 촉매에서, 활성 촉매 부위에 대한 접근은 제한되거나 존재하지 않는다. 직렬 라이저 FCC 장치(230)으로부터의 반응 생성물은, 예를 들면, 반응 구역(213) 위의 반응기/분리기(211)의 최상부에 위치한, 직렬식-라이저 FCC 장치(230)에서 일반적으로 분리 구역(215)으로 지칭되는, FCC 장치에서 공지된 임의의 적합한 배치구성을 사용하여 코크스화된 촉매로부터 분리될 수 있다. 분리 구역(215)은 예를 들면, 사이클론과 같은 당해 분야의 숙련가에게 공지된 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 반응 생성물은 이송 라인(225)을 통해 배출될 수 있다.
탄화수소 공급원료의 유체 크래킹로부터 코크스 증착물을 함유하는 촉매 입자는 반응 구역(213) 및/또는 분리 구역(215)으로부터 이송 라인(227)을 통해 촉매 재생기(217)로 통과한다. 촉매 재생기(217)에서, 코크스화된 촉매는 이송 라인(229)을 통해 촉매 재생기(217)로 들어가는 산소-함유 가스, 예를 들면 순수한 산소 또는 공기의 스트림과 접촉한다. 촉매 재생기(217)는 전형적인 FCC 작동에서 공지된 배치구성 및 조건 하에서 작동될 수 있다. 예를 들면, 촉매 재생기(217)는 이송 라인(231)을 통해 배출되는 연소 생성물을 포함하는 재생 배기가스를 생성하기 위해 유동층으로서 작동할 수 있다. 뜨거운 재생된 촉매는 촉매 재생기(217)로부터 이송 라인(221)을 통해 그리고 선택적으로 이송 라인(237)을 통해, 전술한 바와 같이 탄화수소 공급원료 (즉, 경질 연료 분획 또는 중질 연료 분획)를 갖는 혼합물에 대해, 각각 1차 반응기(233)의 바닥부 및 2차 반응기(219)의 바닥부로 이송될 수 있다.
일반적으로, 적합한 직렬-라이저 FCC 장치(230)의 1차 반응기(233) 및/또는 2차 반응기(219)에 대한 작동 조건은 하기를 포함한다: 약 480℃ 내지 약 700℃, 특정 구현예에서 약 500℃ 내지 약 620℃, 그리고 추가 구현예에서 약 500℃ 내지 약 600℃의 반응 온도; 약 1　kg/㎠ 내지 약 20　kg/㎠, 특정 구현예에서 약 1　kg/㎠ 내지 약 10　kg/㎠, 추가 구현예에서 약 1　kg/㎠ 내지 약 3　kg/㎠의 반응 압력; 약 0.1　초 내지 약 10　초, 특정 구현예에서 약 1　초 내지 약 5　초, 그리고 추가 구현예에서 약 1　초 내지 약 2　초의 접촉 시간 (반응기 내); 및 약 1:1 내지 약 60:1, 특정 구현예에서 약 1:1 내지 약 10:1, 그리고 추가 구현예에서 약 8:1 내지 약 20:1의 촉매 대 공급물 비.
특정한 투입물 및 요망된 생성물에 적합한 촉매가 유동화된 촉매 크래킹 반응기 또는 반응기들로 이송될 수 있다. 특정 구현예에서, 올레핀의 형성을 촉진시키고 수소-전달 반응과 같은 올레핀-소비 반응을 최소화하기 위해, FCC 기재 크래킹 촉매 및 FCC 촉매 첨가제를 포함하는 FCC 촉매 혼합물이 FCC 장치에 사용된다.
특히, FCC 기재 크래킹 촉매의 매트릭스는 하나 이상의 Y-제올라이트를 포함하는 천연 또는 합성 제올라이트, 점토 예컨대 카올린, 몬모릴로나이트, 할로이사이트 및 벤토나이트, 및/또는 하나 이상의 무기 다공성 옥사이드 예컨대 알루미나, 실리카, 보리아, 크로미아, 마그네시아, 지르코니아, 티타니아 및 실리카-알루미나를 포함할 수 있다. 적합한 FCC 기재 크래킹 촉매는 0.5　g/mL 내지 1.0　g/mL의 벌크 밀도, 50　㎛ 내지 90　㎛의 평균 입자 직경, 50　㎡/g 내지 350　㎡/g의 표면적 및 0.05　mL/g 내지 0.5　mL/g의 기공 용적을 가질 수 있다.
적합한 FCC 촉매 혼합물은 FCC 기재 크래킹 촉매에 부가하여, 형상-선택적 제올라이트를 함유하는 FCC 촉매 첨가제를 함유할 수 있다. 본 명세서에서 언급된 상기 형상 선택적 제올라이트는 Y-유형 제올라이트의 기공 직경보다 더 작은 기공 직경을 가져, 단지 제한된 형상을 갖는 탄화수소만 그것의 기공을 통해 제올라이트로 유입할 수 있는 제올라이트를 의미한다. 적합한 형상-선택적 제올라이트 성분은, 예를 들면 ZSM-5 제올라이트, 제올라이트 오메가, SAPO-5 제올라이트, SAPO-11 제올라이트, SAPO34 제올라이트, 및 펜타실-유형 알루미노실리케이트를 포함한다. FCC 촉매 첨가제에서 형상-선택적 제올라이트의 함량은 일반적으로 약 20　wt.% 내지 70　wt.%, 그리고 특정 구현예에서 약 30　wt.% 내지 60　wt.%의 범위이다.
적합한 FCC 촉매 첨가제는 0.5　g/mL 내지 1.0　g/mL의 벌크 밀도, 50　㎛ 내지 90　㎛의 평균 입자 직경, 10　㎡/g 내지 200　㎡/g의 표면적 및 0.01　mL/g 내지 0.3　mL/g의 기공 용적을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, FCC 촉매 혼합물은 FCC 촉매 혼합물의 총 중량을 기준으로 60　wt.% 내지 95　wt.%의 FCC 기재 크래킹 촉매를 함유할 수 있다. FCC 촉매 혼합물은 FCC 촉매 혼합물의 총 중량을 기준으로 5　wt.% 내지 40　wt.%의 FCC 촉매 첨가제를 함유할 수 있다. 만일 FCC 촉매 혼합물에서 FCC 기재 크래킹 촉매의 중량 분율이 60　wt.%보다 낮거나, 또는 만일 FCC 촉매 혼합물에서 첨가제 중량 분율이 40　wt.%보다 더 높으면, 공급물 연료 (즉, 중질 연료 분획 및/또는 경질 연료 분획)의 낮은 전환율 때문에 경질-분획 올레핀의 수율이 최적으로 될 수 없다. 만일 FCC 촉매 혼합물에서 FCC 기재 크래킹 촉매의 중량 분율이 95　wt.%보다 더 높거나, 또는 만일 FCC 촉매 혼합물에서 FCC 촉매 첨가제의 중량 분율이 5　wt.%보다 낮으면, 공급물 연료의 높은 전환율에도 불구하고 경질-분획 올레핀의 수율이 최적으로 될 수 없다.
본 명세서에서의 구현예에 따른 직렬-반응기 FCC 장치, 예컨대, 예를 들면 도　1의 직렬-다우너 FCC 장치(130) 또는 도　2의 직렬-라이저 FCC 장치(230)를 포함하는 공정에서, 경질 연료 분획의 총 체류 시간은 1차 반응기(113, 233)에서의 제1 평균 반응 시간 및 2차 반응기(135, 219)에서의 제2 평균 반응 시간을 포함한다. 다른 한편으로, 중질 연료 분획의 총 체류 시간은 단지 2차 반응기(135, 219)에서의 단일 평균 반응 시간을 포함한다. 또한, 2차 반응기(135, 219)에서 중질 연료 분획의 단일 평균 반응 시간은 경질 연료 분획의 제2 평균 반응 시간과 함께 발생하여, 또한 2차 반응기(135, 219)에서 크래킹된다. 따라서, 직렬-반응기 FCC 장치에서 경질 연료 분획의 총 체류 시간은 중질 연료 분획의 총 체류 시간보다 더 길다. 따라서, 직렬-반응기 FCC 장치는 경질 연료 분획의 총 체류 시간 대 중질 연료 분획의 총 체류 시간의 비에 동일한 체류-시간 비를 가질 수 있다. 다양한 구현예에서, 본 명세서에의 구현예에 따른 다양한 직렬-반응기 FCC 장치는, 예를 들면 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 또는 적어도 10, 예컨대, 예를 들면, 1 내지 20, 2 내지 20, 2 내지 10, 2 내지 5, 또는 5 내지 20의 체류-시간 비를 가질 수 있다. 이론에 의한 구속됨 없이, 경질 및 중질 연료 분획이 상이한 반응성을 갖기 때문에 상기 기재된 범위 내의 체류-시간 비는 예시적이라고 믿어진다. 예를 들면, 나프타는 VGO보다 반응성이 낮을 수 있으며 반응에 더 많은 체류 시간이 필요할 수 있다.
본 명세서에서의 구현예에 따른 직렬-반응기 FCC 장치, 예컨대, 예를 들면 도　1의 직렬-다우너 FCC 장치(130) 또는 도　2의 직렬-라이저 FCC 장치(230)를 포함하는 공정에서, 특정한 공정 동안 직렬-반응기 FCC 장치는 촉매-대-중질 연료 비보다 더 큰 촉매-대-경질 연료 비를 가질 수 있다.
촉매-대-경질 연료 비는 FCC 촉매 대 경질 연료 분획의 중량 비이다. 촉매-대-경질 연료 비는 촉매 재생기(117, 217)로부터 1차 반응기(113, 233) 및/또는 2차 반응기(135, 219)로의 촉매의 총 유량을 1차 반응기(113, 233)로 유입하는 경질 연료 분획의 유량으로 나눔에 의해 결정된다. 예를 들면, 재생된 촉매가 직접적으로 1차 반응기(113, 233) 및 2차 반응기(135, 219)로 유입하는 구현예에서, 촉매-대-경질 연료 비는 1차 반응기(113, 233)로 유입하는 경질 연료 분획의 유량에 의해 (1) 촉매 재생기(117, 217)로부터 1차 반응기(113, 233)로 유입하는 FCC 촉매 및 (2) 촉매 재생기(117, 217)로부터 2차 반응기로 유입하는 촉매의 유량의 합으로 계산된다. 재생된 촉매가 직접적으로 1차 반응기(113, 233) 만으로 유입하는 구현예에서, 촉매-대-경질 연료 비는 1차 반응기(113, 233)로 유입하는 경질 연료 분획의 유량에 의해 나누어진 1차 반응기(113, 233)로 유입하는 FCC 촉매의 유량으로 계산된다.
촉매-대-중질 연료 비는 FCC 촉매 대 중질 연료 분획의 중량 비이다. 촉매-대-중질 연료 비는 촉매 재생기(117, 217)로부터 1차 반응기(113, 233) 및/또는 2차 반응기(135, 219)로의 촉매의 총 유량을 1차 반응기(113, 233)로 유입하는 중질 연료 분획의 유량으로 나눔에 의해 결정된다. 예를 들면, 재생된 촉매가 직접적으로 1차 반응기(113, 233) 및 2차 반응기(135, 219)로 유입하는 구현예에서, 촉매-대-중질 연료 비는 2차 반응기(135, 219)로 유입하는 중질 연료 분획의 유량에 의해 (1) 촉매 재생기(117, 217)로부터 1차 반응기(113, 233)로 유입하는 FCC 촉매 및 (2) 촉매 재생기(117, 217)로부터 2차 반응기로 유입하는 촉매의 유량의 합으로 계산된다. 재생된 촉매가 직접적으로 1차 반응기(113, 233) 만으로 유입하는 구현예에서, 촉매-대-경질 연료 비는 2차 반응기(135, 219)로 유입하는 중질 연료 분획의 유량에 의해 나누어진 1차 반응기(113, 233)로 유입하는 FCC 촉매의 유량으로 계산된다.
단위 촉매 비는 촉매-대-경질 연료 비 및 촉매-대-중질 연료 비의 비로 정의된다. 상기 기재된 직렬-반응기 FCC 장치의 예시적인 구현예에서, 직렬-반응기 FCC 장치를 포함하는 공정은, 예를 들면 1 초과, 1.5 초과, 2 초과, 5 초과, 또는 10 초과, 예컨대 1.1 내지 20, 2 내지 20, 2 내지 10, 2 내지 5, 또는 5 내지 20의 단위 촉매 비를 가질 수 있다. 이론에 의한 구속됨 없이, 경질 및 중질 연료 분획이 촉매와의 상이한 반응성을 갖기 때문에 상기 기재된 범위 내의 단위 촉매 비는 예시적이라고 믿어진다. 예를 들면, 나프타는 VGO보다 반응성이 낮을 수 있으며 반응에 상대적으로 많은 촉매를 필요할 수 있다.
비록 도 1 및 2는 2개의 반응기를 포함하는 시스템의 구현예를 도시하지만, FCC 장치는 직렬로 배열된 2개 초과의 반응기, 예컨대, 비제한적으로, 직렬로 배열된 3개, 4개 또는 심지어 5개의 반응기를 포함할 수 있다는 것이 본 명세서에서 고려된다. 추가로, 본 명세서에 기재된 시스템은 비제한적으로 2개의 다우너 또는 2개의 라이저가 직렬로 된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 직렬식으로 라이저 및 다우너 또는 다우너 및 라이저가 직렬로 되는 것과 같이, 직렬식으로 연결된 하나 이상의 라이저 및 하나 이상의 다우너가 본 명세서에서 고려된다.
실시예
유동화된 촉매 크래킹에 의해 경질 연료 분획과 중질 연료 분획의 크래킹을 위한 방법 및 시스템의 다양한 구현예가 하기 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다. 본 실시예는 본질적으로 예시적인 것이고, 본 개시내용의 요지를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.
실시예 1
표　1에 주어진 조성물인 경질납사 (LSRN)를 높은 중증도 FCC 조건에서 ASTM 방법 D3907을 사용하여 미세활성도 시험 장치 (MAT 장치)에서 분해증류시켰다. 나프타는 650℃ 및 48 촉매-대-연료 비에서 크래킹되었다. 경질 나프타는 표 2에 나타낸 바와 같이 전환되어 생성물을 산출하였다.
Figure pct00001
실시예 2
표 3A 및 3B에 주어진 특성을 갖는 수소화처리된 진공 가스 오일을 높은 중증도 FCC 조건에서 ASTM 방법 D3907을 사용하여 MAT 장치에서 분해증류시켰다. 표 3A는 진공 가스 오일의 다양한 특성을 제공하고 표 3B는 진공 가스 오일의 특정된 용적 백분율이 끓는 온도를 보고한다. 수소화처리된 진공 가스 오일은 650℃ 및 5.8 촉매-대-연료 비에서 크래킹되었다. 생성물 수율을 표 4에 나타낸다.
Figure pct00002
Figure pct00003
실시예 3
그 특성이 표 1 및 3에 나타난, (도 3에 나타난) 수소화처리된 진공 가스 오일 (100 용적부) 및 납사 (10 용적부)를 높은 중증도 FCC 조건에서 (나프타 그 다음 VGO) 직렬식으로 별도의 반응기에서 크래킹하였다. 공급원료 모두는 50의 촉매-대-경질 연료 비 및 6의 촉매-대-중질 연료 비로, 650℃에서 크래킹되었다. 생성물 수율을 표 5에 나타낸다.
Figure pct00004
전술한 바에 기초하여, 유동화된 촉매 크래킹에 의한 경질 연료 분획 및 중질 연료 분획을 크래킹하기 위한 방법 및 시스템의 다양한 측면이 본 명세서에서 개시됨을 이제 이해해야 한다. 본 발명의 제1 측면에 따르면, 경질 연료 분획 및 중질 연료 분획은 유동화된 촉매 크래킹에 의해 크래킹될 수 있다. 크래킹 공정은 경질 연료 분획 및 촉매 재생기로부터의 촉매를 1차 반응기로 공급하는 단계, 및 1차 반응기에서 경질 연료 분획을 크래킹하여 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 1차 반응기는 유동층 반응기일 수 있다. 본 공정은 1차 반응기로부터 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 및 촉매를 2차 반응기로 이송하는 단계, 중질 연료 분획을 2차 반응기에 공급하는 단계, 및 2차 반응기에서 중질 연료 분획 및 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획을 크래킹하여 적어도 생성물 연료 및 소비된 촉매를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 2차 반응기는 유동층 반응기일 수 있다. 본 공정은 소비된 촉매를 촉매 재생기로 이송하는 단계 및 촉매 재생기에서 상기 촉매를 재생하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
제2 측면에서, 유동화된 촉매 크래킹에 의해 크래킹하기 위한 시스템은 1차 반응기, 2차 반응기, 및 촉매 재생기를 포함할 수 있다. 1차 반응기는 유동층 반응기일 수 있고 촉매 유입구 및 경질 연료 분획 유입구를 포함할 수 있다. 2차 반응기는 유동층 반응기일 수 있고 1차 반응기와 유체 소통될 수 있고 그리고 중질 연료 분획 유입구를 포함할 수 있다. 촉매 재생기는 1차 반응기의 촉매 유입구와 유체 소통될 수 있다. 촉매는 촉매 재생기로부터 1차 반응기로 2차 반응기로 그리고 다시 촉매 재생기로 순환할 수 있다. 경질 연료 분획은 1차 반응기에 배치될 수 있고 그리고 촉매와 반응될 수 있고 2차 반응기로 이송될 수 있다. 중질 연료 분획은 2차 반응기에 배치될 수 있고 그리고 촉매와 반응될 수 있다.
제3 측면은 제1 측면의 방법을 포함하여, 촉매 재생기로부터 2차 반응기로 추가의 촉매를 이송하는 단계를 더 포함한다.
제4 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 1차 반응기 및 2차 반응기 모두는 다우너일 수 있다.
제5 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 1차 반응기 및 2차 반응기 모두는 라이저일 수 있다.
제6 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 1차 반응기에서 경질 연료 분획의 제1 평균 반응 시간과 2차 반응기에서 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획의 제2 평균 반응 시간의 합은 경질 연료 분획의 총 체류 시간을 정의하고; 2차 반응기에서 중질 연료 분획의 단일 평균 반응 시간은 중질 연료 분획의 체류 시간을 정의하고; 경질 연료 분획의 총 체류 시간과 중질 연료 분획의 체류 시간의 비는 체류-시간 비를 정의하고; 그리고 체류-시간 비는 약 1 내지 약 10이다.
제7 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 상기 경질 연료 분획은 비점 약 36℃ 내지 약 250℃를 갖는 직쇄형 또는 크래킹된 나프타, 비점 약 10℃ 내지 약 400℃를 갖는 증류물 오일, 또는 이들의 조합을 포함한다.
제8 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 상기 중질 연료 분획은 비점 약 370℃ 내지 약 565℃를 갖는 진공 증류물, 520℃를 넘는 비점을 갖는 잔류물, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 잔류물은 수소화처리된 잔류물, 대기압 증류 잔류물, 진공 증류 잔류물, 비스브레이킹 잔류물, 증류 잔류물, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다.
제9 측면은 제1 측면의 방법을 포함하여, 1차 반응기 안으로 경질 연료 분획을 공급하기 전에 경질 연료 분획을 분무화하는 단계 및 2차 반응기 안으로 중질 연료 분획을 공급하기 전에 중질 연료 분획을 분무화하는 단계를 더 포함한다.
제10 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 상기 생성물은 올레핀 (C2-C4), 및/또는 가솔린이다.
제11 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 상기 소비된 촉매는 분리 구역에서 2차 반응기의 다른 생성물로부터 분리된다.
제12 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 상기 소비된 촉매는 분리 구역에서 2차 반응기의 다른 생성물로부터 분리된다.
제13 측면은 제2 측면의 시스템을 포함하여, 촉매 재생기와 2차 반응기를 연결하는 이송 라인을 추가로 포함한다.
제14 측면은 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 상기 1차 반응기 내 경질 연료 분획은 분무화된다.
제15 측면은 제1 측면의 방법 또는 제2 측면의 시스템을 포함하고, 여기서 2차 반응기 내 촉매의 적어도 일부는 코크스 침착을 포함하는 소비된 촉매이다.
본 개시내용을 기술하고 정의할 목적으로, 용어 "약"은 임의의 정량적 비교, 값, 측정 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 고유한 불확실성의 정도를 나타내기 위해 본 명세서에 이용된다는 것을 유의해야한다. 용어 "약"은 또한 정량적 표현이 문제가 되는 요지의 기본적 기능을 변화시키지 않고 언급된 기준과 다를 수 있는 정도를 나타내기 위해 본 명세서에 이용된다.
하기 청구항들 중 하나 이상은 과도기적 어구로서 용어 "여기서"를 사용한다는 것을 유의해야한다. 본 기술을 정의할 목적으로, 이 용어는 구조의 일련의 특징을 설명하기 위해 사용되는 개방형 과도기적 어구으로 청구항에 도입되며 보다 통상적으로 사용된 개방형 서두 용어 "포함하는"과 같은 방식으로 해석되어야 함을 유의해야한다.
특성에 배정된 임의의 2개의 정량적 값은 그 특성의 범위를 구성할 수 있고 주어진 특성의 모든 언급된 정량적 값으로부터 형성된 범위의 모든 조합이 본 명세서에서 고려된다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시내용의 요지를 상세하게 그리고 특이적인 그것의 구현예들을 참조하여 설명하였지만, 본 명세서에 개시된 다양한 세부사항은, 특정한 요소가 본 설명을 수반하는 각각의 도면에 설명되어 있는 경우에도, 이들 세부사항이 본 명세서에 기재된 다양한 구현예의 필수적인 성분인 요소에 관한 것이다는 것을 의미하지 않는다는 것을 유의해야한다. 오히려, 본 명세서에 첨부된 청구항은 본 개시내용의 폭 및 본 명세서에 기재된 다양한 구현예의 대응 범위를 나타내는 유일한 것으로 간주되어야한다. 또한, 첨부된 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 변형 및 변동이 가능하다는 것이 분명할 것이다.

Claims (20)

  1. 유동화된 촉매 크래킹에 의해 경질 연료 분획 및 중질 연료 분획을 크래킹하는 방법으로서,
    경질 연료 분획 및 촉매 재생기로부터의 촉매를 1차 반응기로 공급하는 단계로서, 상기 1차 반응기는 유동층 반응기인, 상기 공급하는 단계;
    상기 1차 반응기에서 상기 경질 연료 분획을 크래킹시켜 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획을 생성하는 단계;
    상기 1차 반응기로부터의 상기 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획 및 상기 촉매를 2차 반응기로 이송하는 단계로서, 상기 2차 반응기는 유동층 반응기인, 상기 이송하는 단계;
    상기 중질 연료 분획을 상기 2차 반응기로 공급하는 단계;
    상기 2차 반응기에서 상기 중질 연료 분획 및 상기 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획을 크래킹시켜 적어도 생성물 연료와 소비된 촉매를 생산하는 단계;
    상기 소비된 촉매를 상기 촉매 재생기로 이송하고 상기 촉매 재생기에서 상기 촉매를 재생하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 재생기로부터 상기 2차 반응기로 추가의 촉매를 이송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 반응기와 상기 2차 반응기는 둘 다 다우너(downer)인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 1차 반응기와 상기 2차 반응기는 둘 다 라이저(riser)인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 1차 반응기에서의 상기 경질 연료 분획의 제1 평균 반응 시간과 상기 2차 반응기에서의 상기 적어도 부분적으로 크래킹된 경질 연료 분획의 제2 평균 반응 시간의 합은 상기 경질 연료 분획의 총 체류 시간을 정의하고;
    상기 2차 반응기에서의 상기 중질 연료 분획의 단일 평균 반응 시간은 상기 중질 연료 분획의 체류 시간을 정의하고;
    상기 경질 연료 분획의 상기 총 체류 시간과 상기 중질 연료 분획의 상기 체류 시간의 비는 체류-시간 비를 정의하고; 그리고
    상기 체류-시간 비는 약 1 내지 약 10인, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 촉매 재생기로부터 상기 1차 반응기 및/또는 상기 2차 반응기로 유입되는 상기 촉매의 유량을 상기 1차 반응기로 유입되는 상기 경질 연료 분획의 유량으로 나눈 것은 촉매-대-경질 연료 비를 정의하고;
    상기 촉매 재생기로부터 상기 1차 반응기 및/또는 상기 2차 반응기로 유입되는 상기 촉매의 유량을 상기 2차 반응기로 유입되는 상기 중질 연료 분획의 유량으로 나눈 것은 촉매-대-중질 연료 비를 정의하고;
    상기 촉매-대-경질 연료 비 대 상기 촉매-대-중질 비의 비는 단위 촉매 비를 정의하고; 그리고
    상기 단위 촉매 비는 약 1 내지 약 10인, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 경질 연료 분획은 비점 약 36℃ 내지 약 250℃를 갖는 직쇄형 또는 크래킹된 나프타, 비점 약 10℃ 내지 약 400℃를 갖는 증류물 오일, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중질 연료 분획은 비점 약 370℃ 내지 약 565℃를 갖는 진공 증류물, 520℃를 넘는 비점을 갖는 잔류물, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 잔류물은 수소화처리된 잔류물, 대기압 증류 잔류물, 진공 증류 잔류물, 비스브레이킹 잔류물, 증류 잔류물, 또는 이들의 조합으로부터 선택된, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 1차 반응기 안으로 상기 경질 연료 분획을 공급하기 전에 상기 경질 연료 분획을 분무화(atomizing)시키는 단계; 및
    상기 2차 반응기 안으로 상기 중질 연료 분획을 공급하기 전에 상기 중질 연료 분획을 분무화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 생성물은 경질 올레핀(C2-C4), 및/또는 가솔린인, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 소비된 촉매는 분리 구역에서 상기 2차 반응기의 다른 생성물로부터 분리되는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 소비된 촉매는 코크스 침착물을 포함하는, 방법.
  13. 유동화된 촉매 크래킹에 의해 크래킹하는 시스템으로서,
    촉매 유입구 및 경질 연료 분획 유입구를 포함하는 1차 반응기로서, 유동층 반응기인, 상기 1차 반응기;
    상기 1차 반응기와 유체 소통되고 그리고 중질 연료 분획 유입구를 포함하는 2차 반응기로서, 유동층 반응기인, 상기 2차 반응기;
    상기 1차 반응기의 상기 촉매 유입구와 유체 소통하는 촉매 재생기;
    상기 촉매 재생기로부터 상기 1차 반응기로 상기 2차 반응기로 그리고 다시 상기 촉매 재생기로 순환하는 촉매;
    상기 1차 반응기 내에 배치되어, 상기 촉매와 반응하고 그리고 상기 2차 반응기로 이송되는 경질 연료 분획;
    상기 2차 반응기 내에 배치되어, 상기 촉매와 반응하는 중질 연료 분획을 포함하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 촉매 재생기와 상기 2차 반응기를 연결하는 이송 라인을 더 포함하는, 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 1차 반응기와 상기 2차 반응기는 둘 다 다우너인, 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 1차 반응기와 상기 2차 반응기는 둘 다 라이저인, 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 상기 1차 반응기 내 상기 경질 연료 분획은 분무화된, 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 상기 경질 연료 분획은 비점 약 36℃ 내지 약 250℃를 갖는 직쇄형 또는 크래킹된 나프타, 비점 약 10℃ 내지 약 400℃를 갖는 증류물 오일, 또는 이들의 조합을 포함하는, 시스템.
  19. 제13항에 있어서, 상기 중질 연료 분획은 비점 약 370℃ 내지 약 565℃를 갖는 진공 증류물, 520℃를 넘는 비점을 갖는 잔류물, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 잔류물은 수소화처리된 잔류물, 대기압 증류 잔류물, 진공 증류 잔류물, 비스브레이킹 잔류물, 증류 잔류물, 또는 이들의 조합으로부터 선택된, 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 상기 2차 반응기 내 상기 촉매의 적어도 일부는 코크스 침착물을 포함하는 소비된 촉매인, 시스템.
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