KR20190020775A

KR20190020775A - 원유로부터의 화학적 공급 원료를 제조하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20190020775A
Application number: KR1020197001881A
Authority: KR
Inventors: 셀만 지야 에릭센; 하인리히 만프레드 스크로드
Original assignee: 유오피 엘엘씨; 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2019-03-04
Also published as: CN109790475B; CN109790475A; US20190337869A1; WO2017222850A1

Abstract

본 개시사항은 원유를 화학적 공급 원료로 유용한 경질 탄화수소 생성물로 전환하는 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 시스템은 또한 화학적 공급 제조 시스템으로부터의 화학적 공급 원료를 유용한 탄화수소 화학 물질로 전환시키는 스트림 크래킹 유닛과 같은 전환 시스템을 포함할 수 있다. 상기 전환 시스템에 의해 제조되는 예시적인 탄화수소 화학 물질은 경량 올레핀 화합물, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 및/또는 부타디엔을 포함한다.

Description

원유로부터의 화학적 공급 원료를 제조하는 시스템 및 방법

본 출원은 2006년 6월 21일자로 출원된 미국 가출원 제62/352,729호의 우선권을 주장하며, 이의 개시사항은 본원에 참조로서 그 전체가 포함된다.

본 개시사항은 원유 정제 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시사항은 원유를 정제하여 화학적 공급 원료를 제조하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

기존의 오일 정제소는 원유를 가솔린, 제트 연료, 디젤 연료, 연료유 및 고체 연료와 같은 운송 연료(transportation fuels)로 전환한다. 따라서, 이러한 종래의 오일 정제소는 일반적으로 운송 연료의 생산을 최대화하고 나프타, 액화 석유 가스 (LPG) 및 기타 경질 파라핀과 같은 경질(light) (즉, 저비점) 탄화수소 생성물뿐만 아니라 연료유 같은 중질(heavy) 탄화수소의 생산을 최소화하도록 설계된다. 예를 들어, 나프타는 일반적으로 접촉 개질 반응(catalytic reforming)에 의해 고-옥탄 운송 연료로서 유용한 고도의 방향족 및 분지형 파라핀 탄화수소로 전환된다.

본 개시사항은 화학적 공급 원료로서 유용한 경질 탄화수소 생성물에 유리한 운송 연료의 제조를 최소화함으로써 통상적인 정제와는 다른 정제 구성을 제공한다. 화학적 공급 원료는 다른 유용한 탄화수소 화학 물질로 전환될 수 있다. 예를 들어, 화학적 공급 원료는 스팀 크래커 유닛(steam cracker unit)에 공급되어 경질 올레핀 및 디-올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 및/또는 부타디엔 및 C4 올레핀으로 전환될 수 있다.

본 개시사항의 예시적인 구현예에 따르면, 원유 공급 원료를 스팀 크래커 유닛용 화학적 공급 원료로 전환시키는 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 원유 공급 원료를 적어도: 탄화수소 가스 분획; 나프타 분획; 중간 증류물 분획; 및 잔류물 분획으로 분리하는 증류 유닛; 상기 증류 유닛으로부터 상기 탄화수소 가스 분획을 수용하는 제 1 인풋 및 제 1 아웃풋을 가지며, 제 1 인풋의 분지형 부탄을 제 1 아웃풋의 노르말 부탄(normal butane)으로 전환시켜 평형을 이루는, 제 1 이성질체화 유닛; 상기 증류 유닛으로부터 상기 나프타 분획을 수용하고, 상기 나프타 분획을 포화시키는 나프타 하이드로처리 유닛; 상기 증류 유닛으로부터 상기 중간 증류물 분획을 수용하고, 상기 중간 증류물 분획을 포화시키는 중간 증류물 하이드로처리 유닛; 상기 증류 유닛으로부터 상기 잔류물 분획을 수용하고, 상기 잔류물 분획을 포화시키는 잔류물 하이드로처리 유닛; 잔류물 하이드로처리 유닛으로부터 포화 잔류물 분획을 수용하고, 포화 잔류물 분획을 적어도: 불포화 가스 분획; 올레핀 및 방향족 화합물이 풍부한 경질 탄화수소 분획; 다중-고리 방향족 화합물이 풍부한 경질 사이클 오일 분획; 및 중질 폐기물 분획으로 전환시키는 크래킹 유닛: 상기 크래킹 유닛으로부터 상기 불포화 가스 분획을 수용하고, 적어도 이소-부탄 풍부 분획을 생성하는 부텐 처리 유닛; 상기 크래킹 유닛으로부터 경질 탄화수소 분획을 수용하는 제 2 인풋 및 제 2 아웃풋을 가지며, 제 2 인풋의 분지형 펜탄 및 분지형 헥산을 제 2 아웃풋의 노르말 펜탄 및 노르말 헥산으로 전환시켜서 평형을 이루는 제 2 이성질체화 유닛; 및 상기 크래킹 유닛으로부터 경질 사이클 오일 분획을 수용하고, 상기 경질 사이클 오일 분획을 포화시키고 나프텐-풍부 분획을 생성하는 방향족 포화 유닛을 포함하며; 상기 스팀 크래커 유닛에 대한 상기 화학적 공급 원료는 적어도: 상기 제 1 이성질체화 유닛으로부터의 제 1 아웃풋; 상기 나프타 하이드로처리 유닛으로부터의 포화 나프타 분획; 상기 중간 증류물 하이드로처리 유닛으로부터의 상기 포화 중간 증류물 분획; 상기 제 2 이성질체화 유닛으로부터의 상기 제 2 아웃풋; 및 상기 방향족 포화 유닛으로부터의 상기 나프텐-풍부 분획을 포함한다.

본 개시사항의 다른 구현예에 따르면, 원유 공급 원료를 스팀 크래커 유닛 용 화학적 공급 원료로 전환시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 원유 공급 원료를 적어도: 탄화수소 가스 분획; 나프타 분획; 중간 증류물 분획; 및 잔류물 분획으로 분리하는 단계; 제 1 이성질체화 유닛에 평형을 이루어서, 상기 제 1 이성질체화 유닛에서 상기 탄화수소 가스 분획 중의 분지형 부탄을 노르말 부탄으로 전환시키는 단계; 나프타 하이드로처리 유닛에서 상기 나프타 분획을 포화시키는 단계; 중간 증류물 하이드로처리 유닛에서 상기 중간 증류물 분획을 포화시키는 단계; 잔류물 하이드로처리 유닛에서 상기 잔류물 분획을 포화시키는 단계; 크래킹 유닛에서 포화 잔류물 분획을 적어도: 불포화 가스 분획; 올레핀 및 방향족 화합물이 풍부한 경질 탄화수소 분획; 다중-고리 방향족 화합물이 풍부한 경질 사이클 오일 분획; 및 중질 폐기물 분획으로 전환시키는 단계; 부텐 처리 유닛에서 상기 불포화 가스 분획을 적어도 이소-부탄 풍부 분획으로 전환시키는 단계; 제 2 이성질체화 유닛에 평형을 이루어서 상기 경질 탄화수소 분획의 분지형 펜탄 및 분지형 헥산을 노르말 펜탄 및 노르말 헥산으로 전환시키는 단계; 방향족 포화 유닛에서 경질 사이클 오일 분획을 포화시켜서 나프텐-풍부 분획을 생성하는 단계; 및 상기 화학적 공급 원료를 상기 스팀 크래커 유닛으로 보내는 단계를 포함하며, 상기 화학적 공급 원료는 적어도: 상기 제 1 이성질체화 유닛으로부터의 상기 노르말 부탄; 상기 나프타 하이드로처리 유닛으로부터의 포화 나프타 분획; 상기 중간 증류물 하이드로처리 유닛으로부터의 상기 포화 중간 증류물 분획; 상기 제 2 이성질체화 유닛으로부터의 상기 노르말 펜탄 및 상기 노르말 헥산; 및 상기 방향족 포화 유닛으로부터의 상기 나프텐-풍부 분획을 포함한다.

본 개시사항의 상기 언급된 및 다른 특징 및 이점, 그리고 이들 달성하는 방식은 첨부된 도면과 함께 취해진 본 발명의 구현예에 대한 다음의 설명을 참조하여 보다 명확해지고 본 발명 자체는 더 잘 이해될 것이며, 여기서:
도 1은 공급 제조 시스템(feed preparation system) 및 전환 시스템을 포함하는 본 발명의 개시사항의 예시적인 시스템의 개략도이다.
본원에서 설명된 예시들은 본 발명의 예시적인 구현예를 설명하며, 이러한 예시는 임의의 방식으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.

1. 시스템 개요

본 개시사항은 원유를 화학적 공급 원료로서 유용한 경질 탄화수소 생성물로 전환시키는 시스템 및 방법을 제공한다. 예시적인 시스템 (100)이 도 1에 도시된다. 달리 나타내지 않는 한, 시스템 (100)의 각 처리 유닛은 이러한 유닛에 대해 전형적인 조건 하에서 작동될 수 있다. 또한, 시스템 (100)의 각 처리 유닛은 원하는 결과를 달성하기 위해 단일 유닛 또는 다중 서브-유닛을 조합으로 포함할 수 있다.

도 1의 시스템 (100)은 원유 공급 원료를 화학적 공급 원료로 전환시키는 공급 제조 시스템 (200) (점선으로 도시됨)을 포함한다. 공급 제조 시스템 (200)에 의해 제조된 예시적인 화학적 공급 원료는 하나 이상의 경질 탄화수소 생성물, 예컨대 나프타, 액화 석유 가스 (LPG), 기타 통상의 경질 파라핀 (예, 에탄 (C2), 프로판 (C3), n-부탄 (C4), n-펜탄 (C5) 및 n-헥산 (C6)의 파라핀) 및 이들의 전구체를 포함할 수 있다. 화학적 공급 원료는 또한 14 wt%의 최소 수소 함량을 갖는 C10-350℃ 비등 범위 탄화수소를 함유할 수 있다. 메탄, 파이오일(pyoil), 350+℃ 비등 범위 탄화수소, 중질 방향족 화합물 (예, C7+ 방향족 화합물) 및 이의 전구체를 포함하는 다른 물질이 화학적 공급 원료에 존재하지 않거나 실질적으로 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, 화학적 공급 원료는 각각의 "존재하지 않는" 성분 (예, 350+℃ 비등 범위 탄화수소)을 0.0 wt%, 그리고 각각의 "실질적으로 존재하지 않는" 성분 (예, C7+ 방향족 화합물)을 약 1.0 wt%, 2.0 wt%%, 또는 3.0 wt% 미만으로 함유할 수 있다. 특정한 구현예에서, 공급 제조 시스템 (200)은 약 75 wt%, 80 wt%, 85 wt%, 90 wt% 이상의 원유 공급 원료를 화학적 공급 원료로 전환할 수 있다. 공급 제조 시스템 (200)은 하기 섹션 2에서 추가로 기재된다.

도 1의 시스템 (100)은 또한 공급 제조 시스템 (200)으로부터의 화학적 공급 원료를 유용한 탄화수소 화학 물질로 전환시키는 별도의 또는 통합된 전환 시스템 (400) (점선으로 도시됨)을 포함한다. 전환 시스템 (400)에 의해 생성된 예시적인 탄화수소 화학 물질은 경질 올레핀 및 디-올레핀, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 및/또는 부타디엔 및 C4 올레핀을 포함한다. 특정한 구현예에서, 공급 제조 시스템 (200) 및 전환 시스템 (400)은 협력하여 약 60%, 70% 이상의 원유 공급 원료를 유용한 탄화수소 화학 물질로 전환시킬 수 있다. 전환 시스템 (400)은 이하의 섹션 3에서 추가로 기재된다.

시스템 (100)의 공급 제조 시스템 (200) 및 전환 시스템 (400)은 예를 들어, 지리적 위치, 전력, 스팀, 메탄, 수소 및/또는 물을 공유함으로써 통합될 수 있다. 유리하게는, 시스템 (100)은 공급 제조 시스템 (200)에 의해 필요한 원유의 양을 최소화하면서 전환 시스템 (400)에 의한 유용한 탄화수소 화학 물질의 생산을 최대화할 수 있다. 또한, 시스템 (100)은 예를 들어, 경질 탄화수소, 메탄 및/또는 수소 뿐만 아니라 유틸리티 시스템의 공유를 포함하는, 공급 제조 시스템 (200)과 전환 시스템 (400) 사이의 중요한 시너지를 생성할 수 있다.

2. 공급 제조 시스템에서의 화학적 공급 원료의 제조

상기 섹션 1에서 언급된 바와 같이, 시스템 (100)은 원유 공급 원료를 화학적 공급 원료로 전환하는, 공급 제조 시스템 (200)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원유 공급 원료는 도관 (202)을 따라 수용된다. 원유 공급 원료는 예를 들어 아랍 초경량 원유(Arab Extra Light crude oil), 아랍 경질 원유(Arab Light crude oil) 또는 다른 적합한 원유를 포함할 수 있다.

도관 (202)의 원유 공급 원료는 원유 증류 유닛 (CDU) (210)으로 보내진다. 도 1의 CDU (210)는 원유 공급 원료를 예시적으로 적어도 다음의 분획으로 분리한다: 도관 (212)을 따라 가스 분획 (예, C4 및 더 경량(lighter)); 도관 (214)을 따라 나프타 분획; 도관 (216)을 따라 중간-중량의 탄화수소 (예, C10-350℃ 비등 범위 탄화수소)를 포함하는 중간 증류물 분획; 및 도관 (218)을 따라 중질 증류물 또는 잔류물 분획 (예, 연료유)을 포함한다.

CDU (210)의 도관 (212)으로부터의 가스 분획은 임의의 메르캅탄 황 추출 유닛 (미도시) 및 C3/C4 스플리터(splitter) 또는 "탈프로판탑(depropanizer)"을 포함할 수 있는 가스 농축 유닛 (220)으로 보내질 수 있다. 예시적인 메르캅탄 황 추출 유닛은 일리노이주, 데스 플레인즈 소재의 UOP LLC, A Honeywell Company에서 입수할 수 있는 Merox™ 유닛이고, 예시적인 가스 농축 유닛 (220)는 UOP의 Gas Concentration 유닛이다. 가스 농축 유닛 (220)으로부터, C3 및 보다 경질인 성분은 도관 (222)을 따라 다운스트림로 계속되며, C4는 도관 (224)을 따라 이성질체화 유닛 (230)으로 보내진다. 이성질체화 유닛 (230)은 이하에서 추가로 기재된다.

이성질체화 유닛 (230)은 수소 및 고정층 촉매 (예, 염화 알루미나 촉매)의 존재하에 분지형 부탄 (이소(iso)-C4) 및 노르말 부탄 (n-C4)의 평형량을 생성한다. 예시적인 이성질체화 유닛 (230)은 UOP의 Butamer™ 유닛이다. 통상적인 정제소에서, n-C4는 일반적으로 이성질체화 유닛에 공급되고, 이성질체화 유닛은 n-C4를 이소(iso)-C4로 전환시킴으로써 평형을 이룬다. 대조적으로, 본 시스템 (100)에서, 이소-C4는 도관 (224)을 따라 이성질체화 유닛 (230)에 공급되고, 이성질체화 유닛 (230)은 도관 (232)을 따라 이소-C4를 n-C4로 전환시킴으로써 평형을 이룬다. 이성질체화 유닛 (230)에 의한 n-C4의 생성은 도관 (232)의 임의의 잔류 이소-C4를 제거하고 이성질체화 유닛 (230)으로 재순환시킴으로써 향상될 수 있다. 이 재순환 공정은 도관 (232) 내의 이소-C4가 실질적으로 또는 완전히 소멸될 때까지 반복될 수 있다.

CDU (210)의 도관 (214)으로부터의 나프타 분획은 나프타 하이드로처리 (NHT) 유닛 (240)로 보내진다. 예시적인 NHT 유닛 (240)은 UOP의 Naphtha Hydrotreating 유닛이다. NHT 유닛 (240)에서, 나프타 분획은 수소와 결합되어 상승된 온도에서 고정층 촉매 (예, 베이스 금속 촉매(base metal catalyst))를 통과하여 탄소-탄소 이중 결합을 포화시키고 헤테로 원자 (예, 황 및 질소)를 제거한다. NHT (240)로부터의 하이드로처리된 경질 증류물은 도관 (242)을 따라 다운스트림로 계속된다.

CDU (210)의 도관 (216)으로부터의 중간 증류물 분획은 중간 증류물 하이드로처리 (MDHT) 유닛 (250)으로 보내진다. 예시적인 MDHT 유닛 (250)은 UOP의 Distillate Unionfining™ 유닛이다. MDHT 유닛 (250)에서, 중간 증류물 분획은 수소와 결합되고 상승된 온도 및 상승된 압력에서 고정층 촉매를 통과하여 탄소-탄소 이중 결합뿐만 아니라 방향족 화합물을 포화시키고, 헤테로 원자 (예, 황 및 질소)를 제거한다. 수소 함량을 최대화하고 MDHT 유닛 (250)으로부터 하이드로처리된 중간 증류물의 방향족 함량을 최소화하기 위해, MDHT 유닛 (250)의 상승된 압력은 약 90 bars 이상일 수 있다. 예를 들어, MDHT 유닛 (250)의 상승된 압력은 약 90 bar, 100 bar 또는 110 bar 같이 낮을 수 있으며, 약 120 bar, 130 bar, 140 bar 이상과 같이 높을 수 있거나, 또는 상기한 값의 임의의 쌍에 의한 제한되지 않는 임의의 범위 내일 수 있다. 또한, MDHT 유닛 (250)에 사용되는 촉매는 네덜란드의 Albemarle Corp.에서 입수할 수 있는 초-고활성 Ni/Mo 촉매, 예컨대 KF 860 촉매일 수 있다. MDHT (250)로부터의 하이드로처리된 중간 증류물은 도관 (252)을 따라 다운스트림로 계속된다. 도관 (252)의 이들 하이드로처리된 중간 증류물은 예를 들어, 약 15 wt%, 14 wt%, 13 wt% 이하의 수소 함량을 가질 수 있다.

CDU (210)의 도관 (218)으로부터의 중량 증류물 또는 잔류물 분획은 잔류물 하이드로처리 유닛 (260)으로 보내진다. 예시적인 잔류물 하이드로처리 유닛 (260)은 UOP의 RCD Unionfining^TM 유닛이다. 잔류물 하이드로처리 유닛 (260)에서, 중질 증류물 분획은 수소와 결합되어 일련의 다른 고정층 촉매를 통과하여 탄소-탄소 이중 결합을 포화시키고 오염물 (예, 금속 및 황)을 제거한다. 잔류물 하이드로처리 유닛 (260)으로부터의 하이드로처리된 중질 증류물은 도관 (262)을 따라 다운스트림으로 계속된다.

도관 (262)에서 하이드로처리된 중질 증류물은 크래킹 유닛 (270), 구체적으로 유체 촉매 크래킹(fluid catalytic cracking) (FCC) 유닛으로 보내진다. 예시적인 크래킹 유닛 (270)은 UOP의 PetroFCC™ 유닛이다. 크래킹 유닛 (270)에서, 하이드로처리된 중질 증류물은 고온의 유동화 촉매(fluidized catalyst) (예, 제올라이트 촉매)와 접촉하여 기화되고 보다 경질인 성분으로 분해된다. 도 1의 크래킹 유닛 (270)은 예시적으로 반응된 중질 증류물 분획을 적어도 다음의 분획으로 전환시킨다: 도관 (272)을 따라 불포화 가스 분획; 도관 (274)을 따라 올레핀 및 방향족 화합물이 풍부한 경질 탄화수소 분획; 도관 (276)을 따라 다중-고리 방향족 화합물이 풍부한 경질 사이클 오일(light cycle oil) (LCO) 분획; 및 도관 (278)을 따라 중질(heavy) 폐기물 분획 (예, 정화 슬러리 오일 (clarified slurry oil, CSO))을 포함한다.

크래킹 유닛 (270)의 도관 (272)으로부터의 불포화 가스 분획은 가스 농축 유닛 (미도시) 및 임의의 메르캅탄 황 추출 유닛 (미도시), 그 후, C3/C4 스플리터 또는 "탈프로판탑(depropanizer)"(280)으로 보내질 수 있다. 예시적인 메르캅탄 황 추출 유닛은 UOP의 Merox™ 유닛이며, 예시적인 가스 농축 유닛은 UOP의 Gas Concentration 유닛이다. C3/C4 스플리터 (280)로부터, 불포화 C3 및 더 경량인 성분은 도관 (282)를 따라 다운스트림으로 계속되며, 불포화 C4 성분 (예, C4 올레핀의 혼합물)은 도관 (284)을 따라 부텐 처리 유닛 (290)으로 보내어져 부텐-1을 생성한다. 부텐 처리 유닛 (290)은 이하에 추가적으로 기재된다.

부텐 처리 유닛 (290)은 하나 이상의 선택적 수소화 유닛, 촉매 반응 유닛 및/또는 분리 유닛을 포함할 수 있다. 예시적인 부텐 처리 유닛 (290)은 UOP의 Huels Selective Hydrogenation 유닛 및 UOP의 Ethermax™ 유닛을 포함하며, Huels Selective Hydrogenation 유닛은 온화한 온도(mild temperatures) 및 온화한 압력에서 부타디엔 및 아세틸렌을 수소에 노출시켜서 다운스트림 유닛 공급물로부터 이들을 제거하고, UOP의 Ethermax™ 유닛은 Huels Selective Hydrogenation 유닛으로부터의 생성물을 추가적으로 처리하고 이소-부텐을 메틸 tert-부틸 에테르 (MTBE)로 촉매 전환시킨다. 도 1의 부텐 처리 유닛 (290)은 예시적으로, C4를 다음 분획 중 적어도 하나로 분리한다: 도관 (292)을 따라 이소 부탄 (이소-C4) 풍부 분획, 도관 (294)을 따라 MTBE 분획, 도관 (296)을 따라 부텐-1 분획 및 도관 (298)을 따라 C4 부산물 분획 (예, 부텐-2, n-C4). 도관 (292)에 존재하는 임의의 이소부텐은 수소와 반응하여 탄소-탄소 이중 결합을 포화시키고, 올레핀 내용물을 제거하고, 이소-C4를 생성하고, 그 후, 올레핀-없는 이소-C4가 n-C4로의 전환을 위해 상기한 이성질체화 유닛 (230)으로 보내질 수 있다.

올레핀 및 방향족 화합물이 풍부한 크래킹 유닛 (270)의 도관 (274)으로부터의 경질 탄화수소 분획은 경질 증류물 또는 나프타 하이드로처리 (NHT) 유닛 (300)으로 보내지며, 이는 올레핀에서 탄소-탄소 이중 결합을 포화시키고 헤테로 원자를 제거함으로써 CDU (210)와 연관된 상기한 NHT 유닛 (240)과 유사할 수 있다. NHT (300)로부터의 하이드로처리된 경질 분획은 도관 (302)을 따라 다운스트림로 계속된다.

다중-고리 방향족 화합물이 풍부한, 크래킹 유닛 (270)의 도관 (276)으로부터의 LCO 분획은 하이드로크래킹 유닛(hydrocracking unit) (310)으로 보내진다. 예시적인 하이드로크래킹 유닛 (310)은 UOP의 Unicracking™ Process 유닛이다. 하이드로크래킹 유닛 (310)에서, LCO 분획중의 다중-고리 방향족 화합물은 두 가지 주된 분획, 예시적으로 경질 탄화수소 분획 (예, 포화 C4 탄화수소) 및 단일-고리 방향족 분획 (예, 방향족-풍부 나프타 (C5-C10) 탄화수소)로 분해된다. 경질 탄화수소 분획 (예, 포화 C4 탄화수소)은 도관 (312)을 따라 가스 농축 유닛 (220)으로 보내지며, 단일-고리 방향족 분획 (예, 방향족-풍부 나프타)은 도관 (302)에서 NHT (300)로부터의 하이드로처리된 경질 분획과 결합된다.

도관 (302)에서 결합된 분획은 C6_-/C7+ 스플리터를 포함할 수 있는, 분리 유닛 (320)으로 보내진다. 분리 유닛 (320)으로부터, C6 파라핀 및 보다 경질인 성분 (예, C5/C6 성분)은 도관 (322)을 따라 이성질체화 유닛 (330)으로 보내지고, C6 나프텐 및 더 중질인 성분 (예, C7+ 방향족 성분)은 도관 (324)을 따라 방향족 포화 유닛 (340)으로 보내진다. 이성질체화 유닛 (330) 및 방향족 포화 유닛 (340)은 이하에 추가로 기재된다.

이성질체화 유닛 (330)은 수소 및 고정층 촉매 (예, 염화 알루미나 촉매)의 존재하에 분지형 C5/C6 및 노르말 C5/C6 (n-C5/C6)의 평형량을 생성한다. 예시적인 이성질체화 유닛 (330)은 UOP의 Penex 유닛이다. 통상의 정제소에서, n-C5/C6은 일반적으로 이성질체화 유닛에 공급되고, 이성질체화 유닛은 n-C5/C6을 분지형 C5/C6으로 전환시킴으로써 평형을 이룬다. 대조적으로, 본 시스템 (100)에서, 분지형 C5/C6은 도관 (322)을 따라 이성질체화 유닛 (330)에 공급되고, 이성질체화 유닛 (330)은 도관 (332)을 따라 분지형 C5/C6을 n-C5/C6으로 전환시킴으로써 평형을 이룬다. 이성질체화 유닛 (330)에 의한 n-C5/C6의 생성은 도관 (332) 내의 임의의 잔류 분지형 C5/C6을 제거하여 이성질체화 유닛 (330)으로 재순환시킴으로써 향상될 수 있다. 이 재순환 공정은 도관 (332) 내의 분지형 C5/C6이 실질적으로 또는 완전히 소멸될 때까지 반복될 수 있다.

방향족 포화 유닛 (340)은 온화한 온도에서 도관 (324)으로부터의 C6 나프 텐 및 보다 경질인 성분 (예, C7+ 방향족 성분)을 수소 및 고활성 촉매 (예, 귀금속 촉매)에 노출시켜서 탄소-탄소 이중 결합을 포화시키고 나프텐-풍부 C7 성분을 생성한다. 예시적인 방향족 포화 유닛 (340)은 UOP의 Unisar™ 유닛이다. 방향족 포화 유닛 (340)으로부터의 나프텐-풍부 C7 성분은 도관 (342)을 따라 다운스트림로 계속된다. 도관 (342) 내의 나프탈렌-풍부 C7 성분은 전환 시스템 (400)에 공급되는 물질의 약 1.0 wt%, 2.0 wt%, 또는 3.0 wt% 미만을 구성할 수 있다.

3. 전환 시스템에서 유용한 화학 물질로의 전환

상기 섹션 1에서 언급된 바와 같이, 예시적인 시스템 (100)은 또한 공급 제조 시스템 (200)으로부터의 화학적 공급 원료를 유용한 탄화수소 화학 물질로 전환시키는 전환 시스템 (400)을 포함한다. 공급 제조 시스템 (200)으로부터의 화학적 공급 원료는 일반적으로 경질, 포화 탄화수소 생성물을 포함한다. 도 1의 도시된 구현예에서, 공급 제조 시스템 (200)으로부터의 화학적 공급 원료는 다음의 성분을 포함한다: 도관 (222)을 따라 가스 농축 유닛 (220)으로부터의 C3 및 보다 경질인 성분; 도관 (232)을 따라 이성질체화 유닛 (230)으로부터의 n-C4; 도관 (242)을 따라 NHT (240)로부터의 하이드로처리된 경질 증류물; 도관 (252)을 따라 MDHT (250)로부터의 하이드로처리된 중간 증류물; 도관 (282)을 따라 C3/C4 스플리터 (280)로부터의 불포화 C3; 도관 (298)을 따라 부텐 처리 유닛 (290)으로부터의 C4 부산물; 도관 (332)을 따라 이성질체화 유닛 (330)으로부터의 n-C5/C6; 및 도관 (342)을 따라 방향족 포화 유닛 (340)으로부터의 나프텐-풍부 C7 성분.

상기 전환 시스템 (400)은 예시적으로 스팀 크래커 유닛 (410)을 포함한다. 스팀 크래커 유닛 (410)에서, 공급 제조 시스템 (200)으로부터의 화학적 공급 원료는 스팀으로 희석되고 산소없이 퍼니스(furnace)에서 가열되어, 불포화 탄화수소, 예컨대 도관 (412)을 따라 에틸렌, 도관 (414)을 따라 프로필렌, 및 도관 (416)을 따라 부타디엔을 생성할 수 있다. 스팀 크래커 유닛 (410)은 도관 (418)을 따라 열분해 오일(pyrolysis oil)(파이오일(pyoil))을 또한 생성할 수 있다. 스팀 크래커 유닛 (410)에 의해 생성되는 생성물은 공급 제조 시스템 (200)으로부터의 화학적 공급 원료의 조성, 탄화수소-대-스팀 비율, 퍼니스 온도, 및 퍼니스 체류 시간에 의존한다. 예를 들어, 공급 제조 시스템 (200)으로부터의 화학적 공급 원료 중의 메탄 (C1), 분지형 경질 탄화수소, 350+℃ 비등 범위 탄화수소, 중질 방향족 화합물 (예, C7+ 방향족) 및 이의 전구체의 존재를 최소화하는 것은 도관 (418)을 따라 스팀 크래커 유닛 (410)에서의 메탄 및 파이오일의 생성을 최소화할 수 있다.

스팀 크래커 유닛 (410)은 또한 부텐 라피네이트를 생성할 수 있으며, 이는 도관 (422)을 따라 상기 부텐 처리 유닛 (290)으로 되돌아 갈 수 있다.

스팀 크래커 유닛 (410)은 열분해 가솔린 (파이가스(pygas))을 추가로 생성할 수 있으며, 이는 도관 (424)을 따라 파이가스 하이드로처리 유닛 (430)으로 보내질 수 있다. 예시적인 파이가스 하이드로처리 유닛 (430)는 UOP의 Pygas Hydrotreating Process 유닛이다. 파이가스 하이드로처리 유닛 (430)에서, 파이가스는 수소와 결합되어 상승된 온도에서 고정층 촉매를 통과하여 탄소-탄소 이중 결합을 포화시키고 헤테로 원자 (예, 황)를 제거할 수 있다. 파이 가스 하이드로처리 유닛 (430)으로부터의 하이드로처리 파이가스는 도관 (432)을 따라 다운스트림로 계속될 수 있다.

도관 (432)에서 하이드로처리된 파이가스는 방향족 추출 유닛 (440)으로 보내질 수 있다. 예시적인 방향족 추출 유닛 (440)은 UOP의 Sulfolane™ 유닛이다. 방향족 추출 유닛 (440)은 하이드로처리된 파이가스를 추출 증류하여 벤젠, 톨루엔 및 C8+ 방향족 화합물을 추출할 수 있다. 방향족 추출물은 도관 (442)을 따라 벤젠, 도관 (444)을 따라 톨루엔 및 도관 (446)을 따라 C8+ 방향족 화합물로 추가로 분리된다. 방향족 추출 유닛 (440)으로부터의 라피네이트는 도관 (448)을 따라 스팀 크래커 유닛 (410)으로 되돌아 갈 수 있다.

도관 (444)의 톨루엔 및 도관 (446)의 C8+ 방향족 화합물은 도 1에 도시된 바와 같이, 탈알킬화 유닛(dealkylation unit) (450)으로 보내질 수 있다. 예시적인 탈알킬화 유닛 (450)은 UOP의 Thermal Dealkylation (THDA) 유닛이다. 탈알킬화 유닛 (450)에서, 라디칼은 톨루엔 및 C8+ 방향족 화합물로부터 스트리핑(strip)되어 벤젠을 생성할 수 있으며, 벤젠은 도관 (442)에서 추출된 벤젠과 결합될 수 있다. 대안적으로, 도관 (444)의 톨루엔 및 도관 (446)의 C8+ 방향족 화합물은 방향족 추출 유닛 (440)으로부터 직접적으로 배출되어 탈알킬화 유닛 (450)으로 보내지 않고 판매될 수 있다.

4. 시스템 질량 밸런스

예시적인 시스템 (100)에 대한 예시적인 질량 밸런스가 하기 표 1에 제시된다. 아래에 나타낸 바와 같이, 원유 공급 원료의 약 60%가 에틸렌, 프로필렌 및 부타디엔을 포함하는 경질 올레핀으로 전환될 수 있다.

본 발명은 예시적인 디자인을 갖는 것으로 기재되었지만, 본 발명은 본 개시사항의 사상 및 범위 내에서 추가로 변형될 수 있다. 따라서, 본 출원은 이의 일반적인 원칙을 사용한 본 발명의 임의의 변형, 사용 또는 개작을 포함하는 것으로 의도된다. 나아가, 본 출원은 본 발명이 관련되고 첨부된 청구범위의 제한 내에 속하는 기술 분야의 공지된 또는 통상적인 관행에 있는 본 개시사항으로부터의 시도를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

원유 공급 원료를 스팀 크래커 유닛용 화학적 공급 원료로 전환하기 위한 시스템으로서,
상기 시스템은,
원유 공급 원료를 적어도 다음으로 분리하는 증류 유닛:
탄화수소 가스 분획;
나프타 분획;
중간 증류물 분획; 및
잔류물 분획;
상기 증류 유닛으로부터 상기 탄화수소 가스 분획을 수용하는 제 1 인풋 및 제 1 아웃풋을 가지며, 제 1 인풋의 분지형 부탄을 제 1 아웃풋의 노르말 부탄으로 전환시켜 평형을 이루는, 제 1 이성질체화 유닛;
상기 증류 유닛으로부터 상기 나프타 분획을 수용하고, 상기 나프타 분획을 포화시키는 나프타 하이드로처리 유닛;
상기 증류 유닛으로부터 상기 중간 증류물 분획을 수용하고, 상기 중간 증류물 분획을 포화시키는 중간 증류물 하이드로처리 유닛;
상기 증류 유닛으로부터 상기 잔류물 분획을 수용하고, 상기 잔류물 분획을 포화시키는 잔류물 하이드로처리 유닛;
잔류물 하이드로처리 유닛으로부터 포화 잔류물 분획을 수용하고, 상기 포화 잔류물 분획을 적어도 다음으로 전환시키는 크래킹 유닛:
불포화 가스 분획;
올레핀 및 방향족 화합물이 풍부한 경질 탄화수소 분획;
다중-고리 방향족 화합물이 풍부한 경질 사이클 오일 분획; 및
중질 폐기물 분획;
상기 크래킹 유닛으로부터 상기 불포화 가스 분획을 수용하고, 적어도 이소-부탄 풍부 분획을 생성하는 부텐 처리 유닛;
상기 크래킹 유닛으로부터 상기 경질 탄화수소 분획을 수용하는 제 2 인풋 및 제 2 아웃풋을 가지며, 상기 제 2 인풋의 분지형 펜탄 및 분지형 헥산을 상기 제 2 아웃풋의 노르말 펜탄 및 노르말 헥산으로 전환시켜서 평형을 이루는 제 2 이성질체화 유닛; 및
상기 크래킹 유닛으로부터 상기 경질 사이클 오일 분획을 수용하고, 상기 경질 사이클 오일 분획을 포화시키고 나프텐-풍부 분획을 생성하는 방향족 포화 유닛을 포함하며;
상기 스팀 크래커 유닛에 대한 상기 화학적 공급 원료는 적어도:
상기 제 1 이성질체화 유닛으로부터의 상기 제 1 아웃풋;
상기 나프타 하이드로처리 유닛으로부터의 상기 포화 나프타 분획;
상기 중간 증류물 하이드로처리 유닛으로부터의 상기 포화 중간 증류물 분획;
상기 제 2 이성질체화 유닛으로부터의 상기 제 2 아웃풋; 및
상기 방향족 포화 유닛으로부터의 상기 나프텐-풍부 분획을 포함하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 이성질체화 유닛은 염화 알루미나 촉매를 사용하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 부텐 처리 유닛은 상기 이소-부탄 풍부 분획을 상기 제 1 이성질체화 유닛으로 보내는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 방향족 포화 유닛으로부터의 상기 나프텐-풍부 분획은 상기 스팀 크래커 유닛으로의 상기 화학적 공급 원료의 약 3.0 wt% 미만을 포함하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 중간 증류물 하이드로처리 유닛은 약 90 bar 이상의 압력에서 작동하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 중간 증류물 하이드로처리 유닛으로부터의 상기 포화 중간 증류물 분획은 적어도 약 14 wt%의 수소 함량을 갖는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 중간 증류물 하이드로처리 유닛은 Ni-Mo 촉매를 사용하는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 증류 유닛의 제 1 스플리터 다운스트림 및 상기 제 1 이성질체화 유닛의 업스트림을 추가로 포함하며, 상기 제 1 스플리터는 상기 증류 유닛으로부터의 상기 탄화수소 가스 분획을 적어도:
포화 C3 및 보다 경질인 성분을 포함하는 제 1 분획; 및
상기 제 1 이성질체화 유닛으로 보내지는 상기 분지형 부탄을 포함하는 제 2 분획으로 분리하고;
상기 제 1 분획은, 상기 스팀 크래커 유닛으로의 상기 화학적 공급 원료가 상기 제 1 분획을 추가로 포함하도록, 상기 제 1 스플리터로부터 상기 스팀 크래커 유닛으로 보내지는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 크래킹 유닛의 제 2 스플리터 다운스트림 및 상기 부텐 처리 유닛의 업스트림을 추가로 포함하고, 상기 제 2 스플리터는 상기 크래킹 유닛으로부터의 상기 불포화 가스 분획을 적어도:
불포화 C3 및 보다 경질인 성분을 포함하는 제 1 분획; 및
불포화 C4 성분을 포함하는 제 2 분획으로 분리하고;
상기 제 1 분획은 상기 스팀 크래커 유닛으로의 상기 화학적 공급 원료가 상기 제 1 분획을 추가로 포함하도록, 상기 제 2 스플리터로부터 상기 스팀 크래커 유닛으로 보내지며,
상기 제 2 분획은 상기 제 2 스플리터로부터 상기 부텐 처리 유닛으로 보내지는, 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 크래킹 유닛의 제 3 스플리터 다운스트림을 추가로 포함하고, 상기 제 3 스플리터는 상기 크래킹 유닛으로부터의 상기 경질 탄화수소 분획 및 상기 경질 사이클 오일 분획 모두를 수용하는, 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 제 3 스플리터는 상기 제 2 이성질체화 유닛 및 상기 방향족 포화 유닛 모두의 업스트림인, 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 크래킹 유닛의 하이드로처리 유닛 다운스트림 및 상기 제 3 스플리터의 업스트림을 추가로 포함하며, 상기 하이드로처리 유닛은, 상기 제 3 스플리터 및 상기 제 2 이성질체화 유닛에 도달하기 전에 상기 경질 탄화수소 분획의 상기 올레핀 화합물을 포화시키는, 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 크래킹 유닛의 하이드로크래킹 유닛 다운스트림 및 상기 제 3 스플리터의 업스트림을 추가로 포함하며, 상기 하이드로크래킹 유닛은, 상기 제 3 스플리터 및 상기 방향족 포화 유닛에 도달하기 전에 상기 경질 사이클 오일 분획의 상기 다중-고리 방향족 화합물을 분해하는, 시스템.
원유 공급 원료를 스팀 크래커 유닛용 화학적 공급 원료로 전환하기 위한 방법으로서,
상기 방법은,
원유 공급 원료를 적어도 다음으로 분리하는 단계:
탄화수소 가스 분획;
나프타 분획;
중간 증류물 분획; 및
잔류물 분획;
상기 제 1 이성질체화 유닛에서 평형을 이룸으로써, 상기 제 1 이성질체화 유닛에서 상기 탄화수소 가스 분획 중의 분지형 부탄을 노르말 부탄으로 전환시키는 단계;
나프타 하이드로처리 유닛에서 상기 나프타 분획을 포화시키는 단계;
중간 증류물 하이드로처리 유닛에서 상기 중간 증류물 분획을 포화시키는 단계;
잔류물 하이드로처리 유닛에서 상기 잔류물 분획을 포화시키는 단계;
크래킹 유닛에서 포화 잔류물 분획을 적어도 다음으로 전환시키는 단계:
불포화 가스 분획;
올레핀 및 방향족 화합물이 풍부한 경질 탄화수소 분획;
다중-고리 방향족 화합물이 풍부한 경질 사이클 오일 분획; 및
중질 폐기물 분획;
부텐 처리 유닛에서 상기 불포화 가스 분획을 적어도 이소-부탄 풍부 분획으로 전환시키는 단계;
제 2 이성질체화 유닛에서 평형을 이룸으로써 상기 경질 탄화수소 분획의 분지형 펜탄 및 분지형 헥산을 노르말 펜탄 및 노르말 헥산으로 전환시키는 단계;
방향족 포화 유닛에서 경질 사이클 오일 분획을 포화시켜서 나프텐-풍부 분획을 생성하는 단계; 및
상기 화학적 공급 원료를 상기 스팀 크래커 유닛으로 보내는 단계를 포함하며,
상기 화학적 공급 원료는 적어도:
상기 제 1 이성질체화 유닛으로부터의 상기 노르말 부탄;
상기 나프타 하이드로처리 유닛으로부터의 상기 포화 나프타 분획;
상기 중간 증류물 하이드로처리 유닛으로부터의 상기 포화 중간 증류물 분획;
상기 제 2 이성질체화 유닛으로부터의 상기 노르말 펜탄 및 상기 노르말 헥산; 및
상기 방향족 포화 유닛으로부터의 상기 나프텐-풍부 분획을 포함하는, 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 스팀 크래커 유닛에서 적어도 하나의 유용한 화학 물질을 생산하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 적어도 하나의 유용한 화학 물질은 에틸렌, 프로필렌 및 부타디엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 부텐 처리 유닛으로부터의 상기 이소-부탄 풍부 분획을 상기 제 1 이성질체화 유닛으로 보내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 이성질체화 유닛 전에 이소-부텐을 이소-부탄으로 포화시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 중간 증류물 하이드로처리 유닛에서 상기 중간 증류물 분획을 포화시키는 단계는 약 90 bar 이상의 압력에서 일어나는, 방법.