KR20190103306A

KR20190103306A - 방향족 및 올레핀계 석유화학물질로의 원유의 전환

Info

Publication number: KR20190103306A
Application number: KR1020197022871A
Authority: KR
Inventors: 라에드 아부다우드; 타머 무함마드
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2017-01-04
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-09-04
Also published as: US10851316B2; EP3565877B1; WO2018128835A1; SG11201906142QA; US11261388B2; JP2020514473A; SA519401993B1; EP3565877A1; CN110300794B; US20210040402A1; US20180187107A1; CN110300794A

Abstract

시스템은 원유로부터 불순물을 제거하도록 구성된 수소화처리 영역; 상기 수소화처리 영역으로부터의 액체 산출물을 경질 유분 및 중질 유분으로 분리하도록 구성된 제1 분리 유닛; 상기 경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하도록 구성된 방향족 추출 서브시스템; 및 상기 중질 유분을 복수의 생성물로 분해하도록 구성된 유동 접촉 분해 유닛을 포함한다.

Description

방향족 및 올레핀계 석유화학물질로의 원유의 전환

우선권 주장

본 출원은 2017년 1월 4일에 출원된 미국 특허 출원 제62/442,051호 및 2017 년 12월 18일에 출원된 미국 특허 출원 제15/845,826호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 출원들의 전체 내용은 참조에 의해 본원에 통합된다.

올레핀류(예컨대 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 및 부탄) 및 방향족 화합물(예컨대 벤젠, 톨루엔 및 자일렌)은 석유화학 및 화학 산업에서 널리 사용되는 기본 중간체이다. 열분해 또는 증기 열분해가 때때로 석유 가스 및 유출유(distillate), 예컨대 나프타, 등유 및 가스유 등의 공급원료로부터 올레핀류 및 방향족 화합물을 형성하는 데 사용된다.

한 측면에서, 시스템은 원유로부터 불순물을 제거하도록 구성된 수소화처리 영역; 상기 수소화처리 영역으로부터의 액체 산출물을 경질 유분 및 중질 유분으로 분리하도록 구성된 제1 분리 유닛; 상기 경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하도록 구성된 방향족 추출 서브시스템; 및 상기 중질 유분을 복수의 생성물로 분해하도록 구성된 유동 접촉 분해 유닛을 포함한다.

실시양태들은 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

방향족 추출 서브시스템은 용매 추출 및 추출 증류 중 하나 이상에 의해 경질 유분의 방향족 석유화학물질을 경질 유분의 다른 성분들로부터 분리하도록 구성된 방향족 추출 유닛을 포함한다.

상기 방향족 추출 서브시스템은 경질 유분을 개질유로 전환시키도록 구성된 개질기를 포함하고, 상기 방향족 추출 유닛은 개질유를 수용하도록 구성된다.

상기 개질유는 경질 유분과 비교하여 방향족 석유화학물질이 풍부하다.

상기 방향족 추출 서브시스템은 개질기로부터의 산출물을 개질유 및 부생 유분으로 분리하도록 구성된 제2 분리 유닛을 포함한다.

상기 시스템은 부생 유분을 수소 및 경질 가스로 분리하도록 구성된 가스 분리 유닛을 포함한다.

수소는 수소화처리 영역에 공급된다.

경질 가스는 열분해 구역에 공급된다.

상기 개질기는 수소화분해, 이성체화, 탈수소고리화 및 탈수소화 중 하나 이상에 의해 경질 유분을 개질유로 전환시키도록 구성된다.

상기 개질기는 방향족 석유화학물질의 생산을 촉진하도록 구성된 촉매를 포함한다.

경질 유분의 다른 성분들은 수소화처리 영역으로 반송된다.

상기 방향족 추출 유닛은, 제2 분리 유닛으로부터 경질 유분을 수용하고 상기 경질 유분과 비교하여 방향족 화합물이 풍부한 산출 스트림을 생성하도록 구성된다.

상기 방향족 추출 서브시스템은 산출 스트림을 개질유로 전환시키도록 구성된 개질기를 포함하고, 상기 방향족 추출 유닛은 개질유를 수용하도록 구성된다.

상기 시스템은 원유의 공급 스트림을 경질 원유 유분 및 중질 원유 유분으로 분리하도록 구성된 제3 분리 영역을 포함하고, 상기 수소화처리 영역은 중질 원유 유분으로부터 불순물을 제거하도록 구성된다.

상기 시스템은 상기 수소화처리 영역으로부터의 유출물을, 상기 수소화처리 영역으로부터의 가스 산출물 및 상기 수소화처리 영역으로부터의 액체 산출물로 분리하도록 구성된 제4 분리 영역을 포함한다.

상기 시스템은 중질 유분을 제1 유분 및 제2 유분으로 분리하도록 구성된 제5 분리 유닛을 포함하고, 여기서 유동 접촉 분해 유닛은 제1 유분 및 제2 유분을 복수의 생성물로 분해하도록 구성된다.

상기 시스템은 수소화처리 영역으로부터의 가스 산출물을 수소 및 경질 가스로 분리하도록 구성된 가스 분리 유닛을 포함한다.

수소는 수소화처리 영역에 공급된다.

제1 분리 영역은 플래시 분리 장치를 포함한다

제1 분리 영역은 액체로부터 증기를 물리적 또는 기계적으로 분리하는 분리 장치를 포함한다.

상기 수소화처리 영역은 (i) 수소화탈금속 촉매 및 (ii) 수소화탈방향족, 수소화탈질소, 수소화탈황 및 수소화분해 기능 중 하나 이상을 갖는 촉매 중 하나 이상을 포함한다.

상기 시스템은 분해된 중질 유분을 복수의 스트림으로 분리하도록 구성된 정제 유닛을 포함하며, 각각의 스트림은 복수의 생성물 중 하나에 해당한다.

상기 스트림 중 하나는 올레핀계 생성물에 해당하고, 상기 스트림 중 하나는 경질 접촉 분해 가솔린에 해당한다.

한 측면에서, 방법은 수소화처리 공정에 의해 원유로부터 불순물을 제거하는 단계; 상기 수소화처리 공정으로부터의 액체 산출물을 경질 유분 및 중질 유분으로 분리하는 단계; 경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하는 단계; 유동 접촉 분해 공정에 의해 중질 유분을 복수의 생성물로 분해하는 단계를 포함한다.

실시양태들은 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하는 단계는 용매 추출 및 추출 증류 중 하나 이상에 의해 경질 유분의 방향족 석유화학물질을 경질 유분의 다른 성분들로부터 분리하는 것을 포함한다.

경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하는 단계는 개질기에서 경질 유분을 개질유로 전환시키는 것을 포함한다.

개질유는 경질 유분과 비교하여 방향족 석유화학물질이 풍부하다.

상기 방법은 개질기로부터의 산출물을 개질유 및 부생 유분으로 분리하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 상기 부생 유분을 수소 및 경질 가스로 분리하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 상기 수소를 상기 수소화처리 영역에 공급하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 상기 경질 가스를 열분해 구역에 공급하는 단계를 포함한다.

경질 유분을 개질유로 전환시키는 것은 수소화분해, 이성체화, 탈수소고리화 및 탈수소화 중 하나 이상을 수행하는 것을 포함한다.

상기 방법은 경질 유분의 다른 성분들을 수소화처리 공정으로 반송하는 단계를 포함한다.

경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하는 것은 경질 유분과 비교하여 방향족 화합물이 풍부한 산출 스트림을 생성하는 것을 포함한다.

상기 방법은 원유의 공급 스트림을 경질 원유 유분 및 중질 원유 유분으로 분리하는 단계를 포함하고, 여기서 원유로부터 불순물을 제거하는 단계는 중질 원유 유분으로부터 불순물을 제거하는 것을 포함한다.

상기 방법은 수소화처리 공정으로부터의 유출물을 가스 및 액체로 분리하는 것을 포함한다.

상기 방법은 수소화처리 공정으로부터의 가스 산출물을 수소 및 경질 가스로 분리하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 수소를 수소화처리 공정에 공급하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 분해된 중질 유분을 복수의 스트림으로 분리하는 단계를 포함하며, 각각의 스트림은 복수의 생성물 중 하나에 해당한다.

본원에 기술된 시스템 및 방법은 하기 이점들 중 하나 이상을 가질 수 있다. 본원에 기술된 방향족 화합물의 제조를 위한 접근법은 방향족 석유화학물질, 올레핀계 석유화학물질 및 경질 접촉 분해 가솔린 중 하나 이상과 같은 여러 생성물을 생산할 수 있는 범용성이 있는 접근법이다. 석유화학물질로의 원유의 직접 전환 시, 벤젠, 자일렌, 톨루엔 또는 기타 방향족 화합물과 같은 방향족 화합물의 생산이 증가될 수 있다. 원유를 방향족 및 올레핀계 생성물 및 경질 접촉 분해 가솔린으로 직접 전환하게 되면 복잡한 증류 단계를 건너 뛸 수 있다.

도 1은 전환 시스템의 블록 다이아그램이다.
도 2는 흐름도이다.

본 발명자들은 본원에서 에틸렌 및 프로필렌과 같은 올레핀계 석유화학물질; 경질 접촉 분해 가솔린; 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과 같은 방향족 석유화학물질을 포함하는 석유화학물질로 원유를 직접 전환하는 통합형 수소처리 및 유동 접촉 분해 방법을 설명한다. 본원에서 기술하는 원유를 석유화학물질로 전환하는 접근법에서, 원유는 불순물을 제거하기 위해 수소화처리 영역에서 처리된다. 수소화처리 영역으로부터의 산출물의 일부는 방향족 석유화학물질을 추출하기 위해 처리되고, 수소화처리 영역으로부터의 산출물의 다른 부분은 유동 접촉 분해 공정에서 그 부분을 복수의 생성물로 분해하도록 처리된다. 원유의 중질 유분과 경질 유분 모두와 같이 수소화처리 영역으로부터의 산출물의 복수의 분획들로부터 방향족 석유화학물질을 생산하는 능력은 방향족 석유화학물질의 높은 수율을 달성할 수 있게 한다.

용어 원유는 약간의 전처리를 거친 원유를 포함하는 통상적인 공급원으로부터의 전체 원유를 지칭한다. 용어 원유는 물-오일 분리, 가스-오일 분리, 탈염 및 안정화 중 하나 이상을 거친 물질을 지칭할 수 있다.

도 1을 참조하면, 전환 시스템(100)은 원유로부터 올레핀계 및 방향족 석유화학물질 둘 다 및 경질 접촉 분해 가솔린을 포함하는 석유화학물질로의 직접 전환을 수행한다. 원유(102)의 공급 스트림은 전환 시스템(100)의 분리 유닛(104)으로 수용된다. 분리 유닛(104)은 원유(102)를 가스와 같은 경질 유분(106)과 액체와 같은 중질 유분(108)으로 분리한다. 일부 예에서, 경질 유분(106)은 나프타 유분일 수 있다. 일부 예에서, 경질 유분(106)은 약 65℃ 미만의 비점을 가질 수 있다.

일부 예에서, 분리 유닛(104)은 플래시 드럼과 같은 플래시 분리 장치 일 수 있다. 예를 들어, 분리 유닛(104)은 약 150℃ 내지 약 260℃의 컷 포인트(cut point)를 갖는 플래시 분리기와 같은 단일 스테이지 분리 장치일 수 있다. 일부 예에서, 분리 유닛(104)은 플래시 영역 없이 작동할 수 있다. 예를 들어, 분리 유닛(104)은 사이클론 상 분리 장치, 스플리터, 또는 증기 및 액체의 물리적 또는 기계적 분리에 기초한 다른 유형의 분리 장치를 포함할 수 있다. 사이클론 상 분리 장치에서, 증기 및 액체는 사이클론 구조를 통해 장치로 흘러 들어간다. 증기는 원형 패턴으로 와류하면서 더 무거운 소적과 액체가 포획되어 액체 유출구로 채널링되게 하는 힘을 발생시킨다. 증기는 증기 유출구로 채널링된다. 사이클론 분리 장치는 등온적으로 매우 낮은 체류 시간으로 작동한다. 분리 유닛(104)의 컷 포인트는 기화 온도, 분리 유닛(104)으로 들어가는 물질의 유체 속도 또는 둘 다, 또는 다른 요인들에 기초하여 조정될 수 있다. 분리 장치에 대한 더 상세한 설명은 미국 특허 공개 제2011/0247500호에서 확인할 수 있으며, 그 내용은 전체가 참조에 의해 본원에 통합된다.

중질 유분(108)은 황, 금속, 질소 또는 다른 불순물 등의 불순물을 제거하기 위해 수소화처리 영역(112)으로 이송된다. 경질 유분(106)은 전환 시스템(100)으로부터 배출되어 연료로서 사용된다. 전환 시스템(100)의 일부 구성에서, 분리 유닛(104)은 우회되거나 생략되고 원유(102)의 공급 스트림이 수소화처리 영역(112)에 바로 수용된다.

수소화처리 영역(112)은, 다운스트림 처리로부터 반송되는 수소(105) 및 비방향족 가스(152)와 함께, 중질 유분(108)(또는 분리 유닛(104)이 우회되는 경우 원유(102))을 처리한다. 수소화처리 영역(112)은 수소화탈금속, 수소화탈방향족, 수소화탈질소, 수소화탈황 및 수소화분해 중 하나 이상의 공정을 수행할 수 있다. 수소화처리 영역(112)은 유효량의 수소화탈금속 촉매를 함유하는 하나 이상의 베드를 포함할 수 있다. 수소화처리 영역(112)은 수소화탈방향족, 수소화탈질소, 수소화탈황 및 수소화분해 기능 중 하나 이상을 갖는 유효량의 수소화처리 촉매를 함유하는 하나 이상이 베드를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 수소화처리 영역(112)은 2개, 3개, 4개, 5개 또는 다른 수의 촉매 베드와 같은 복수의 촉매 베드를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 수소화처리 영역(112)은 동일한 또는 상이한 기능을 갖는 하나 이상의 촉매 베드를 각각 함유하는 복수의 반응 용기를 포함할 수 있다. 수소화처리 영역의 추가 설명은 미국 특허 공개 제2011/0083996호 및 PCT 특허 출원 공개 번호 W02010/009077, WO2010/009082, WO2010/009089 및 WO2009/073436에서 확인할 수 있으며, 이들 모두의 내용은 그 전체가 참조에 의해 본원에 통합된다.

수소화처리 영역(112)은 약 300℃ 내지 약 450℃, 예컨대 약 300℃, 약 350℃, 약 400℃, 약 450℃의 온도, 또는 다른 온도에서 작동할 수 있다. 수소화처리 영역(112)은 약 30 bar 내지 약 180 bar, 예컨대 약 30 bar, 약 60 bar, 약 90 bar, 약 120 bar, 약 150 bar, 약 180 bar의 압력, 또는 다른 압력에서 작동할 수 있다. 수소화처리 영역(112)은 약 0.1 h^-1 내지 약 10 h^-1, 예컨대 약 0.1 h^-1, 약 0.5 h^-1, 약 1 h^-1, 약 2 h^-1, 약 4 h^-1, 약 6 h^-1, 약 8 h^-1, 약 10 h^-1의 액 공간 속도 또는 다른 액 공간 속도에서 작동할 수 있다. 액 공간 속도는 반응기를 통과하는 반응물 액체의 유량 대 반응기 용적의 비이다.

수소화처리된 유출물(114)은 수소화처리 영역(112)으로부터 배출되어 고압 저온 또는 고온 분리기와 같은 분리 유닛(116)으로 보내진다. 일부 예에서, 유출물(114)은 분리 유닛(116)에 앞서 열 교환기(도시되지 않음)에서 냉각될 수 있다. 분리 유닛(116)은 수소화처리된 유출물(114)을, 일반적으로 가스인 분리기 탑정물(118)과 실질적으로 액체인 분리기 탑저물(120)로 분리한다. 일부 예에서, 분리 유닛(116)은 플래시 드럼과 같은 플래시 분리 장치일 수 있다. 일부 예에서, 분리 유닛(116)은 플래시 영역 없이 작동할 수 있다. 예를 들어, 분리 유닛(116)은 사이클론 상 분리 장치, 스플리터, 또는 증기 및 액체의 물리적 또는 기계적 분리에 기초한 다른 유형의 분리 장치를 포함할 수 있다.

분리기 탑정물(118)은 가스 분리 및 정제 유닛(122)으로 이송된다. 가스 분리 및 정제 유닛(122)은 분리기 탑정물(118)을 정제하는 아민 성분 및 분리기 탑정물(118)을 수소 가스(124)와, C1-C5 탄화수소 가스, 황화수소, 암모니아 또는 기타 경질 가스와 같은 경질 가스(126)로 분리하는 분리 성분을 포함할 수 있다. 수소 가스(124)는 수소화처리 영역(112)으로 재순환될 수 있다. 일부 예(도시되지 않음)에서, 수소 가스(124)는 압축기에서 압축된 후 수소화처리 영역(112)으로 반송될 수 있다. 경질 가스(126)는 수소화처리 영역(112)으로 재순환되거나 연료 가스 또는 액화 석유 가스(LPG)로서 사용하기 위해 전환 시스템(110)으로부터 배출될 수 있다.

수소화처리된 유출물(114)의 중질 탑저물을 포함하는 분리기 탑저물(120)은, 수소화처리 영역(112)에 공급된 원유의 중질 유분(108)과 비교하여, 감소된 함량의, 금속, 황 또는 질소 등의 오염물; 증가된 파라핀성(paraffinicity); 감소된 BMCI(Bureau of Mines Correlation Index; 광산국 상관 지수); 및 증가된 API(American Petroleum Institute; 미국 석유 협회) 중력을 포함한다. 분리기 탑저물(120)은 분리 유닛(128)으로 보내어진다. 일부 예에서, 분리기 탑저물(120)을 경질 유분(130)과 중질 유분(132)으로 분리하는 분리 유닛(128)에 앞서, 열교환기(도시되지 않음)에서 냉각시킬 수 있다. 일부 예에서, 분리 유닛(128)은 플래시 드럼과 같은 플래시 분리 장치일 수 있다. 일부 예에서, 분리 유닛(128)은 플래시 영역 없이 작동할 수 있다. 예를 들어, 분리 유닛(128)은 사이클론 상 분리 장치, 스플리터, 또는 증기 및 액체의 물리적 또는 기계적 분리에 기초한 다른 유형의 분리 장치를 포함할 수 있다. 분리 유닛(128)은 방향족 전구체가 풍부한 탄화수소 유분과 같이 나프타 범위와 유사하고 더 넓은 탄화수소 유분을 분별할 수 있는 하나 이상의 분리 장치를 포함할 수 있다. 분리 유닛의 추가 설명은 미국 특허 제9,255,230호, 미국 특허 제9,279,088호, 미국 특허 제9,296,961호, 미국 특허 제9,284,497호, 미국 특허 제9,284,502호 및 미국 특허 공개 제2013/0220884호에서 확인할 수 있으며, 상기 특허 문헌들은 그 전체가 본원에 참조에 의해 통합된다.

분리 유닛(128)으로부터의 경질 유분(130)은 미리 탈황되고 수소화처리 영역(112)에 의해 처리된 탄화수소를 포함한다. 예를 들어, 경질 유분(130)은 나프타를 포함할 수 있다. 상기 경질 유분(130)은 약 150℃ 내지 약 230℃, 예컨대 약 150℃, 약 160℃, 약 170℃, 약 180℃, 약 190℃, 약 200℃, 약 210℃, 약 220℃, 약 230℃ 또는 다른 온도의 초기 비점 및 최종 비점을 갖는 탄화수소를 포함할 수 있다. 중질 유분(132)은 약 150℃ 내지 약 230℃, 예컨대 약 150℃, 약 160℃, 약 170℃, 약 180℃, 약 190℃, 약 200℃, 약 210℃, 약 220℃, 약 230℃, 또는 다른 온도의 초기 비점과 540℃ 또는 보다 높은 최종 비점을 갖는 탄화수소를 포함할 수 있다. 경질 유분(130), 중질 유분(132) 또는 둘 모두의 초기 및 최종 비점은 전환 시스템(100)에 공급된 원유(102)의 종류에 따라 달라질 수 있다.

일부 경우, 분리 유닛(128)으로부터의 경질 유분(130)은 나프타 개질 유닛과 같은 개질기(138)로 보내진다. 경질 유분의 방향족 함량이 중요한 경우와 같은 일부 경우, 경질 유분은 대체 경로(130')를 따라 아래에 더 상세하게 기술하는 방향족 추출 유닛(134)으로 보내질 수 있고, 방향족 추출 유닛(134)으로부터의 방향족 스트림(136) 산출물은 개질기(138)로 이송될 수 있다. 경질 유분(130)이 개질기(138) 상류의 수소화처리 영역(112)에서 처리되었기 때문에, 경질 유분(130)이 개질기(138)로 공급되기 전에 경질 유분(130)의 수소처리가 수행되지 않는다. 아래에서 보다 상세하게 설명하는 개질기(138)는, 경질 유분(130)을 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과 같은 다양한 방향족 화합물이 풍부한 개질유로 전환시킨다. 일부 예에서, 개질기(138)는 벤젠의 생산량을 줄이면서 자일렌의 생산량을 높일 수 있다. 개질기(138)는 또한 수소 가스 및 경질 탄화수소 가스와 같은 탄화수소 부생성물을 생산할 수 있다. 개질기(138)에서 경질 유분(130)을 처리함으로써 방향족 화합물을 의도적으로 생성하는 것은, 전환 시스템(100)으로부터의 방향족 화합물의 총 수율을 증가시킬 수 있다.

개질유 및 부생성물을 함유하는 개질기(138)로부터의 산출 스트림(140)이 분리 유닛(142)으로 공급된다. 일부 예에서, 분리 유닛(142)은 플래시 드럼과 같은 플래시 분리 장치일 수 있다. 일부 예에서, 분리 유닛(142)은 플래시 영역 없이 작동할 수 있다. 예를 들어, 분리 유닛(142)은 사이클론 상 분리 장치, 스플리터, 또는 증기 및 액체의 물리적 또는 기계적 분리에 기초한 다른 유형의 분리 장치를 포함할 수 있다. 분리 유닛(142)은, 개질기(138)로부터의 산출 스트림(140)을, 액체 개질유를 포함하는 액체 스트림(144)과 개질기(138)로부터의 수소 가스 및 경질 탄화수소 가스와 같은 탄화수소 부생성물을 포함하는 가스 스트림(146)으로 분리한다. 이 액체 스트림(144)은 방향족 추출 유닛(134)으로 이송된다. 가스 스트림(146)은 수소(124) 및 경질 탄화수소 가스(126)로 분리하기 위해 정제 장치(122)로 보내진다.

개질기(138)는 경질 유분(130) 및 방향족 스트림(136)을 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과 같은 방향족 화합물이 풍부한 개질유로 전환시키기 위해 수소화분해, 이성체화, 탈수소고리화 및 탈수소화 중 하나 이상과 같은 반응을 이용한다. 개질기(138)는 또한 수소 및 경질 탄화수소 가스와 같은 탄화수소 부생성물을 생성할 수 있다. 개질기는 방향족 화합물의 생산을 최대화하는 접촉 공정과 양립 가능한 촉매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 촉매는 일작용성 또는 이작용성 금속 촉매(예를 들어, 백금, 팔라듐, 레늄, 주석, 갈륨, 비스무트 또는 다른 금속 촉매 중 하나 이상), 할로겐 함유 촉매, 제올라이트 L 또는 ZSM-5 제올라이트와 같은 제올라이트를 이용하는 촉매, 메조다공성 또는 미세다공성인 결정질 또는 비정질 지지체(예를 들어, 알루미나, 실리카 또는 알루미나 실리카 지지체)를 이용하는 촉매, 또는 방향족 화합물 생산을 최대화할 수 있는 다른 유형의 촉매일 수 있다. 적절한 촉매의 예는 미국 특허 제5,091,351호 및 PCT 특허 출원 공개 WO 2000/009633에 기재되어 있으며, 상기 두 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참조에 의해 통합된다.

개질기(138)의 작동 조건은 방향족 화합물의 생산을 최대화하도록 선택될 수 있다. 개질기(138)는 약 0.01 bar 내지 약 50 bar, 예컨대 약 0.01 bar, 약 0.1 bar, 약 0.5 bar, 약 1 bar, 약 5 bar, 약 10 bar, 약 20 bar, 약 30 bar, 약 40 bar, 약 50 bar의 압력, 또는 다른 압력에서 작동될 수 있다. 개질기(138) 내의 수소 대 탄화수소의 몰비는 약 1:1 내지 약 10:1, 예컨대 약 1:1, 약 2:1, 약 4:1, 약 6:1, 약 8:1 , 약 10:1, 또는 다른 비일 수 있다. 개질기(138)는 약 400℃ 내지 약 600℃, 예컨대 약 400℃, 약 450℃, 약 500℃, 약 550℃, 약 600℃의 온도, 또는 다른 온도에서 작동할 수 있다. 개질기는 약 0.1 h^-1 내지 약 5 h^-1, 예컨대 약 0.1 h^-1, 약 0.5 h^-1, 약 1 h^-1, 약 2 h^-1, 약 3 h^-1, 약 4 h^-1, 약 5 h^-1의 액 공간 속도, 또는 다른 액 공간 속도에서 작동할 수 있다.

방향족 추출 유닛(134)은 용매 추출, 추출 증류 또는 다른 추출 기법과 같은 추출 기법을 이용하여 방향족 화합물을 개질유 및 열분해 가솔린으로부터 분리한다. 방향족 추출 유닛(134)은 분리 유닛(142)으로부터의 개질유를 포함하는 액체 스트림(144) 및 경우에 따라 분리 유닛(128)으로부터의 경질 유분(130')을 수용하고, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 중 하나 이상과 같은 방향족 화합물이 풍부한 농축 방향족 스트림(148)을 생산한다. 농축 방향족 스트림(148)은 전환 시스템(100) 외부의 구성요소에 의해 정제 및 수집될 수 있다. 방향족 추출 유닛(134)을 빠져나온 비방향족 화합물(152)은 추가 처리를 위해 수소화처리 영역(112)으로 재순환될 수 있다. 농축 방향족 스트림(148)은 고농도의 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 함유할 수 있고, 대략 가솔린 비등 범위에서 농축될 수 있다.

분리 유닛(128)으로 돌아가서, 중질 유분(132)은 분리 유닛(154)에 공급된다. 분리 유닛(154)에서, 중질 유분(132)은 중질 유분(156)과 경질 유분(158)으로 분별된다. 경질 유분(158)은 약 150℃ 내지 약 230℃, 예컨대 약 150℃, 약 160℃, 약 170℃, 약 180℃, 약 190℃, 약 200℃, 약 210℃, 약 220℃, 약 230℃ 또는 다른 온도의 초기 비점과, 약 150℃ 내지 약 350℃, 예컨대 약 150℃, 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 약 350℃ 또는 다른 온도의 최종 비점을 갖는다. 중질 유분(156)은 약 150℃ 내지 약 350℃, 예컨대 약 150℃, 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 약 350℃ 또는 다른 온도의 초기 비점과, 원유 종점(예를 들어, 아라비안 경질 원유 종점)만큼 높은, 예컨대 약 500℃ 내지 600℃의 최종 비점을 가질 수 있다. 일부 예에서, 분리 유닛(154)은 플래시 드럼과 같은 플래시 분리 장치일 수 있다. 일부 예에서, 분리 유닛(154)은 플래시 영역 없이 작동할 수 있다. 예를 들어, 분리 유닛(154)은 사이클론 상 분리 장치, 스플리터, 또는 증기 및 액체의 물리적 또는 기계적 분리에 기초한 다른 유형의 분리 장치를 포함할 수 있다.

중질 유분(156) 및 경질 유분(158)은 유동 접촉 분해(FCC) 유닛(180)으로 보내져서 올레핀계 생성물 및 경질 접촉 분해 가솔린을 포함하는 복수의 생성물로 분해된다. FCC(180)는 하나 이상의 다우너(downer) 반응기, 예컨대 하나의 다우너 반응기, 2개의 다우너 반응기 또는 2개보다 많은 다우너 반응기를 포함할 수 있다. FCC 유닛(180)은 하나 이상의 라이저(riser) 반응기, 예컨대 하나의 라이저 반응기, 2개의 라이저 반응기, 또는 2개보다 많은 라이저 반응기를 포함할 수 있다. FCC 유닛(180)은, 표준 FCC 공정 또는 FCC 유닛(180)이 보다 높은 반응 온도, 더 높은 촉매 대 유분 비 및 더 짧은 접촉 시간에서 작동하는 고가혹도 FCC 공정을 수행할 수 있다. 예시적인 FCC 유닛에 대한 설명은 미국 특허 공개 US 2008/0011644호 및 미국 특허 공개 US 2008/0011645호에서 확인할 수 있으며, 그 내용은 그 전체가 참조에 의해 본원에 통합된다.

도 1의 예에서, 중질 유분(156)은 FCC 다우너 반응기로 보내지고 경질 유분(158)은 FCC 라이저 반응기로 보내진다. 일부 예에서, 중질 유분은 FCC 라이저 반응기로 보내질 수 있고, 경질 유분은 FCC 다우너 반응기로 보내질 수 있다. 일부 예에서, 분리 유닛(154)은 우회될 수 있고, 중질 유분(132)은, 선택적 스트림(178)으로 도시된 바와 같이, FCC 유닛(180)의 다우너 반응기 또는 라이저 반응기와 같은 FCC 유닛(180)으로 직접 보내질 수 있다.

FCC 유닛(180)으로부터의 산출 생성물(176)이 생성물 정제 구역(150)으로 보내진다. 이 생성물 정제 구역(150)에서, 에틸렌 및 프로필렌과 같은 올레핀류가 생성되어 올레핀 스트림(172)으로서 배출된다. 경질 접촉 분해 가솔린(LCCG) 또한 생성물 정제 구역(150)에서 생성되어, LCCG 스트림(170)으로서 배출된다. LCCG 스트림(170)은 높은 옥탄가를 가질 수 있다. 일부 예에서, LCCG 스트림(170)은 추가 처리 또는 판매를 위해 가솔린 풀로 보내질 수 있다. 일부 예에서, LCCG 스트림(170)은, 선택적인 재순환 스트림(174)으로 도시된 바와 같이, 공급 원유(102)와 함께 재순환될 수 있다.

일부 예에서, 선택적 수소화처리 또는 수소처리 공정은 ,포화에 이은 방향족 화합물, 특히 다환방향족 화합물의 마일드 수소화분해에 의해 공급원료(예를 들어, 원유 공급 스트림(102)의 중질 유분(108))의 파라핀 함량을 증가(또는 BMCI를 감소)시킬 수 있다. 원유를 수소처리할 경우, 탈금속, 탈황 및 탈질소 중 하나 이상의 촉매 기능을 수행하는 일련의 층상 촉매를 통해 공급원료를 통과시킴으로써 금속, 황 및 질소와 같은 오염물을 제거할 수 있다. 일부 예에서, 수소화탈금속(HDM) 및 수소화탈황(HDS)을 수행하기 위한 촉매의 순서는 수소화탈금속 촉매, 중간 촉매, 수소화탈황 촉매 및 최종 촉매를 포함할 수 있다.

HDM 구역 내의 촉매는, 약 140 m²/g 내지 약 240 m²/g의 표면적을 갖는 감마 알루미나 지지체에 기반할 수 있다. 이 촉매는 약 1 cm³/g을 초과하는 세공 용적과 같은 매우 큰 세공 용적을 갖는다. 세공 크기는 주로 매크로다공성일 수 있으며, 이는 촉매의 표면 상에 금속 및 경우에 따라 도펀트의 흡수를 위한 큰 용량을 제공한다. 촉매 표면 상의 활성 금속은, 니켈(Ni)의 황화물, 몰리브덴(Mo)의 황화물, 또는 둘 다일 수 있으며, 이 때 Ni:(Ni+Mo)의 몰비는 약 0.15 미만이다. 일부 니켈 및 바나듐은 공급원료 자체로부터 석출되어 촉매로서 작용하는 것으로 예상되기 때문에, HDM 촉매에서 니켈의 농도는 다른 촉매보다 더 낮다. 도펀트는, 예를 들어, 미국 특허 공개 제2005/0211603호에 기술된 바와 같이, 인, 붕소, 규소 및 할로겐 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 공보의 내용은 본원에 그 전체가 참조에 의해 통합된다. 일부 예에서, 촉매는 알루미나 압출물 또는 알루미나 비드의 형태일 수 있다. 예를 들어, 알루미나 비드를 사용하여 반응기 내의 촉매 HDM 베드의 언로딩을 용이하게 할 수 있는데, 금속 흡수가 베드 위에서 30 내지 100% 범위일 것이기 때문이다.

중간 촉매가 수소화탈금속 기능과 수소화탈황 기능 사이의 중간단계를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 중간 촉매는 중간 금속 로딩량 및 세공 크기 분포를 가질 수 있다. HDM/HDS 반응기 내의 촉매는 압출물 형태의 알루미나 기반의 지지체, VI족의 하나 이상의 촉매 금속(예를 들어, 몰리브덴, 텅스텐 또는 둘 다), 또는 VIII족의 하나 이상의 촉매 금속(예를 들어, 니켈, 코발트 또는 둘 다), 또는 이들 중 임의의 2종 이상의 조합일 수 있다. 촉매는 붕소, 인, 할로겐 및 규소 중 하나 이상과 같은 적어도 하나의 도펀트를 함유할 수 있다. 중간 촉매는 약 140 m²/g 내지 약 200 m²/g의 표면적, 약 0.6 cm³/g 이상의 세공 용적, 및 약 12 nm 내지 약 50 nm 크기의 메조다공성 세공을 가질 수 있다.

HDS 구역 내의 촉매는, 약 180 m²/g 내지 약 240 m²/g과 같은 HDM 범위의 높은 쪽에 가까운 표면적을 갖는 감마 알루미나 기반의 지지체 재료를 포함할 수 있다. HDS 촉매에 대한 표면적이 클수록 약 1 cm³/g 미만의 세공 용적과 같이 비교적 작은 세공 용적이 형성된다. 촉매는 몰리브덴과 같은 VI족의 하나 이상의 원소 및 니켈과 같은 VIII족의 하나 이상의 원소를 함유한다. 촉매는 또한 붕소, 인, 규소 및 할로겐 중 하나 이상과 같은 적어도 하나의 도펀트를 함유한다. 일부 예에서, 비교적 더 높은 수준의 탈황을 제공하기 위해 코발트(Co)가 사용될 수 있다. Ni:(Ni+Mo)의 몰비가 약 0.1 내지 약 0.3이고 (Co+Ni):Mo의 몰비가 약 0.25 내지 약 0.85가 되도록, 활성상에 대한 금속 로딩량은 원하는 활성이 높을수록 더 크다.

최종 촉매는, 수소화탈황의 주요 기능을 갖기보다는 공급원료의 수소화를 수행할 수 있다. 일부 예에서, 최종 촉매는 중간 촉매 및 HDS 구역의 촉매를 대체할 수 있다. 최종 촉매는 니켈에 의해 촉진될 수 있고, 지지체는 넓은 세공의 감마 알루미나일 수 있다. 최종 촉매는 HDM 범위의 높은 쪽에 가까운 표면적, 예컨대 약 180 m²/g 내지 약 240 m²/g의 표면적을 가질 수 있다. 최종 촉매에 대한 표면적이 클수록 약 1 cm³/g 미만의 세공 용적과 같은 비교적 작은 세공 용적이 형성된다.

도 2를 참조하면, 원유를 석유화학물질로 직접 전환시키는 방법의 일 예에서, 원유는 가스와 같은 경질 유분과 액체(202)와 같은 중질 유분으로 분리된다. 경질 유분은, 예를 들어, 연료(204)로서 사용되도록 베출된다. 중질 유분은 수소화처리 영역(206)으로 이송되어, 황, 금속, 질소 또는 다른 불순물(208)과 같은 불순물을 제거하도록 처리된다.

수소화처리 영역으로부터의 수소화처리된 유출물은, 일반적으로 가스인 분리기 탑정물과 실질적으로 액체(201)인 분리기 탑저물로 분리된다. 분리기 탑정물은 가스 분리 및 정제 유닛(212)으로 이송되고 수소 가스 및 경질 가스, 예컨대 C1-C5 탄화수소 가스(214)로 분리된다. 경질 가스는, 예를 들어 연료 가스 또는 액화 석유 가스(216)로 사용되도록 배출된다. 수소는 정제되어, 수소화처리 영역(218)으로 재순환된다.

수소화처리된 유출물의 분리기 탑저물은 경질 유분 및 중질 유분(220)으로 추가로 분리된다. 중질 유분은 중질 유분 및 경질 유분(222)으로 추가로 분리된다. 증기 유분은 분해 구역(224)으로 이송되고 유동 접촉 분해 유닛에서 처리되어 경질 접촉 분해 가솔린 및 올레핀(226)과 같은 복수의 생성물로 분해된다. 생성물은 분리되어 전환 시스템(228)으로부터 배출된다.

분리기 탑저물의 경질 유분은 개질기(230)로 이송된다. 개질기에 공급된 성분들은 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과 같은 방향족 화합물이 풍부한 개질유(232)로 전환된다. 개질유는 개질기(234)에 의해 생성된 부생성물로부터 분리된다. 개질유 중의 방향족 성분은 추출되어 전환 시스템(236)으로부터 배출된다. 개질유 중 비방향족 성분은 수소화처리 영역(238)으로 재순환된다. 개질기에 의해 생성된 부생성물은 가스 분리 및 정제 유닛(240)으로 이송된다.

다른 구현예들도 하기 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims

원유로부터 불순물을 제거하도록 구성된 수소화처리 영역;
상기 수소화처리 영역으로부터의 액체 산출물을 경질 유분 및 중질 유분으로 분리하도록 구성된 제1 분리 유닛;
상기 경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하도록 구성된 방향족 추출 서브시스템; 및
상기 중질 유분을 복수의 생성물로 분해하도록 구성된 유동 접촉 분해 유닛
을 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 방향족 추출 서브시스템이 용매 추출 및 추출 증류 중 하나 이상에 의해 상기 경질 유분의 방향족 석유화학물질을 상기 경질 유분의 다른 성분들로부터 분리하도록 구성된 방향족 추출 유닛을 포함하는 것인 시스템.
제2항에 있어서, 상기 방향족 추출 서브시스템이 상기 경질 유분을 개질유로 전환시키도록 구성된 개질기를 포함하고, 상기 방향족 추출 유닛은 상기 개질유를 수용하도록 구성되는 것인 시스템.
제3항에 있어서, 상기 개질유는 상기 경질 유분과 비교하여 방향족 석유화학물질이 풍부한 것인 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 방향족 추출 서브시스템이 상기 개질기로부터의 산출물을 개질유 및 부생 유분으로 분리하도록 구성된 제2 분리 유닛을 포함하는 것인 시스템.
제5항에 있어서, 상기 부생 유분을 수소 및 경질 가스로 분리하도록 구성된 가스 분리 유닛을 포함하는 시스템.
제6항에 있어서, 상기 수소가 상기 수소화처리 영역에 공급되는 것인 시스템.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 경질 가스가 열분해 구역에 공급되는 것인 시스템.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개질기가 수소화분해, 이성체화, 탈수소고리화 및 탈수소화 중 하나 이상에 의해 상기 경질 유분을 상기 개질유로 전환시키도록 구성되는 것인 시스템.
제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개질기가 방향족 석유화학물질의 생산을 촉진하도록 구성된 촉매를 포함하는 것인 시스템.
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 유분의 다른 성분들은 수소화처리 영역으로 반송되는 것인 시스템.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향족 추출 유닛은, 제2 분리 유닛으로부터 경질 유분을 수용하고 상기 경질 유분과 비교하여 방향족 화합물이 풍부한 산출 스트림을 생성하도록 구성되는 것인 시스템.
제12항에 있어서, 상기 방향족 추출 서브시스템이 상기 산출 스트림을 개질유로 전환시키도록 구성된 개질기를 포함하고, 상기 방향족 추출 유닛은 상기 개질유를 수용하도록 구성되는 것인 시스템.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 원유의 공급 스트림을 경질 원유 유분 및 중질 원유 유분으로 분리하도록 구성된 제3 분리 영역을 포함하고, 상기 수소화처리 영역은 상기 중질 원유 유분으로부터 불순물을 제거하도록 구성되는 것인 시스템.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화처리 영역으로부터의 유출물을 상기 수소화처리 영역으로부터의 가스 산출물 및 상기 수소화처리 영역으로부터의 액체 산출물로 분리하도록 구성된 제4 분리 영역을 포함하는 시스템.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중질 유분을 제1 유분 및 제2 유분으로 분리하도록 구성된 제5 분리 유닛을 포함하고, 상기 유동 접촉 분해 유닛은 상기 제1 유분 및 상기 제2 유분을 복수의 생성물로 분해하도록 구성되는 것인 시스템.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화처리 영역으로부터의 가스 산출물을 수소 및 경질 가스로 분리하도록 구성된 가스 분리 유닛을 포함하는 시스템.
제17항에 있어서, 상기 수소가 상기 수소화처리 영역에 공급되는 것인 시스템.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 분리 영역이 플래시 분리 장치를 포함하는 것인 시스템.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 분리 영역이 액체로부터 증기를 물리적 또는 기계적으로 분리하는 분리 장치를 포함하는 것인 시스템.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화처리 영역이 (i) 수소화탈금속 촉매 및 (ii) 수소화탈방향족, 수소화탈질소, 수소화탈황 및 수소화분해 기능 중 하나 이상을 갖는 촉매 중 하나 이상을 포함하는 것인 시스템.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분해된 중질 유분을 복수의 스트림으로 분리하도록 구성된 정제 유닛을 포함하며, 각각의 스트림은 상기 복수의 생성물 중 하나에 해당하는 것인 시스템.
제22항에 있어서, 상기 스트림 중 하나는 올레핀계 생성물에 해당하고, 상기 스트림 중 하나는 경질 접촉 분해 가솔린에 해당하는 것인 시스템.
수소화처리 공정에 의해 원유로부터 불순물을 제거하는 단계;
상기 수소화처리 공정으로부터의 액체 산출물을 경질 유분 및 중질 유분으로 분리하는 단계;
상기 경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하는 단계; 및
유동 접촉 분해 공정에 의해 상기 중질 유분을 복수의 생성물로 분해하는 단계
를 포함하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하는 단계가 용매 추출 및 추출 증류 중 하나 이상에 의해 상기 경질 유분의 방향족 석유화학물질을 상기 경질 유분의 다른 성분들로부터 분리하는 것을 포함하는 것인 방법.
제25항에 있어서, 상기 경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하는 단계가 개질기에서 상기 경질 유분을 개질유로 전환시키는 것을 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 상기 개질유가 상기 경질 유분과 비교하여 방향족 석유화학물질이 풍부한 것인 방법.
제27항에 있어서, 상기 개질기로부터의 산출물을 개질유 및 부생 유분으로 분리하는 단계를 포함하는 방법.
제28항에 있어서, 상기 부생 유분을 수소 및 경질 가스로 분리하는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서, 상기 수소를 수소화처리 영역에 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 경질 가스를 열분해 구역에 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제26항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 유분을 개질유로 전환시키는 단계가 수소화분해, 이성체화, 탈수소고리화 및 탈수소화 중 하나 이상을 수행하는 것을 포함하는 것인 방법.
제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 유분의 다른 성분들을 수소화처리 공정으로 반송하는 단계를 포함하는 방법.
제25항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 유분으로부터 방향족 석유화학물질을 추출하는 단계가 상기 경질 유분과 비교하여 방향족 화합물이 풍부한 산출 스트림을 생성하는 것을 포함하는 것인 방법.
제24항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 원유의 공급 스트림을 경질 원유 유분 및 중질 원유 유분으로 분리하는 단계를 포함하고, 원유로부터 불순물을 제거하는 단계는 상기 중질 원유 유분으로부터 불순물을 제거하는 것을 포함하는 것인 방법.
제24항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화처리 공정으로부터의 유출물을 가스와 액체로 분리하는 단계를 포함하는 방법.
제24항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화공정으로부터의 가스 산출물을 수소 및 경질 가스로 분리하는 단계를 포함하는 방법.
제37항에 있어서, 상기 수소를 상기 수소화처리 공정에 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제24항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 분해된 중질 유분을 복수의 스트림으로 분리하는 단계를 포함하고, 각각의 스트림은 복수의 생성물 중 하나에 해당하는 것인 방법.
제39항에 있어서, 상기 스트림 중 하나는 올레핀계 생성물에 해당하고, 상기 스트림 중 하나는 경질 접촉 분해 가솔린에 해당하는 것인 방법.