KR20190104050A - 발전 시스템 및 공정 - Google Patents

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KR20190104050A
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oil
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KR1020197022843A
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Inventor
기-혁 최
압둘라 티. 알압둘하디
무니프 에프. 알카르주
모한나드 에이치. 알압시
Original Assignee
사우디 아라비안 오일 컴퍼니
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Abstract

발전 공정이 제공된다. 본 공정은 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물과 초임계 수 스트림을 혼합 장치에서 결합하여 결합된 공급 스트림을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 결합된 공급 스트림은 초임계 반응기로 유입되어 개량된 생성물을 생성한다. 개량된 생성물은 감압되고 분리된다. 개량된 생성물은 경질 및 중질 분획물로 분리될 수 있고, 경질 분획물은 가스 터빈으로 유입되어 전력을 발생시킬 수 있으며 중질 분획물은 보일러로 유입되어 전력을 발생시킬 수 있거나, 또는 이들 모두가 실행될 수 있다. 대안적으로, 감압된 개량 생성물은 더 분리되어, 보일러에 전달되어 전력을 발생시킬 수 있는 커터스톡 및 중질 분획물로 구성되는 연료 오일 분획물, 및 가스 터빈 시스템으로 전달되어 전력을 발생시킬 수 있는 경질 분획물, 또는 이들 모두를 생성할 수 있다.

Description

발전 시스템 및 공정
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 12월 13일자로 출원된 미국 실용신안 특허 출원 제15/840,525호, 및 2017년 1월 4일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/442,073호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체가 참조로서 포함된다.
기술분야
본 개시물의 구현예는 일반적으로 발전 시스템 및 공정에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시물의 구현예는 탄화수소계 조성물을 발전용 연료로 전환시키기 위한 시스템 및 공정에 관한 것이다.
기하급수적으로 증가하는 에너지 소비는 효율적인 발전에 대한 지속적인 요구를 창출하고 있다. 주요 발전 공급원은 액체 연료 및 천연 가스와 같은 탄화수소에서 나오는 것으로, 이는 연소되어 전기 또는 기타 유형의 에너지로 변환되는 열 및 가스를 생성할 수 있다. 중질 원유는 발전에 적합하고 경제적으로 실현 가능한 선택이지만; 대기 오염을 최소화하기 위해, 연소에 사용되는 연료는 고도로 규제되고 불변의 중질 원유는 이러한 표준을 충족시키지 못한다. 종래의 공정에서, 원유를 터빈 및 보일러에서 사용하기에 적합한 연료로 가공처리하기 위해서 정유소가 사용되어야 한다.
따라서, 중질 원유가 발전 시스템에서 사용될 수 있도록 중질 원유로부터 사용 가능한 성분을 개량하고 분리하기 위한 공정이 필요하다.
본 개시물의 일 구현예에 따르면, 발전 공정이 제공된다. 본 공정은 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물과 초임계 수 스트림을 혼합 장치에서 결합하여 결합된 공급 스트림을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 결합된 공급 스트림은 초임계 반응기로 유입되어 개량된 생성물을 생성한다. 상기 초임계 반응기는 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동한다. 상기 개량된 생성물은 감압되고 적어도 하나의 경질 분획물 및 적어도 하나의 중질 분획물로 분리되며, 상기 경질 분획물 내의 탄화수소는 상기 중질 분획물 내의 탄화수소보다 큰 미국 석유 협회(API) 비중 값을 갖는다. 상기 중질 분획물의 적어도 일부는 보일러로 유입되어 전력을 발생시키거나, 상기 경질 분획물의 적어도 일부는 가스 터빈으로 유입되어 전력을 발생시키거나, 또는 이들 모두가 실행된다.
본 개시물의 다른 구현예에서, 다른 발전 공정이 제공된다. 본 공정은 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물과 초임계 수 스트림을 혼합 장치에서 결합하여 결합된 공급 스트림을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 결합된 공급 스트림은 초임계 반응기로 유입되어 개량된 생성물을 생성한다. 상기 초임계 반응기는 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동한다. 상기 개량된 생성물은 감압되고 가스/오일/물 분리기에 의해 분리되어 적어도 가스 분획물, 액체 오일 분획물, 및 물 분획물을 생성한다. 상기 액체 오일 분획물은 증류 유닛에서 분리되어 적어도 경유 분획물, 커터스톡(cutterstock) 분획물, 및 중유 분획물을 생성한다. 상기 커터스톡 분획물과 중질 분획물은 결합되어 연료 오일을 생성한다. 상기 연료 오일은 보일러로 전달되어 전력을 발생시키거나, 상기 경유 분획물을 가스 터빈 시스템으로 전달되어 전력을 발생시키거나, 또는 이들 모두가 실행된다.
본 개시물의 개념은 보일러, 가스 터빈, 압축기 유닛, 연소기 유닛 등을 주로 참조하여 설명되었지만, 이러한 개념은 임의의 구성 또는 방법론을 갖는 시스템에 적용 가능한 것으로 고려된다.
본 개시 내용의 특정 구현예에 대한 다음의 상세한 설명은 다음의 도면과 관련하여 읽을 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 여기서:
도 1은 본 구현예에 따른 발전 공정의 개략도이고;
도 2는 본 구현예에 따른 초임계 수 보일러 상류의 추가 처리 단계를 이용하는 다른 발전 공정의 개략도이고;
도 3은 본 구현예에 따른 경질/중질 분리기 상류의 추가 증류 유닛을 이용하는 또 다른 발전 공정의 개략도이고;
도 4는 본 구현예에 따른 초임계 수 보일러에서 생성된 증기를 초임계 수 반응기 상류의 예열기로 재순환시키는 다른 발전 공정의 개략도이고;
도 5는 본 구현예에 따른 초임계 보일러에서 연료로 사용되는 중질 분획물의 점도를 감소시키기 위해 커터스톡이 사용되는 다른 발전 공정의 개략도이다.
본 개시물의 구현예는 발전 공정에 관한 것이다. 일부 구현예는 초임계 수 개선 반응기를 사용하여 탄화수소계 조성물을 개량하고, 조성물을 분리하고, 및 개량되고 분리된 탄화수소계 조성물을 발전용 연료로서 사용함으로써 전력을 발생시키는 것을 포함한다. 산업상 응용 분야에 국한 없이, 본 개시물은 탄화수소계 조성물을 가스 터빈 및 증기 보일러에 연료를 공급하는데 사용되는 분획물로 가공처리하여 전력을 발생시킬 수 있다. 본 개시물은 일부 구현예에서 원유일 수 있는 탄화수소계 조성물의 성분을 분리하고 이용하여 에너지를 발생시키기 위한 공정을 제공한다. 일부 구현예에서, 본 개시물은 초임계 수를 사용하여 탄화수소계 조성물을 효율적이고 효과적으로 개량함으로써 종래의 공정보다 더 많은 연료를 생성할 수 있다. 일부 구현예에서, 본 개시물은 고온에서 터빈 및 보일러로 연료 성분을 추가로 유입시켜 예열의 필요성을 줄이거나 없앨 수 있다.
본 개시 내용 전반에 걸쳐 사용된 바와 같이, "초임계"는 임계 압력 및 온도 이상의 압력 및 온도 이상의 물질을 지칭하며, 이에 따라 뚜렷한 상이 존재하지 않고 물질은 액체와 같은 물질을 용해시키면서 기체를 빠르게 확산시킬 수 있다. 이와 같이, 초임계 수는 물의 임계 온도 및 임계 압력 이상의 온도 및 압력을 갖는 물이다. 임계 온도 및 압력 이상의 온도 및 압력에서, 물의 액체와 기체 상 경계는 사라지고 유체는 액체 및 기체 물질 양자의 특성을 갖는다. 초임계 수는 유기 용매와 같은 유기 화합물을 용해시킬 수 있으며 기체와 같은 우수한 확산성을 갖는다. 온도와 압력의 조절은 더 액체 같고 더 기체 같도록 초임계 수 특성의 연속적인 "조율"을 가능하게 한다. 초임계 수는 액상의 미임계 수에 비해 감소된 밀도 및 더 낮은 극성을 가져서, 물에서 수행될 수 있는 가능한 화학 범위를 크게 확장시킨다.
초임계 수는 초임계 경계에 도달함에 따라 다양한 예기치 않은 특성을 갖는다. 초임계 수는 유기 화합물에 대해 매우 높은 용해도를 가지며 기체와의 무한한 혼화성을 갖는다. 게다가, 라디칼 종은 케이지 효과(즉, 하나 이상의 물 분자가 라디칼 종을 둘러싸면 그 라디칼 종이 상호 작용하는 것을 방지하는 조건)를 통해 초임계 수에 의해 안정화될 수 있다. 이론에 국한 없이, 라디칼 종의 안정화는 라디칼 간 응축을 방지하는데 도움을 주고, 이에 따라 본 구현예에서는 전체적인 코크스 생성을 감소시킨다. 예를 들어, 코크스 생성은 라디칼 간 응축의 결과일 수 있다. 특정 구현예에서, 초임계 수는 증기 개질 반응 및 수성 가스 전환 반응을 통해 수소 가스를 발생시키는데, 그러면 이는 개량 반응에 이용 가능하다.
또한, 초임계 수의 고온 고압은 27 MPa 및 450℃에서 물에 0.123 밀리미터당 그램(g/mL)의 밀도를 줄 수 있다. 대조적으로, 과열 증기를 생성하기 위해 압력이 감소되면, 예를 들어 20 MPa 및 450℃에서, 증기는 단지 0.079 g/mL의 밀도를 갖는다. 그 밀도에서, 탄화수소는 과열 증기와 상호 작용하여 증발되고 액상으로 혼합되어, 가열 시 코크스를 생성할 수 있는 중질 분획물을 남긴다. 코크스 또는 코크스 전구체의 형성은 라인을 막을 수 있으므로 제거되어야 한다. 그러므로, 초임계 수는 일부 응용 분야에서 증기보다 우수하다.
구체적 구현예를 이제 도면을 참조하여 설명할 것이다. 가능한, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다.
도 1은 기술된 구현예에 따라 초임계 개선 반응기(150)에서 개량된 탄화수소계 조성물(105)을 이용하여 동력을 발생시키기 위한 공정(100)을 개략적으로 도시하고 있다.
탄화수소계 조성물(105)은 석유, 석탄 액화유, 또는 생체 물질로부터 유도된 임의의 탄화수소 공급원을 지칭할 수 있다. 탄화수소계 조성물(105)의 가능한 공급원은 원유, 증류 원유, 환원 원유, 잔류 오일, 상부 원유, 정유소로부터의 생성물 스트림, 증기 분해 공정으로부터의 생성물 스트림, 액화 석탄, 오일이나 역청사로부터 회수된 액체 생성물, 역청, 오일 셰일, 아스팔텐, 바이오매스 탄화수소 등을 포함할 수 있다. 많은 조성물은 탄화수소계 조성물(105)에 적합하다. 일부 구현예에서, 탄화수소계 조성물(105)은 중질 원유 또는 중질 원유의 분획물을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 탄화수소계 조성물(105)은 대기 잔류물(AR), 대기 증류물, 진공 가스 오일(VGO), 진공 증류물, 또는 진공 잔류물(VR), 또는 분해 생성물(예를 들어, 경질 사이클 오일 또는 코커 가스 오일)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 탄화수소계 조성물(105)은 정유소로부터의 결합 스트림, 생성 오일, 또는 상류 작업으로부터와 같은 기타 탄화수소 스트림일 수 있다. 탄화수소계 조성물(105)은 디캔팅된 오일, 10개 이상의 탄소 함유 오일(C10+ 오일), 또는 에틸렌 플랜트로부터의 탄화수소 스트림일 수 있다. 탄화수소계 조성물(105)은, 일부 구현예에서, 바이오 연료 오일과 같은 액화 석탄 또는 생체 물질-유도체일 수 있다. 일부 구현예에서, 사용된 윤활(윤활유) 오일 또는 브레이크 액이 사용될 수 있다.
탄화수소계 조성물(105)은, 일부 구현예에서, 나프타 또는 케로신 분획물일 수 있다. 디젤 분획물이 사용될 수 있지만 초임계 수에 의해 현저하게 개량되지 않을 수 있으므로 바람직하지 않을 수 있다. 오염된 탄화수소 분획물도 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 염수 오염된 분획물이 탄화수소계 조성물(105)로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 시장에서의 원유는 통상적으로 약 10 PTB(1000 배럴 오일당 소금 파운드) 미만의 소금 함량을 갖는다. 염수는 초임계 수에 의해 석출되어 탈염 생성물을 생성할 수 있으며, 이는 일부 구현예에서 바람직할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 탄화수소계 조성물(105)은 탄화수소 펌프(112) 내에서 가압되어 가압된 탄화수소계 조성물(116)을 생성할 수 있다. 가압된 탄화수소계 조성물(116)의 압력은 적어도 22.1 메가파스칼(MPa)일 수 있으며, 이는 대략 물의 임계 압력이다. 대안적으로, 가압된 탄화수소계 조성물(116)의 압력은 23 MPa과 35 MPa 사이, 또는 24 MPa과 30 MPa 사이일 수 있다. 예를 들어, 가압된 탄화수소계 조성물(116)의 압력은 25 MPa과 29 MPa, 26 MPa과 28 MPa, 25 MPa과 30 MPa, 26 MPa과 29 MPa, 또는 24 MPa과 28 MPa 사이일 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 가압된 탄화수소계 조성물(116)은 그 후 하나 이상의 탄화수소 예열기(120)에서 가열되어 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물(124)을 형성할 수 있다. 일 구현예에서, 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물(124)은 물의 임계 압력보다 높은 압력 및 75℃보다 높은 온도를 갖는다. 대안적으로, 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물(124)의 온도는 10℃와 300℃ 사이, 또는 50℃와 250℃ 사이, 또는 75℃와 225℃ 사이, 또는 100℃와 200℃ 사이, 또는 125℃와 175℃ 사이, 또는 140℃와 160℃ 사이이다. 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물(124)은 코킹 생성물의 형성을 피하기 위해 약 350℃ 초과, 일부 구현예에서는 300℃ 초과로 가열되어서는 안된다. Hozuma의 미국 특허 제4,243,633호를 참조하는데, 이는 그 전체가 참조로서 포함된다. 일부 코크스 또는 코크스 전구체 생성물은 공정(100)을 늦추거나 정지시키지 않으면 서 공정 라인을 통과할 수 있지만, 가급적이면 이러한 잠재적으로 문제가 있는 화합물의 형성을 피해야 한다.
탄화수소 예열기(120)의 구현예는 천연 가스 연소 히터, 열교환기, 또는 전기 히터, 또는 당업계에 알려진 임의 유형의 히터를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물(124)은 공정의 후반에 이중 파이프 열교환기에서 가열된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 물 스트림(110)은 0.1 μS/cm 미만과 같은, 1 마이크로시멘스(μS)/센티미터(cm) 미만의 전도도를 갖는 물 스트림과 같은 임의의 수원일 수 있다. 물 스트림(110)은 또한 탈염수, 증류수, 보일러 급수(BFW), 및 탈이온수를 포함할 수 있다. 적어도 일 구현예에서, 물 스트림(110)은 보일러 급수 스트림이다. 물 스트림(110)은 가압된 물 스트림(118)을 생성하기 위해 물 펌프(114)에 의해 가압된다. 가압된 물 스트림(118)의 압력은 적어도 22.1 MPa이며, 이는 대략 물의 임계 압력이다. 대안적으로, 가압된 물 스트림(118)의 압력은 23 MPa과 35 MPa 사이, 또는 24 MPa과 30 MPa 사이일 수 있다. 예를 들어, 가압된 물 스트림(118)의 압력은 25 MPa과 29 MPa, 26 MPa과 28 MPa, 25 MPa과 30 MPa, 26 MPa과 29 MPa, 또는 24 MPa과 28 MPa 사이일 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 가압된 물 스트림(118)은 그 후 물 예열기(122)에서 가열되어 초임계 수 스트림(126)을 생성할 수 있다. 초임계 수 스트림(126)의 온도는 374℃보다 높고, 이는 대략 물의 임계 온도이다. 대안적으로, 초임계 수 스트림(126)의 온도는 380℃보다 높을 수 있는데, 예를 들어, 380℃와 600℃ 사이, 또는 400℃와 550℃ 사이, 또는 400℃와 500℃ 사이, 또는 400℃와 450℃ 사이, 또는 450℃와 500℃ 사이일 수 있다. 일부 구현예에서, 초임계 반응기 시스템의 기계적 부품이 600℃ 초과의 온도에 의해 영향을 받을 수 있으므로, 초임계 수 스트림(126)의 최고 온도는 600℃일 수 있다.
탄화수소 예열기(120)와 유사하게, 적합한 물 예열기(122)는 천연 가스 연소 히터, 열교환기, 및 전기 히터를 포함할 수 있다. 물 예열기(122)는 탄화수소 예열기(120)와 별개이고 독립적인 유닛일 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 초임계 수 스트림(126) 및 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물(124)은 공급 혼합기(130)에서 혼합되어 결합된 공급 스트림(132)을 생성할 수 있다. 공급 혼합기(130)는 초임계 수 스트림(126)과 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물(124)을 혼합할 수 있는 임의 유형의 혼합 장치일 수 있다. 일 구현예에서, 공급 혼합기(130)는 혼합 티일 수 있다. 공급 혼합기(130)는 초음파 장치, 소형의 연속 교반 탱크 반응기(CSTR), 또는 임의의 적합한 혼합기일 수 있다. 공급 혼합기(130)에 공급되는 탄화수소에 대한 초임계 수의 체적 유량비는 가변될 수 있다. 일 구현예에서, 체적 유량비는 표준 주위 압력 및 온도(SATP)에서 10:1 대 1:10, 또는 5:1 대 1:5, 1:1 대 4:1일 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 결합된 공급 스트림(132)은 그 후 결합된 공급 스트림(132)을 개량하도록 구성된 초임계 개선 반응기(150)로 유입될 수 있다.
초임계 개선 반응기(150)는 상향류, 하향류 또는 수평류 반응기일 수 있다. 상향류, 하향류 또는 수평류 반응기는 초임계 수 및 석유계 조성물이 초임계 개선 반응기(150)를 통해 흐르는 방향을 나타낸다. 상향류, 하향류 또는 수평류 반응기는 원하는 적용 및 시스템 구성에 기초하여 선택될 수 있다. 임의의 이론에 구속 없이, 하향류 초임계 반응기에서, 중질 탄화수소 분획물은 더 큰 밀도를 가지므로 매우 빠르게 흐를 수 있어, (채널링으로 알려진) 체류 시간이 짧아질 수 있다. 이는 반응 시간이 적게 일어나므로 개량을 방해할 수 있다. 상향류 초임계 반응기는 체류 시간이 증가하지만, 반응기의 바닥에 축적되는 중질 분획물 내의 탄소 함유 화합물과 같은 큰 입자로 인해 어려움을 겪을 수 있다. 이러한 축적은 공정 개선을 방해하고 반응기를 막을 수 있다. 상향류 반응기는 통상적으로 촉매를 이용하여 반응물과의 접촉을 증가시키지만, 촉매는 초임계 수의 가혹한 조건으로 인해 분해될 수 있어, 불용성 응집물을 형성하는데, 이는 코크스를 발생시킬 수 있다. 수평 반응기는 상 분리를 원하거나 압력 강하를 감소시키려는 응용 분야에 유용할 수 있지만, 달성되는 분리는 제한될 수 있다. 각 유형의 반응기 흐름은 적용 가능한 공정에 기초하여 달라지는 긍정적 및 부정적 속성을 갖지만; 일부 구현예에서, 상향류 또는 하향류 반응기가 선호될 수 있다.
결합된 공급 스트림(132)은 초임계 개선 반응기(150)의 입구 포트를 통해 유입된다. 초임계 개선 반응기(150)는 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 초임계 개선 반응기(150)는 380℃ 내지 480℃ 사이, 또는 390℃ 내지 450℃ 사이의 온도를 가질 수 있다. 초임계 개선 반응기(150)는 등온 또는 비등온 반응기일 수 있다. 반응기는 관형 수직 반응기, 관형 수평 반응기, 용기형 반응기, 교반기와 같은 내부 혼합 장치를 구비한 탱크형 반응기, 또는 이들 반응기의 임의의 조합일 수 있다. 또한, 교반 막대 또는 교반 장치와 같은 추가 구성요소가 초임계 개선 반응기(150)에 포함될 수도 있다.
초임계 개선 반응기(150)는 식 L/D에 의해 정의된 치수를 가질 수 있으며, L은 초임계 개선 반응기(150)의 길이이고 D는 초임계 개선 반응기(150)의 직경이다. 하나 이상의 구현예에서, 초임계 개선 반응기(150)의 L/D 값은 0.5 미터(m)/분(min)보다 큰 유체의 공탑 속도를 달성하기에 충분할 수 있거나, 또는 1 m/min과 5 m/min 사이의 유체의 공탑 속도를 달성하기에 충분한 L/D 값일 수 있다. 유체 흐름은 5000보다 큰 레이놀즈 수에 의해 정의될 수 있다.
일부 구현예에서, 초임계 개선 반응기(150)에서 내부 유체의 체류 시간은 5초보다 긴, 예를 들어 1분보다 길 수 있다. 일부 구현예에서, 초임계 개선 반응기(150)에서 내부 유체의 체류 시간은 2와 30분 사이, 예를 들어 2와 20분 사이 또는 5와 15분 사이 또는 5와 10분 사이일 수 있다.
도 1을 참조하면, 반응기에서 배출 시, 초임계 개선 반응기(150)의 반응기 생성물(152)의 압력은 0.05 MPa 내지 2.2 MPa의 압력을 가질 수 있는 감압된 스트림(172)을 생성하도록 감소될 수 있다. 감압은 여러 장치, 예를 들어,도 1에 도시된 밸브(170)에 의해 달성될 수 있다. 선택적으로, 반응기 생성물(152)은 밸브(170) 상류의 냉각기(미도시)에서 200℃ 미만의 온도로 냉각될 수 있다. 열교환기와 같은 냉각기에 대해 다양한 냉각 장치가 고려된다.
도 1을 다시 참조하면, 감압된 스트림(172)은 그 후 경질/중질 분리기(180)로 공급되어 감압된 스트림(172)을 중질 분획물(182)과 경질 분획물(184)로 분리할 수 있다. 다양한 경질/중질 분리기(180), 예를 들어 플래쉬 드럼 또는 증류 유닛이 고려된다.
일부 구현예에서, 경질 분획물(184) 및 중질 분획물(182)은 액체-함유 분획물일 수 있다. 일부 구현예에서, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 중질 분획물(182) 내의 것보다 큰 API 비중 값을 갖는다. API 비중은 물에 대한 상대적 밀도(비중이라고도 함)를 기준으로 물과 비교할 때 석유 액체가 무겁거나 가벼운 정도를 나타내는 척도이다. API 비중은 식 1에 따라 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00001
식 1
API 비중은 도로 지칭되는 무차원 양으로, 대부분의 석유 액체는 10°와 70° 사이에 있다. 일부 구현예에서, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 30° 이상의 API 비중 값을 가질 수 있다. 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 30° 내지 40°, 30° 내지 45°, 또는 30° 내지 50°, 또는 30° 내지 70°의 API 비중 값을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 31.1°와 같은 31° 이상의 API 값을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 매우 상업적으로 바람직할 수 있는 40° 내지 45°의 API 값을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소가 45° 미만의 API 값을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이론에 구속 없이, API 값이 45°보다 크면, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소의 분자 사슬은 액체 생성물로서 더 짧고 상업적으로 덜 가치가 있을 수 있다.
중질 분획물(182) 내의 탄화수소는 30° 이하의 API 비중 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 중질 분획물(182) 내의 탄화수소는 30° 미만 및 1° 이상의 API 비중 값을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 중질 분획물(182) 내의 탄화수소는 1° 내지 10°, 또는 2° 내지 20°, 또는 4° 내지 8°의 API 값을 가질 수 있다. 중질 분획물(182) 내의 탄화수소는 20° 이하, 15° 이하, 또는 10° 이하의 API 비중 값을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 분획물의 적어도 5%가 증발된 때에 500℃ 이하를 나타내는 T5 참 비등점(TBP)을 가질 수 있다. 예를 들어, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 490℃ 이하 또는 489℃ 이하의 T5 TBP를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 150℃ 이하, 예를 들어 125℃ 이하, 75℃ 이하, 또는 50℃ 이하의 T5 TBP를 가질 수 있다. 경질 분획물(184) 내의 탄화수소는 500℃ 이하, 또는 490℃ 이하, 또는 485℃ 이하, 또는 480℃ 이하, 또는 475℃ 이하의 T90 TBP를 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 중질 분획물(182) 내의 탄화수소는 430℃ 이상, 예를 들어 430℃ 내지 560℃의 T5 TBP를 가질 수 있다. 중질 분획물(182) 내의 탄화수소는 450℃ 이상, 또는 500℃ 이상, 또는 560℃ 이하의 T5 TBP를 가질 수 있다. 중질 분획물(182) 내의 탄화수소는 분획물의 적어도 90%가 증발된 때에 900℃ 이하, 예를 들어 890℃ 이하, 또는 885℃ 이하, 또는 875℃ 이하를 나타내는 T90 TBP를 가질 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 경질 분획물(184)은 가스/오일/물 분리기(190)로 전달될 수 있다. 가스/오일/물 분리기(190)는 경질 분획물(184)을 가스 분획물(194), 액체 오일 분획물(192), 및 물 분획물(196)로 분리할 수 있다. 가스/오일/물 분리기(190)는 산업 분야에서 알려진 임의의 분리기일 수 있다. 가스/오일/물 분리기(190)는 경질 분획물을 적어도 가스 분획물(194), 액체 오일 분획물(192), 및 물 분획물(196)로 분리할 수 있지만, 부가적인 분획물이 또한 생성될 수 있음을 이해해야 한다.
일부 구현예에서, 액체 오일 분획물(192)은 가스 터빈(230)으로 전달될 수 있다. 다양한 가스 터빈 시스템 및 장치가 고려된다. 도 1의 구현예에 도시된 바와 같이, 가스 터빈(230)은 연소기(235)에 의해 구동된다. 액체 오일 분획물(192)은 압축 공기(236)와 함께 연료로서 연소기(235)에 공급될 수 있다. 압축기(238)는 흡입 공기(102)를 압축하여 압축 공기(236)를 생성할 수 있다. 연소기(235)는 가스 터빈(230)의 회전 블레이드를 구동시켜 기계적 에너지를 발생시키는 가열된 압축 공기(232)를 발생시킨다. 기계적 에너지는 발전기(250)로 전달되어 전기 에너지(300)로 변환될 수 있다.
일부 구현예에서, 액체 오일 분획물(192)의 적어도 일부는 추가적인 처리 또는 정제 단계 없이 가스 터빈(230)에 동력을 공급하기에 적합할 수 있다. 이론에 구속 없이, 액체 오일 분획물(192)은 초임계 개선 반응기(150)의 개량 공정으로 인해 가스 터빈 연료의 요구되는 사양을 충족시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 가스 터빈 연료는 부식 및 오염에 대한 우려로 크게 규제되고 있다. 가스 터빈 시스템의 높은 온도는 부식 및 오염을 유발하는 것과 같은 원치 않는 반응을 가속화할 수 있다. 예를 들어, 액체 연료의 황 함량은 공기 오염 물질인 연소에 의해 SOx로 전환될 수 있다. 유사하게, 연료 중 바나듐 및 니켈과 같은 금속 화합물은 또한 산화물계 물질로 전환될 수 있으며, 황 및 질소와 추가로 반응하여 황산염 및 질산염을 생성할 수 있는데, 이 또한 환경적 위험물이다.
이러한 표준을 따르기 위해, 액체 오일 분획물(192)은 가스 터빈(230)으로 전달되기 전에 10 중량 백만분율(wt ppm) 금속 미만의 금속 함량을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 액체 오일 분획물(192)은 0.5 중량 ppm 이하의 바나듐 함량, 2 중량 ppm 이하의 칼슘 함량, 및 1 중량 ppm 이하의 나트륨 및 칼륨 결합 함량을 가질 수 있다. 액체 오일 분획물(192)은 100 중량 ppm 이하의 회분 함량, 또는 75 중량 ppm 이하의 회분 함량을 가질 수 있다. 총 회분 함량은 막힘 및 다른 기계적 문제를 방지하기 위하여 규제될 수 있다. 일부 구현예에서, 액체 오일 분획물(192)은 막힘 및 다른 기계적 문제를 방지하는데 도움을 주기 위해 100℉에서 1.8 센티스토크(cSt) 내지 30 cSt의 동점도를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 개시물의 시스템 구현예는 가스 터빈 연료에 대한 이러한 표준에 따라 액체 오일 분획물(192)을 배치하기 위한 첨가제 또는 추가 처리 단계의 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다.
일부 구현예에서, 첨가제는 가스 터빈(230)의 바나듐 부식을 감소시키거나 완화시키기 위해 사용될 수 있다. 특히, 마그네슘 화합물은 바나듐과 반응하여 성분의 융점을 상승시키도록 첨가될 수 있다. 산화 마그네슘(MgO)은 V2O5와 반응하여 Mg(VO3)2(융점 742℃), Mg2V2O7(융점 980℃), 및 Mg3(VO4)2(융점 1074℃)와 같은 상승된 융점을 갖는 바나듐산염 화합물을 형성하도록 첨가될 수 있다. 새롭게 형성된 마그네슘-바나듐 산화물은 증가된 융점을 갖기 때문에, 이들은 가스 터빈에서보다 안정적이고 가스 터빈(230)에 존재하는 금속 라이닝 및 보호 층을 부식시키거나 열화시킬 가능성이 적다.
도 1을 다시 참조하면, 중질 분획물(182)은 급수물(128)과 함께 보일러(220)에 공급될 수 있다. 보일러(220)는 증기 터빈(228)에 동력을 공급할 수 있다. 보일러(220)는, 일부 구현예에서, 초임계 수 보일러일 수 있거나 또는 과열 증기 보일러일 수 있다. 일부 구현예에서, 초임계 개선 반응기(150)로부터의 초임계 수 스트림(126)은 보일러(220)와 통합되어 보일러(220) 및 초임계 개선 반응기(150)가 상승적으로 결합될 수 있다. 이는 보일러(220) 및 초임계 개선 반응기(150)가, 일부 구현예에서, 물질, 에너지, 또는 이들 모두를 공유하고 교환할 수 있음을 의미한다. 일부 구현예에서, 초임계 수는 터빈 블레이드에 대해 바람직하지 않게 파괴될 수 있으므로, 과열 증기가 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 과열 증기는 감압을 필요로 하여 발생하기 어려울 수 있으므로, 초임계 수가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 급수물(128)은 보일러(220)를 시동시키기 위해서만 사용될 필요가 있을 수 있다. 보일러(220)가 작동한 후, 초임계 수 스트림(126)과 같은 시스템으로부터의 물은 보일러(220)의 기능을 유지하는데 사용될 수 있다 강력한 절연 및 트레이싱은 상당한 열 손실 없이 초임계 수 스트림(126)을 이송하기 위해 공정(100)에서 라인 전체에 걸쳐 사용될 수 있다. 초임계 수 또는 과열 증기는 증기 터빈(228)을 구동하기 위해 에너지(222)를 생성할 수 있다. 증기 터빈(228)은 전기 에너지(300)를 생성하기 위해 발전기(252)에 의해 변환될 수 있는 기계적 에너지를 생성할 수 있다. 터빈(228)으로부터의 과잉 증기(224)는 증기 터빈(228) 내로 다시 재순환하기 위해 응축기로 보내질 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 구현예에서, 보일러(220)는 물의 임계 온도 및 압력보다 높은 온도 및 압력에서 작동하는 초임계 수 보일러일 수 있다. 일부 구현예에서, 이는 22 MPa 이상의 압력 및 374℃ 이상의 온도일 수 있다. 일부 구현예에서, 보일러(220)는 중질 분획물(182)에 존재하는 것과 같은 탄화수소의 연소에 의해 발생된 열을 통한 거품 수를 통해 액체 수를 증기로 바꿀 수 있다. 일부 구현예에서, 압력 저감 장치는 보일러(220)에서 사용하기 위해 초임계 수를 과열 증기로 전환시키는데 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 전력을 생산하기 위한 공정(100)의 특정 적용에 요구되는 임의의 온도에서 작동할 수 있는 급수물(128)이 사용될 수 있다.
도 1의 구현예에서, 중질 분획물(182)의 적어도 일부는 거의 어떠한 첨가제 또는 추가 처리나 정제 단계 없이 보일러(220)용 연료로서 적합할 수 있다. 이론에 구속 없이, 중질 분획물(182)은 초임계 개선 반응기(150)의 개량 공정으로 인해 보일러(220)의 요구 사양을 충족시킬 수 있다. 중질 분획물(182)은 감소된 금속 함량을 가질 수 있고, 보일러(220)의 상류 예열의 필요성을 없애거나 줄이기 위해 보일러(220)로의 유입에 적합한 온도일 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 개시물의 추가 구현예는 보일러(220)에서 증기 발생에 사용되는 물을 보존하는 것에 관한 것이다.
일부 구현예에서, 가스/오일/물 분리기(190)에서 경질 분획물(184)로부터 생성된 물 분획물(196)은 추가 처리 단계를 거칠 수 있다. 일부 구현예에서, 물 분획물(196)은 수처리 유닛(200)으로 전달되어 제1 급수 분획물(202)을 생성할 수 있다. 수처리 유닛(200)은 여과, 탈유, 탈염, 및 물 분획물(196)의 pH 조절을 포함하는 임의의 통상적인 수처리 단계에 따라 물 분획물(196)을 처리할 수 있다. 일부 구현예에서, 수처리 유닛(200)은 침전 및 여과와 같은 물리적 공정, 소독 및 응고와 같은 화학 공정, 물 분획물(196)을 처리하기 위한 완속 모래 여과와 같은 생물학적 공정, 또는 이들의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 수처리 유닛(200)은 염소화, 폭기, 응집, 고분자 전해질, 침강, 또는 물을 정제하여 물 분획물(196)을 처리하는 것으로 알려진 다른 기술을 이용할 수 있다. 일부 구현예에서, 물 분획물(196)은 보일러(220)에 대한 오염 물질이 적은 수원을 제공하기 위해 처리를 거칠 수 있다.
보일러(220)로 유입 전에, 제1 급수 분획물(202)은 보일러(220)에서 사용될 물에 대한 감소된 양의 오염 물질을 가질 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 제1 급수 분획물(202)은 125와 200 질량 십억분율(ppb) 사이의 디에틸 히드록실아민(DEHA), 예를 들어 200 ppb 미만의 DEHA, 175 ppb 미만의 DEHA, 또는 150 ppb 미만의 DEHA를 가질 수 있다. 제1 급수 분획물(202)은 0 내지 5 ppb의 용해된 O2, 예를 들어 5 ppb 미만의 O2, 4 ppb 미만의 O2, 3 ppb 미만의 O2, 또는 2 ppb 미만의 O2를 가질 수 있다. 제1 급수 분획물(202)은 0.05 리터당 밀리그램(mg/L) 이하의 경도, 예를 들어 0.01 mg/L 이하의 경도를 가질 수 있다. 제1 급수 분획물(202)은 0.01 mg/L 이하의 구리, 0.02 mg/L 이하의 철, 및 0.05 mg/L 이하의 SiO2를 가질 수 있다. 제1 급수 분획물(202)은 8.8과 9.2 사이의 pH, 예를 들어 8.9와 9.1 사이의 pH 또는 9의 pH를 가질 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 중질 분획물(182)은 또한 보일러(220)로 전달되기 전에 추가 처리를 거칠 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 구현예에서, 중질 분획물(182)은 보일러(220) 상류의 유수 분리기(240)로 전달되어 중질 분획물(182)로부터 적어도 일부의 물을 분리할 수 있다. 유수 분리기(240)는 탈수된 중질 분획물(186) 및 제2 물 분획물(246)을 생성할 수 있다. 일부 구현예에서, 탈수된 중질 분획물(186)은 1 중량% 물 이하의 물 함량, 예를 들어 0.5 중량% 물 이하 또는 0.1 중량% 물 이하의 물 함량을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 탈수된 중질 분획물(186)은 122℉에서 380 cSt 이하의 점도, 예를 들어 122℉에서 180 cSt 이하의 점도를 가질 수 있다.
탈수된 중질 분획물(186)은 보일러(220)로 전달될 수 있다. 도 1을 참조하여 논의된 중질 분획물(182)과 유사하게, 탈수된 중질 분획물(186)은 거의 어떠한 추가 단계나 첨가제 없이 보일러(220)로 유입에 적합한 낮은 금속 함량 및 온도를 가질 수 있다. 탈수된 중질 분획물(186)은 증기 발생 단계를 위해 연료로서 보일러(220)에 공급될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 제2 물 분획물(246)은 보일러(220)로 유입되거나 유입되지 않을 수 있는 제2 급수 분획물(204)을 생성하기 위해 제2 수처리 유닛(205)으로 전달될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 급수 분획물(202) 및 제2 급수 분획물(204)은 결합되어 이들 모두가 보일러(220)로 유입될 수 있다. 이는 물을 보존하여 거의 어떠한 첨가제나 추가 단계 없이 더 자립적인 공정을 가능하게 한다. 터빈(228)으로부터의 과잉 증기(224)는 터빈(228) 내로 또는 초임계 개선 반응기(150)로 다시 재순환하는 것과 같이, 공정(100) 전체에 걸쳐 재사용될 응축기로 보내질 수 있다. 터빈(228) 및 초임계 개선 반응기(150)는 사실상 상승적이어서 증기(224)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 에너지, 물질, 또는 이들 모두를 교환할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 추가 구현예는 경질/중질 분리기(180) 상류의 반응기 생성물(152)을 추가로 처리하는 것에 관한 것이다. 도 3은 보일러(220)에 동력을 공급하기 위해 중유 분획물(216)과 결합된 커터스톡(cutterstock) 분획물(212)을 이용하는 것을 더 도시하고 있다.
도 3에서, 감압된 스트림(172)이 초기 가스 분획물(164), 초기 물 분획물(166), 및 초기 오일 분획물(162)로 분리되는 초기 가스/오일/물 분리기(160)로 감압된 스트림(172)이 전달된다. 초기 오일 분획물(162)은 경질 분획물(184) 및 중질 분획물(182)로 분리되도록 경질/중질 분리기(180)로 전달될 수 있다. 경질 분획물(184)은 증류 유닛(210)으로 전달될 수 있다. 증류 유닛(210)은 경질 분획물(184)을 적어도 경액 오일 분획물(214), 커터스톡 분획물(212), 및 중유 분획물(216)로 분리할 수 있다. 미도시된 다른 분획물이 또한 고려된다.
일부 구현예에서, 중유 분획물(216)은 그 분획물이 50℃에서 380 cSt 초과의 점도를 갖도록 증류될 수 있다. 중유 분획물(216)의 동점도는, 일부 구현예에서, 100℉에서 125 cSt보다 클 수 있다. 중유 분획물(216)의 동점도는 100℉에서 100 cSt보다 클 수 있거나, 또는 100℉에서 100 cSt 내지 125 cSt일 수 있거나, 또는 100℉에서 100 cSt 내지 150 cSt일 수 있다. 일부 구현예에서, 경액 오일 분획물(214)은 100℉에서 1 cSt 내지 5 cSt, 또는 1 cSt 내지 10 cSt, 또는 1 cSt 내지 20 cSt의 동점도를 가질 수 있다. 이론에 구속 없이, 커터스톡 분획물(212)은 중유 분획물(216)과 경액 오일 분획물(214) 사이의 중간으로 고려될 수 있고 경액 오일 분획물(214)과 중유 분획물(216) 사이의 동점도 를 가질 수 있다. 커터스톡 분획물(212)은 100℉에서 1 cSt 미만 내지 30 cSt, 예를 들어 5 cSt 내지 25 cSt 또는 10 cSt 내지 20 cSt의 동점도를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 커터스톡 분획물(212)은 100℉에서 1 cSt 내지 5 cSt, 또는 1 cSt 내지 20 cSt, 또는 1 내지 10 cSt 또는 5 내지 15 cSt의 동점도를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 커터스톡 분획물(212)은 100℉에서 1 cSt 미만, 또는 3 cSt 미만, 예를 들어, 0 cSt 내지 1 cSt, 또는 0 cSt 내지 3 cSt, 또는 0 cSt 내지 5 cSt의 동점도를 가질 수 있다.
본 개시 내용 전체에 걸쳐 사용된 바와 같이, 동점도는 식 2에 따른 유체의 밀도에 대한 절대 점도의 비율을 나타낸다.
Figure pct00002
식 2
커터스톡 분획물(212)은 나프타, 케로신, 또는 이들의 조합물로 이루어질 수 있거나, 또는 일부 구현예에서 다른 적합한 탄화수소로 이루어질 수 있다. 커터스톡 분획물(212)은, 일부 구현예에서, 중유 분획물(216)의 점도를 감소시키기 위해 중유 분획물(216)과 결합될 수 있다. 커터스톡 분획물(212)은 혼합기(136)에서 중유 분획물(216)과 결합될 수 있다. 혼합기는 간단한 혼합 티, 초음파 장치, 소형의 연속 교반 탱크 반응기(CSTR), 또는 임의의 다른 적합한 혼합기와 같은 임의의 적합한 혼합기일 수 있다. 커터스톡 분획물(212)은 중유 분획물(216)과 혼합되어 연료 오일 분획물(218)을 생성할 수 있다.
커터스톡 분획물(212)은 중유 분획물(216)보다 낮은 점도를 가질 수 있다. 또한, 커터스톡 분획물(212)은 중유 분획물(216)보다 낮은 황 함량을 가질 수 있다. 그러므로, 중유 분획물(216)에 커터스톡 분획물(212)의 첨가는 중유 분획물(216)의 점도를 감소시키거나, 중유 분획물(216)의 황 함량을 감소시키거나, 또는 이들 모두를 실행하여 개량된 연료 오일 분획물(218)을 생성할 수 있다. 연료 오일 분획물(218)은 첨가제 또는 추가 처리 단계의 필요성 없이 또는 감소된 필요성으로 보일러(220)에서 연료로 사용하기에 적합할 수 있다. 일부 구현예에서, 추가 처리 단계 또는 첨가제의 필요성은 감소될 수 있다. 이론에 구속 없이, 초기 가스/오일/물 분리기(160), 경질/중질 분리기(180), 및 증류 유닛(210)과 결합된 초임계 개선 반응기(150)의 처리는 보일러(220)에서 적절한 연료에 대한 요구 사양을 충족시킬 수 있는 개량된 연료 오일 분획물(218)을 생성할 수 있다.
연료 오일 분획물(218)은 13°와 같은 10° 내지 15°의 API 값을 가질 수 있다. 연료 오일 분획물(218)은 5° 내지 20°, 또는 10° 내지 20°, 또는 5° 내지 25°, 또는 10° 내지 25°의 API 값을 가질 수 있다. 연료 오일 분획물(218)은 12° 내지 14°, 또는 15° 내지 18°, 또는 12° 내지 18°의 API 값을 가질 수 있다. 커터스톡 분획물(212)은 30℃ 내지 250℃, 예를 들어 30℃ 내지 150℃ 또는 150℃ 내지 250℃의 비등점 범위를 가질 수 있다. 연료 오일 분획물(218)의 T5 TBP는 100℃ 내지 200℃, 또는 100℃ 내지 150℃, 또는 100℃ 내지 125℃, 또는 75℃ 내지 125℃일 수 있다. 연료 오일 분획물(218)의 T90 TBP는 800℃ 내지 900℃, 또는 850℃ 내지 900℃, 또는 850℃ 내지 875℃일 수 있다.
도 3을 계속 참조하면, 연료 오일 분획물(218)은 연료로서 사용되도록 보일러(220)로 전달될 수 있다. 초임계 급수물(129)은 또한 보일러(220)에 동력을 공급하는데 사용될 수 있다. 초임계 급수물(129)은 도 1을 참조하여 전술한 물 펌프(114) 및 물 예열기(122)로부터 생성될 수 있다. 일부 구현예에서, 초임계 수 스트림(126)은 초임계 급수물(129)을 생성하기 위해 구획 밸브(134)로 분할될 수 있다. 보일러(220)는 증기 터빈(228)을 구동하기 위해 증기(222)를 발생시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 증기 터빈은 과잉 증기(224)를 배출하기 위해 배기 메커니즘을 추가적으로 이용할 수 있다. 증기 터빈(228)은 기계적 에너지를 발생시켜 발전기(252)에 동력을 공급해서 전기 에너지(300)를 생성할 수 있다.
도 1을 참조하여 기술된 구현예와 유사하게, 경액 오일 분획물(214)은 연소기(235)로 전달되어 가열된 압축 공기(232)를 발생시켜 가스 터빈(230)에 동력을 공급할 수 있다. 가스 터빈(230)은 기계적 에너지를 발생시켜 전기 발전기(250)에 동력을 공급해서 전기 에너지(300)를 생성할 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 추가적인 구현예는 시스템에서 스팀 요건을 보존하고 최소화하는 것에 관한 것이다. 도 4는, 일부 구현예에서, 증기 터빈(228)으로부터 유출된 증기(224)가 재순환되어 초임계 개선 반응기(150) 상류의 예열기(120, 122)로 전달돼서 가압된 탄화수소계 조성물(116) 및 가압된 물 스트림(118)을 가열할 수 있음을 도시하고 있다. 대안적으로, 도 2의 구현예에 도시된 바와 같이, 스팀(224)은 추가로 초임계 개선 반응기(150) 내로 재순환될 수 있다. 본 개시물의 공정은 물 소비를 최소화하면서 결합된 공급 스트림(132)의 다수 분획물을 이용하여 발전을 위한 매우 효율적인 시스템을 생성할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 도 5는 도 1-4에 도시된 구현예와 유사한 전력을 발생시키기 위한 공정의 다른 개략도이다. 도 1 내지 4를 참조하여 앞서 논의된 구현예 중 임의의 예는 도 5의 공정에서 사용하기 위해 고려됨을 이해하여야 한다. 또한, 도 5는 커터스톡 분획물(312A 및 312B)을 이용하여 도시하고 있다.
도 5에서, 경질/중질 분리기(180)는 감압된 스트림(172)을 중질 분획물(182)과 경질 분획물(184)로 분리하는데 사용된다. 그리고 나서, 경질 분획물(184)은 경질 분획물(184)을 가스 분획물(194), 액체 오일 분획물(192), 및 물 분획물(196)로 분리할 수 있는 가스/오일/물 분리기(190)로 전달될 수 있다.
그리고 나서, 액체 오일 분획물(192)은 흐름 분할기(198)를 통해 두 스트림의 커터스톡 분획물(312A 및 312B)로 분할될 수 있다. 흐름 분할기(198)는 액체 오일 분획물(192)을 적어도 두 스트림의 커터스톡 분획물(312A 및 312B)로 분리할 수 있는 임의의 공지된 분할 장치일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 구현예에서, 하나의 스트림의 커터스톡 분획물(312A)은 연료로서 연소기(235)로 전달될 수 있다. 또한, 가스 분획물(194)은 연료로서 연소기(235)로 전달될 수 있다. 반응기 생성물(152)의 다수 구성요소를 이용함으로써, 발전 공정은 전력을 발생시키는데 필요한 연료 요건을 최소화할 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 다른 스트림의 커터스톡 분획물(312B)은 혼합기(138)로 전달될 수 있으며, 여기서 혼합 연료 분획물(188)을 형성하기 위해 중질 분획물(182)과 혼합된다. 혼합기(138)는 간단한 혼합 티, 초음파 장치, 소형의 연속 교반 탱크 반응기(CSTR), 또는 다른 공지된 혼합기와 같은 당업계에 알려진 임의의 적합한 혼합기일 수 있다. 전술한 바와 같이, 중질 분획물(182), 혼합 연료 분획물(188), 또는 이들 모두는, 일부 구현예에서, 도 2를 참조하여 논의된 유수 분리기(240)를 통해 탈수될 수 있다.
그리고 나서, 혼합 연료 분획물(188)은 보일러(220)로 전달될 수 있다. 도 1-4를 참조하여 전술한 바와 같이, 보일러(220)는 증기 터빈(228)에 동력을 공급하여 발전기(252)에 동력을 공급해서 전기 에너지(300)를 생성할 수 있다.
실시예
다음의 시뮬레이션 실시예는 전술한 본 개시물의 하나 이상의 구현예를 도시한다. 구체적으로, 시뮬레이션은 전술한 구현예에 따라 실행되었고, 특히 도 5에 도시된 발전 공정의 구현예에 대하여 실행되었다. 본 공정의 반응 조건은 표 1에 열거되어 있고, 구성성분의 조성 특성은 표 2에 열거되어 있고, 이들 모두는 명칭과 도 5에서 사용된 참조 번호로 열거되어 있다.
전기를 발생시키기 위한 실시예 공정에서, 탄화수소계(HC계) 조성물(comp.)(105)을 펌프에서 가압하여 3901 평방 인치 게이지당 파운드(psig)의 압력을 갖는 가압된(pres.) 탄화수소계 조성물(116)을 생성하였다. 물 스트림(110)은 또한 가압되어 3901 psig의 압력으로 가압된 물 스트림(118)을 형성하였다. 가압된 탄화수소계 조성물(116)을 26℃ 내지 150℃의 온도로 예열하였다. 가압된 물 스트림(118)은 또한 22℃ 내지 450℃의 온도로 예열되어 초임계 수 스트림(126)을 형성하였다. 초임계 수 스트림(126) 및 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물(124)은 공급 혼합기에서 혼합되어 결합된 공급 스트림(132)을 생성하였고, 이는 반응기 생성물(152)을 생성하기 위해 초임계 개선 반응기로 유입되었다. 반응기 생성물(152)(압력 3901 psig)은 밸브에 의해 감압된 스트림(172)(압력 5 psig)으로 감압되었다. 감압된 스트림(172)은 플래시 드럼으로 공급되어 감압된 스트림(172)을 중질 분획물(182)과 경질 분획물(184)로 분리하였다.
그리고 나서, 경질 분획물(184)은 가스/오일/물 분리기로 전달되어 경질 분획물(184)을 가스 분획물(194), 액체 오일 분획물(192), 및 물 분획물(196)로 분리하였다. 액체 오일 분획물(192)은 두 스트림의 커터스톡 분획물(312A 및 312B)로 분할되었다. 하나의 스트림의 커터스톡 분획물(312A)은 가스 터빈으로 전달되었고, 다른 스트림의 커터스톡 분획물(312B)은 중질 분획물(182)과 혼합되어 보일러로 전달될 혼합 연료 분획물(188)을 생성하였다. 혼합 연료 분획물은 증기 터빈 및 전기 에너지를 생성하는 발전기와 연통하고 있는 초임계 증기 보일러로 전달되었다.
유사하게, 커터스톡 분획물(312A) 및 가스 분획물(194)은 가스 터빈을 구동하기 위한 압축된 가열 공기를 생성하기 위해 연소기로 전달되었다. 가스 터빈은 기계적 에너지를 생성하였고, 이는 전기 발전기에 동력을 공급하도록 전기 에너지로 변환되었다. 보일러로부터의 증기(224)는 재순환되어 석유 예열기로부터 수집된 과잉 증기와 함께 석유 및 물 예열기로 다시 전달되었다.
특히, 실시예 공정은 시스템에 외부 에너지를 공급하지 않고, 시스템에 연료 가스를 공급하지 않고, 그리고 가스 터빈, 보일러, 또는 이들 모두로 유입 전에 구성요소를 냉각 및 재가열할 필요 없이 전력을 생성할 수 있었다. 실시예 공정은 최소량의 물을 소비하였고 물 분획물(증기 224)을 재순환시켜 예열기를 가열하고 공정을 계속할 수 있었다. 터빈 및 보일러에 연료를 공급하기 위해 사용된 생성된 커터스톡 분획물(312A 및 312B)은 분획물의 금속 또는 황 함량을 감소시키기 위해 첨가제를 사용하지 않고 연료 가스에 요구되는 사양을 충족시켰다. 가스 분획물(194)은 또한 원래의 결합된 공급 스트림(132)의 거의 모든 분획물을 이용하여, 연소기에 동력을 공급하여 에너지를 발생시키는데 사용되었다. 결합된 공급 스트림(132)의 개선되고 분리된 많은 성분들을 이용함으로써, 실시예 공정은 보다 효율적이고 자립적인 시스템에서 더 많은 연료를 생성할 수 있었고, 이는 시간과 비용을 절약시킨다.
Figure pct00003
Figure pct00004
표 1에서, 온도는 섭씨 온도, "℃"로 측정된다. 압력은 평방 인치 게이지당 파운드 "psig"이다. 질량 유량은 시간당 킬로그램 "kg/h"이다. 액체 체적 유량은 표준 이상 액체 체적 유량을 나타내는 하루당 배럴 "barrel/day"로 측정되며, 이는 식 1을 사용하여 계산될 수 있다.
Figure pct00005
식 1
Figure pct00006
본 개시물의 제1 양태는 발전 공정에 관한 것으로, 본 공정은 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물과 초임계 수 스트림을 혼합 장치에서 결합하여 결합된 공급 스트림을 생성하는 단계; 결합된 공급 스트림을 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동하는 초임계 반응기로 유입시켜 개량된 생성물을 생성하는 단계; 개량된 생성물을 감압하는 단계; 개량된 생성물을 적어도 하나의 경질 분획물 및 적어도 하나의 중질 분획물로 분리하여 경질 분획물 내의 탄화수소가 중질 분획물 내의 탄화수소보다 큰 미국 석유 협회(API) 비중 값을 갖는 단계; 및 중질 분획물의 적어도 일부를 보일러로 유입시켜 전력을 발생시키거나, 경질 분획물의 적어도 일부를 가스 터빈으로 유입시켜 전력을 발생시키거나, 또는 이들 모두를 실행하는 단계를 포함한다.
본 개시물의 제2 양태는 경질 분획물 내의 탄화수소가 30° 이상의 API 비중 값을 갖는 제1 양태를 포함한다.
본 개시물의 제3 양태는 중질 분획물 내의 탄화수소가 30° 미만의 API 비중 값을 갖는 제1 또는 제2 양태를 포함한다.
본 개시물의 제4 양태는 중질 분획물 내의 탄화수소가 30° 미만 및 20° 이상의 API 비중 값을 갖는 제1 내지 제3 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제5 양태는 경질 분획물을 오일/가스/물 분리기로 전달하여 가스 분획물, 액체 오일 분획물, 및 물 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는 제1 내지 제4 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제6 양태는 액체 오일 분획물이 10 중량 백만분율(wt ppm) 금속 미만의 금속 함량을 갖는 제5 양태를 포함한다.
본 개시물의 제7 양태는 액체 오일 분획물이 터빈 시스템으로 전달되어 동력을 발생시키는 제5 및 제6 양태를 포함한다.
본 개시물의 제8 양태는 가스 분획물이 터빈 시스템으로 전달되어 동력을 발생시키는 제5 및 제6 양태를 포함한다.
본 개시물의 제9 양태는 터빈 시스템이 연소기 및 가스 터빈을 포함하는 제7 및 제8 양태를 포함한다.
본 개시물의 제10 양태는 물 분획물을 수처리 유닛으로 전달하여 급수 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는 제5 내지 제9 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제11 양태는 적어도 하나의 중질 분획물을 유수 분리기로 전달하여 적어도 일부의 물을 중질 분획물로부터 분리시켜 탈수된 중질 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는 제1 내지 제10 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제12 양태는 탈수된 중질 분획물이 1 중량% 물 이하의 물 함량을 갖는 제11 양태를 포함한다.
본 개시물의 제13 양태는 탈수된 중질 분획물이 0.5 중량% 물 이하의 물 함량을 갖는 제11 양태를 포함한다.
본 개시물의 제14 양태는 탈수된 중질 분획물이 0.1 중량% 물 이하의 물 함량을 갖는 제11 양태를 포함한다.
본 개시물의 제15 양태는 탈수된 중질 분획물이 380 센티스토크(cSt) 이하의 점도를 갖는 제11 내지 제14 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제16 양태는 탈수된 중질 분획물이 180 cSt 이하의 점도를 갖는 제11 내지 제15 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제17 양태는 제2 물 분획물을 수처리 유닛으로 전달하여 제2 급수 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는 제11 내지 제16 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제18 양태는 제1 급수 분획물, 제2 급수 분획물, 또는 이들 모두를 보일러로 유입시키는 단계를 더 포함하는 제11 내지 제17 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제19 양태는 보일러가 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동하는 초임계 수 보일러인 제1 내지 제18 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제20 양태는 개량된 생성물을 분리하는 단계가 개량된 생성물을 적어도 하나의 증류 유닛으로 전달하는 단계를 포함하는 제1 내지 제19 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제21 양태는 개량된 생성물을 분리하는 단계가 개량된 생성물을 플래시 드럼으로 전달하는 단계를 포함하는 제1 내지 제20 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제22 양태는 개량된 생성물을 감압하기 전에 개량된 생성물을 냉각하는 단계를 더 포함하는 제1 내지 제21 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제23 양태는 보일러로부터 증기를 전달해서 가열되고 가압된 탄화수소계 조성물, 초임계 수 스트림, 또는 이들 모두를 가열하는 단계를 더 포함하는 제1 내지 제22 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제24 양태는 발전 공정에 관한 것으로, 본 공정은 가압되고 가열된 탄화수소계 조성물과 초임계 수 스트림을 혼합 장치에서 결합하여 결합된 공급 스트림을 생성하는 단계; 결합된 공급 스트림을 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동하는 초임계 반응기로 유입시키는 단계; 개량된 생성물을 감압하는 단계; 개량된 생성물을 적어도 하나의 가스/오일/물 분리기에서 분리하여 적어도 가스 분획물, 액체 오일 분획물, 및 물 분획물을 생성하는 단계; 액체 오일 분획물을 증류 유닛에서 분리하여 적어도 경유 분획물, 커터스톡 분획물, 및 중유 분획물을 생성하는 단계; 적어도 커터스톡 분획물과 중질 분획물을 결합하여 연료 오일 분획물을 생성하는 단계; 및 경유 분획물을 가스 터빈 시스템으로 전달하여 전력을 발생시키거나, 연료 오일 분획물을 보일러로 전달하여 전력을 발생시키거나, 또는 이들 모두를 실행하는 단계를 포함한다.
본 개시물의 제25 양태는 경유 분획물 내의 탄화수소가 30° 이상의 API 비중 값을 갖는 제24 양태를 포함한다.
본 개시물의 제26 양태는 중유 분획물 내의 탄화수소가 30° 미만의 API 비중 값을 갖는 제24 내지 제25 양태를 포함한다.
본 개시물의 제27 양태는 중유 분획물 내의 탄화수소가 30° 미만 및 20° 이상의 API 비중 값을 갖는 제24 내지 제26 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제28 양태는 물 분획물을 수처리 유닛으로 전달하여 제1 급수 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는 제24 내지 제27 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제29 양태는 액체 오일 분획물이 10 중량 백만분율(wt ppm) 금속 미만의 금속 함량을 갖는 제24 내지 제28 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제30 양태는 적어도 하나의 중유 분획물을 유수 분리기로 전달하여 적어도 일부의 물을 중유 분획물로부터 분리시켜 탈수된 중질 분획물 및 제2 물 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는 제24 내지 제29 양태중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제31 양태는 탈수된 중질 분획물이 1 중량% 물 이하의 물 함량을 갖는 제30 양태를 포함한다.
본 개시물의 제32 양태는 탈수된 중질 분획물이 0.5 중량% 물 이하의 물 함량을 갖는 제30 양태를 포함한다.
본 개시물의 제33 양태는 탈수된 중질 분획물이 0.1 중량% 물 이하의 물 함량을 갖는 제30 양태를 포함한다.
본 개시물의 제34 양태는 탈수된 중질 분획물이 122℉에서 380 cSt 이하의 점도를 갖는 제30 내지 제33 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제35 양태는 탈수된 중질 분획물이 122℉에서 180 cSt 이하의 점도를 갖는 제30 내지 제34 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제36 양태는 제2 물 분획물을 수처리 유닛으로 전달하여 제2 급수 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는 제30 내지 제35 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제37 양태는 제1 급수 분획물, 제2 급수 분획물, 또는 이들 모두를 보일러로 유입시키는 단계를 더 포함하는 제36 양태를 포함한다.
본 개시물의 제38 양태는 보일러가 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동하는 초임계 수 보일러인 제24 내지 제37 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제39 양태는 개량된 생성물을 분리하는 단계가 개량된 생성물을 적어도 하나의 증류 유닛으로 전달하는 단계를 포함하는 제24 내지 제38 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제40 양태는 개량된 생성물을 분리하는 단계가 개량된 생성물을 플래시 드럼으로 전달하는 단계를 포함하는 제24 내지 제39 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제41 양태는 커터스톡 분획물이 나프타, 케로신, 또는 이의 조합물을 포함하는 제24 내지 제40 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제42 양태는 증기를 보일러로부터 적어도 하나의 예열기로 전달하는 단계를 더 포함하는 제24 내지 제41 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제43 양태는 증기를 보일러로부터 초임계 개선 반응기로 유입시키는 단계를 더 포함하는 제24 내지 제42 양태 중 어느 하나를 포함한다.
본 개시물의 제44 양태는 가스 분획물을 가스 터빈 시스템으로 전달하여 전력을 발생시키는 단계를 더 포함하는 제24 내지 제43 양태 중 어느 하나를 포함한다.
청구된 기술 요지의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 그 내에서 기술된 실시예에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서 본 명세서는 첨부된, 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 이와 같은 수정 및 변형이 본 명세서에 기술된 다양한 실시예의 수정 및 변형을 포함한다.
본 개시 내용 전체에 걸쳐 사용된 바와 같이, "일(a)", "하나(an)", 및 "그(the)"의 단수 형태는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 지칭을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "일(a)" 구성요소에 대한 언급은, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 2개 이상의 그러한 구성요소를 갖는 양태를 포함한다.
본 개시 내용의 기술 요지를 상세하게 그리고 특정 실시예를 참조하여 설명하였지만, 여기에 나타낸 다양한 세부 사항은 이들 세부 사항이 본 명세서에 설명된 다양한 실시예의 필수 구성요소를 의미하는 것으로 받아들여서는 안 되며, 본 설명에 수반되는 각 도면에 특정 요소가 설명되어 있는 경우에도 마찬가지이다. 또한, 첨부된 청구 범위에 정의된 실시예를 포함하지만 이에 한정되지 않는 본 개시물의 범위를 벗어남이 없이 수정 및 변형이 가능하다는 것은 명백할 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용의 일부 양태는 특히 유리한 것으로 확인되었지만, 본 개시 내용이 반드시 이들 양태로 한정되는 것은 아니다.

Claims (27)

  1. 발전 공정으로서,
    가압되고 가열된 탄화수소계 조성물과 초임계 수 스트림을 혼합 장치에서 결합하여 결합된 공급 스트림을 생성하는 단계;
    상기 결합된 공급 스트림을 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동하는 초임계 반응기로 유입시켜 개량된 생성물을 생성하는 단계;
    상기 개량된 생성물을 감압하는 단계;
    상기 개량된 생성물을 적어도 하나의 경질 분획물 및 적어도 하나의 중질 분획물로 분리하여 상기 경질 분획물 내의 탄화수소가 상기 중질 분획물 내의 탄화수소보다 큰 미국 석유 협회(API) 비중 값을 갖는 단계; 및
    상기 중질 분획물의 적어도 일부를 보일러로 유입시켜 전력을 발생시키거나, 상기 경질 분획물의 적어도 일부를 가스 터빈으로 유입시켜 전력을 발생시키거나, 또는 이들 모두를 실행하는 단계를 포함하는, 발전 공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경질 분획물 내의 탄화수소는 30° 이상의 API 비중 값을 갖고, 상기 중질 분획물 내의 탄화수소는 30° 미만의 API 비중 값을 갖는, 공정.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경질 분획물을 오일/가스/물 분리기로 전달하여 가스 분획물, 액체 오일 분획물, 및 물 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액체 오일 분획물은 10 중량 백만분율(wt ppm) 금속 미만의 금속 함량을 갖는, 공정.
  5. 제3항에 있어서, 상기 액체 오일 분획물, 상기 가스 분획물, 또는 이들 모두는 터빈 시스템으로 전달되어 동력을 발생시키는, 공정.
  6. 제5항에 있어서, 상기 터빈 시스템은 연소기 및 가스 터빈을 포함하는, 공정.
  7. 제3항에 있어서, 상기 물 분획물을 수처리 유닛으로 전달하여 급수 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중질 분획물을 유수 분리기로 전달하여 적어도 일부의 물을 상기 중질 분획물로부터 분리시켜 탈수된 중질 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  9. 제8항에 있어서, 상기 탈수된 중질 분획물은 1 중량% 물 이하의 물 함량을 갖는, 공정.
  10. 제8항에 있어서, 상기 탈수된 중질 분획물은 122℉에서 380 센티스토크(cSt) 이하의 점도를 갖는, 공정.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제2 물 분획물을 상기 수처리 유닛으로 전달하여 제2 급수 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1 급수 분획물, 상기 제2 급수 분획물, 또는 이들 모두를 상기 보일러로 유입시키는 단계를 더 포함하는, 공정.
  13. 제1항에 있어서, 상기 개량된 생성물을 분리하는 단계는 상기 개량된 생성물을 적어도 하나의 증류 유닛으로 전달하는 단계를 포함하는, 공정.
  14. 제1항에 있어서, 상기 보일러로부터 증기를 전달해서 상기 가열되고 가압된 탄화수소계 조성물, 상기 초임계 수 스트림, 또는 이들 모두를 가열하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  15. 발전 공정으로서,
    가압되고 가열된 탄화수소계 조성물과 초임계 수 스트림을 혼합 장치에서 결합하여 결합된 공급 스트림을 생성하는 단계;
    상기 결합된 공급 스트림을 물의 임계 온도보다 높은 온도 및 물의 임계 압력보다 높은 압력에서 작동하는 초임계 반응기로 유입시키는 단계;
    상기 개량된 생성물을 감압하는 단계;
    상기 개량된 생성물을 적어도 하나의 가스/오일/물 분리기에서 분리하여 적어도 가스 분획물, 액체 오일 분획물, 및 물 분획물을 생성하는 단계;
    상기 액체 오일 분획물을 증류 유닛에서 분리하여 적어도 경유 분획물, 커터스톡 분획물, 및 중유 분획물을 생성하는 단계;
    적어도 커터스톡 분획물과 상기 중질 분획물을 결합하여 연료 오일 분획물을 생성하는 단계; 및
    상기 경유 분획물을 가스 터빈 시스템으로 전달하여 전력을 발생시키거나,
    상기 연료 오일 분획물을 보일러로 전달하여 전력을 발생시키거나, 또는 이들 모두를 실행하는 단계를 포함하는, 발전 공정.
  16. 제15항에 있어서, 상기 경유 분획물 내의 탄화수소는 30° 이상의 API 비중 값을 갖고, 상기 중유 분획물 내의 탄화수소는 30° 미만의 API 비중 값을 갖는, 공정.
  17. 제15항에 있어서, 상기 물 분획물을 수처리 유닛으로 전달하여 제1 급수 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  18. 제15항에 있어서, 상기 액체 오일 분획물은 10 중량 백만분율(wt ppm) 금속 미만의 금속 함량을 갖는, 공정.
  19. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중유 분획물을 유수 분리기로 전달하여 적어도 일부의 물을 상기 중유 분획물로부터 분리시켜 탈수된 중질 분획물 및 제2 물 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  20. 제19항에 있어서, 상기 탈수된 중질 분획물은 1 중량% 물 이하의 물 함량을 갖는, 공정.
  21. 제19항에 있어서, 상기 탈수된 중질 분획물은 122℉에서 380 cSt 이하의 점도를 갖는, 공정.
  22. 제19항에 있어서, 상기 제2 물 분획물을 상기 수처리 유닛으로 전달하여 제2 급수 분획물을 생성하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 급수 분획물, 상기 제2 급수 분획물, 또는 이들 모두를 상기 보일러로 유입시키는 단계를 더 포함하는, 공정.
  24. 제15항에 있어서, 상기 개량된 생성물을 분리하는 단계는 상기 개량된 생성물을 적어도 하나의 증류 유닛으로 전달하는 단계를 포함하는, 공정.
  25. 제15항에 있어서, 증기를 상기 보일러로부터 적어도 하나의 예열기로 전달하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  26. 제15항에 있어서, 증기를 상기 보일러로부터 상기 초임계 개선 반응기로 유입시키는 단계를 더 포함하는, 공정.
  27. 제15항에 있어서, 상기 가스 분획물을 상기 가스 터빈 시스템으로 전달하여 전력을 발생시키는 단계를 더 포함하는, 공정.
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