KR20210114540A - 석유계 물질을 처리하기 위한 수소화 처리 및 고-가혹도 유동화 촉매 분해를 포함한 시스템 및 방법 - Google Patents
석유계 물질을 처리하기 위한 수소화 처리 및 고-가혹도 유동화 촉매 분해를 포함한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 개시의 적어도 하나의 양태에 따르면, 중유를 처리하는 방법은 중유를 수소화 처리 장치에 도입하는 단계를 포함하고, 수소화 처리 장치는 중유 공급물을 HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매와 접촉시킴으로써, 수소화 처리된 유출물을 형성하도록 중유를 수소화 처리하도록 작동될 수 있다. 수소화 처리된 유출물은 HS-FCC 장치로 직접 전달되고, HS-FCC 장치는 수소화 처리된 유출물을 분해하여, 적어도 하나의 생성물을 포함하는 분해된 유출물을 형성하도록 작동될 수 있다. 분해된 유출물은 HS-FCC 장치 밖으로 배출된다. 중유는 API 비중이 25도 내지 50도이고 HS-FCC 장치로 전달되는 수소화 처리된 유출물의 20 중량% 이상이 225℃ 미만의 비점을 갖는다.
Description
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2019년 2월 13일에 출원된 미국 출원 제16/274,709호에 대한 우선권을 주장하며, 이의 전체 개시는 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 개시는 석유계 물질의 처리를 위한 시스템 및 방법, 특히 화학 제품 및 중간체를 형성하기 위해 수소화 처리(hydroprocessing) 및 고-가혹도 유동화 촉매 분해(high-severity fluidized catalytic cracking)를 통해 원유와 같은 석유계 물질을 처리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
원유와 같은 석유 화학 원료들은 부텐, 부타디엔, 프로펜, 에틸렌 및 메탄과 같은 화학 중간체들로 전환될 수 있으며, 이것들은 석유 화학 산업의 상당 부분을 위한 기본 중간체들이다. 이러한 화합물은 석유 가스의 유동화 촉매 분해(fluidized catalytic cracking, FCC) 및 FCC 촉매 존재 하에 나프타, 등유 또는 경유와 같은 증류액을 통해 생산할 수 있다. 고-가혹도 조건에서 수행된 FCC는 가치가 낮은 정제 스트리임을 가치가 높은 화학 중간체로 전환할 수 있는 가능성을 보여주었다. 그러나 고-가혹도 유동화 촉매 분해(high-severity fluidized catalytic cracking, HS-FCC) 공정에 사용할 수 있는 공급원료는 제한적이며, 비용이 많이 들고 에너지 집약적인 정제 단계를 통해 얻어야 한다. 예를 들어, HS-FCC 이전에 공급원료를 분별하는 공정은 보다 가벼운 분획을 처리하기 위해 에너지 집약적인 증기 분해에 의존하며, 이는 원하는 제품의 생산을 거의 제어하지 못하는 비용이 많이 드는 공정이다. 원유는 중요한 공급원료일 수 있지만, 원유의 금속, 질소 및 황 농도는 FCC 촉매의 비활성화에 기여한다. 또한, 단일 FCC 촉매 상에서 원유와 같은 넓은 비점 범위를 갖는 공급원료를 효율적으로 분해하는 것은 극히 어렵다.
따라서, 부텐, 부타디엔, 프로펜, 에틸렌, 메탄, 또는 기타 화합물과 같은 화학 제품 또는 중간체를 생산하기 위해, 중유와 같은, 석유계 물질을 처리하기 위한 시스템 및 방법이 지속적으로 필요하다. 본 개시의 시스템 및 방법은 수소화 처리 장치 및 수소화 처리 장치의 하류에 HS-FCC 장치를 포함한다. 수소화 처리 장치는, 중유 공급물을 수소화탈금속(hydrodemetalization, HDM) 촉매, 수소화탈황(hydrodesulfurization, HDS) 촉매, 및 수소화탈방향족(hydrodearomatization, HDA) 촉매와 접촉시킴으로써, 수소화 처리된 유출물을 형성하도록 중유를 수소화 처리하도록 작동가능하다. 수소화 처리된 유출물은 수소화 처리 장치로부터 HS-FCC 장치로 직접 전달되며, 여기서 수소화 처리된 유출물은 고-가혹도 조건에서 FCC 촉매와 접촉하여 수소화 처리된 유출물의 적어도 일부를 분해하여 분해된 유출물을 형성한다. 본 시스템 및 방법은, 원유를 복수의 분획으로 분리할 수 있는 중간 분리와 같은 임의의 중간 단계 없이, 원유 공급원료로부터 예를 들어 하나 이상의 올레핀과 같은 하나 이상의 생성물을 생성할 수 있다.
본 개시의 적어도 하나의 양태에 따르면, 중유를 처리하는 방법은 중유를 수소화 처리 장치에 도입하는 단계를 포함하고, 수소화 처리 장치는 중유를 HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매와 접촉시켜 수소화 처리된 유출물을 형성하도록 중유를 수소화 처리하도록 작동가능하다. 수소화 처리된 유출물은 HS-FCC 장치로 직접 전달되며, HS-FCC 장치는 적어도 하나의 생성물을 포함하는 분해된 유출물을 형성하기 위해 수소화 처리된 유출물을 분해하도록 작동 가능하다. 분해된 유출물은 HS-FCC 장치 밖으로 배출될 수 있다. 중유는 25도에서 50도 사이의 미국석유화학회(American Petroleum Institute, API) 비중을 가지며 HS-FCC 장치로 전달되는 수소화 처리된 유출물의 최소 20 중량%(wt.%)의 비점이 섭씨(℃) 225도 미만이다.
하나 이상의 다른 양태에 따르면, 중유를 처리하는 방법은 중유를 HDM 촉매, HDS 촉매, 및 HDA 촉매와 접촉시킴으로써 수소화 처리된 유출물을 형성하도록 중유를 수소화 처리하는 단계를 포함한다. 수소화 처리된 유출물은 HS-FCC 장치에서 분해 촉매와 접촉하여 적어도 하나의 생성물을 포함하는 분해된 유출물을 형성한다. 중유는 API 비중이 25도 내지 50도이고 HS-FCC 장치로 전달되는 수소화 처리된 유출물의 적어도 20 중량%가 섭씨 225℃ 미만의 비점을 갖는다.
하나 이상의 다른 양태에 따르면, 중유를 처리하기 위한 시스템은 중유 공급원; HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매를 포함하는 수소화 처리 장치; 및 HS-FCC 장치를 포함할 수 있다. 중유 공급원의 출구는 수소화 처리 장치의 입구와 직접 유체 연통할 수 있고, 수소화 처리 장치의 출구는 HS-FCC 장치의 입구와 직접 유체 연통할 수 있다.
본 개시에 설명된 기술의 추가 특징들 및 이점들은 하기의 구체적인 내용에 제시될 것이고, 이는 부분적으로는 구체적인 내용으로부터 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 쉽게 명백해지거나 하기의 구체적인 내용, 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면들을 비롯하여 본 개시에 설명된 기술을 실시함으로써 인식될 것이다.
본 개시의 특정 실시형태들에 대한 이하의 상세한 설명은 이하의 도면과 함께 읽을 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 도면에서 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 제시된다.
도 1은 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 수소화 처리 장치 및 HS-FCC 장치를 포함하는 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 수소화 처리 장치가 단일 반응기 내의 별도의 촉매 구역에 배치된 HDM 촉매, HDS 촉매, 및 HDA 촉매를 포함하는 도 1의 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 수소화 처리 장치가 제1 반응기에 HDM 촉매 및 HDN 촉매를 포함하고 제1 반응기의 하류에 있는 제2 반응기에 HDA 촉매를 포함하는 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 4는 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시하며, 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 수소화 처리 장치는 일렬로 배열된 별도의 반응기에 각각 HDM 촉매, HDS 촉매, 및 HDA 촉매를 포함한다.
도 5는 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, HS-FCC 장치의 하류에 배치된 분리 장치를 포함하는 도 2의 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 1 내지 도 5의 단순화된 도식적 예시들 및 설명들을 설명하기 위해, 특정 화학 처리 동작들의 당업자에게 이용되고 잘 알려질 수 있는 다수의 밸브들, 온도 센서들, 전자 컨트롤러들 등은 포함되지 않는다. 또한, 예를 들어, 공기 공급장치들, 촉매 호퍼들, 연도 가스 핸들링, 또는 다른 관련 시스템과 같은, 정제장치들(refineries)과 같은, 종래의 화학 처리 작업들에서 종종 포함되는 수반하는 구성요소들은 도시되지 않는다. 이러한 구성요소들은 개시된 본 실시형태들의 사상과 범위 내인 점을 알게 될 것이다. 그러나, 본 개시에 설명되는 것들과 같은, 작동 구성요소들은 본 개시에 설명되는 실시형태들에 추가될 수 있다.
또한, 도면의 화살표는 공정 스트림을 지칭한다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 화살표는 동등하게, 2개 이상의 시스템 구성요소 간에 공정 증기를 이송하는 역할을 할 수 있는 이송 라인을 지칭할 수 있다. 또한, 시스템 구성요소를 연결하는 화살표는 각각의 특정 시스템 구성요소의 주입구 또는 배출구를 정의한다. 화살표 방향은 화살표에 의해 표시되는 물리적 이송 라인 내에 포함되는 스트림의 물질들의 이동의 주요 방향과 일반적으로 부합한다. 더욱이, 2개 이상의 시스템 구성요소들을 연결하지 않는 화살표는 도시된 시스템에서 나가는 생성물 스트림 또는 도시된 시스템으로 들어가는 시스템 유입구 스트림을 표시한다. 생성물 스트림들은 수반되는 화학 처리 시스템들에서 추가로 처리될 수 있거나 최종 생성물들로서 상용화될 수 있다. 시스템 유입구 스트림들은 수반되는 화학 처리 시스템들로부터 전달되는 스트림들일 수 있거나 비처리된 공급원료 스트림들일 수 있다. 일부 화살표들은 재순환 스트림들을 나타낼 수 있으며, 이는 시스템으로 다시 재순환되는 시스템 구성요소들의 유출물 스트림이다. 그러나 임의의 표현된 재순환 스트림은, 일부 실시형태들에서, 동일한 물질의 시스템 유입구 스트림으로 대체될 수 있고, 재순환 스트림의 일부는 시스템 생성물로서 시스템에서 나갈 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
추가적으로, 도면 내의 화살표들은 스트림을 하나의 시스템 구성요소로부터 다른 시스템 구성요소로 이송하는 공정 단계들을 개략적으로 도시할 수 있다. 예를 들어, 하나의 시스템 구성요소에서 또 다른 시스템 구성요소로 향하는 화살표는 시스템 구성요소 배출물이 또 다른 시스템 구성요소로 “전달”하는 것을 나타낼 수 있으며, 공정 스트림의 내용물이 하나의 시스템 구성요소로부터 “배출” 또는 “제거”되고, 이러한 생성물 스트림의 내용물을 또 다른 시스템 구성요소에 “도입”하는 것을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 5의 개략적인 흐름도에서 2개 이상의 라인이 교차할 때 2개 이상의 공정 스트림이 "혼합" 또는 "조합"되는 것으로 이해해야 한다. 혼합 또는 조합은 또한 두 스트림들을 반응기, 분리 장치, 또는 다른 시스템 구성요소 등으로 직접 도입함으로써 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 스트림들이 분리 장치 또는 반응기로 들어가기 전에 직접 결합되는 것으로서 도시될 때, 일부 실시예들에서 스트림들은 등가적으로 분리 장치 또는 반응기로 도입되고 반응기에서 혼합될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.
다음로, 다양한 실시형태들을 더욱 상세히 참조하며, 그 일부 실시형태들이 첨부 도면에 예시된다. 가능한 한, 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분들을 나타내기 위해 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 1은 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 수소화 처리 장치 및 HS-FCC 장치를 포함하는 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 수소화 처리 장치가 단일 반응기 내의 별도의 촉매 구역에 배치된 HDM 촉매, HDS 촉매, 및 HDA 촉매를 포함하는 도 1의 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 수소화 처리 장치가 제1 반응기에 HDM 촉매 및 HDN 촉매를 포함하고 제1 반응기의 하류에 있는 제2 반응기에 HDA 촉매를 포함하는 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 4는 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시하며, 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 수소화 처리 장치는 일렬로 배열된 별도의 반응기에 각각 HDM 촉매, HDS 촉매, 및 HDA 촉매를 포함한다.
도 5는 본 개시에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, HS-FCC 장치의 하류에 배치된 분리 장치를 포함하는 도 2의 중유 전환 시스템의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 1 내지 도 5의 단순화된 도식적 예시들 및 설명들을 설명하기 위해, 특정 화학 처리 동작들의 당업자에게 이용되고 잘 알려질 수 있는 다수의 밸브들, 온도 센서들, 전자 컨트롤러들 등은 포함되지 않는다. 또한, 예를 들어, 공기 공급장치들, 촉매 호퍼들, 연도 가스 핸들링, 또는 다른 관련 시스템과 같은, 정제장치들(refineries)과 같은, 종래의 화학 처리 작업들에서 종종 포함되는 수반하는 구성요소들은 도시되지 않는다. 이러한 구성요소들은 개시된 본 실시형태들의 사상과 범위 내인 점을 알게 될 것이다. 그러나, 본 개시에 설명되는 것들과 같은, 작동 구성요소들은 본 개시에 설명되는 실시형태들에 추가될 수 있다.
또한, 도면의 화살표는 공정 스트림을 지칭한다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 화살표는 동등하게, 2개 이상의 시스템 구성요소 간에 공정 증기를 이송하는 역할을 할 수 있는 이송 라인을 지칭할 수 있다. 또한, 시스템 구성요소를 연결하는 화살표는 각각의 특정 시스템 구성요소의 주입구 또는 배출구를 정의한다. 화살표 방향은 화살표에 의해 표시되는 물리적 이송 라인 내에 포함되는 스트림의 물질들의 이동의 주요 방향과 일반적으로 부합한다. 더욱이, 2개 이상의 시스템 구성요소들을 연결하지 않는 화살표는 도시된 시스템에서 나가는 생성물 스트림 또는 도시된 시스템으로 들어가는 시스템 유입구 스트림을 표시한다. 생성물 스트림들은 수반되는 화학 처리 시스템들에서 추가로 처리될 수 있거나 최종 생성물들로서 상용화될 수 있다. 시스템 유입구 스트림들은 수반되는 화학 처리 시스템들로부터 전달되는 스트림들일 수 있거나 비처리된 공급원료 스트림들일 수 있다. 일부 화살표들은 재순환 스트림들을 나타낼 수 있으며, 이는 시스템으로 다시 재순환되는 시스템 구성요소들의 유출물 스트림이다. 그러나 임의의 표현된 재순환 스트림은, 일부 실시형태들에서, 동일한 물질의 시스템 유입구 스트림으로 대체될 수 있고, 재순환 스트림의 일부는 시스템 생성물로서 시스템에서 나갈 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
추가적으로, 도면 내의 화살표들은 스트림을 하나의 시스템 구성요소로부터 다른 시스템 구성요소로 이송하는 공정 단계들을 개략적으로 도시할 수 있다. 예를 들어, 하나의 시스템 구성요소에서 또 다른 시스템 구성요소로 향하는 화살표는 시스템 구성요소 배출물이 또 다른 시스템 구성요소로 “전달”하는 것을 나타낼 수 있으며, 공정 스트림의 내용물이 하나의 시스템 구성요소로부터 “배출” 또는 “제거”되고, 이러한 생성물 스트림의 내용물을 또 다른 시스템 구성요소에 “도입”하는 것을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 5의 개략적인 흐름도에서 2개 이상의 라인이 교차할 때 2개 이상의 공정 스트림이 "혼합" 또는 "조합"되는 것으로 이해해야 한다. 혼합 또는 조합은 또한 두 스트림들을 반응기, 분리 장치, 또는 다른 시스템 구성요소 등으로 직접 도입함으로써 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 스트림들이 분리 장치 또는 반응기로 들어가기 전에 직접 결합되는 것으로서 도시될 때, 일부 실시예들에서 스트림들은 등가적으로 분리 장치 또는 반응기로 도입되고 반응기에서 혼합될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.
다음로, 다양한 실시형태들을 더욱 상세히 참조하며, 그 일부 실시형태들이 첨부 도면에 예시된다. 가능한 한, 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분들을 나타내기 위해 동일한 참조 번호를 사용한다.
본 개시는 예를 들어, 올레핀과 같은 보다 가치 있는 화학 중간체를 생성하기 위해 원유와 같은 중유를 처리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 개시의 적어도 하나의 양태에 따르면, 중유를 처리하는 방법은 중유를 수소화 처리 장치에 도입하는 단계를 포함하고, 수소화 처리 장치는 중유 공급물을 HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매와 접촉시킴으로써, 수소화 처리된 유출물을 형성하도록 중유를 수소화 처리하도록 작동될 수 있다. 수소화 처리된 유출물은 HS-FCC 장치로 직접 전달되고, HS-FCC 장치는 수소화 처리된 유출물을 분해하여 적어도 하나의 생성물을 포함하는 분해된 유출물을 형성하도록 작동될 수 있다. 분해된 유출물은 HS-FCC 장치 밖으로 배출된다. 중유는 API 비중이 25도에서 50도 사이이고 HS-FCC 장치로 통과되는 수소화 처리된 유출물의 적어도 20 중량%은 섭씨(℃) 225도 미만의 비점을 갖는다. 중유를 처리하기 위한 시스템이 또한 개시되며, 이는 중유 공급원, 수소화 처리 장치, 및 HS-FCC 장치를 포함한다. 수소화 처리 장치는 HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매를 포함한다. 중유 공급원의 출구는 수소화 처리 장치의 입구와 직접 유체 연통하고 수소화 처리 장치의 출구는 HS-FCC 장치의 입구와 직접 유체 연통한다.
본 개시의 시스템 및 방법은 원유 및 중유가 고-가혹도의 유동화 촉매 분해를 통해 올레핀 및 기타 화학 생성물의 생산을 위한 공급원료로서 사용될 수 있게 한다. 중유의 수소화 처리는 가혹한 조건에서 분해 촉매의 비활성화를 유발할 수 있는 금속, 황, 질소 및 방향족 화합물을 제거할 수 있다. 따라서, 본 개시의 시스템 및 방법은 촉매 비활성화를 감소시키고 보충 촉매를 첨가할 필요성을 감소시킴으로써 HS-FCC-기반 공정의 효율을 증가시킬 수 있다. 본 개시의 시스템 및 방법은 또한 구성 및 작동에 비용이 많이 들 수 있는 분별 컬럼과 같은 상류 분리 공정없이 원유 및 기타 중유를 공정에 직접 도입할 수 있게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템 및 방법은 증기 분해를 사용하지 않고 원유를 직접 경질 올레핀으로 전환할 수 있으며, 이는 에너지 집약적이며 증기 분해 유출물에서 에틸렌 대 프로펜의 비율에 대한 제어를 거의 제공하지 않는다.
본 개시에서 사용될 때, "반응기"는 하나 이상의 반응물 사이에서, 선택적으로 하나 이상의 촉매의 존재 하에, 하나 이상의 화학 반응이 발생할 수 있는 용기, 컨테이너 등을 지칭한다. 예를 들어, 반응기는 배치 반응기, 연속 교반식-탱크 반응기(CSTR) 또는 관형 반응기로서 동작하도록 구성된 탱크 또는 튜브형 반응기를 포함할 수 있다. 예시적 반응기들은 고정층 반응기, 및 유동층 반응기와 같은 충전 층 반응기를 포함한다. 하나 이상의 “반응 구역들”은 반응기에 배치될 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, “반응 구역”은 특정 반응이 반응기에서 발생하는 영역을 지칭한다. 예를 들어, 다수의 촉매층들을 갖는 충전층 반응기는 다수의 반응 구역들을 가질 수 있으며, 여기서 각각의 반응 구역은 각각의 촉매층의 영역에 의해 정의된다.
본 개시에 사용될 때되는 바와 같이, “분리 장치”는 공정 스트림에서 혼합되는 하나 이상의 화학물질들을 서로로부터 적어도 부분적으로 분리하는 임의의 분리 장치를 지칭한다. 예를 들어, 분리 장치는 상이한 화학 종들을 서로로부터 선택적으로 분리하여, 하나 이상의 화학 분획(chemical fractions)을 형성할 수 있다. 분리 장치들의 예들은 증류탑, 플래쉬 드럼, 녹아웃 드럼, 녹아웃 포트, 원심 분리기, 여과 장치, 트랩, 스크러버, 팽창 장치, 멤브레인, 용매 추출 장치 및 기타 같은 종류의 것을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 개시에 설명되는 분리 공정들은 다른 화학 성분 모두로부터 하나의 화학 성분 모두를 완전히 분리하지 못할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시에 설명된 분리 공정들이 상이한 화학 성분들을 서로 "적어도 부분적으로" 분리하는 것으로 이해되어야 하고, 명시적으로 언급하지 않더라도, 분리가 부분 분리만을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시에서 사용될 때, 하나 이상의 화학 성분은 공정 스트림으로부터 "분리되어" 새로운 공정 스트림을 형성할 수 있다. 일반적으로, 공정 스트림은 분리 장치로 들어가고 원하는 조성의 둘 이상의 공정 스트림으로 분할되거나 분리될 수 있다. 또한, 일부 분리 공정에서, "경질 분획" 및 "중질 분획"은 분리 장치를 개별적으로 빠져나갈 수 있다. 일반적으로, 경질 분획 스트림은 중질 분획 스트림보다 비등점이 낮다. 또한, 하나의 분리 장치만이 도면에 도시되거나 설명된 경우, 동일하거나 실질적으로 동일한 분리를 수행하기 위해 두 개 이상의 분리 장치가 채용될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 다수의 배출구를 갖는 증류탑이 설명되는 경우, 일렬로 배열된 몇몇 분리기가 공급물 스트림을 동등하게 분리할 수 있고 이러한 실시형태가 본원에 설명된 실시형태의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
본 개시에서 사용된 바와 같이, 용어 "유출물"은 특정 반응 또는 분리 후에 반응기, 반응 구역, 또는 분리 장치 밖으로 통과되는 스트림을 지칭할 수 있다. 일반적으로, 유출물은 분리 장치, 반응기 또는 반응 구역으로 들어간 스트림과는 상이한 조성을 갖는다. 유출물이 다른 시스템 장치로 전달될 때, 그 시스템 스트림의 일부만이 전달될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 슬립 스트림(slip stream)은 유출물의 일부를 운반해 갈 수 있는데, 이는 유출물의 일부만이 하류 시스템 장치로 들어간다는 것을 의미한다. 용어 "반응 유출물"은 반응기 또는 반응 구역 밖으로 통과되는 스트림을 지칭하기 위해 보다 구체적으로 사용될 수 있다.
본 개시에 사용되는 바와 같이, “촉매”는 특정 화학적 반응 속도를 증가시키는 임의의 물질을 지칭한다. 본 개시에 설명되는 촉매들은 이에 제한되지는 않지만, 수소화탈금속, 수소화탈황, 수소화탈질소, 수소화탈방향족, 분해, 방향족 분해 또는 이들의 조합과 같은 다양한 반응을 촉진하는 데 이용될 수 있다.
본 개시에 사용된 "분해"는 일반적으로 하나 이상의 탄소-탄소 결합을 파괴함으로써 탄소-탄소 결합을 갖는 분자가 하나보다 많은 분자로 나누어지거나; 방향족과 같은 고리형 잔기를 포함하는 화합물이 고리형 잔기를 포함하지 않는 화합물로 전환되거나; 또는 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 분자가 탄소-탄소 단일 결합으로 환원되는, 화학 반응을 지칭한다. 일부 촉매는 다수의 형태의 촉매 활성을 가질 수 있고, 하나의 특정 기능에 의해 촉매로 부른다고 해서 촉매가 다른 기능에 대해서도 촉매적으로 활성이 될 수 없는 것은 아니다.
본 개시에 설명된 바와 같이, 촉매들에 의해 촉진되는 반응들은 공정 스트림으로부터 화학 성분, 이를테면 화학 성분의 일부만을 제거할 수 있는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 수소화 탈금속(HDM) 촉매는 공정 스트림으로부터 하나 이상의 금속의 일부를 제거하는 반응을 촉진시키기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 수소화 탈질소(HDN) 촉매는 공정 스트림에 존재하는 질소의 일부를 제거하는 반응을 촉진시키기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 수소화 탈황(HDS) 촉매는 공정 스트림에 존재하는 황의 일부를 제거하는 반응을 촉진시키기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 또한, 수소화분해 촉매와 같은 HDA 촉매는 HS-FCC 장치에서 분해하기 어려운 방향족 화합물을 HS-FCC 장치에서 분해하기 쉬운 나프탈렌, 파라핀계 화합물 또는 둘 모두로 전환시키는 반응을 촉진하기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 본 개시의 전반에 걸쳐, 특정 촉매는 그것이 특정 기능(functionality)을 갖는 것으로서 언급될 때 반드시 기능이 특정 화학 성분 또는 잔기의 제거 또는 분해에 제한되지 않을 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 개시에서 HDN 촉매로 식별되는 촉매는 수소화 탈방향족 기능, 수소화 탈황 기능 또는 양 기능을 추가로 제공할 수 있다.
스트림은 스트림의 성분의 이름을 따서 명명될 수 있고, 그 이름을 따서 스트림이 명명되는 성분은 (예를 들어, 스트림의 내용물의 50 중량%, 70 중량%, 90 중량%, 95 중량%, 99 중량%, 99.5 중량%, 또는 심지어는 99.9 중량% 내지 100 중량%를 포함하는) 스트림의 주요 성분일 수 있다. 또한, 스트림의 성분들은 그러한 성분을 포함하는 스트림이 그러한 시스템 성분으로부터 다른 시스템 성분으로 이동하는 것으로서 개시될 때, 하나의 시스템 성분으로부터 다른 시스템 성분으로 이동하는 것으로서 개시되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1시스템으로 또는 제1시스템 성분으로부터 제2시스템 성분으로 전달되는 "수소 스트림"을 개시하는 것은 동등하게, 제1시스템으로 전달되거나 또는 제1시스템 성분으로부터 제2시스템 성분으로 전달되는 "수소"를 개시하는 것으로 이해되어야 한다.
다음으로, 도 1을 참조하면, 수소화 처리 장치(110) 및 수소화 처리 장치(110)의 하류 HS-FCC 장치(120)를 포함하는 중유 전환 시스템(100)이 개략적으로 도시된다. 중유 전환 시스템(100)은 중유(101)를 수용하고, 중유(101)를 직접 처리하여 하나 이상의 화학 제품을 형성한다. 일부 실시형태에서, 중유(101)는, 중유(101)를 수소화 처리 장치(110)에 도입하거나 중유(101)를 수소와 결합하여 수소화 처리 장치(110)에 도입되는 혼합 스트림(105)을 형성하기 전에, 중유(101)의 조성을 변경할 수 있는 임의의 전처리, 분리, 또는 다른 작업을 겪지 않을 수 있다. 예를 들어, 중유(101)는 수소화 처리 장치(110)에 도입되기 전에 더 큰 비등점 및 더 낮은 비등점 분획으로 분리(분별)되지 않을 수 있다. 일부 실시형태에서, 중유 전환 시스템(100)은 중유 공급원(170)을 포함할 수 있다. 중유(101)는 중유 공급원(170)으로부터 수소화 처리 장치(110)의 입구(162)로 직접 전달될 수 있다.
중유 공급원(170)은 저장 용기, 파이프라인, 원유 생산 시설, 석유 정제소, 또는 다른 중유 공급원(170)일 수 있다. 중유(101)는 원유, 진공 잔류물(vacuum residue), 타르 샌드, 역청, 대기 잔류물(atmospheric residue), 진공 가스 오일(vacuum gas oil), 기타 중유 스트림, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 중유(101)는 원유일 수 있다. 일부 실시예에서, 중유(101)는 25도 내지 50도의 미국석유학회(API) 비중을 갖는 원유일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 중유(101)는 아랍 경질 원유를 포함할 수 있다. 예시적인 등급의 아랍 경질 원유에 대한 예시적인 특성이 표 1에 나열되어 있으며, 이는 본 개시에서 이후에 제공된다. 본 개시에서 사용된 바와 같이, "중유"는 이전에 처리되지 않은 원료 탄화수소(예를 들어, 원유)를 지칭할 수 있거나, 중유(101)에서 중유 전환 시스템(100)으로 도입되기 이전에 어느 정도의 처리를 거친 탄화수소를 지칭할 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, 일부 실시형태에서, 중유(101)는 수소(102) 와 혼합되어 혼합 스트림(105)을 형성할 수 있고, 이는 이어서 수소화 처리 장치(110)로 도입될 수 있다. 일부 실시예에서, 중유(101) 및 수소(102)는 수소화 처리 장치(110)에 독립적으로 도입될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 혼합 스트림(105)이 형성되지 않을 수 있다. 수소(102)는 공급 수소 스트림과 같은 시스템 외부의 수소 공급원으로부터 공급될 수 있거나, 도 5를 참조하여 본 개시에서 이후에 설명되는 바와 같이, 시스템 재순환 스트림으로부터 공급될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소(102)는 공급 수소 스트림으로부터 부분적으로 공급되고 시스템 재순환 스트림으로부터 부분적으로 공급되는 것과 같이 공급원의 조합으로부터의 수소를 포함할 수 있다. 수소화 처리 장치(110)에 도입된 수소(102) 대 중유(101) 의 부피 비는 400:1 내지 1500:1, 600:1 내지 1300:1, 800:1 내지 1100:1, 또는 심지어 900:1 내지 1000:1일 수 있다. 수소(102) 대 중유(101)의 부피 비는 중유(101)의 조성에 의존할 수 있다. 수소(102)는 중유(101)가 수소화 처리를 겪으면서 수소화 처리 장치(110) 내에 발생하는 모든 반응이 수소를 소비할 수 있기 때문에, 중유(101)와 혼합되거나, 수소화 처리 장치(110)에 직접 도입될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소(102)는 또한 중유(101)의 하류에 포함될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리 장치(110)는 다중 반응기를 포함하며, 이러한 실시형태에서 각 반응기에는 수소(102)가 독립적으로 공급될 수 있거나, 수소(102)는 제1반응기 전에 중유(101)와 혼합될 수 있거나, 수소(102)는 각각의 반응기 사이의 반응 유출물과 혼합될 수 있다.
수소화 처리 장치(110)는 수소화 처리된 유출물(103)을 생성하기 위해 중유(101) 내의 금속, 황, 및 방향족 잔기의 함량을 적어도 부분적으로 감소시키도록 작동될 수 있다. 예를 들어, 수소화 처리 장치(110)를 통과한 수소화 처리된 유출물(103)은, 중유(101) 내의 금속, 질소, 황 또는 방향족 화합물 중 하나 이상의 함량보다 적어도 2%, 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 25%, 적어도 50%, 또는 심지어 적어도 75%만큼 적은 금속, 황 및 방향족 화합물 중 하나 이상의 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, HDM 촉매는 중유(101)로부터 하나 이상의 금속의 적어도 일부를 제거할 수 있고, HDS 촉매는 공정 스트림에 존재하는 황의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 추가로, HDA 촉매는 방향족 화합물의 방향족 부분을 포화시키고 분해함으로써 중유(101) 내의 방향족 화합물의 양을 감소시킬 수 있다. 수소화 처리 장치(110)는 또한 선택적으로, 중유(101) 내의 질소 농도를 감소시키도록 작동 가능할 수 있으며, 질소는 HDM, HDS 또는 HDA 촉매 중 하나 이상에 의해 또는 수소화 처리 장치(110)에 통합된 선택적인 HDN 촉매에 의해 환원된다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 수소화 처리 장치(110)는 일렬로 배열된 다수의 촉매층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수소화 처리 장치(110)는 일렬로 배열된 HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매를 포함할 수 있다. 수소화 처리 장치(110)의 촉매는 다음과 같은 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry) 주기율표의 5, 6, 8, 9, 또는 10족의 금속 원소로부터 선택된 하나 이상의 금속 촉매, 예를 들어 몰리브덴, 니켈, 코발트 및 텅스텐을 포함할 수 있지만, 이에 국한되지 않는다. 촉매의 금속은 지지체 상에 지지될 수 있다. 지지체 재료는 수소화 처리 장치(110)의 각각의 반응 구역에서 사용되는 수소화 처리 촉매와 관련하여 본 개시에서 후속하여 설명된다. 일부 실시형태에서, 황, 금속, 또는 둘 다의 함량을 감소시키기 위해 사용되는 하나 이상의 촉매(HDM 및 HDS 촉매와 같은)는 방향족을 보다 쉽게 분해되는 화합물로 전환시키는 데 사용되는 촉매(HDA 촉매와 같은)의 상류에 위치할 수 있다. 수소화 처리 장치(110)는 300℃ 내지 450℃의 온도 및 30 바아(3,000킬로파스칼(kPa)) 내지 200 바아(20,000 kPa), 예를 들어 30 바아(3,000 kPa) 내지 180 바아(18,000 kPa)의 압력에서 작동될 수 있다. 수소화 처리 장치(110)는 시간 당 0.1(hr-1) 내지 10(hr-1), 예컨대 0.2(hr-1) 내지 10(hr-1)의 액체 시간 공간 속도(LHSV)로 작동될 수 있다.
HDM 촉매, HDS 촉매, 및 HDA 촉매는 각각 밀리당 0.3그램(g/ml) 내지 1.0 g/ml, 예컨대 0.4 g/ml 내지 0.8 g/ml의 벌크 밀도를 가질 수 있다. 수소화 처리 장치(110)는 HDM 촉매, HDS 촉매, 또는 HDM 촉매와 HDS 촉매 모두의 부피보다 큰 HDA 촉매의 부피를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리 장치(110)는 1:1 내지 6:1, 예를 들어 1:1 내지 5:1, 2:1 내지 6:1, 2:1 내지 5:1, 3:1 내지 6:1, 또는 3:1 내지 5:1의 HDA 촉매 부피 대 HDM 촉매와 HDS 촉매 부피의 부피 비를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리 장치(110)는 약 4:1의 HDA 촉매의 부피 대 HDM 촉매와 HDS 촉매의 조합된 부피의 부피비를 포함할 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110) 밖으로 배출된다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)의 적어도 20 중량%은 225℃ 이하의 비점 온도를 가질 수 있다. 추가 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)의 적어도 5 중량%, 적어도 10 중량%, 적어도 20 중량% 또는 심지어 적어도 30 중량%은 225℃ 이하의 비점 온도를 가질 수 있다. 예를 들어, 수소화 처리된 유출물(103)은 , 100℃ 이하, 예컨대, 90℃ 이하, 80℃ 이하, 또는 70℃ 이하, 심지어 60℃ 이하의 초기 비점(IBP) 온도를 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 구성성분의 5%가 끓는 온도인 T5 온도를 특징으로 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 150℃ 이하, 130℃ 이하, 120℃ 이하, 110℃ 이하, 또는 심지어 100℃ 이하의 T5 온도를 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리된 유출물(103)의 구성성분의 95%가 끓는 온도인 T95 온도를 특징으로 할 수 있다. 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 570℃ 이상, 580℃ 이상, 590℃ 이상, 심지어 600℃ 이상, 심지어 610℃ 이상의 T95 온도를 가질 수 있다.
일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 중유(101)의 밀도보다 낮은 밀도를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0.80 g/ml 내지 0.95 g/ml, 예컨대 0.80 g/ml 내지 0.90 g/ml, 0.80 g/ml 내지 0.85 g/ml, 0.82 g/ml 내지 0.95 g/ml, 0.82 g/ml 내지 0.90 g/ml, 0.82 g/ml 내지 0.85 g/ml, 0.83 g/ml 내지 0.95 g/ml, 0.83 g/ml 내지 0.90 g/ml, 또는 0.83 g/ml 내지 0.85 g/ml의 밀도를 갖는다. 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)으로 유입되는 중유(101)의 API 비중보다 큰 API 비중을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 50도 이하, 또는 40도 이하의 API 비중을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 25도 내지 50도, 30도 내지 50도, 35도 내지 45도, 또는 35도 내지 40도의 API를 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)로 유입되는 중유(101)의 황 함량보다 낮은 황 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0.01 중량% 내지 0.10 중량%, 예컨대 0.01 중량% 내지 0.08 중량%, 0.01 중량% 내지 0.05 중량%, 0.02 중량% 내지 0.10 중량%, 0.02 중량% 내지 0.08 중량%, 또는 0.02 중량% 내지 0.07 중량%의 황 함량을 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 중유(101)의 질소 함량보다 적은 질소 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0 ppmw 내지 500 ppmw, 예컨대 10 ppmw 내지 500 ppmw, 10 ppmw 내지 400 ppmw, 10 ppmw 내지 300 ppmw, 50 ppmw 내지 500 ppmw, 50 ppmw 내지 400 ppmw, 또는 50 ppmw 내지 300 ppmw의 질소 함량을 가질 수 있다.
수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)에 도입된 중유(101)의 금속 함량보다 적은 금속 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0 ppmw 내지 100 ppmw, 예를 들어 0 ppmw 내지 75 ppmw, 0 ppmw 내지 50 ppmw, 0 ppmw 내지 25 ppmw, 0 ppmw 내지 10 ppmw, 0 ppmw 내지 5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 100 ppmw, 0.1 ppmw 내지 75 ppmw, 0.1 ppmw 내지 50 ppmw, 0.1 ppmw 내지 25 ppmw, 0.1 ppmw 내지 10 ppmw, 또는 0.1 ppmw 내지 5 ppmw의 금속 함량을 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)에 도입된 중유(101)의 니켈 함량보다 적은 니켈 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0 ppmw 내지 10 ppmw, 예를 들어 0 ppmw 내지 7.5 ppmw, 0 ppmw 내지 5 ppmw, 0 ppmw 내지 2.5 ppmw, 0 ppmw 내지 1 ppmw, 0 ppmw 내지 0.5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 10 ppmw, 0.1 ppmw 내지 7.5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 2.5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 1 ppmw, 또는 0.1 ppmw 내지 0.5 ppmw의 니켈 함량을 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)에 도입된 중유(101)의 비소 함량보다 적은 비소 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0 ppmw 내지 1 ppmw, 예컨대 0 ppmw 내지 0.75 ppmw, 0 ppmw 내지 0.5 ppmw, 0 ppmw 내지 0.25 ppmw, 0 ppmw 내지 0.1, 0 ppmw 내지 0.01 ppmw, 0.01 ppmw 내지 1 ppmw, 0.01 ppmw 내지 0.75 ppmw, 0.01 ppmw 내지 0.5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 0.25 ppmw, 0.1 ppmw 내지 0.1 ppmw, 또는 0.1 ppmw 내지 0.001 ppmw의 비소 함량을 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)로 도입되는 중유(101)의 바나듐 함량보다 적은 바나듐 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0 ppmw 내지 10 ppmw, 예를 들어 0 ppmw 내지 7.5 ppmw, 0 ppmw 내지 5 ppmw, 0 ppmw 내지 2.5 ppmw, 0 ppmw 내지 1 ppmw, 0 ppmw 내지 0.5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 10 ppmw, 0.1 ppmw 내지 7.5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 2.5 ppmw, 0.1 ppmw 내지 1 ppmw, 또는 0.1 ppmw 내지 0.5 ppmw의 바나듐 함량을 가질 수 있다.
수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)에 도입된 중유(101)의 방향족 함량보다 적은 방향족 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0.01 중량% 내지 1 중량%, 예컨대 0.01 중량% 내지 0.10 중량%, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 0.01 중량% 내지 0.30 중량%, 0.01 중량% 내지 0.40 중량%, 0.01 중량% 내지 0.50 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 0.75 중량%의 방향족 함량을 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)에 도입된 중유(101)의 아스팔텐 함량보다 적은 아스팔텐 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0.01 중량% 내지 1 중량%, 예를 들어 0.01 중량% 내지 0.10 중량%, 0.01 중량% 내지 0.20 중량%, 0.01 중량% 내지 0.30 중량%, 0.01 중량% 내지 0.40 중량%, 0.01 중량% 내지 0.50 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 0.75 중량%의 아스팔텐 함량을 가질 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)에 도입된 중유(101)의 MCR 함량보다 낮은 MCR 함량을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 0.01 중량% 내지 3 중량%, 예컨대 0.01 중량% 내지 2.5 중량%, 0.01 중량% 내지 2 중량%, 0.01 중량% 내지 1.5 중량%, 0.01 중량% 내지 1 중량%, 0.01 중량% 내지 0.50 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 0.75 중량%의 MCR 함량을 가질 수 있다.
수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)로부터 HS-FCC 장치(120)로 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, 수소화 처리된 유출물(103)은, 수소화 처리된 유출물은 수소화 처리된 유출물(103)의 조성을 변화시키는 분리와 같은 중간 단위 작업을 수소화 처리된 유출물(103)에 적용하지 않고 수소화 처리 장치(110)로부터 HS-FCC 장치(120)로 직접 통과될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)은 HS-FCC 장치(120)로 전달되기 전에 열교환기, 압축기, 분석기, 또는 수소화 처리된 유출물(103)의 조성을 변경하지 않는 다른 시스템 구성요소를 통과할 수 있다. 일부 실시형태에서, 중유 전환 시스템(100)은 수소화 처리 장치(110)의 출구(164)로부터 HS-FCC 장치(120)의 입구(168)로 직접 연장하는 도관(166)을 포함할 수 있다. 도관(166)은, 수소화 처리된 유출물(103)의 조성을 변경하도록 작동 가능한 분리 장치 또는 다른 장치를 거치지 않고, 수소화 처리된 유출물(103)을 수소화 처리 장치(110)의 출구(164)로부터 HS-FCC 장치(120)의 입구(168)로 직접 수송하도록 작동할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전체 수소화 처리된 유출물(103)은 수소화 처리 장치(110)로부터 HS-FCC 장치(120)로 통과될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)과 동일한 조성을 갖는 하나 이상의 슬립 스트림은, 수소화 처리된 유출물(103)의 조성 변경없이 수소화 처리 장치(110) 및 HS-FCC 장치(120) 사이의 수소화 처리된 유출물(103)로부터 제거될 수 있다.
HS-FCC 장치(120)는 수소화 처리된 유출물(103)의 적어도 일부를 분해하기 위해 고-가혹도 조건하에서 수소화 처리된 유출물(103)을 분해 촉매와 접촉시키도록 작동 가능하여, 적어도 하나의 생성물을 포함하는 분해된 유출물(104)을 생성할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전체 수소화 처리된 유출물(103)은 HS-FCC 장치(120)에서 고-가혹도 조건하에서 분해 촉매와 접촉될 수 있다. 전체 수소화 처리된 유출물(103)이 분해 촉매와 접촉될 수 있지만, 일부 실시형태에서, 수소화 처리된 유출물(103)의 일부만이 HS-FCC 장치(120)에서 분해를 겪을 수 있다. HS-FCC 장치(120)는 촉매-공급물 혼합 구역(121), 반응 구역(122), 분리 구역(123) 및 촉매 재생 구역(124)을 포함할 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)은 촉매-공급물 혼합 구역(121)으로 통과될 수 있고, 여기서 촉매 재생 구역(124)으로부터 전달된 재생된 촉매 스트림(125)으로부터의 분해 촉매와 혼합되어 수소화 처리된 유출물(103) 및 분해 촉매를 포함하는 혼합물을 형성한다. 다양한 유동 촉매 분해 촉매가 HS-FCC 장치(120)의 반응에 적절할 수 있다. 일부 적절한 유동 촉매 분해 촉매는, 비 제한적으로, 제올라이트, 실리카-알루미나, 일산화탄소 연소 촉진제 첨가제, 바닥 분해 첨가제, 경질 올레핀-생성 첨가제, 및 FCC 공정에 사용되는 기타 촉매 첨가제를 포함할 수 있다. HS-FCC 장치(120)에 사용하기에 적합한 분해 제올라이트 촉매의 예는 Y, REY, USY, RE-USY 제올라이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 나프타 분해로부터의 개선된 경질 올레핀의 제조를 위해, ZSM-5 제올라이트 결정 또는 다른 펜타실형 촉매 구조가 사용될 수 있다. 적합한 상용 촉매는 HS-FCC-5, Grace Davison에서 시판되는 OlefinMax®, BASF에서 시판하고 NapthaMax®, Grace Davison에서 시판하는 OlefinUltra®를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. Albemarle, Zeolyst, JGC C&C 및 기타 회사로부터 상업적으로 입수 가능한 다른 FCC 촉매도 HS-FCC 장치(120)에 사용하기에 적합할 수 있다.
수소화 처리된 유출물(103) 및 분해 촉매를 포함하는 혼합물은 반응 구역(122)으로 전달될 수 있고, 여기서 수소화 처리된 유출물(103)의 적어도 일부는 분해를 거쳐 하나 이상의 화학 생성물 또는 중간체를 형성할 수 있다. 일부 실시형태에서, 반응 구역(122)은 수소화 처리된 유출물(103)과 분해 촉매의 혼합물이 반응 구역(122)을 통해 하향(즉, 도 1의 좌표축의 -Z 방향)으로 통과하는 하향류 반응 구역일 수 있다. 하향류 반응 구역과 관련하여 설명되었지만, HS-FCC 장치(120)는 상향류 반응 구역 또는 임의의 다른 유형의 반응 구역인 반응 구역(122)을 포함할 수 있는 것으로 이해해야 된다.
도 1의 HS-FCC 장치(120)는 HS-FCC 장치의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 개략도이고, HS-FCC 장치의 다른 구성이 중유 전환 시스템(100)에 통합에 적합할 수 있는 것으로 이해해야 된다. HS-FCC 장치(120)는 고-가혹도 조건하에서 수소화 처리된 유출물(103)을 분해 촉매와 접촉시키도록 작동될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "고-가혹도"는 500℃ 이상의 반응 온도, 적어도 2:1의 촉매 대 반응물(예: 수소화 처리된 유출물(103))의 비율, 및 30초 이하의 반응 온도에서, 분해 촉매와 접촉하는 반응물(수소화 처리된 유출물(103))의 체류 시간을 포함하는 반응 조건을 지칭한다. 일부 실시형태에서, HS-FCC 장치(120)는 적어도 500℃, 적어도 550℃, 적어도 600℃, 적어도 650℃, 적어도 700℃, 또는 심지어는 적어도 750℃의 반응 온도에서 작동될 수 있다. 일부 실시형태에서, HS-FCC 장치에서 반응 온도는 500℃ 내지 800℃, 500℃ 내지 700℃, 500℃ 내지 650℃, 500℃ 내지 600℃, 550℃ 내지 800℃, 550℃ 내지 700℃, 550℃ 내지 650℃, 550℃ 내지 600℃, 600℃ 내지 800℃, 600℃ 내지 700℃, 또는 600℃ 내지 650℃일 수 있다.
일부 실시형태에서, HS-FCC 장치(120)에서 분해 촉매 대 수소화 처리된 유출물(103)의 중량비는 적어도 2:1, 적어도 3:1, 적어도 4:1, 적어도 5:1, 적어도 6:1, 적어도 7:1, 또는 심지어는 적어도 10:1이다. 일부 실시형태에서, HS-FCC 장치(120)에서 분해 촉매 대 수소화 처리된 유출물(103)의 중량비는 2:1 내지 40:1, 2:1 내지 30:1, 2:1 내지 20:1, 2:1 내지 10:1, 4:1 내지 40:1, 4:1 내지 30:1, 4:1 내지 20:1, 4:1 내지 10:1, 6:1 내지 40:1, 6:1 내지 30:1, 6:1 내지 20:1, 6:1 내지 10:1, 8:1 내지 40:1, 8:1 내지 30:1, 8:1 내지 20:1, 8:1 내지 10:1, 10:1 내지 40:1, 10:1 내지 30:1, 10:1 내지 20:1, 또는 20:1 내지 40:1일 수 있다.
일부 실시형태에서, HS-FCC 장치(120)의 반응 온도에서 분해 촉매와 접촉하는 수소화 처리된 유출물(103)의 체류 시간은 30초 미만, 25초 미만, 20초 미만, 15초 미만, 10초 미만, 5초 미만, 2.5초 미만, 1초 미만 또는 0.5초 미만일 수 있다. 일부 실시형태에서, HS-FCC 장치(120)의 반응 온도에서 분해 촉매와 접촉하는 수소화 처리된 유출물(103)의 체류 시간은 0.2초 내지 30초, 0.2초 내지 25초, 0.2초 내지 20초, 0.2초 내지 15초, 0.2 내지 10초, 0.2초 내지 5초, 0.2초 내지 2.5초, 0.2초 내지 1초, 0.2초 내지 0.5초, 0.5초 내지 30초, 1초 내지 30초, 2.5초 내지 30초, 5초 내지 30초, 10초 내지 30초, 15초 내지 30초, 20초 내지 30초, 또는 25초 내지 30초일 수 있다.
반응 구역(122)에서의 분해 반응 후, 반응 구역(122)의 내용물은 분리 구역(123)으로 전달되며, 여기서 반응 구역(122)의 분해된 생성물은 폐 촉매로부터 분리되고, 폐 촉매는 폐 촉매 스트림(126)에서 촉매 재생 구역(124)으로 전달되어 예를 들어 폐 촉매로부터 코크스를 제거함으로써 재생된다. 분해된 유출물(104)은 분리 구역(123) 밖으로 배출될 수 있다.
다음으로 도 2을 참조하면, 수소화 처리 장치(110)는 단일 수소화 처리 반응기(115)에서 일렬로 배열된 복수의 충전층 반응 구역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 수소화 처리 장치(110)는 HDM 반응 구역(111), HDS 반응 구역(112), 및 HDA 반응 구역(114)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 HDM 반응 구역(111), HDS 반응 구역(112), 및 HDA 반응 구역(114)은 촉매층을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 HDM 반응 구역(111), HDS 반응 구역(112) 및 HDA 반응 구역(114)은, 일련의 다중 촉매층을 갖는 충전층 반응기일 수 있는, 수소화 처리 반응기(115)와 같은 단일 반응기에 포함될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 수소화 처리 반응기(115)는 HDM 촉매를 포함하는 HDM 반응 구역(111), HDS 촉매를 포함하는 HDS 반응 구역(112) 및 HDA 촉매를 포함하는 HDA 반응 구역(114)을 포함한다. 수소화 처리 장치(110)는 하향류 반응기, 상향류 반응기, 수평류 반응기, 또는 다른 유형의 유동 패턴을 갖는 반응기일 수 있다. 일부 실시형태에서, 수소화 처리 장치(110)는 컬럼의 상부에 HDM 촉매 구역(111), 컬럼의 중간 부분에 HDS 촉매 구역(112), 및 컬럼 하부에 HDA 촉매 구역(114)을 갖는 하향류 컬럼일 수 있다. 고려되는 실시형태들은, 일렬로 배열된 충전된 촉매층들이 단일 반응기 또는 각각 하나 이상의 촉매층을 포함하는 다수의 반응기에 포함된 것을 포함하는 것으로 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 중유(101)는 HDM 반응 구역(111)에 도입될 수 있고 HDM 촉매에 의해 접촉될 수 있다. HDM의 촉매를 중유(101)를 접촉시키는 것은 중유(101)에 존재하는 적어도 일부의 금속을 제거하는 반응을 촉진할 수 있다. HDM 촉매와의 접촉 이후, 중유(101)는 HDM 반응 유출물로 전환될 수 있다. HDM 반응 유출물은 중유(101)의 함량과 비교하여 감소된 금속 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, HDM 반응 유출물은 중유(101)보다 적어도 2%, 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 25%, 적어도 50%, 또는 심지어 적어도 75% 적은 금속을 가질 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, HDM 반응 구역(111)은 300℃ 내지 450℃, 예컨대 370℃ 내지 415℃의 가중 평균 층 온도를 가질 수 있고, 30 바아 내지 200 바아, 예컨대 90 바아 내지 110 바아의 압력을 가질 수 있다. HDM 반응 구역(111)은 HDM 촉매를 포함하고, HDM 촉매는 HDM 반응 구역(111) 전체를 채울 수 있다.
HDM 촉매는 IUPAC 주기율표의 5, 6 또는 8-10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, HDM 촉매는 몰리브덴을 포함할 수 있다. HDM 촉매는 지지 물질을 더 포함할 수 있고, 금속은 지지 물질 상에 배치될 수 있다. 지지 물질은 감마-알루미나 또는 실리카/알루미나 압출물, 구체, 실린더, 비드, 펠렛 및 이의 조합일 수 있다. 몇 실시형태에서, HDM 촉매는 표면적이 100 m2/g 내지 160 m2/g, 예컨대, 100 m2/g 내지 130 m2/g 또는 130 m2/g 내지 160 m2/g인 감마-알루미나 지지체를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, HDM 촉매는 알루미나 지지체 상에 몰리브덴 금속 촉매(때로는 "Mo/Al2O3 촉매"로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 본 개시의 전반에 걸쳐, 개시된 촉매들 중 임의의 촉매에 포함된 금속들은 황화물 또는 산화물 또는 심지어 다른 화합물로 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
일부 실시형태에서, HDM 촉매는 0.5 중량% 내지 12 중량%의 몰리브덴 산화물 또는 황화물, 예컨대 2 중량% 내지 10 중량% 또는 3 중량% 내지 7 중량%의 몰리브덴 산화물 또는 황화물, 및 88 중량% 내지 99.5 중량%의 알루미나, 예컨대 90 중량% 내지 98 중량% 또는 93 중량% 내지 97 중량%의 알루미나를 포함할 수 있다.
HDM 촉매는 적어도 0.8 cm3/g(예를 들어, 적어도 0.9 cm3/g 또는 심지어 적어도 1.0 cm3/g)과 같은 비교적 큰 공극 부피를 갖는 것으로서 가장 잘 설명될 수 있다. HDM 촉매의 공극 크기는 대부분 거대 다공성(즉, 공극 크기가 50nm를 초과)일 수 있다. 이는, HDM 촉매의 표면에서, 금속 및 임의의 도펀트의 흡수를 위한 큰 용량을 제공할 수 있다. 한 실시형태에서, HDM 촉매는 붕소, 규소, 할로겐, 인, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 원소를 포함하는 하나 이상의 화합물을 포함하는 도펀트를 포함할 수 있다.
HDM 반응 유출물은 HDM 반응 구역(111)으로부터, HDS촉매가 접촉되는 HDS 반응 구역(112)으로 통과될 수 있다. HDM 반응 유출물을 HDS 촉매와 접촉시키는 것은 HDM 반응 유출물 스트림에 존재하는 황의 적어도 일부를 제거하는 반응을 촉진할 수 있다. HDS 촉매와 접촉한 후, HDM 반응 유출물은 HDS 반응 유출물로 전환될 수 있다. HDS 반응 유출물은 HDM 반응 유출물에 비해 감소된 황 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, HDS 반응 유출물은 HDM 반응 유출물의 적어도 2%, 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 25%, 적어도 50%, 또는 심지어 적어도 75% 더 적은 황을 가질 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, HDM 반응 구역(112)은 300℃ 내지 450℃, 이를테면 370℃ 내지 415℃의 가중 평균 층 온도를 가질 수 있고, 30 바아 내지 200 바아, 예컨대 90 바아 내지 110 바아의 압력을 가질 수 있다. HDS 반응 구역(112)은 HDS 촉매를 포함하고, HDS 촉매는 HDS 반응 구역(112) 전체를 채울 수 있다.
한 실시형태에서, HDS 촉매는 IUPAC 주기율표의 6족으로부터의 하나의 금속 및 8-10족으로부터의 하나의 금속을 포함한다. 6족 금속의 예는 몰리브덴 및 텅스텐을 포함하고 8-10족 금속의 예는 니켈 및 코발트를 포함한다. HDM 촉매는 지지 물질을 더 포함할 수 있고, 금속은 지지 물질 상에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, HDS 촉매는 알루미나 지지체 상의 Mo 및 Ni(때로는 "Mo-Ni/Al2O3 촉매"로 지칭됨)를 포함할 수 있다. HDS 촉매는 또한 붕소, 인, 할로겐, 규소 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 도펀트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, HDS 촉매는 10 중량% 내지 18 중량%의 몰리브덴의 산화물 또는 황화물, 예컨대, 11 중량% 내지 17 중량% 또는 12 중량% 내지 16 중량%의 몰리브덴의 산화물 또는 황화물, 1 중량% 내지 7 중량%의 니켈의 산화물 또는 황화물, 예컨대, 2 중량% 내지 6 중량% 또는 3 중량% 내지 5 중량%의 니켈의 산화물 또는 황화물 및 75 중량% 내지 89 중량%의 알루미나, 예컨대 77 중량% 내지 87 중량% 또는 79 중량% 내지 85 중량%의 알루미나를 포함할 수 있다.
HDS 촉매는 140 m2/g 내지 200 m2/g, 예컨대 140 m2/g 내지 170 m2/g 또는 170 m2/g 내지 200 m2/g의 표면적을 가질 수 있다. HDS 촉매는 0.5 cm3/g 내지 0.7 cm3/g, 예컨대 0.6 cm3/g의 중간공극 부피를 가질 수 있다. HDS 촉매는 일반적으로 12 nm 내지 50 nm 범위의 공극 크기를 갖는 메조포러스 구조를 포함할 수 있다.
HDS 반응 유출물은 HDS 반응 구역(112)으로부터 HDA 촉매와 접촉되는 HDA 반응 구역(114)으로 통과될 수 있다. HDS 반응 유출물을 HDA 촉매와 접촉시키는 것은 HDS 반응 유출물에 존재하는 방향족 물질의 농도를 감소시킬 수 있는 반응을 촉진할 수 있다. HDA 촉매와의 접촉 이후에, HDN 반응 유출물은 HDA 반응 유출물로 전환될 수 있다. HDA 반응 유출물은 수소화 처리된 유출물(103)로서 수소화 처리 장치(110) 밖으로 통과할 수 있다. 수소화 처리된 유출물(103)(HDA 반응 유출물)은 HDS 반응 유출물에 비해 방향족 화합물의 함량이 감소할 수 있다. 예를 들어, 수소화 처리된 유출물(103)(HDA 반응 유출물)은 HDN 반응 유출물과 비교하여 방향족 화합물이 2% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 25% 이상, 50% 이상, 또는 심지어 75% 이상 더 적을 수 있다.
HDA 촉매는 IUPAC 주기율표의, 5, 6, 8, 9 또는 10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, HDA 촉매는 IUPAC 주기율표의 5족 또는 6족으로부터의 하나 이상의 금속, 및 IUPAC 주기율표의 8, 9, 또는 10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, HDA 촉매는 6족으로부터의 몰리브덴 또는 텅스텐 및 8, 9, 또는 10족으로부터의 니켈 또는 코발트를 포함할 수 있다. HDM 촉매는 지지체 물질을 추가로 포함할 수 있고, 금속은 지지체 물질 상에 배치될 수 있다. 일 실시형태에서, HDA 촉매는 메조포러스의 제올라이트 지지체 상에 텅스텐 및 니켈 금속 촉매(때로는 "W-Ni/메조-제올라이트 촉매"로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 수소화분해 촉매는 메조포러스의 제올라이트 지지체 상에 몰리브덴 및 니켈 금속 촉매(때로는 "Mo-Ni/메조-제올라이트 촉매"로 지칭 됨)를 포함할 수 있다. 제올라이트 지지체 물질은 특정 유형의 제올라이트로 제한되지 않을 수 있다. 그러나 제올라이트, 예컨대 Y, 베타, AWLZ-15, LZ-45, Y-82, Y-84, LZ-210, LZ-25, 규석 또는 모데나이트 골격 제올라이트가 현재 HDA촉매에 적합할 수 있는 것으로 생각된다.
HDA 촉매의 지지체 물질(즉, 메조포러스 제올라이트)은 평균 기공 크기가 2 nm 내지 50 nm인 메조포러스인 것을 특징으로 할 수 있다. 비교로서, 수소분해 촉매에 사용될 수 있는 통상적인 제올라이트는 미세다공성인 제올라이트를 함유할 수 있는데, 이는 이들이 평균 공극 크기가 2 nm 미만임을 의미한다. 이론에 구속됨이 없이, 현재 기술된 HDA 촉매의 비교적 큰 크기의 공극(즉, 메조다공도)은 더 큰 분자가 제올라이트 내부로 확산되도록 하여 촉매의 반응 활성 및 선택성을 향상시키는 것으로 여겨진다. 공극 크기의 증가에 따라, 방향족 함유 분자는 촉매 내로 더 쉽게 확산될 수 있고, 방향족 분해가 증가될 수 있다. 예를 들어, 일부 통상적인 실시형태에서, 수소화분해 촉매에 의해 전환된 공급 원료는 진공 가스 오일; 예를 들어, 유체 촉매 분해 반응기로부터의 경질 순환 오일; 또는 예를 들어, 코킹 장치로부터의 코커 가스 오일일 수 있다. 이러한 오일의 분자 크기는 본 방법 및 시스템의 공급 원료일 수 있는 원유 및 대기 잔류물과 같은 중유의 분자 크기에 비해 상대적으로 작다. 중유는 일반적으로 종래의 제올라이트 내부로 확산될 수 없고 제올라이트 내에 위치된 활성 부위에서 전환될 수 없다. 따라서, 더 큰 공극 크기를 갖는 제올라이트(즉, 예를 들어, 메조포러스 제올라이트)는 중유의 더 큰 분자가 확산 한계를 극복하게 할 수 있고, 중유의 더 큰 분자의 반응 및 전환을 가능하게 할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, HDA 촉매는 18 중량% 내지 28 중량%의 텅스텐 산화물 또는 황화물, 예를 들어, 20 중량% 내지 27 중량% 또는 22 중량% 내지 26 중량%의 텅스텐 산화물 또는 황화물, 2 중량% 내지 8 중량%의 니켈 산화물 또는 황화물, 예를 들어, 3 중량% 내지 7 중량% 또는 4 중량% 내지 6 중량%의 니켈 산화물 또는 황화물, 및 5 중량% 내지 40 중량%의 메조포러스 제올라이트, 예를 들어, 10 중량% 내지 35 중량% 또는 10 중량% 내지 30 중량%의 제올라이트를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, HDA 촉매는 12 중량% 내지 18 중량%의 몰리브덴 산화물 또는 황화물, 예를 들어, 13 중량% 내지 17 중량% 또는 14 중량% 내지 16 중량%의 몰리브덴 산화물 또는 황화물, 2 중량% 내지 8 중량%의 니켈 산화물 또는 황화물, 예를 들어, 3 중량% 내지 7 중량% 또는 4 중량% 내지 6 중량%의 니켈 산화물 또는 황화물, 및 5 중량% 내지 40 중량%의 메조포러스 제올라이트, 예를 들어, 10 중량% 내지 35 중량% 또는 10 중량% 내지 30 중량%의 메조포러스 제올라이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법 및 시스템의 일부 실시형태는 메조포러스 제올라이트(즉, 평균 기공 크기가 2 nm 내지 50 nm)를 포함하는 HDA 촉매를 이용할 수 있는 것으로 이해해야 한다. 그러나 다른 실시형태에서, 제올라이트의 평균 기공 크기는 2 nm 미만(즉, 미세다공성)일 수 있다.
기재된 하나 이상의 실시형태에 따르면, 수소화 처리 장치(110)에서 HDM 촉매:HDS 촉매:HDA 촉매의 부피비는 5-20:5-30:5-30일 수 있다. 촉매의 비율은 처리되는 오일 공급 원료의 금속 함량에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하면, 수소화 처리 장치(110)가 일렬로 배열된 다중 충전층 반응 구역(예를 들어, HDM 반응 구역(111) 및 HDS 반응 구역(112))을 포함하거나 이로 구성될 수 있고, 이들 반응 구역 각각은 촉매층을 포함할 수 있는, 중유 전환 시스템(300)이 도시되어 있다. 이들 구역 각각은 도 3에서 상류 충전층 수소화 처리 반응기(116) 및 하류 충전층 수소화분해 반응기(117)로 도시된, 다수의 층이 일렬로 있는 충전층 반응기로서 단일 반응기에 포함될 수 있다. 상류 충전층 수소화 처리 반응기(116) 또는 복수의 상류 충전층 반응기는 HDM 반응 구역(111) 및 HDS 반응 구역(112)을 포함할 수 있다. 하류 충전층 수소화분해 반응기(117)는 HDA 반응 구역(114)을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, HDM 반응 구역(111), HDS 반응 구역(112), 및 HDA 반응 구역(114)은 도 2의 시스템에 대해 개시된 각각의 촉매, 처리 조건 등을 이용할 수 있다. 도 3의 상류 충전층 수소화 처리 반응기(116) 또는 복수의 상류 충전층 반응기는 상류 충전층 수소화 처리 반응기(116) 또는 복수의 상류 충전층 반응기 및 하류 충전층 수소화분해 반응기(117)의 작동을 위해 상이한 수소 함량, 온도 또는 압력과 같은 상이한 반응 조건이 사용될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 이러한 실시형태에서, HDS 반응 유출물(106)은 상류 층전층 수소화 처리 반응기(116) 또는 복수의 상류 충전층 반응기에서 하류 충전층 수소화분해 반응기(117)로 통과된다.
도 4를 참조하면, 수소화 처리 장치(110)가 하류 충전층 수소화분해 반응기(117)와 일렬로 배열된 복수의 충전층 반응기에 포함된 다중 충전층 반응 구역을 포함하거나 이들로 이루어질 수 있는 중유 전환 시스템(400)이 도시되어 있다. 일부 실시형태에서, HDM 반응 구역(111)은 HDM 반응기(151)에 포함될 수 있고, HDS 반응 구역(112)은 HDS 반응기(152)에 포함될 수 있으며, HDA 반응 구역(114)은 하류 충전층 수소화분해 반응기(117)에 포함될 수 있다. 중유(101)는 HDM 반응기(151) 내 HDM 반응 구역(111)으로 도입되고, HDM 반응 유출물(107)로 전환될 수 있다. HDM 반응 유출물(107)은 HDS 반응기(152) 내 HDS 반응 구역(112)으로 전달될 수 있고, HDS 반응 유출물(106)로 전환될 수 있다. HDS 반응 유출물(106)은 하류 충전층 수소화분해 반응기(117)의 HDA 반응 구역(114)으로 전달될 수 있고, 수소화 처리된 유출물(103)로 전환될 수 있다. 이러한 실시형태에서, HDM 반응 구역(111), HDS 반응 구역(112), HDA 반응 구역(114)은 도 2의 시스템에 대해 앞에서 설명된 각각의 촉매, 처리 조건 등을 이용할 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하면, HS-FCC 장치(120)의 하류에 분리 장치(130)을 포함할 수 있는 중유 전환 시스템(500)이 도시된다. 분해된 유출물(104)은 HS-FCC 장치(120)의 분리 구역(123)으로부터 분리 장치(130)로 통과될 수 있으며, 이는 분해된 유출물(104)을, 적어도 하나의 생성물 스트림 및 바닥 스트림(139)을 포함할 수 있는 복수의 스트림으로 분리하도록 작동될 수 있다. 일부 실시형태에서, 분리 장치(130)는 분해된 유출물(104)의 내용물을, 탄화수소 오일 스트림(131), 가솔린 스트림(132), 혼합 부텐 스트림(133), 부타디엔 스트림(134), 프로펜 스트림(135), 에틸렌 스트림(136), 메탄 스트림(137), 수소 스트림(138), 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 생성물 스트림으로 분리하도록 작동 가능한 증류 또는 분별 컬럼일 수 있다. 본 개시에서 사용된 바와 같이, 시스템 생성물 스트림(예를 들어, 탄화수소 오일 스트림(131), 가솔린 스트림(132), 혼합 부텐 스트림(133), 부타디엔 스트림(134), 프로펜 스트림(135), 에틸렌 스트림(136) 및 메탄 스트림(137))은 석유 화학 제품으로 지칭될 수 있으며, 때로는 하류 화학 공정에서 중간체로 사용될 수 있다.
수소 스트림(138)은 수소 정제 장치(140)에 의해 처리되어 정제되고 수소 스트림(141)으로서 중유 전환 시스템(500)으로 다시 재순환될 수 있다. 정제된 수소 스트림(141)은 공급 수소 스트림(142)으로부터 추가의 공급 수소로 보충될 수 있다. 대안적으로, 수소 스트림(138) 또는 정제된 수소 스트림(141)의 전부 또는 적어도 일부는 시스템 생성물로서 시스템에서 배출되거나 열 생성을 위해 연소될 수 있다.
본 개시 및 실시예가 중유(101)의 물질로서의 원유의 맥락에서 제공되지만, 도 1 내지 도 5의 실시형태에 대해 설명된 중유 전환 시스템(100, 200, 300, 400, 500)은, 각각 원유, 진공 잔류물, 타르 샌드, 역청, 대기 잔류물, 및 진공 가스 오일을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 중유(중유(101)에서)의 전환에 적용 가능할 수 있다.
실시예
중유를 전환하는 방법 및 시스템의 다양한 실시형태가 하기 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다. 실시예들은 본질적으로 예시적인 것이지, 본 개시의 기술 요지(subject matter)를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
실시예 1: 수소화 처리 원유
실시예 1에서, 원유는 HDM 촉매(Albemarle로부터 KFR-22로 상업적으로 입수가능), HDS 촉매(Albemarle로부터 KFR-33으로 상업적으로 입수가능) 및 HDA 촉매(Albemarle에서 KFR-70으로 상업적으로 입수가능)를 포함하는 파일럿 플랜트 크기의 수소화 처리 장치에서 수소화 처리하여 원유에서 금속, 황, 질소 및 방향족 화합물의 농도를 감소시켰다. 수소화 처리 장치는 상부에 HDM 촉매층, 중간에 HDS 촉매층, 하부에 HDA 촉매층이 있는 충전 컬럼으로 구성되었다. HDM 촉매층의 부피는 70 mL이고 벌크 밀도는 0.5 g/ml이다. HDS 촉매층의 부피는 70 mL이고 벌크 밀도는 0.6 g/ml이다. HDA 촉매층의 부피는 560mL이고 벌크 밀도가 0.7 g/ml이다. 실시예 1의 경우, 원유는 아랍 경질 원유였으며, 그 특성은 표 1에 본 개시의 이전에 제공되어 있다. 수소화 처리 장치는 390℃의 온도, 0.2 h-1의 LHSV에서 작동되었다.총 액체 생성물(TLP)은 수소화 처리 장치로부터 수집되었고 TLP 특성은 표 2에 표시된 방법에 따라 분석되었다. 이러한 특성에는 밀도, API, 탄소 함량, 수소 함량, 황 함량, 질소 함량, 아스팔텐(방향족) 함량, MCR(TLP의 증발 및 열분해 후에 형성된 탄소질 잔류물), 금속 함량, 수은 함량, 비점 온도, PIONA(n-파라핀, 이소파라핀, 올레핀, 나프텐 및 방향족) 특성 및 탄화수소 구조가 포함된다.
표 3은 수소화 처리 전후의 중유 공급물로 사용되는 아랍 경질 원유를 보여준다.
실시예 2
실시예 2에서, 실시예 1에서 생성된 수소화 처리된 유출물은 고-가혹도 조건하에서 유동화 촉매 분해를 거쳤다. 제품 수율은 석영 관형 반응기를 사용하여 Sakuragi Rikagaku Micro Activity Test(MAT) 장치로 3회 실행 실험에 의해 결정하였다. 석영 관형 반응기는 본 개시에서 이전에 설명된 HS-FCC 장치(120)을 시뮬레이션하기에 충분한 고정층 유동화 촉매 반응기였다. 세 개의 실행은 75 중량% HS-FCC-5 및 Grace Davidson에서 시판되는 OlefinMax® 촉매 25 중량%로 이루어지는 상용 촉매의 혼합을 통해 수행되었다. 실시예 1의 수소화 처리된 유출물을 도입하기 전에, 모든 촉매를 반응 전에 810℃에서 6시간 동안 스티밍하였다. 첫 번째 실행은 2.88의 촉매 대 반응물의 중량비로 수행되었고, 두 번째 실행은 5.13의 비율로, 세 번째 실행은 8.54의 비율로 수행되었다. 각 실행은 MAT 장치에서 650℃에서 30초 TOS(time-on-stream)로 수행되었으며 각 실행 후 촉매는 분당 30밀리리터(mL/min) 질소 가스 흐름을 사용하여 제거되었다. 액체 생성물은 액체 수용기에 수집되었고 기체 생성물은 물 치환에 의해 가스 뷰렛에 수집되어 분석되었다. 소모된 촉매를 사용하여 반응에서 생성된 코크스의 양을 측정했다. 표 4는 표 2의 수소화 처리된 원유를 MAT 장치에서 고-가혹도 조건에서 분해한 결과이다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 3회의 실행 모두가 수소화 처리된 원유의 41% 이상을 경질 올레핀으로 전환시키는 결과를 가져왔다. 구체적으로, 8% 이상이 에틸렌으로, 20% 이상이 프로펜으로, 10% 이상이 부텐으로 전환되었다. 실행 1에서 실행 3으로 촉매 대 오일의 중량비가 증가함에 따라 경질 올레핀으로의 총 전환율은 증가했지만 부텐으로의 전환율은 구체적으로 감소했다. 또한, 중량비가 증가함에 따라 코크스 생산량도 증가하였다. 원유 공급원료의 중질 분획만을 HS-FCC 장치에 공급하는 공정과 비교할 때, 실시예 2의 공정은 중질 및 경질 분획 둘 다를 포함하는 스트림의 유사한 총 전환율을 달성하고 더 높은 프로필렌 수율을 생성하였다.
비교 예 3
비교 예 3에서는 실시예 1에서 생성된 수소화 처리 유출물을 최대 비점이 350℃ 미만인 경질 분획과 최소 비점이 350℃를 초과하는 중질 분획물로 분획하였다. 그 다음, 두 분획 모두를 실시예 2에 기술된 바와 같이 고-가혹도 조건하에서 유동화 촉매 분해에 개별적으로 적용되었다. 제품 수율은 경질 분획(350℃ 미만의 비등 온도) 및 중질 분획(350℃ 초과 비등 온도) 각각에 대해 3번의 실행, 6번의 실행 실험에 의해 측정하였다. 각 실행은 촉매 대 반응물의 다른 중량비(촉매 대 오일 비율)로 수행되었다. 표 5는 표 2의 수소화 처리된 원유를 고-가혹도 조건에서 MAT 장치에서 분해 전 분별한 결과를 나타낸다.
실시예 2와 비교 예 3의 비교
실시예 2의 공정은 비교 예 3과 비교하여 증가된 경질 올레핀의 생산을 제공한다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 공정은 42.45 중량%의 평균 수율에 대해 41.08 중량%, 42.94 중량% 및 43.33 중량%의 경질 올레핀 수율을 생성하였다. 이에 반해, 표 5에 나타낸 바와 같이, 유동화 접촉분해를 수행하기 전에 수소화 처리된 유출물을 분별하는 비교 예 3의 공정에서는 경질 올레핀의 평균 수율이 38.78 중량%로 나타났다. 따라서, 본 개시의 공정에 따르면, 임의의 개재 분별 또는 분리 공정 없이 수소화 처리된 유출물을 HS-FCC 장치(120)로 직접 통과시키는 것은 중간 분리 단계에 의존하는 공정에 비해 경질 올레핀의 수율에서 거의 4 중량% 증가를 제공할 수 있다.
또한, 실시예 2의 공정은 비교 예 3과 비교할 때 감소된 알칸 생산을 제공한다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 공정은 10.55의 평균 비율에 대해 12.17, 11.24 및 8.24의 프로펜 수율 대 프로판 수율의 비율을 생성하였다. 유사하게, 실시예 2의 방법은 8.43의 평균 비율에 대해 9.46, 9.88 및 5.95의 부텐 수율 대 부탄 수율의 비율을 생성하였다. 이에 반해, 표 5에 나타난 바와 같이, 비교 예 3의 비교 공정에서는 프로펜 수율 대 프로판 수율의 평균 비가 7.72이고, 부텐 수율 대 부탄 수율의 평균 비가 4.28에 불과하였다. 즉, 수소화 처리된 유출물이 중간 분리 단계 없이 HS-FCC 장치로 직접 전달되는 본 개시의 공정은, 중간 분리 단계가 있는 공정과 비교하여 경질 알칸(에탄, 프로판, 부탄)에 비해 더 큰 경질 올레핀(에틸렌, 프로필렌, 부텐)의 선택성을 제공한다. 따라서, 본 개시의 방법은 수소화 처리 및 촉매 분해 전에 공급스트림의 분별에 의존하는 방법과 비교하여 공정 및 생성물 수율 둘 모두의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제1 양태는 중유 처리 방법을 포함할 수 있다. 상기 방법은 중유를 수소화 처리 장치에 도입하는 단계를 포함할 수 있고, 수소화 처리 장치는 중유를 수소화탈금속(HDM) 촉매, 수소화탈황(HDS) 촉매, 및 수소화탈방향족(HDA) 촉매와 접촉시킴으로써 수소화 처리된 유출물을 형성하도록 중유를 수소화 처리하도록 작동 가능하다. 상기 방법은 수소화 처리된 유출물을 고-가혹성 유동화 촉매 분해(HS-FCC) 장치로 직접 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, HS-FCC 장치는 수소화 처리된 유출물을 분해 촉매와 접촉시키도록 작동 가능하며, 여기서 수소화 처리된 유출물의 적어도 일부는 분해되어 적어도 하나의 생성물을 포함하는 분해된 유출물을 형성한다. 상기 방법은 분해된 유출물을 HS-FCC 장치 밖으로 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 중유는, 25도 내지 50도의 미국석유학회(API) 비중을 가질 수 있고 HS-FCC 장치로 전달되는 수소화 처리된 유출물의 적어도 20 중량%은 섭씨 225도 (°C) 미만의 비점을 가진다.
본 발명의 제2 양태는 제1 양태를 포함할 수 있으며, 분해된 유출물을 하나 이상의 생성물 스트림 및 바닥 스트림으로 분리하도록 작동 가능한 분리 장치로, 분해된 유출물을 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 개시의 제3 양태는 중유 처리 방법을 포함할 수 있으며, 그 방법은 중유를 수소화탈금속(HDM) 촉매, 수소화탈황(HDS) 촉매, 및 수소탈방향족(HDA) 촉매와 접촉하여 수소화 처리된 유출물을 형성하도록, 중유를 수소화 처리하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 적어도 하나의 생성물을 포함하는 분해된 유출물을 형성하기 위해 고-가혹도 유동화 촉매 분해(HS-FCC) 장치에서 수소화 처리된 유출물을 분해 촉매와 접촉시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 중유는, 25도 내지 50도의 미국석유학회(API) 비중을 가질 수 있고 HS-FCC 장치로 전달되는 수소화 처리된 유출물의 적어도 20 중량%은 섭씨 225도 (°C) 미만의 비점을 가진다.
본 개시의 제4 양태는, 제3 양태에 있어서, 분해된 유출물로부터 적어도 하나의 생성물의 적어도 일부를 회수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 개시의 제5 양태는, 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 하나에 있어서, 중유가 원유를 포함할 수 있다.
본 개시의 제6 양태는, 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 생성물은 에틸렌, 프로펜, 부텐, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 올레핀을 포함할 수 있다.
본 개시의 제7 양태는, 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 하나에 있어서, 수소화 처리된 유출물은 0.1 중량% 미만의 황 함량 및 500중량백만분률(ppmw) 미만의 질소 함량을 가질 수 있다.
본 개시의 제8 양태는, 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 하나에 있어서, 수소화 처리된 유출물이 0.80 g/cm3 내지 0.95 g/cm3 의 밀도를 가질 수 있다.
본 개시의 제9 양태는, 제1 양태 내지 제8 양태 중 어느 하나에 있어서, HDM 촉매 및 HDS 촉매가 복수의 반응기에 일렬로 위치될 수 있고, HDA 촉매가 복수의 반응기의 하류 반응기에 위치할 수 있다.
본 개시의 제10 양태는, 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 하나에 있어서, HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매가 복수의 충전층 반응 구역에 일렬로 위치할 수 있다.
본 개시의 제11 양태는, 제10 양태에 있어서, 복수의 충전층 반응 구역의 각각은 복수의 충전층 반응 구역을 포함하는 단일 반응기에 포함될 수 있다.
본 개시의 제12 양태는, 제1 내지 제11 양태 중 어느 하나에 있어서, 500℃ 이상의 온도에서 HS-FCC 장치에서 수소화 처리된 유출물을 분해하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 제13 양태는, 제1 내지 제12 양태 중 어느 하나에 있어서, 수소화 처리된 유출물을 분해하는 단계가 수소화 처리된 유출물을 2:1 내지 40:1의 FCC 촉매 대 수소화 처리된 유출물의 중량비로 HS-FCC 장치에서 유동화 촉매 분해(FCC) 촉매와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 제14 양태는, 제13 양태에 있어서, 수소화 처리된 유출물을 0.2초 내지 30초 동안 FCC 촉매와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.
본 개시의 제15 양태는 중유를 처리하기 위한 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 중유 공급원, 수소화 처리 장치 및 고-가혹도 유동 촉매 분해(HS-FCC) 장치를 포함할 수 있다. 수소화 처리 장치는 수소화탈금속(HDM) 촉매, 수소화탈황(HDS) 촉매 및 수소화탈방향족(HDA) 촉매를 포함할 수 있다. 중유 공급원의 출구는 수소화 처리 장치의 입구와 직접 유체 연통할 수 있고, 수소화 처리 장치의 출구는 HS-FCC 장치의 입구와 직접 유체 연통할 수 있다.
본 개시의 제16 양태는, 제15 양태에 있어서, 수소화 처리 장치가 복수의 반응기를 포함할 수 있다. HDM 촉매 및 HDS 촉매는 복수의 반응기에 일렬로 위치할 수 있고, HDA 촉매는 복수의 반응기의 하류 반응기에 위치할 수 있다.
본 개시의 제17 양태는, 제15 또는 제16 양태 중 어느 하나에 있어서, HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매가 복수의 충전층 반응 구역에서 일렬로 위치한다.
본 개시의 제18 양태는, 제17 양태에 있어서, 복수의 충전층 반응 구역 각각이 복수의 충전층 반응 구역을 포함하는 단일 반응기에 포함될 수 있다.
본 개시의 제19 양태는, 제15 내지 제18 양태 중 어느 하나에 있어서, 수소화 처리 장치로부터 HS-FCC 유닛으로 직접 연장되는 도관을 추가로 포함할 수 있다.
본 개시의 제20 양태는, 제15 내지 제19 양태 중 어느 하나에 있어서, HS-FCC 장치의 하류에 분리 장치를 더 포함한다. 분리 장치는 분해된 유출물을 하나 이상의 생성물 스트림 및 바닥 스트림을 포함할 수 있는 복수의 스트림으로 분리하도록 작동될 수 있다.
본 발명의 제21 양태는, 제1 내지 제20 양태 중 어느 하나에 있어서, HDM 촉매, HDS 촉매 및 HDA 촉매가 각각 0.3 g/ml 내지 1.0 g/ml, 예컨대 0.4 g/ml 내지 0.8 g/ml의 벌크 밀도를 가질 수 있다.
본 발명의 제22 양태는, 제1 내지 제21 양태 중 어느 하나에 있어서, HDA 촉매의 부피가 HDM 촉매의 부피, HDS 촉매의 부피, 또는 HDM 촉매와 HDS 촉매 모두의 부피보다 클 수 있다.
본 발명의 제23 양태는, 제1 내지 제22 양태 중 어느 하나에 있어서, HDA 촉매의 부피 대 HDM 촉매 및 HDS 촉매의 부피의 부피 비가 1:1 내지 6:1로, 예를 들어 1:1 내지 5:1, 2:1 내지 6:1, 2:1 내지 5:1, 3:1 내지 6:1, 또는 3:1 내지 5:1이다.
본 개시의 제24 양태는, 제1 내지 제23 양태 중 어느 하나에 있어서, HDM 촉매가 IUPAC 주기율표의 5, 6, 또는 8-10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. HDM 촉매는 알루미나 지지체 상에 몰리브덴을 포함할 수 있다.
본 개시의 제25 양태는, 제1 내지 제24 양태 중 어느 하나에 있어서, HDS 촉매가 IUPAC 주기율표의 6족으로부터의 하나의 금속 및 8-10족으로부터의 하나의 금속을 포함한다.
본 발명의 제26 양태는, 제25 양태에 있어서, HDS 촉매가 몰리브덴 및 텅스텐 중 적어도 하나와 니켈 및 코발트 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시의 제27 양태는, 제25 또는 제26 양태에 있어서, HDS 촉매가 알루미나 지지체 상에 몰리브덴 및 니켈을 포함할 수 있다.
본 개시의 제28 양태는, 제1 내지 제27 양태 중 어느 하나에 있어서, HDA 촉매가 IUPAC 주기율표의 5족 또는 6족으로부터의 하나 이상의 금속 및 IUPAC 주기율표의 8, 9 또는 10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
본 개시의 제29 양태는, 제28 양태에 있어서, HDA 촉매가 메조포러스인 제올라이트 지지체 상에 텅스텐 및 니켈을 포함할 수 있다.
본 개시의 제30 양태는, 제28 양태에 있어서, HDA 촉매가 메조다공성인 제올라이트 지지체 상에 몰리브덴 및 니켈을 포함할 수 있다.
이하의 청구범위 중 하나 이상은 전환 문구로서 용어 "여기서(where)"를 사용한다는 점에 유의한다. 본 기술을 정의할 목적으로, 이 용어는 구조의 일련의 특성을 열거하기 위해 사용되는 개방형 전이 구문으로 청구범위에 도입되며, 보다 일반적으로 사용되는 개방형 전제 용어(preamble term)인 "포함하는"과 같은 방식으로 해석되어야 한다는 점에 유의해야 한다.
속성에 할당되는 임의의 2개의 정량적 값들은 그러한 속성의 범위를 구성하고, 주어진 속성의 모든 언급된 정량적 값들로부터 형성되는 범위들의 모든 조합들이 본 개시에서 고려되는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 기술 요지를 상세히 그리고 특정 실시형태들을 참조하여 설명하였지만, 본 개시에 설명되는 다양한 세부 사항들은 특정 요소가 본 설명(description)에 동반하는 도면 각각에 예시되는 경우들에서도, 이들 세부 사항들이 본 개시에서 설명되는 다양한 실시형태들의 필수 구성요소들과 관련되어 있음을 암시하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 점에 유의한다. 오히려, 여기에 첨부되는 청구항들은 본 개시의 폭 및 본 개시에 설명되는 다양한 실시형태들의 대응하는 범위의 유일한 표현으로서 해석되어야 한다. 또한, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않으면서 변형 및 변화가 가능하다는 것이 명백할 것이다.
Claims (15)
- 중유 처리 방법으로서,
수소화 처리 장치에 중유를 도입하는 단계 - 수소화 처리 장치는 중유를 수소화탈금속(hydrodemetalization, HDM) 촉매, 수소화탈황(hydrodesulfurization, HDS) 촉매, 및 수소화탈방향족(hydrodearomatization, HDA) 촉매와 접촉시킴으로써 수소화 처리된 유출물을 형성하도록 중유를 수소화 처리하도록 작동가능함 -;
수소화 처리된 유출물을 고-가혹도 유동화 촉매 분해(high-severity fluidized catalytic cracking, HS-FCC) 장치로 직접 통과시키는 단계 - HS-FCC 장치는 수소화 처리된 유출물을 분해 촉매와 접촉시키도록 작동 가능하며, 여기서 수소화 처리된 유출물의 적어도 일부가 분해되어 하나 이상의 생성물을 포함하는 분해된 유출물을 형성함 -; 및
HS-FCC 장치에서 분해된 유출물을 통과시키는 단계를 포함하며,
여기서 중유는 미국석유학회(American Petroleum Institute, API) 비중이 25도에서 50도 사이이고 HS-FCC 장치로 통과되는 수소화 처리된 유출물의 적어도 20 중량%(wt.%)의 비점이 섭씨(℃) 225도 미만인 것인, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 분해된 유출물을 적어도 하나의 생성물 스트림 및 바닥 스트림으로 분리하도록 작동 가능한 분리 장치로, 분해된 유출물을 통과시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 중유 처리 방법으로서,
중유를 수소화탈금속(HDM) 촉매, 수소화탈황(HDS) 촉매, 및 수소화탈방향족(HDA) 촉매와 접촉시켜 수소화 처리된 유출물을 형성하도록 중유를 수소화 처리하는 단계; 및
고-가혹도 유동화 촉매 분해(HS-FCC) 장치에서 수소화 처리된 유출물을 분해 촉매와 접촉시켜 적어도 하나의 생성물을 포함하는 분해된 유출물을 형성하는 단계를 포함하며,
여기서 중유는 미국석유학회(API) 비중이 25도에서 50도 사이이고 HS-FCC 장치로 통과되는 수소화 처리된 유출물의 적어도 20 중량%의 비점이 섭씨(℃) 225도 미만인 것인, 방법. - 제3항에 있어서, 분해된 유출물로부터 적어도 하나의 생성물의 적어도 일부를 회수하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 중유는 원유를 포함하는 것인, 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 생성물은 에틸렌, 프로펜, 부텐, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 올레핀을 포함하는 것인, 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 수소화 처리된 유출물은 0.1 중량% 미만의 황 함량 및 500중량백만분률(ppmw) 미만의 질소 함량을 갖는 것인, 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 수소화 처리된 유출물은 0.80g/cm3 내지 0.95g/cm3의 밀도를 갖는 것인, 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
HDM 촉매 및 HDS 촉매는 복수의 반응기에 일렬로 위치되며; 그리고
상기 HDA 촉매는 상기 복수의 반응기 중 하류에 있는 반응기에 위치되는 것인, 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, HDM 촉매, HDS 촉매, 및 HDA 촉매는 복수의 충전층 반응 구역에서 일렬로 위치되는 것인, 방법.
- 제10항에 있어서, 복수의 충전층 반응 구역 각각은 복수의 충전층 반응 구역을 포함하는 단일 반응기에 포함되는 것인, 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 500℃ 이상의 온도에서 HS-FCC 장치에서 수소화 처리된 유출물을 분해하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 수소화 처리된 유출물을 분해하는 단계는 수소화 처리된 유출물을 2:1 내지 40:1의 FCC 촉매 대 수소화 처리된 유출물의 중량비로 HS-FCC 장치에서 유동화 촉매 분해(FCC) 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제13항에 있어서, 수소화 처리된 유출물을 0.2초 내지 30초 동안 FCC 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 중유 처리 시스템으로서,
중유 공급원;
수소화 탈금속(HDM) 촉매, 수소화 탈황(HDS) 촉매 및 수소화 탈방향족(HDA) 촉매를 포함하는 수소화 처리 장치; 및
고-가혹도 유동화 촉매 분해(HS-FCC) 장치를 포함하며,
여기서 중유 공급원의 출구는 수소화 처리 장치의 입구와 직접 유체 연통하고 수소화 처리 장치의 출구는 HS-FCC 장치의 입구와 직접 유체 연통하는 것인, 시스템.
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| US11814594B1 (en) * | 2022-12-12 | 2023-11-14 | Saudi Arabian Oil Company | Processes for hydroprocessing and cracking crude oil |
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| US12018215B1 (en) * | 2023-04-12 | 2024-06-25 | Saudi Arabian Oil Company | Processes for direct conversion of crude oil to light olefins and light aromatics through steam enhanced catalytic cracking over a core shell cracking catalyst |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018039300A1 (en) * | 2016-08-24 | 2018-03-01 | Saudi Arabian Oil Company | Systems and methods for the conversion of feedstock hydrocarbons to petrochemical products |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5318695A (en) | 1992-11-30 | 1994-06-07 | Exxon Research And Engineering Company | Fluid cracking process for producing low emissions fuels |
| US7019187B2 (en) * | 2002-09-16 | 2006-03-28 | Equistar Chemicals, Lp | Olefin production utilizing whole crude oil and mild catalytic cracking |
| EP1734098A4 (en) | 2004-03-08 | 2012-04-04 | China Petroleum & Chemical | PROCESS FOR PRODUCTION OF LOWER OLEFINS AND AROMATIC ELEMENTS |
| FR2867988B1 (fr) | 2004-03-23 | 2007-06-22 | Inst Francais Du Petrole | Catalyseur supporte dope de forme spherique et procede d'hydrotraitement et d'hydroconversion de fractions petrolieres contenant des metaux |
| CN101020843B (zh) * | 2006-02-14 | 2010-08-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种生产催化裂化原料的加氢方法 |
| WO2009073436A2 (en) | 2007-11-28 | 2009-06-11 | Saudi Arabian Oil Company | Process for catalytic hydrotreating of sour crude oils |
| US20100018904A1 (en) | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Saudi Arabian Oil Company | Prerefining Process for the Hydrodesulfurization of Heavy Sour Crude Oils to Produce Sweeter Lighter Crudes Using Moving Catalyst System |
| US8372267B2 (en) | 2008-07-14 | 2013-02-12 | Saudi Arabian Oil Company | Process for the sequential hydroconversion and hydrodesulfurization of whole crude oil |
| WO2010009077A2 (en) | 2008-07-14 | 2010-01-21 | Saudi Arabian Oil Company | Process for the treatment of heavy oils using light hydrocarbon components as a diluent |
| CN101684417B (zh) * | 2008-09-27 | 2012-07-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种优化的加氢-催化裂化组合工艺方法 |
| BRPI1012764A2 (pt) | 2009-06-22 | 2019-07-09 | Aramco Services Co | processo alternativo para o tratamento de óleos brutos pesados em uma refinaria de coqueificação. |
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| US10870802B2 (en) * | 2017-05-31 | 2020-12-22 | Saudi Arabian Oil Company | High-severity fluidized catalytic cracking systems and processes having partial catalyst recycle |
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Patent Citations (1)
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