KR20210121098A - 사용유의 재-정제 및 등급향상을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20210121098A
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Abstract

사용유의 재-정제 방법은 정화된 사용유를 포함하는 공급원료를 추출 용매와 접촉시켜 연속 액체-액체 용매 추출을 수행하여, 추출 용매 및 추출 용매 중에 용해된 추출물을 포함하는 추출물 스트림을 생성하는 것을 포함한다. 공급원료 및 추출 용매를 선택된 교반 속도로 용매 추출 동안 가변 속도 교반기에 의해 교반한다. 추출물을 추출 용매로부터 분리하고 연속 유동 액체 상 수소화 처리에 적용하여 오일 생성물을 생성한다. 방법을 수행하기 위한 시스템은 사용유를 정화하기 위한 정화 유닛; 공급원료로부터 추출물을 추출하기 위한 추출 컬럼; 및 연속 유동 액체 상 수소화 유닛을 포함한다. 추출 컬럼은 추출 컬럼을 통해 유동하는 공급원료 및 추출 용매를 가변 교반 속도로 교반하도록 구성된 교반기를 포함한다.

Description

사용유의 재-정제 및 등급향상을 위한 방법 및 시스템
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2019년 2월 5일 출원되고 발명의 명칭이 "Method for Producing High Quality Base Oil from Waste Oil"인 유럽 특허 출원 번호 19155542.4의 이익 및 그로부터의 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
분야
본 개시내용은 일반적으로 사용유(used oil)의 재-정제 또는 등급향상 방법에 관한 것이다.
폐유를 포함한 사용유는 유용한 기유, 연료유, 및 다른 오일 생성물 또는 부산물을 생성하기 위해 재-정제되거나 등급향상될 수 있다. 기유는 또한 베이스 스톡, 베이스 윤활유 스톡, 윤활유 스톡, 윤활유, 윤활 오일 등으로서 언급된다. 기유는, 윤활 오일 또는 금속 작용 유체 또는 유압유와 같은, 윤활 특성을 갖는 생성물을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
기유는, 상이한 가공 기술 및 설비를 사용하여, 파라핀계 원유 또는 나프텐계 원유와 같은 원유를 정제함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 원유를 가열 및 증류 공정에 적용하여 경질 및 중질 탄화수소를 분리할 수 있고, 중질 탄화수소를 추가로 수소화에 적용하여 황 및 방향족 물질을 제거하고, 따라서 보다 높은 비율의 포화물, 보다 낮은 황 함량, 및 보다 높은 점도를 갖는 기유를 생성한다. 이들 공정에서 생성된 경질 탄화수소는 연료유로서 사용될 수 있다.
원유를 정제함으로써 생성된 기유는 공식적으로 미국 석유 협회 (API)에 의해 상이한 그룹으로 분류된다. 현재의 API 분류 (API 1509)에 따르면, 그룹 I, II 및 III은 이들의 물리적 및 조성적 특성에 기초하여 분류된다. 구체적으로, 그룹 I, II 및 III은 주로 이들의 포화 수준, 황 수준, 및 점도 지수 (VI)에 의해 특성화되고 구별된다. 포화 및 황 수준은 오일 중의 포화물 및 황의 백분율에 의해 나타낼 수 있다. 점도 지수는, 전형적으로 100℉ (40℃) 및 210℉ (100℃)에서 측정되는, 온도에 따른 점도의 변화의 척도이다. 보다 높은 포화 수준, 보다 낮은 황 수준, 및 보다 높은 점도 지수를 갖는 기유가 보다 고품질의 기유인 것으로 고려된다. 예를 들어, 현재의 API 분류 (API 1509)에 따르면, 그룹 I 기유는 90% 미만의 포화물 및/또는 0.03% 초과의 황, 및 적어도 80 및 120 미만의 VI을 갖고; 그룹 II 기유는 적어도 90% 포화물 및 0.03% 이하의 황을 갖지만, VI은 여전히 적어도 80 및 120 미만이고; 그룹 III 기유는 적어도 90% 포화물 및 0.03% 이하의 황, 및 적어도 120의 VI를 갖는다. 본원에서 모든 백분율은, 달리 특정되지 않는 한, 임의의 불순물 및 첨가제를 포함한 오일 생성물의 총 질량을 기준으로 한 질량 퍼센트 (wt%로서 나타냄)이다.
그룹 II 및 그룹 III 기유는 고품질 기유로서 고려될 수 있고, 그룹 I, 그룹 II, 및 그룹 III 표준 중 임의의 것을 충족하지 않는 기유는 저품질 기유인 것으로 고려된다.
종래의 정제 가공에서, 전형적으로, 그룹 I 기유는 용매 정제 공정 후에 생성될 수 있다. 그룹 II 기유는 온화한 수소화가공 또는 수소화분해 후에 생성될 수 있다. 그룹 III 기유는 보다 광범위한 수소화분해 또는 촉매 탈랍(de-waxing)에 의해 생성될 수 있다.
또한 사용유, 예컨대 사용 모터 오일 (UMO)을 재-정제하여 보다 고품질 기유, 예컨대 그룹 I, II, 또는 III 기유를 생성할 수 있다. 예를 들어, 그룹 II 또는 III 기유 및 사용유로부터의 다른 생성물의 생성을 위한 시스템 및 방법이 제안되었고, 여기서는 사용유를 증류, 패킹된 추출 컬럼 내에서의 용매 교환, 및 기체 상 수소화 처리에 적용한다. 예를 들어, 2006년 9월 14일 공개된 WO 2006/096396; 및 2013년 2월 5일 등록된 US 8,366,912 참조. 사용유 재-정제 기술은 또한 2000년 9월 12일 등록된 US 6,117,309에 개시되어 있다.
그러나, 사용 모터 오일 또는 다른 사용유로부터 보다 고품질 오일을 생성하기 위한 종래의 시스템 및 방법을 개선시키는 것이 여전히 바람직하다.
요약
사용 모터 오일을 재-정제하여 보다 고품질 기유 및 다른 생성물을 생성하기 위한 이전에 개시된 시스템 및 방법이 상이한 유형의 입력 공급 원료를 수용하도록 작동하기에 보다 강건하고 보다 편리하게, 또는 보다 효율적으로 개선될 수 있음이 본 발명자(들)에 의해 인식되었다.
예를 들어, 상이한 공급원으로부터의 사용유는 상이한 내용물 및 구성성분 및 특성을 가질 수 있다. 특히, 사용유는, 그들의 현지 활용 또는 생산 장소로부터 폐유를 수집하는 다수의 지역 폐유 수집자들에 의해 수집된다. 수집 과정에서, 많은 유형의 서비스에 대하여 배합된 다양한 오일이 함께 혼합되어 상이한 유형 및 품질의 기유, 화학물질, 및 오염물의 복합체를 형성할 수 있다. 따라서, 매우 상이한 성분 및 특성을 갖는 상이한 공급원료 오일을 효과적 및 효율적으로 가공하기 위해 작업 동안 편리하게 조정될 수 있는 시스템 및 공정의 제공이 바람직하다. 또한, 사용유로부터의 회수된 유용한 생성물, 특히 고품질 기유, 예컨대 그룹 III 기유의 수율을 개선시키는 것이 바람직하다. 이러한 공정의 처리량을 개선시키는 것이 추가로 바람직하다.
본원의 다른 부분에서 논의된 바와 같이 수집된 사용유의 성질로 인해, 공지된 폐유의 재-정제 공정에서는 고수율 및 고품질 둘 다의 생성물을 달성하는 것이 어렵다. 공급원료는 폭넓게 다양한 오일 유형, 품질, 및 오염물을 포함할 수 있기 때문에, 기존 공정은 전형적으로, 이들 공정에서 품질 및 양 둘 다를 달성하는 것이 어려움에 따라, 품질과 양 사이의 균형(trade-off)을 이루도록 디자인되었다. 또한, 새로운 유형의 공급원료가 사용되어야 하는 경우, 기존 시스템 또는 공정은 공정을 최적화하기 위해 새로운 작업 파라미터를 사용하여 재구성되거나 작업되어야 한다. 이러한 최적화는 광범위한 경험, 시험 및 최적화된 작업 파라미터에 대한 엄격한 준수를 필요로 한다. 최적화된 작업 공정 또는 파라미터로부터의 이탈은 생성물의 감소된 품질, 시스템 고장, 감소된 진행 시간, 감소된 생산 효율 또는 생산 수율, 또는 증가된 작업 비용 중 하나 이상을 초래할 수 있다. 예를 들어, 공정에서 사용되는 촉매는, 가공이 특정 응용에 대하여 최적화되지 않거나 최적화된 작업 파라미터로부터 벗어나는 경우, 감소된 수명을 가질 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 측면은, 정화된 사용유를 포함하는 공급원료를 추출 용매와 접촉시켜 연속 액체-액체 용매 추출을 수행하여, 추출 용매 및 추출 용매 중에 용해된 추출물을 포함하는 추출물 스트림을 생성하는 단계이며, 여기서 공급원료 및 추출 용매는 선택된 교반 속도로 용매 추출 동안 가변 속도 교반기에 의해 교반되는 것인 단계; 추출 용매로부터 추출물을 분리하는 단계; 및 추출물을 연속 유동 액체 상 수소화 처리에 적용하여 적어도 80의 점도 지수를 갖는 오일 생성물을 생성하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
이전 단락의 방법에서, 액체 상 수소화 처리는 희석제를 추출물에 첨가하여 추출물 중의 수소의 용해도를 증가시키고, 따라서 희석제 및 추출물을 포함하는 액체 혼합물을 형성하는 단계; 수소를 액체 혼합물에 첨가하여 수소를 액체 혼합물 중에 용해시키는 단계; 및 용해된 수소를 갖는 액체 혼합물을 수소화 촉매의 존재 하에 가열하여 액체 혼합물 중의 불포화물을 포화시키고, 액체 혼합물로부터 황 및 방향족 물질을 제거하고, 따라서 오일 생성물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 추출물은 인 및 규소를 포함할 수 있고, 연속 유동 액체 상 수소화 처리는 액체 혼합물을 수소화 촉매에 노출시키기 전에 액체 혼합물로부터 인 및 규소를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 추출물은 방향족 물질을 포함할 수 있고, 연속 유동 액체 상 수소화 처리는 오일 생성물로부터 방향족 물질을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 추출 용매는 n-메틸-2-피롤리돈을 포함할 수 있다. 오일 생성물은 적어도 90 wt% 포화물, 예컨대 적어도 95 wt%의 포화물을 포함할 수 있다. 오일 생성물은 0.03 wt% 미만의 황을 포함할 수 있다. 오일 생성물은 적어도 120의 점도 지수를 가질 수 있다. 사용유는 사용 모터 오일, 또는 사용 산업용 오일, 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다. 사용유를 정화하여 공급원료를 생성할 수 있다. 사용유의 정화는 사용유를 증류에 적용하여 증류로부터의 증류액을 포함하는 공급원료를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 용매 추출 컬럼 내에서 공급원료 및 추출 용매의 향류를 형성하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 교반 속도 및 공급원료 및 추출 용매의 용매 추출 용기 내로의 유속은 공급원료의 품질 또는 특성에 기초하여 독립적으로 조정된다.
추가의 측면에서는, 사용유를 정화하여, 정화된 사용유를 포함하는 공급원료를 형성하도록 구성된 정화 유닛; 추출 컬럼을 통해 유동하는 공급원료 및 추출 용매를 가변 교반 속도로 교반하도록 구성된 교반기를 포함하는, 추출제를 사용하여 공급원료로부터 추출물을 추출하기 위한 연속 향류 액체-액체 추출 컬럼; 및 추출 컬럼에 의해 추출된 추출물을 수소화가공하여 오일 생성물을 생성하기 위한 연속 유동 액체 상 수소화 유닛을 포함하는 시스템이 제공된다.
상기 단락의 시스템에서, 연속 유동 액체 상 수소화 유닛은 수소화 촉매를 포함하는 수소화 반응기; 용매 추출 컬럼으로부터 수소화 반응기로 추출물을 수송하기 위한, 용매 추출 컬럼 및 수소화 반응기와 유체 소통되는 수송 라인; 희석제를 수송 라인을 통해 유동하는 추출물 중으로 도입하여 추출물 및 희석제를 포함하는 액체 혼합물을 형성하기 위한, 수송 라인 상의 희석제 유입구; 및 수소를 액체 혼합물 중으로 도입하기 위한, 희석제 유입구의 하류에 위치하는 수송 라인 상의 수소 유입구를 포함할 수 있다. 액체 상 수소화 유닛은 희석제 유입구와 수소 유입구 사이의 수송 라인 상에 위치하는 가드 베드를 추가로 포함할 수 있고, 상기 가드 베드는 액체 혼합물을 수소화 촉매에 노출시키기 전에 액체 혼합물로부터 적어도 인 및 규소를 제거하도록 구성된다. 수소화 촉매는 팔라듐, 금, 또는 니켈을 포함할 수 있다. 정화 유닛은 하나 이상의 증류 컬럼을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 다른 측면, 특징, 및 실시양태는 첨부된 도와 함께 구체적 실시양태의 하기 설명을 검토함에 따라 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
단지 예로서 본 개시내용의 실시양태를 나타내는 도에서,
도 1은, 본 개시내용의 실시양태에 따른, 사용유를 재-정제하여 등급향상된 기유 및 다른 오일 생성물을 생성하기 위한 시스템 및 공정의 개략도이고;
도 2는, 오염물 분리 유닛, 분자 분리 유닛, 및 분자 처리 유닛을 포함하는, 도 1의 시스템의 특정 예의 개략도이고;
도 3은, 가변 속도 교반기를 갖는 예시적 연속 향류 액체-액체 용매 추출 컬럼의 개략도이다.
상세한 설명
간략한 개요에서, 본 개시내용의 선택된 실시양태에서는, 사용 모터 오일 (UMO) 또는 사용 산업용 오일을 포함한 다른 사용유의 재-정제를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 본원에 개시된 시스템 및 방법은 연속적, 가변 유속 (특히 저속) 가공을 가능하게 하도록, 또한 실질적으로 상이한 성분 및 특성을 가질 수 있는 상이한 사용유를 포함한 상이한 입력 공급원료를 수용하기 위해 편리한 조정을 가능하게 하도록, 이전에 공지된 시스템 및 방법으로부터 변형된다.
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같은 예시적 시스템은, 시스템을 재구성하기 위해 시스템의 작업을 유보하거나 중단할 필요 없이, 등급향상 또는 정제를 필요로 하는 상이한 공급원 또는 상이한 유형의 오일로부터의 사용유를 가공하거나 처리하도록 편리하게 조정될 수 있다. 따라서, 예시적 시스템은 보다 강건하고 보다 적응성인 것으로 고려될 수 있다.
예시적 실시양태에서는, 정화된 오일, 예컨대 정화된 사용유를 교반 용매 추출 및 액체 상 수소화에 적용한다. 이 예시적 시스템은 상이한 공급원료 오일을 수용하도록 편리하게 동력학적으로 조정가능하다. 특히, 용매 추출 스테이지에서의 교반은 공급원료 유속의 편리한 조정을 가능하게 한다. 액체 상에서의 수소화는 또한 가공 유속의 편리한 조정을 가능하게 한다. 이 예시적 시스템은 또한, 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 다른 작업 파라미터의 편리한 조정을 가능하게 한다.
본 개시내용의 일부 실시양태는 사용유로부터 고품질 기유를 생성하는 개선된 방법에 관한 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "사용유"는, 사용된, 또한 이러한 사용의 결과로 가능하게는 오염물 또는 불순물에 의해 오염된, 또한 따라서 열화된 물리적 또는 화학적 특성을 갖는 임의의 석유, 또는 천연 또는 합성 오일을 포함한다. 사용유는 전형적으로 원래의 비-사용유에 비해 보다 낮은 품질을 갖는다. 사용유는 폐유를 포함할 수 있다. 사용유는 사용 모터 오일 (UMO), 또는 사용 산업용 오일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용유는 사용 산업용 윤활제를 포함할 수 있다. UMO는 다양한 공급원, 예컨대 자동차, 승용차, 엔진, 산업 플랜트 등으로부터 얻어질 수 있다. 상이한 공급원으로부터의 사용유는 상이한 특성 및 구성성분을 가질 수 있다.
사용유는 그의 조성 및 특성에 있어 원유와 상이함을 인지한다. 원유는 지하 저장소로부터 추출된 오일을 지칭한다. 예를 들어, UMO는 전형적으로 원유 중에 존재하지 않는 오염물을 함유하며, 이 오염물은 모터 오일의 제조 동안 또는 모터 오일의 사용 동안 도입된 오염물, 및 염 및 물 등의 외부 오염물을 포함할 수 있다. 그 결과, 원유의 정제 및 사용유의 재-정제를 위한 가공 및 처리 기술은 종래의 정제 또는 정제 기술에 있어 상당히 상이하였다.
사용유는 사용 엔진 오일을 포함할 수 있다. 전형적으로는, 고품질 기유를 약 30 wt% 성능 첨가제와 블렌딩하여 엔진 오일을 생성한다. 이들 첨가제는 상당히 종종 사용 엔진 오일 또는 UMO 중에 여전히 존재한다. 첨가제는 점도 개질제 (VM), 세제 및 분산제, 저하제, 마모방지 첨가제, 산화방지제, 부식 억제제, 금속 패시베이터, 소포(antifoam) 첨가제, 황 스캐빈저 등을 포함할 수 있다.
VM은 전형적으로 장쇄 탄화수소 중합체, 예컨대 올레핀 공중합체, 수소화처리된 스티렌-부타디엔 중합체, 또는 수소화처리된 스티렌-이소프렌 공중합체 등이다.
세제 및 분산제는 기유 중에 용해된 연소 부산물을 유지하기 위해 엔진 오일에서 사용된다. 분산제는 전형적으로, 통상적으로 폴리-이소부텐으로부터 유래된 장쇄 중합체이다. 세제는 전형적으로 중합체 테일과 이온성 헤드를 갖고, 여기서 헤드는 고체를 끌어당기지만 테일은 분자를 용액 중에 유지한다. 세제는 예를 들어 칼슘 페네이트를 포함할 수 있다.
오일의 유동점(pour point)은 오일이 유동하는 최저 온도이다. 기유는 탈랍 후에도 파라핀을 함유할 수 있다. 파라핀은 저온에서 결정화되고, 따라서 오일의 점도를 급속히 증가시킬 수 있다. 유동점 저하제는 결정화를 방지하지 않지만, 이들은 파라핀의 결정화에 의해 야기된 점도 증가를 감소시키도록 결정의 형상을 변화시킬 수 있다. 유동점 저하제는 폴리알킬 메틸아크릴레이트를 포함할 수 있다.
마모방지 첨가제는 알킬 기, 아연, 및 인 등을 갖는 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적합한 마모방지 첨가제는, 또한 산화방지제 및 부식 억제제로서 기능할 수 있는 아연 디알킬-디티오포스페이트 유도체일 수 있다.
산화방지제는 산화 및 산화로부터 유래된 슬러지 형성을 방지하기 위한 자유 라디칼 스캐빈저일 수 있는 1차 산화방지제, 및 슬러지 형성을 방지하기 위해 산화 동안 형성된 과산화물을 분해할 수 있는 2차 산화방지제를 포함할 수 있다. 상기에서 언급된 바와 같이, 아연 디알킬-디티오포스페이트는 1차 산화방지제로서 사용될 수 있다. 전형적인 2차 산화방지제는 유기황 화합물을 포함한다.
부식 억제제는 엔진에서의 녹 형성을 방지한다. 녹방지 첨가제는 엔진 블록에서 산소가 철과 접촉되는 것을 차단한다. 아연 디알킬-디티오포스페이트는 산소와 반응할 수 있고, 따라서 엔진에서 산소와 금속의 반응을 방지하기 위한 부식 억제제로서 사용될 수 있다.
산소와 금속의 접촉을 방지하도록 엔진에서 금속 상에 필름을 형성하기 위해 금속 패시베이터가 사용된다. 금속 패시베이터는 2,5-디메르캅토-1,4-티아디아졸 유도체 등의 탄화수소를 포함할 수 있다. 2,5-디메르캅토-1,4-티아디아졸 유도체는 또한 황 스캐빈저로서 기능할 수 있다.
오일 중의 또는 오일의 표면 상의 거품의 형성을 방지하기 위해, 소포 첨가제가 오일에 첨가될 수 있고 이는 사용유 중에 남아있을 수 있다. 예를 들어, 용해된 액체 규소가 종종 소포제로서 사용된다. 유기 중합체가 또한 규소-무함유 소포 첨가제로서 사용될 수 있다.
오염물이 사용 동안 형성되거나 엔진 오일 중으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 통상적 외부 오염물 또는 엔진 이어(ear) 또는 물질 열화에 의해 형성된 오염물은 물, 다른 자동차 유체, 예컨대 연료유 및 연료 첨가제, 트랜스미션액, 브레이크액, 폐가솔린, 비-자동차 윤활제 또는 산업용 오일, 예컨대 유압유, 먼지, 염, 슬러지, 그을음, 탄소질 입자, 래커, 산화 생성물 등을 포함한다. 첨가제로부터 또는 엔진 마멸(wear-and-tear)로 인해 형성된 오염물은 금속, 금속성 산화물 또는 입자, 및 중합체를 포함할 수 있다. 오염물은 아연, 칼슘, 인, 규소 등을 포함할 수 있다. 특히, 인 및 규소는 증류에 의해 제거하기가 어렵고 수소화 촉매에 대하여 독이 될 수 있다. UMO는 또한 냉각제, 예컨대 에틸렌 및 프로필렌 글리콜을 함유할 수 있다.
UMO 등의 사용유는 약 75 wt% 내지 80 wt% 윤활유 분자를 함유할 수 있고, 이를 재-정제 및 회수하여 보다 고품질 기유를 형성할 수 있다. 일부 실시양태에서, UMO로부터 제거되어야 하는 주요 오염물은 물, 슬러지, 부식 전구체 및 촉매 독이다. 부식 전구체는 유기 염화물 및 황화물을, UMO 중 10-50 ppm의 수준으로 포함할 수 있다.
사용유를 전처리하거나 정화하여 정화된 사용유를 제공할 수 있다. 본 개시내용에서, "정화된 오일"은 불순물, 예컨대 물, 경질 연료, 또는 다른 화학적 화합물, 예컨대 에틸렌 글리콜, 미립자 물질, 금속을 완전히 또는 부분적으로 제거하기 위해 하나 이상의 정화 처리(들)에 적용된 임의의 사용유 또는 원유를 지칭한다. 물은 탈수 공정에 의해 제거될 수 있다. 정화 공정은 또한 증류, 예컨대 진공 증류를 포함할 수 있다. 정화된 사용유에는, 일부 불순물 또는 오염물이 여전히 존재할 수 있다. 상이한 정화 공정을 사용하여 상이한 불순물 및 오염물을 제거할 수 있다. 특정 응용에 따라, 모든 불순물 또는 오염물이 정제 또는 등급향상 전에 제거되어야 하는 것은 아니다. 일부 경우에는, 단지 특정 선택된 유형의 불순물 또는 오염물이 제거된다. 일부 경우에는, 특정 백분율의 불순물 또는 오염물이 정화된 사용유 중에 남아있을 수 있다.
다양한 수준 (백분율)으로 다양한 불순물/오염물을 갖는 부분적으로 정화된 오일이 추가의 정화 또는 재-정제 또는 등급향상 없이 상이한 응용에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 관련 산업에서, 부분적으로 정화된 오일은 진공 가스유 (VGO), 경질 VGO (LVGO), 중질 VGO (HVGO), 해양 연료유 (MGO) 등으로서 언급되는 오일, 또는 이들의 유사한 구성성분 또는 특성을 갖는 오일을 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시내용은 정화된 사용유의 추가의 정화 및 재-정제 또는 등급향상에 관한 것이다.
정화된 오일은 또한 사용유를 증류시킴으로써 얻어진 부분 증류액을 포함하는 증류액일 수 있다. 증류 공정은 사용유의 플래시 증류를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 대기압 증류 또는 진공 증류가 또한 포함될 수 있다. 관련 산업에서, 용어 "증류액"은 또한 디젤 연료, 연료유, 가열 오일 등을 지칭할 수 있다. 전형적으로, 오일 증류액은 약 100℉ 미만의 인화점을 갖는다. 전형적으로 증류액은 또한 400℉의 초기 비점 (IBP) 및 700℉의 최종 비점 (FBP)을 가질 수 있다. 전형적인 부분 증류액은 400-700℉의 범위와 겹치는 IBP-FBP 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 부분 증류액은 300-500℉, 또는 500-800℉의 IBP-FBP 범위를 가질 수 있다.
VGO 및 MGO는 증류액의 예이다.
본원에 개시된 일부 실시양태는, 사용유를 전처리 설비, 예컨대 오염 분리 유닛 (CSU)에서 처리하여 사용유로부터 다양한 오염물을 분리 및 제거하고 부분적으로 정화된 오일 분획을 얻기 위한 공정 및 시스템에 관한 것이다.
적어도 일부 잠재적 오염물이 하류 가공 설비에서 플러깅, 오손, 또는 부식을 야기할 수 있기 때문에, 이러한 오염물의 제거는 플러깅, 오손 및 부식을 감소시키거나 피하고, 전체적 시스템 성능 및 효율을 개선시킬 수 있다.
일부 실시양태에서는, 정화된 오일을, 또한 분자 분리 유닛 (MSU)으로서 언급되는 용매 추출 유닛에서 처리하여, 공급원료 중의 용매 불용성 화합물로부터 용매 가용성 화합물을 분리한다. 사용되는 추출 용매에 따라, 추출물 스트림 중의 용매에 의해 추출된 추출물은 보다 저품질 기유를 함유할 수 있고, 공급원료의 비-추출 분획 (라피네이트, 또는 라피네이트 스트림으로서 언급됨)은 보다 고품질 기유를 함유할 수 있다. 전형적으로, 추출 용매 및 추출 조건은 공급원료 중의 포화물 (포화 탄화수소)로부터 산소화물, 비-포화물 (불포화 탄화수소), 및 방향족 물질 (방향족 탄화수소)을 분리하고 제거하도록 선택될 수 있다. 처리는 또한 라피네이트 스트림의 색 지수를 개선시킬 수 있다.
보다 저품질 기유 분획을 함유하는, 용매 추출 공정으로부터의 추출물을 연속 유동 액체 상 수소화 공정에 적용하여, 고품질 기유, 초-저 황 디젤, 또는 나프타를 포함할 수 있는 보다 고품질 오일 생성물을 생성한다. 수소화 공정을 사용하여 방향족 물질 및 다른 바람직하지 않은 물질을 제거하고 비-포화물을 포화물로 전환시킨다. 경제적 및 기술적으로 실행가능하고 실용적이라면, 가능한 한 많은 비-포화물을 포화물로 전환시키는 것이 바람직하다. 포화물은 보다 안정적이고 시간에 따라 또는 가혹한 조건 하에, 예컨대 열, 수분, 또는 반응성 작용제, 예컨대 반응성 기체에 노출시 열화될 가능성이 보다 적기 때문에 이들이 바람직하다.
본원에 기재된 바와 같은 공정에서 얻어진 오일 생성물은 550℉ 내지 1050℉의 비점을 갖는 오일을 함유할 수 있고, C18 내지 C40 탄화수소 (즉, 18 내지 40개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소)를 함유할 수 있다.
전형적으로, 사용 또는 취급에 의해, 사용된 기유 및 마무리된 윤활 오일은 산화 및 열화 생성물, 물, 연료, 용매, 동결방지제, 다른 오일, 미세 미립자, 첨가제 생성물 등으로 오염될 수 있다. 사용은 또한 오일 중의 탄화수소 또는 화학적 첨가제의 분자 구조의 변화를 야기할 수 있다. 이들 오염물 또는 변화는 사용유의 성능을 감소시키거나 오일을 그의 의도된 서비스에서의 사용에 부적합하게 하고 폐기 또는 새로운, 오염되지 않은 오일로의 대체를 필요로 할 수 있다. 사용 또는 서비스에 맞지 않다고 간주되면, 이들 오염된 오일은 전형적으로 사용유 또는 폐유라 불린다. 사용유는 석유 또는 합성 오일일 수 있다. 사용유는 자동차, 차, 트럭, 또는 다른 수송 차량을 위한 모터 오일로서; 엔진, 터빈, 또는 기어를 위한 윤활제로서; 유압유, 금속 작동 유체, 절연 유체, 냉각액, 또는 공정 유체로서; 또는 기타 등등으로서 사용되는 오일을 포함할 수 있다.
CSU에서의 사용유의 처리는 사용유 스트림을 증류시켜 사용유로부터 약 350℉ 미만의 비점을 갖는 입력 물질의 적어도 일부를 분리하여 탈휘발화된 오일 분획 및 경유 분획을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
탈휘발화된 오일 분획을 약 350℉ 초과의 비점을 갖는 물질의 적어도 일부를 분리하도록 처리하여, 연료유 분획 및 중유 분획을 생성한다.
중유 분획을 약 650℉ 내지 1200℉ 미만의 비점을 갖는 물질의 적어도 일부를 분리하도록 처리하여 부분적으로 정화된 오일 분획 및 잔류 분획을 생성한다.
일부 실시양태에서는, 경유 분획을 증류, 예컨대 대기압 증류 또는 진공 증류 중 적어도 하나에 의해 탈휘발화된 오일 분획으로부터 분리한다.
일부 실시양태에서는, 연료유 분획을 대기압 증류 또는 진공 증류 중 적어도 하나에 의해 중유 분획으로부터 분리한다. 일부 실시양태에서는, 부분적으로 정화된 분획을 진공 증류에 의해 잔류 오일 분획으로부터 분리한다.
이해될 수 있는 바와 같이, CSU는 바람직하지 않은 물질 및 저품질 오일의 일부로부터 유용한 오일 분획의 예비 분리를 수행하도록 구성되고 디자인될 수 있다. 이 스테이지에서 제거될 수 있는 원치않는 물질은 중질 물질, 예컨대 아스팔트, 및 아스팔트와 제거될 수 있는 일부 오염물을 포함할 수 있다. 특정 물질의 제거를 용이하게 하기 위해, 선택된 첨가제를 처리 스트림 중에 첨가할 수 있다. 제거될 수 있는 오염물은 또한 산성 화합물, 제조 동안 모터 오일에 첨가된 첨가제, 검, 바니시, 분진 입자 등을 포함할 수 있다. 이 스테이지에서 제거될 수 있는 물질은 또한 경질 물질, 예컨대 물, 글리콜, 냉각제, 동결방지제 등을 포함할 수 있다. 경질 가솔린 성분 등의 기체가 또한 CSU에서 제거될 수 있다.
이어서 CSU로부터의 부분적으로 정화된 오일 분획을 용매 추출 컬럼 또는 MSU 내에서의 용매 추출에 적용하여, 정화된 오일 중의 저품질 기유 분획으로부터 고품질 기유 분획을 분리한다.
추출 용매는 주로 방향족 물질 및 극성 화합물을 추출하도록 선택될 수 있다.
추출 용매는 n-메틸-2-피롤리돈 (NMP)일 수 있다. 일부 실시양태에서, NMP는 하나 이상의 다른 용매와 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, NMP 및 페놀의 혼합물이 용매 추출에 사용될 수 있다. 추출 용매는 또한 소량의 물을 함유할 수 있다.
상이한 실시양태에서, 추출 용매는 에탄올, 디아세톤-알콜, 에틸렌-글리콜-모노(저 알킬) 에테르, 디-에틸렌-글리콜, 디에틸렌-글리콜-모노(저 알킬) 에테르, o-클로로페놀 푸르푸랄, 아세톤, 포름산, 4-부티로락톤, 물, 수성 염, 저 1가- 및 2가-탄산의 저-알킬-에스테르, 디메틸포름아미드, 2-피롤리돈 및 N-(저 알킬)2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 1가 또는 다가 양성자산, 미네랄 산, 카르복실산, 수산화물 염기, 탄산염 염기, 미네랄 염기, 에피클로로히드린, 디옥산, 모르폴린, 저-알킬- 및 아미노(저-알킬)모르폴린, 벤조니트릴 및 디-(저-알킬)술폭시드 및 포스포네이트로부터 선택될 수 있다.
용매 추출 컬럼은 비말동반을 제한하고 오일 및 추출제 상의 우수한 분리를 가능하게 하도록 디자인될 수 있다.
일부 실시양태에서는, MSU로부터의 추출물을, 본원에서 또한 분자 처리 유닛 (MTU) 또는 수소화가공 유닛으로서 언급되는 수소화 유닛에서 수소화 처리에 의해 처리하여, 이들의 오일 품질을 개선시킬 수 있다. 수소화 공정은 수소 희석제를 MSU로부터의 추출물의 스트림에 첨가하여 연속 액체 상 희석제 및 공급물 혼합물을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이어서 수소를 희석제 및 공급물 혼합물에 첨가하여 연속 액체 상 공급물, 희석제 및 수소 혼합물을 형성한다. 이어서 연속 액체 상 공급물, 희석제 및 수소 혼합물을 수소화 촉매의 존재 하에 반응시켜 공급물 혼합물로부터 선택된 화합물을 제거하고, 이로써 고품질 기유, 초저 황 디젤, 또는 나프타를 얻는다.
일부 실시양태에서, 연속 유동 액체 상 수소화가공 단계는 미리 정해진 온도에서 수소화 반응기에서 수행될 수 있다. 반응기는 기체의 상부 대역 및 수소화 촉매를 둘러싼 액체의 혼합물 중에 용해된 수소의 실질적으로 보다 큰 하부 대역을 갖도록 구성될 수 있다.
방법은, 사용유 스트림을 오염 분리 유닛으로의 공급 이전에 오존화, 산화, 산 처리 및/또는 자기 여과에 적용하고/거나, 부분적으로 정화된 오일 분획을 오염 분리 유닛으로의 공급 이전에 오존화, 산화, 산 처리 및/또는 자기 여과에 적용하는 단계를 추가로 포함한다.
오존화는 산소 중 ~1.2% 오존의 혼합물로 수행될 수 있다. 기체와 액체 (산소 & 사용유) 사이의 계면이 중요함에 따라, 오존의 보다 효율적인 사용을 위해 패킹된 컬럼이 사용될 수 있다. 산화는 과산화수소 (50%) 및 자외선 (UV) 광으로 수행될 수 있다.
산 처리는 10:1의 오일 대 산 비율로 유기 산, 예컨대 빙초산으로의 처리를 포함할 수 있다.
자기 여과는 관련 기술분야에 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다.
일부 실시양태에서, 사용유 스트림은 오염물 분리 유닛으로 들어가기 이전에 화학적 첨가제로 전처리될 수 있다. 화학적 첨가제는 부탄올, 아민, 나트륨, 및 수소화제, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 첨가제를 포함할 수 있다.
구체적 실시양태가 도 1에 나타나 있고, 이는 UMO 및 다른 폐유를 포함한 사용유의 재-정제 및 등급향상을 위한 시스템(5)의 개략도를 나타낸다.
시스템(5)은 공급원료 컨테이너(10), 오염물 분리 유닛 (CSU)(14), 분자 분리 유닛 (MSU)(22), 및 분자 처리 유닛 (MTU)(30)을 포함한다. 수송 라인(12)은 공급원료 컨테이너(10)를 CSU(14)에 연결한다. CSU(14)에서 공급원료로부터 분리된 오염물 및 불순물을 배출하기 위해 유출구 라인(16)이 제공된다. 수송 라인(18)은 CSU(14)로부터의 정화된 기유를 MSU(22)로 수송하기 위해 CSU(14)의 유출구를 MSU(22)의 유입구에 연결한다. MSU(22)는 MSU(22)에서 생성된 라피네이트 스트림의 출력을 위한 유출구 라인(24)을 갖는다. 수송 라인(26)은 MSU(22)에서 형성된 추출물 스트림을 추가의 가공을 위해 MTU(30)로 수송하기 위해 MSU(22)의 유출구를 MTU(30)의 유입구에 연결한다. 수송 라인(28)은 CSU(14)에서 정화된 오일로부터 분리된 가스유를 추가의 가공을 위해 MTU(30)로 수송하기 위해 CSU(14)의 유출구 라인(20)을 MTU(30)의 유입구에 연결한다.
CSU(14)는 공급원료 중의 기유 구성성분 (기유 분획)으로부터 아스팔트를 포함한 물리적 오염물을 분리하고 제거하도록 구조화되고 구성된다. 특히, 유출구 라인(16)은 제거된 오염물 또는 불순물을 배출하기 위해 사용될 수 있고, 수송 라인(18)은 액체 상 중의 정화된 기유 분획을 출력하기 위해 사용될 수 있고, 유출구 라인(20)은 기체 상 중의 분리된 오일을 출력하기 위해 사용될 수 있다.
CSU(14)의 구체적 예시 구성이 도 2에 나타나 있다 (스테이지 #1 참조).
CSU(14)는 통상적으로 패킹된 컬럼으로서 언급되는 패킹된 타워를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패킹된 컬럼은 패킹 물질로 충전된 일반적으로 실린더형인 용기 형태일 수 있다. 공급원료는 전형적으로 상단으로부터 저부로 순환되고, 정화제, 예컨대 소다회가 액체 상 중에서 컬럼의 상단에서 컬럼 내로 주입될 수 있다. 소다회는 컬럼의 상단에 제공된 분무 노즐을 사용하여 주입될 수 있다.
일부 실시양태에서, CSU(14)는 원유 정제소에서 오염물을 분리하기 위해 통상적으로 사용되는 박막 증발기 대신에 진공 분리 컬럼을 포함한다.
CSU(14)는 전형적으로 공급원료의 전처리의 부분으로서 사용된다. CSU(14)는 또한 물질의 비점 또는 증기압에 기초하여 물 및 다른 불순물 또는 오염물을 제거하기 위한 증류 설비를 포함할 수 있다.
작업 동안, 컨테이너(10) 내에 저장된 공급원료는, 예컨대 펌프 또는 임의의 적합한 운송 장비를 사용하여, 수송 라인(12)을 통해 CSU(14) 내로 도입된다. 수송 라인(12)에서의 유속은 수송 펌프, 또는 유동 제어 밸브 (나타내지 않음)를 사용하여 제어될 수 있다.
공급원료는 사용유, 예컨대 UMO 또는 사용 산업용 오일, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같은 공정 및 시스템의 작업을 설명하고 나타낼 때 UMO가 본원에서 때때로 언급되지만, 다른 사용유 또한 공급원료로서 또는 공급원료 중에서 사용될 수 있다.
공급원료는 다양한 오염물을 함유할 수 있고, 이는 물, 경질 탄화수소, 용매, 고체, 중합체, 고분자량 탄화수소, 윤활 오일 첨가제, 화학물질, 염 등을 포함할 수 있다.
물리적 오염물 또는 불순물의 적어도 일부가 CSU(14)에서 공급원료로부터 제거된다.
다양한 물리적 오염물이 기유 분획 및 기체 분획으로부터 제거될 수 있다. 제거된 물리적 오염물은 하나 초과의 유출구 라인을 통해 하나 초과의 출력 스트림으로 분리될 수 있다. 제거된 물리적 오염물은 저분자량 물질, 예컨대 물, 글리콜, 아스팔트 등을 포함할 수 있다. 제거된 오염물은 또한 기체 상 중의 불순물을 포함할 수 있다.
공급원료 중의 일부 황 또한 CSU(14)에서 제거될 수 있다. 황은 화학 작용제와 반응하여 침전물을 형성할 수 있다. 이어서 침전물은 다른 분리된 오염물, 예컨대 아스팔트와 제거될 수 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같은, 다양한 형태의 추출, 증류, 여과, 원심분리, 흡수, 흡착 등을 포함한 여러 공정 또는 공정의 조합을 사용하여 CSU에서의 분리를 달성할 수 있다. 전형적으로, 분리는 분리될 물질의 물리적 및 화학적 특성에서의 일부 차이에 기초하여 달성될 것이다.
다양한 종래 시스템 및 기술을 사용하여 CSU(14)에서의 분리를 달성할 수 있다.
따라서 CSU(14)를 사용하여 공급원료를 정화하고 정화된 오일을 생성할 수 있다. 정화된 오일은 정화된 기유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공급원료가 UMO를 포함하는 경우, 라인(18)에서의 정화된 오일 출력 분획은 정화된 기유를 포함할 수 있다. 라인(18)을 통한 정화된 오일 출력물이 완전히 정화될 필요는 없다. 라인(18)에서의 정화된 오일 분획은, 공급원료에 비해, 감소된 비율의 불순물 또는 오염물을 함유한다.
유출구 라인(18)을 통해 추출된 기유 분획은, 기유로서 또는 기유를 생성하기 위한 추가의 가공을 위해 적합한 포화 및 불포화 탄화수소를 포함할 수 있다. 적합한 탄화수소 분자는 전형적으로 18 내지 40개의 탄소 원자를 갖고 1 atm에서 약 500℉ 내지 약 1200℉의 비등 온도를 갖는다.
라인(18)으로부터 추출된 기유 분획은 교반 액체-액체 용매 추출 공정에 놓이도록 MSU(22) 내로 도입되어, 라인(26)을 통해 추출되고 추가의 가공을 위해 MTU(30)로 수송되는, 보다 저품질 기유를 함유하는 추출물 스트림을 생성하고, 유출구 라인(24)을 통해 출력되는, 보다 고품질 기유를 함유하는 라피네이트 스트림을 형성한다.
라피네이트 스트림은 그룹 II 또는 그룹 III 기유 표준을 충족할 수 있는 보다 고품질 기유를 함유하고, 그룹 II 또는 III 기유로서 사용될 수 있다. 이들은 추가의 가공 또는 처리 없이 상업적으로 판매될 수 있거나, 예컨대 요망되는 첨가제를 포함하도록 추가로 가공될 수 있다.
MSU(22)로부터의 추출물 스트림은 그룹 I 기유 표준을 충족하거나 충족하지 않을 수 있는 저품질 오일을 포함하고, 이를 MTU(30)에서 연속 유동 액체 상 수소화 공정에 적용하여, 포화 수준 및 점도 지수를 증가시키고 황 수준을 감소시킨다. MTU(30)에서의 처리는 또한 라피네이트 스트림으로부터 방향족 물질 및 다양한 원소 오염물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 추출물 스트림은 탄화수소에 부착된 원소 황을 포함할 수 있다. 이러한 황 함유 화합물은 수소와 반응하여 H2S 기체 및 포화 탄화수소를 형성하고, 따라서 탄화수소로부터 황을 탈착시킬 수 있다. 증가된 포화물을 함유하는 액체 스트림으로부터 H2S 기체가 분리될 수 있다. 라피네이트 스트림 중에 존재할 수 있고 MTU(30)에서 제거될 수 있는 다른 가능한 오염물은 중합체, 금속, 인, 규소 등을 포함할 수 있다. MTU에서의 공정은 포화 수준, 황 수준, 및 점도 지수, 및 가능하게는 다른 것들에 대하여 증가된 품질을 갖는 오일 생성물을 생성한다. MTU(30)로부터의 생성물은 고품질 기유 분획, 초저 황 디젤, 또는 나프타, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 고품질 기유는 API 1509에 기재된 바와 같은 그룹 II 또는 III 표준을 충족할 수 있다.
일부 실시양태에서는, CSU(14)에서 얻어진 가스유의 적어도 일부 분획을 또한, 수송 라인(20)을 통해 MTU(30) 내로, 별도로, 또는 MSU(22)로부터의 추출물 스트림과 함께 수송 라인(28)을 통해 도입할 수 있다.
MSU(22)에서, 정화된 오일 스트림은 용매 추출에 의해 적어도 2개의 스트림으로 분리된다. 추출물 스트림은 전형적으로 상당량의 산소화물, 방향족 물질 (방향족 탄화수소), 비-포화물 (불포화 탄화수소)을 함유하고, 또한 낮은 수준의 포화물을 함유할 수 있다. 추출물은 극성 화합물, 방향족 탄화수소, 올레핀, 비-포화물, 헤테로원자 등을 포함할 수 있다. 추출물 스트림은 또한 초기에 대부분의 추출 용매를 함유하고, 이어서 이는 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 분리되고 제거될 수 있다. 추출물은 보다 낮은 수준의 포화물 및 보다 낮은 점도 지수 (VI)를 갖기 때문에, 이는 보다 저품질 기유를 함유하는 것으로 여겨진다.
추출물 스트림으로부터 분리된 라피네이트 스트림은 보다 높은 수준의 포화물, 보다 낮은 수준의 황, 및 비교적 높은 VI를 가질 수 있기 때문에, 라피네이트 스트림은 보다 고품질의 기유를 함유할 수 있다. 라피네이트 스트림은 또한 감소된 수준의 방향족 물질을 가질 수 있다. 라피네이트 스트림 중의 포화물은 전형적으로 파라핀계 및 비-방향족이다.
보다 고품질 기유를 갖는 라피네이트 스트림은 유출구 라인(24)을 통해 출력되어 기유 생성물을 제공할 수 있다. 기유 생성물은 적어도 90 wt% 포화물 및 0.03 wt% 미만의 황을 함유하고, 적어도 120의 VI를 가질 수 있다. 일부 경우에, 출력 라인(24)으로부터 추출된 기유 생성물은 적어도 95 wt% 포화물을 함유할 수 있다.
공급원료의 성질, 및 CSU(14) 및 MSU(22)에서 실행된 공정에 따라, 라인(26)에서의 추출물 스트림 출력물은 전형적으로 보다 높은 농도의 바람직하지 않은 물질, 예컨대 황, 산소, 질소, 올레핀, 방향족 물질 등을 함유한다.
추출물 스트림에서 포화물로부터 이들 바람직하지 않은 물질의 분리 또는 제거를 달성하고, 수소화에 의해 비-포화물을 포화시키기 위해 다양한 공정 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, MSU(22) 또는 MTU(30), 또는 이들 둘 다는 다양한 형태의 추출, 여과, 한외여과, 흡수, 흡착, 수소화 등을 수행하기 위한 설비 또는 서브유닛을 포함할 수 있고, 가공 및 성능을 보조하거나 향상시키기 위해 공지된 기술, 예컨대 촉매 및 분자 체를 사용할 수 있다.
MTU(30)에서, MSU(22)로부터의 추출물은 연속 유동 액체 상 수소화 조건 하에 가공되어 포화 수준 및 VI를 증가시키고, 가능하게는 황 수준 및 방향족 물질의 수준을 감소시킨다. MTU(30)에서 생성된 오일 생성물은 적어도 90 wt% 포화물 및 0.03 wt% 미만의 황을 함유하고, 적어도 80의 VI를 갖는 기유를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 오일 생성물은 적어도 95 wt% 포화물을 함유할 수 있고, VI는 120 이상일 수 있다. 오일 생성물은 또한 초-저 황 디젤, 및 나프타를 포함할 수 있다. 오일 생성물은 유출구 라인(32)을 통해 추출될 수 있다.
라인(32)으로부터 추출된 오일 생성물은 API 1509에 기재된 바와 같은 그룹 II 또는 III 표준을 충족하기에 충분한 품질을 가질 수 있다.
도 2는 구체적 실시양태에 따른 시스템(5)의 추가의 상세사항을 나타낸다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, CSU(14)는 제1 스테이지 (스테이지 #1) 가공 및 처리를 위해 대역(40)에서 실행될 수 있고, MSU(22)는 제2 스테이지 (스테이지 #2) 가공 및 처리를 위해 대역(50)에서 실행될 수 있고, MTU(30)는 제3 스테이지 (스테이지 #3) 가공 및 처리를 위해 대역(60)에서 실행될 수 있다.
스테이지 #1에서, 대역(40) 내의 CSU(14)는 입력 라인(42)을 통해 도입된 공급원료 중의 다른 성분으로부터 기유 분획을 분리하기 위한 증류 시스템을 포함한다.
대역(40) 시스템은 입력 라인(42), 가열기(44, 84, 104, 128), 수송 라인(46, 54, 56, 76, 78, 82, 83, 96, 98, 102, 106, 108, 118, 120, 124 및 126), 제1 플래시 증류 용기(52), 제2 계내 플래시 증류 용기(70), 제3 진공 증류 용기(90), 제4 진공 증류 용기(112), 펌프(80, 100, 122)를 포함한다.
플래시 증류 용기(52)는 상단(53) 및 저부(57)를 포함한다. 라인(54)은 안에 생성된 증류액 스트림을 출력하기 위한 플래시 증류 용기(52)의 증류액 출력 라인이다. 라인(56)은 플래시 증류 용기(52) 내에 형성된 저부 스트림을 플래시 증류 용기(70)로 수송하기 위한 저부 유출구 라인이다.
플래시 증류 용기(70)는 상단(72) 및 저부(74)를 포함한다. 라인(76)은 안에 생성된 증류액 스트림을 출력하기 위한 플래시 증류 용기(70)의 증류액 출력 라인이다. 라인(78)은 플래시 증류 용기(70) 내에 형성된 저부 스트림을 펌프(80), 라인(82) 및 가열기(84)를 통해, 라인(86)을 통해 플래시 증류 용기(90)로, 또는 플래시 증류 용기(70) 내로 다시 공급하는 재순환 라인(83)으로 수송하기 위한 저부 유출구 라인이다. 펌프(80)는 수송 라인(78, 82, 83, 및 86)에서의 유체 유동을 추진한다. 가열기(84)는 라인(82)을 통해 수송된 유체를 가열한다.
진공 증류 용기(90)는 상단(92) 및 저부(94)를 포함한다. 라인(96)은 안에 생성된 증류액 스트림을 출력하기 위한 진공 증류 용기(90)의 증류액 출력 라인이다. 라인(98)은 진공 증류 용기(90) 내에 형성된 저부 스트림을 펌프(100), 라인(102) 및 가열기(104)를 통해, 라인(106)을 통해 진공 증류 용기(112)로, 또는 진공 증류 용기(90) 내로 다시 공급하는 재순환 라인(106)으로 수송하기 위한 저부 유출구 라인이다. 펌프(100)는 수송 라인(98, 102, 106, 및 108)에서의 유체 유동을 추진한다. 가열기(104)는 라인(102)을 통해 수송된 유체를 가열한다.
진공 증류 용기(112)는 상단(114) 및 저부(116)를 포함한다. 라인(118)은 안에 생성된 증류액 스트림을 출력하기 위한 진공 증류 용기(112)의 증류액 출력 라인이다. 라인(120)은 진공 증류 용기(112) 내에 형성된 저부 스트림을 펌프(122), 라인(124)을 통해 수송하여 오일 생성물 또는 추가의 가공을 제공하거나, 또는 저부 스트림 (또는 그의 일부)을 라인(126), 가열기(128), 및 라인(106)을 통해 다시 진공 증류 용기(112)로 재순환시키기 위한 저부 유출구 라인이다. 펌프(122)는 수송 라인(120, 124 및 126)에서의 유체 유동을 추진한다. 가열기(128)는 라인(126)을 통해 수송된 유체를 가열한다.
작업 동안, 공급원료는 라인(42, 46) 및 가열기(44)를 통해 제1 플래시 증류 용기(52) 내로 도입되고, 증류 공정에 적용된다. 용기(52)에서의 증류 온도는 물 및 저비점 탄화수소의 비등을 가능하게 하도록 제어되고 조정된다. 전형적인 증류 온도는, 선택된 사용유 및 작업 압력에 따라, 약 190℉ 내지 약 210℉의 범위일 수 있다. 증류액 스트림은 플래시 증류 용기(52)의 상단(53)에서 생성 및 수집되고, 이는 1 atm에서 약 350℉ 이하의 비점을 갖는다. 인지될 수 있는 바와 같이, 이러한 비점을 갖는 증류액은 경유를 포함한다. 증류액은 라인(54)을 통해 회수되고, 이는 사용 연료유 등일 수 있다. 저부(57)에서 형성되고 수집된 저부 스트림은 공급원료 중의 탈휘발화된 오일 분획을 포함할 수 있고, 저부 유출구 및 라인(56)을 통해 취출되고, 계내 플래시 증류 용기(70)로 수송된다.
제1 증류 공정은 용기(52)의 저부 스트림으로부터 경질 탄화수소 및 물을 분리하고 제거한다.
용기(52)의 저부 스트림은 용기(70)에서의 추가의 증류에 적용된다. 용기(70)에서의 증류 온도는 약 280℉ 내지 약 295℉의 범위일 수 있다. 용기(70)의 상단(72)에서 생성되고 수집된 증류액 스트림은 유출구 라인(76)을 통해 출력된다. 용기(70)의 저부(74)에서 형성된 저부 스트림은 (88)로 나타낸 액체 수준에서 용기(70)의 하부 부분에서 유지되는 액체 층의 일부를 회수하기 위해 유출구 라인(78)을 통해 배출된다.
라인(76)으로부터 회수된 증류액 스트림은 일반적으로 약 350℉ 내지 약 500℉의 비점을 갖는다. 따라서 용기(70)의 증류액 스트림은 연료유로서 사용될 수 있다.
용기(70)에서 형성된 저부 스트림은 중유를 함유한다. 용기(70)의 저부 스트림의 분획은 라인(78), 펌프(80), 공급물 유입구 라인(82), 가열기(84), 및 라인(83)을 통해 다시 재순환될 수 있다. 라인(82)에서의 가열된 저부 스트림의 또 다른 분획은 라인(86)을 통해 제3 진공 증류 용기(90)로 수송될 수 있다.
용기(70)의 가열된 저부 스트림은 용기(90)에서 추가로 증류된다. 용기(90)에서의 증류 온도는 약 280℉ 내지 약 320℉의 범위일 수 있다. 용기(90)의 상단(92)에서 형성되고 수집된 증류액 스트림은 또한 연료유로서 사용될 수 있는 오일을 함유한다. 증류액 스트림은 약 500℉ 내지 약 650℉의 비점을 갖는다.
이 진공 증류 공정에서, 연료 분획, 가스유, 및 잔류 중유를 포함하는 비-휘발성 분획이 분리된다.
용기(90)의 저부(94)에서 형성되고 수집된 저부 스트림은 중유를 함유한다. 저부 스트림의 일부는 가열기(104)에 의해 가열된 후, 라인(98, 102, 108) 및 펌프(100)를 통해 용기(90)로 다시 재순환된다. 가열된 저부 스트림의 일부는 라인(106)을 통해 제4 진공 증류 용기(112)에 대한 공급물로서 통과된다. 액체 수준(110)에서의 액체 부피가 용기(90)의 하부 부분에서 유지된다.
용기(70 및 90)에 대한 복귀된 가열된 저부 스트림은 각각 용기(70 및 90)의 저부(74 또는 94)에서 액체 층에서의 온도를 유지하기 위해 사용된다.
용기(70 및 90) 내로의 공급물은 용기(70, 90)의 저부에서 액체 층과의 직접 접촉에 의한 증류액의 요망되는 분리를 달성하기 위해 필요한 충분히 상승된 온도로 가열된다.
용기(90)로부터 용기(112) 내로 공급된 저부 스트림의 분획은 약 560℉ 이하의 보다 높은 온도에서 용기(112)에서의 추가의 증류에 적용된다. 용기(112)는, 약 650℉ 내지 약 1200℉의 비등 온도를 갖는, 상단(114)에서의 증류액 스트림을 생성하도록 구성되고 작업된다. 증류액 스트림은 증류액 유출구 라인(118)을 통해 출력된다.
액체 수준(130)은 또한 용기(112)에서 저부(116)에서 유지된다. 저부(116)에서 형성된 저부 스트림의 일부는 가열되고 라인(120), 펌프(122), 가열기(128), 및 라인(106)을 통해 용기(112)로 다시 재순환된다. 복귀된 가열된 저부 스트림은 용기(112)에 대한 요망되는 공급물 온도를 유지하도록 돕는다. 다른 부분은 라인(124)을 통해 배출되고, 생성물로서 사용되거나 추가의 가공에 적용될 수 있다. 예를 들어, 라인(124)으로부터의 출력물은 저장을 위해 저장 컨테이너 (나타내지 않음)로 수송될 수 있다.
원래의 공급원료에 따라, 라인(124)을 통해 회수되는 저부 스트림은 전형적으로 아스팔트, 중합체, 고비점 탄화수소, 염, 고체, 1200℉ 초과의 비점을 갖는 다른 고비점 물질을 포함한다.
일부 실시양태에서, 용기(112)는, 예를 들어 용기(112)로의 공급물 중의 임의의 기유 분획의 열화를 방지하기 위한, 진공 증류 용기일 수 있다. 스팀 또는 기체 스트리핑 또한 증류 향상을 위해 용기(112)에서 사용될 수 있다.
라인(118)에서 용기(112)로부터 회수된 증류액 스트림은 정화된 사용유를 함유한다. 정화된 사용유는 앞서 논의된 바와 같이 부분적으로 정화될 수 있다. 정화된 사용유는, 교반 용매 추출을 포함한 스테이지 #2에서의 추가의 가공 및 처리를 위해 대역(50) 내의 MSU(22)로 수송된다.
대역(50) 내의 MSU(22)는 열 교환기(132), 교반 향류 액체-액체 추출 컬럼(140), 용매 시스템(148), 용기(152), 및 용매 분리 용기(154), 및 이들을 상호연결하는 수송 라인(134, 150, 155, 156, 157, 164, 166, 172)을 포함한다. 간략히 하기 위해, 교반 향류 액체-액체 추출 컬럼(140)은 또한 용매 추출 컬럼(140)으로서 언급된다.
열 교환기(132)는, 증류액이 라인(134)을 통해 용매 추출 컬럼(140) 내로 도입되기 전에, 증류 용기(112)의 유출구(118)로부터의 증류액 스트림을 가열하도록 구성되고 배치된다.
용매 추출 컬럼(140)은 저부(142), 상단(144), 저부(142)와 상단(144) 사이의 접촉 섹션(146), 용매 추출 컬럼(140) 내로 추출 용매를 도입하기 위한 수송 라인(150)에 연결된 유입구, 수송 라인(157)에 연결된 상단 유출구, 및 라인(155)에 연결된 저부 유출구를 갖는다.
용매 추출 컬럼(140)은 또한, 가변 교반 속도로, 용매 추출 컬럼(140) 내에서 유동하는 정화된 오일 및 추출 용매를 교반하도록 구성되고 작동가능한 가변 속도 교반기 (도 2에서는 별도로 나타내지 않았으나, 도 3을 참조)를 포함한다. 교반 속도는 용매 추출 컬럼(140) 내의 유체의 유속에 대해 독립적으로 제어될 수 있다. 교반기는 회전 교반기, 상호 교반기, 펄스형 교반기 등일 수 있다.
용매 추출 컬럼(140)의 특정 예는 관련 기술분야에서 샤이벨(Scheibel) 컬럼으로서 공지된 향류 액체 추출기이다. 샤이벨 컬럼의 일반적 설명은 US 2493265 (샤이벨, 발명의 명칭이 "Extraction Apparatus"이고 1950년에 공개됨)에 제공되어 있다. 적합한 샤이벨 컬럼은 정화된 오일 및 추출 용매가 향류 방식으로 접촉되는 수직 컬럼일 수 있다.
도 3은 컬럼(140)으로서 사용될 수 있는 전형적인 샤이벨 추출 컬럼(300)의 기본 구조를 개략적으로 나타낸다. 추출 컬럼(300)은 수직 용기(302), 제1 액체 상을 컬럼(300) 내로 도입하기 위한 하부 유입구(304), 컬럼(300) 내로 제2 액체 상을 도입하기 위한 상부 유입구(306), 제1 액체 상을 출력하기 위한 상부 유출구(308), 제2 액체 상을 출력하기 위한 저부 유출구(310), 및 계면 제어를 위한 2개의 유입구/유출구 포트(312, 314)를 포함한다. 제1 액체 상은 보다 가벼운 상이고, 제2 액체 상은 보다 무거운 상이다. 예를 들어, 추출 용매가 NMP이고 공급원료가 NMP보다 가벼운 기유를 포함하는 경우, NMP 용매는 보다 무거운 상이고 상단 유입구(304)를 통해 컬럼 내로 도입될 것이며, 공급원료는 하부 유입구(302)를 통해 컬럼 내로 도입될 것이다.
추출 컬럼(300)은 내부 챔버 및 2개의 액체 상이 챔버를 통해 반대 방향으로 유동함에 따라 챔버 내의 향류의 혼합 및 접촉을 개선시키도록 구성되고 배치된 많은 수평 마운팅된 배플(316, 318)을 갖는다. 배플(316)은 외부 배플이고, 배플(318)은 내부 배플이다. 인지될 수 있는 바와 같이, 배플(316, 318)은 혼합 효율을 개선시키도록 배열된다.
액체 상이 추출 컬럼(300)을 통과할 때 이들을 교반하기 위해 교반기(320)가 제공된다. 교반기(320)는 컬럼 챔버의 중심을 통해 수직으로 연장되는 회전가능 샤프트(322), 샤프트(322)의 작동 및 구동을 위한 가변 속도 추진기(324)를 갖는다. 많은 터빈 임펠러(326)가 샤프트(322)에 부착되고 내부 배플(318)과의 접촉을 피하도록 배치된다. 샤프트(322)가 추진기(324)에 의해 회전하면, 임펠러(326)가 추출 컬럼 내의 액체 상을 교반하여 혼합 및 접촉을 추가로 개선시킬 것이다. 따라서, 액체 상이 비교적 고속으로 유동하는 경우에도, 두 액체 상의 효과적인 혼합 및 효율적인 용매 추출이 여전히 달성될 수 있다. 샤프트(322)의 교반 속도 또는 회전 속도는 유속 및 다른 작업 파라미터 또는 조건에 따라 제어되고 조정될 수 있다.
용매 시스템(148)은 추출 용매를 가공하고 저장하도록 구성된다. 추출 용매는 NMP일 수 있다. 용매 시스템(148)은 용매 시스템(148)에 저장된 추출 용매를 용매 추출 용기(140)에 공급하기 위한 수송 라인(150)에 의해 용매 추출 컬럼(140)에 연결된다. 용매 시스템(148)은 용기(152)로부터 재순환된 용매를 수용하기 위한 라인(164)에 연결된 제1 유입구, 및 용매 분리 용기(154)로부터 복귀된 용매를 수용하기 위한 라인(166)에 연결된 제2 유입구를 갖는다.
용기(152)는 상단(158), 저부(160), 라인(157)에 연결된 유입구, 라인(164)에 연결된 상단 유출구, 및 라인(156)에 연결된 저부 유출구를 갖는다.
용매 분리 용기(154)는 상단(168), 저부(170), 용매 추출 용기(140)로부터 저부 분획을 수용하기 위한 라인(155)에 연결된 유입구, 용매 시스템(148)으로 분리된 추출 용매를 다시 복귀시키기 위한 라인(166)에 연결된 상단 유출구, 및 용매 분리 용기(140)에서 분리된 추출물 스트림을 다음 스테이지, 스테이지 #3, 수소화가공을 위해 대역(60) 내의 수소화가공 유닛으로 수송하기 위한 라인(172)에 연결된 저부 유출구를 갖는다.
작업에서, 라인(118) 내의 증류액 스트림은 용매 추출 공정을 위한 공급원료로서 열 교환기(132) 및 라인(134)을 통해 용매 추출 컬럼(140)으로 통과된다. 공급원료는 상기에서 논의된 바와 같은 정화된 오일을 포함한다. 공급원료는 상향 유동하도록 추진되어 접촉 섹션(146)에서 상향 흐름을 형성한다. 용매 시스템(148)으로부터 제공된 추출 용매는 라인(150)을 통해 용매 추출 컬럼의 상단(144)으로 도입되고, 하향 유동하도록 추진되어 접촉 섹션(146)에서 하향 흐름을 형성한다. 따라서 추출 용매 및 공급원료는 향류로서 접촉하게 된다. 접촉 섹션(146)에서의 추출 온도는 추출 용매 및 공급원료 중의 오일 성분이 완전히 혼화성이 되는 임계 온도 미만의 온도에서 유지된다. 예를 들어, 임의로 저농도의 물 (예를 들어 1 vol% 이하)과 함께, NMP가 사용되는 경우, 추출 온도는 약 100℉ 내지 약 150℉의 범위일 수 있다. 공급원료에 대한 추출 용매의 부피비는, 공급원료의 품질 및 특성 및 선택된 유속에 따라, 약 1 내지 약 4일 수 있다. 추출 온도에서 추출 용매 중에서 가용성인 공급원료 중의 화합물은 추출 용매 중에 용해되고 분산되고, 따라서 추출 온도에서 추출 용매 중에서 보다 낮은 용해도를 갖거나 불용성인 공급원료 중의 화합물로부터 분리된다. 용해된 화합물은, 이들이 용매에 의해 "추출됨"에 따라, 추출물이다. 통상적으로 라피네이트로서 언급되는, 비-용해된 및 비-추출된 화합물은 라피네이트 스트림으로서 라인(157)을 통해 용매 분리 용기(152)로 출력된다. 라피네이트 스트림은 또한 소량의 추출 용매 (예컨대 10 vol% 미만)를 함유한다. 추출물 스트림은 추출 용매 및 추출된 화합물 (추출물)을 포함하고, 하향 이동하고, 라인(155)을 통해 용매 분리 용기(154)로 출력된다.
공급원료의 유속에 대한 추출 용매의 유속의 비율은 공급원료의 오일 품질에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 유속은 접촉 섹션(146)에서의 공급원료에 대한 용매 비율이 약 1 내지 약 4가 될 수 있도록 조정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료에 대한 용매 비율은 약 3 또는 약 2.5일 수 있다.
편리하게, 가변 속도 교반기를 사용하여, 유속에 영향을 주지 않으면서 교반 속도가 제어되고 조정될 수 있다. 교반 속도는 공급원료의 품질 및 특성 및 선택된 유속에 기초하여 선택되고 제어될 수 있다.
접촉 섹션(146)은 요망되는 추출물이 추출 용매를 함유하는 추출물 스트림 중에서 용해되고 분산되기에 충분히 높은 용해도를 갖도록 가열된다. 온도는 선택된 탄화수소가 추출 용매 중에 용해되지 않고 라피네이트 스트림 중에 남아있도록 지나치게 높지는 않다.
용매 추출 컬럼에서의 온도는, 공지된 기술 또는 지식에 따라, 공급원료의 품질 및 특성에 기초하여 선택되고 제어될 수 있다. 유속이 느린 경우에도, 공급원료 및 추출 용매는 교반기에 의해 접촉을 위해 충분히, 또한 빠르게 혼합될 수 있다.
따라서 가변 속도 교반기는 증가된 효율을 제공하고 공급원료에서의 가능한 변동을 수용하도록 편리한 제어 및 조정을 가능하게 한다.
라피네이트 스트림은 보다 고품질 기유를 포함할 수 있다. 라피네이트 스트림은 용매 추출 컬럼(140)의 상단으로부터 라인(157)을 통해 분리 용기(152)로 수송된다. 보다 고품질 기유는, 예컨대 용매의 비점 초과 및 기유의 비점 미만의 온도로 가열함으로써, 분리 용기(152)에서 추출 용매로부터 분리된다. 분리된 용매는 라인(164)을 통해 용매 시스템(148)으로 다시 복귀되거나 재순환된다. 분리된 기유는 라인(156)을 통해 출력되고, API 1509에 의해 명시된 바와 같은 그룹 II 또는 III 기유 표준을 충족할 수 있는 고품질 기유 생성물로서 사용되거나 이를 제공하도록 추가로 가공될 수 있다. 일부 실시양태에서, 기유 생성물은 그룹 I 기유 표준을 충족할 수 있다. 라인(156)은 오일 생성물을 직접적으로 또는 간접적으로 출력 라인(24)에 제공할 수 있다.
일부 추출 용매는 라인(164)을 통해 회수되고 용매 가공 및 저장 시스템(148)으로 복귀된다.
추출 용매 및 용해된 또는 분산된 오일을 포함하는 추출물 스트림은 라인(155)을 통해 용매 추출 컬럼(140)의 저부에서 추출되고, 용매 분리 용기(154) 내로 도입된다. 용매 중에 용해된 또는 분산된 화합물은 전형적으로 저품질 기유를 포함한다.
추출 용매는, 예컨대 가열 및 증류에 의해, 용매 분리 용기(154)에서 보다 저품질 기유로부터 분리된다.
분리된 추출 용매는 용매 분리 용기(154)의 상단(168)으로부터 회수되고, 라인(166)을 통해 용매 시스템(148)으로 복귀된다.
용매 시스템(148)에서, 두 라인(164 및 166)으로부터의 재순환된 용매는, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 기술을 사용하여, 물 및 저비점 오염물을 제거하도록, 그의 산성을 중화시키도록, 또는 다른 방식으로 재순환된 용매의 품질을 개선시키도록 처리될 수 있다. 처리된 용매는 반복 사용을 위해 용매 시스템(148)에 저장된다.
용기(154)에서 분리된 보다 저품질 기유는 라인(172)을 통해 대역(60) 내의 MTU(30)에서의 추가의 처리를 위해 제3 스테이지, 스테이지 #3으로 통과된다.
스테이지 #2에서는, 공급원료의 품질 및 특성에 따라, 재순환의 비율이 용매 추출 공정을 최적화하도록 조정될 수 있다.
용매 추출 공정은 또한 스테이지 #1, 또는 스테이지 #3에서의 변화, 또는 공급원료에서의 품질 및 특성에 반응하도록 가변 속도 교반기의 보조 하에 편리하게 조정되거나 변형될 수 있다. 따라서, 전체 시스템(5)은 배치 시스템 또는 연속적 용매 추출을 갖지만 교반 또는 조정가능한 교반 속도를 갖지 않는 시스템에 비해 더 적응성이다. 따라서 시스템(5)은 보다 강건하다.
대역(60) 내의 MTU(30)는 연속 유동 액체 상 수소화가공 유닛이다.
사용유의 재-정제를 위한 이전 또는 종래의 시스템에서, 수소화는 전형적으로 기체 상으로 수행된다. 이제, 액체 상 수소화 공정으로, 대역(40) 및 대역(50) 내의 다른 유닛과 조합하여, 본원에 기재된 바와 같은 시스템 또는 공정은 보다 우수한 온도 제어를 제공하고, 연장된 기간 동안 연속 작업을 유지하고, 작업 또는 공정 유동의 유보 없이 보다 용이하게 조정 또는 변형될 수 있음이 인식되었다. 또한, 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 수소화 공정에서 사용되는 수소화 촉매의 수명이 연장될 수 있다. 특히, 본원에 기재된 실시양태에서는 용매 추출 스테이지에서의 입력 및 출력 유속이 가변적일 수 있고 낮은 유속으로 감소될 수 있기 때문에, MTU(30) 및 액체 상 수소화 공정이 보다 낮은 처리량 또는 공급원료 유속으로도 효과적 및 효율적으로 작업되도록 디자인된다.
대역(60) 내의 MTU(30)는 용매 분리 용기(154)로부터의 추출물 스트림을 가열하기 위한 수송 라인(172) 상에 배치된 열 교환기(174), 수송 라인(172) 상의 희석제 유입구(176), 희석제 유입구(176)의 하류의 가드 베드(178), 혼합기(187), 희석제 유입구(176)의 하류 및 혼합기(187)의 상류에 배치된 수소 주입 유입구(188), 수소화 반응기(190), 스트리퍼/분별 유닛(202), 및 도 2에 나타낸 바와 같은 이들을 상호연결하기 위한 수송 라인(186, 188, 200, 201)을 포함한다.
가드 베드(178)는 상단(180), 저부(182), 및 접촉 대역(184)을 갖는다. 일부 실시양태에서, 접촉 대역(184)은 폐촉매, 활성 점토 등을 함유할 수 있고, 이는 가드 베드(178)를 통과하는 액체로부터 규소 및 인 등의 오염물을 제거하기 위해 선택되며, 여기서 오염물은 수소화 반응기(190) 내의 수소화 촉매에 부정적 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 가드 베드(178)는 수소화 반응기(190)를 보호한다.
혼합기(187)는 그 안의 액체 혼합물을 교반하고, 정화된 액체 혼합물이 수소화 반응기(190) 내로 도입되기 전에 액체 혼합물과 수소 유입구(188)를 통해 주입된 수소를 충분히 혼합하도록 구성된다.
수소화 반응기(190)는 3개의 스태킹 또는 중첩된 섹션을 포함한다. 제1 섹션은 상단 대역(191), 촉매 베드(192), 및 저부 대역(193)을 갖는다. 유사하게, 제2 섹션은 상단 대역(194), 촉매 베드(195), 및 저부 대역(196)을 갖고; 제3 섹션은 상단 대역(197), 촉매 베드(198), 및 저부 대역(199)을 갖는다.
촉매 베드(192, 195, 198) 각각에 수소화 촉매가 제공된다. 수소화 촉매는 수소화 처리를 위한 임의의 적합한 촉매를 포함할 수 있고 상업적 공급원 또는 화학 공급업체로부터 얻을 수 있다.
수소 촉매는 귀금속, 예컨대 팔라듐, 금, 니켈 등을 포함한 불활성 물질일 수 있다. 촉매는 수소와 다른 분자와의, 예컨대 포화물을 형성하는 불포화 탄화수소와의, 또는 H2S를 형성하는 황과의 반응을 촉진시킨다.
스트리퍼/분별 유닛(202)은 출력 라인(204, 206, 208)을 갖는다.
작업 동안, 추출물 스트림은 라인(172)을 통해 가드 베드(178) 내로 도입되기 전에 열 교환기(174)에 의해 가열된다.
또한, 추출물 스트림 중의 수소의 용해도를 증가시킬 수 있는 희석제가 희석제 유입구(176)에서 라인(172) 내의 추출물 스트림에 첨가된다. 희석제는 수소를 용해시킬 수 있는 적합한 용매를 포함할 수 있다. 희석제는 가드 베드(178) 내로 도입된 추출물 스트림이 안정적 농도의 희석제를 갖도록 연속적으로 첨가된다. 일부 실시양태에서, 희석제는 반응기(190)의 제3 섹션의 저부 대역(199)의 출력물로부터 취해질 수 있다.
희석제 및 용매 추출 컬럼(140) 내에서 추출된 추출물은 액체 혼합물을 형성하고, 여기서 수소는 추출물 스트림 중에서보다 더 가용성이다.
액체 혼합물은 가드 베드(178) 내로 도입된다. 가드 베드(178)는 용매 추출 컬럼(140)으로부터의 추출물 중에 존재하는 표적 오염물을 제거하고, 이 오염물은 그렇지 않은 경우 수소화 반응기(190)에서 수소화 촉매에 대하여 독이 되고, 수소화 촉매의 수명을 감소시킬 수 있다.
가드 베드(178)로부터의 출력물은 희석제 및 저품질 오일을 함유하는 정화된 액체 혼합물이다. 정화된 액체 혼합물은 수송 라인(186)을 통해 가드 베드(178)로부터 혼합기(187)로 또는 반응기(190)의 유입구 노즐 (나타내지 않음) 내의 혼합 삽입물을 사용하여 수송된다.
수소 기체는 수소 유입구(188)를 통해 정화된 액체 혼합물에 연속적으로 첨가된다. 수소는 첨가되는 수소의 양이 시간에 따라 안정적이 되도록 일정한 압력 하에 첨가될 수 있다.
액체 혼합물은 희석제를 함유하기 때문에, 첨가된 수소는 액체 혼합물 중에 보다 빠르게 용해될 수 있고, 액체 혼합물은 보다 고농도의 수소를 함유할 수 있다. 그 결과, 혼합물이 수소화 반응기(190) 내로 도입될 때 대부분의 첨가된 수소가 액체 상 중에 존재할 수 있다.
혼합기(187)는 정화된 추출물, 희석제, 및 수소를 액체 상 중에 포함하는 액체 혼합물의 연속적 스트림을 출력한다. 액체 혼합물의 스트림은 수소화 반응기(190) 내로 도입되어 수소화 처리에 놓인다.
수소화 반응 속도가 반응기에서의 기체/증기 상으로부터 액체 상으로의 수소의 물질 전이에 의해 제한되는 종래의 기체 상 트리클 베드 수소화처리 반응기에 비해, 본원에 기재되고 도 2에 나타낸 바와 같은 실시양태는 수소가 반응기(190) 내로 도입될 때 이미 액체 상 중에 존재하기 때문에 동력학적 제한 모드로 작업할 수 있다. 또한, 반응기 내의 수소화 촉매가 지속적으로 완전히 습윤화될 수 있다.
수소 유입구(188)에서의 수소 첨가에 추가로, 또는 그 대신에, 수소는 또한 수송 라인(186)을 따라 하나 이상의 다른 지점에서 첨가될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 제1 섹션의 저부 대역(193)을 제2 섹션의 상단 대역(194)에, 또한 제2 섹션의 저부 대역(196)을 제3 섹션의 상단 대역(197)에 연결하는 노즐 (나타내지 않음) 내에 제공된 혼합 삽입물 (나타내지 않음)을 통해 수소화 반응기(190)의 길이를 따라 다양한 지점에서 추가의 수소가 첨가될 수도 있다.
그러나, 액체 혼합물에 대한 수소 첨가 및 혼합기(187)의 상류에서의 수소 첨가 전에 희석제를 첨가하는 것이, 혼합물이 수소화 반응기(190) 내의 반응 대역에 도입될 때 보다 많은 수소가 액체 상 중에 존재할 수 있게 하고, 이는 보다 효율적인 작업을 용이하게 함이 실현되었다. 증가된 수소 용해도는 또한, 수소화 성능에 대한 현저한 부정적 영향 없이 액체 공급물의 유속이 보다 폭넓은 범위에 걸쳐 조정될 수 있게 한다. 특히, 연속 유동 액체 상 수소화는, API 1509에 의해 정의된 바와 같은 그룹 II 또는 심지어 III 기유의 표준을 충족하는 고품질 기유 생성물을 가지며 비교적 높은 수율로 연장된 기간 동안 전체 시스템 또는 공정이 연속적으로 진행되는 것을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시양태에서, MTU(30)로부터의 오일 생성물은 그룹 III 기유의 표준을 충족할 수 있다.
수소화 반응기(190) 내의 반응 대역은, 예컨대 800 psi 내지 1200 psi의 전형적인 압력으로 가압되고, 적합한 승온으로 가열될 수 있다. 수소화 촉매(들)는, 다른 것들에 비해 특정 반응을 촉진시키고, 따라서 수소화 반응기(190)에서의 반응이 보다 낮은 윤활 값 또는 특성을 갖는 분자, 예컨대 불포화 탄화수소 또는 비-포화물이 관련되는 반응에 유리하게 선택적이 되도록 선택된다.
수소화 반응기(190)에서, 공급물 스트림 중에 존재하는 불포화 탄화수소, 올레핀, 원소 오염물, 예컨대 황, 질소, 산소, 헤테로원자 등이 수소화된다. 반응 생성물의 일부는 기체이고, 이는 각각 촉매 섹션의 상단 대역(191, 194 및 197)에서 유출구를 통해 배기된다. 그 결과, 라인(200)을 통해 수소화 반응기로부터 추출된 오일 생성물은 증가된 수준의 포화물, 감소된 수준의 황을 포함한 오염물, 및 감소된 수준의 방향족 물질을 갖고, 증가된 점도 지수를 갖는다.
등급향상된 오일 생성물은 고객에게 제공되기 전에 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, 오일 생성물은 추가의 가공을 위해 스트리퍼/분별 유닛(202)으로 수송될 수 있다.
분별 유닛(202)에서, 포화 탄화수소는 상이한 분획으로 분별되고, 이는 나프타, 디젤 오일, 및 기유 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상이한 분획은 상이한 유출구(204, 206, 208)를 통해 출력될 수 있다.
MTU(30)로부터의 출력 오일 생성물은 보다 고농도의 포화 탄화수소 및 수소의 휘발성 화합물을 가질 수 있다. 따라서 생성된 오일 생성물은 적어도 90 wt%의 포화물 및 0.03% 미만의 황을 함유하고, 적어도 80의 점도 지수를 가질 수 있는 등급향상된 오일을 함유한다. 오일 생성물 중의 포화 수준은 95 wt% 초과일 수 있다. 오일 생성물의 VI는 80 내지 120일 수 있거나, 120 초과일 수 있다.
오일 생성물은 API 1509의 그룹 II 또는 III 하에 기유로서의 사용에 적합할 수 있다.
반응기(190)로부터의 출력물의 일부는, 도 2에 도시된 바와 같이, 라인(201), 및 유입구(176)를 통해 반응기(190)로 다시 재순환될 수 있다. 재순환된 스트림은 반응기(190)에 필요한 수소의 적어도 일부를 제공할 수 있고, 또한 열 싱크로서 기능하고, 따라서 반응기(190)에서의 온도 변동을 추가로 감소시킬 수 있다. 따라서, 반응기(190)에서의 처리 공정은 보다 등온적일 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 라인에서의 유속을 제어하고 조정하기 위해 유동 제어 장치, 예컨대 밸브, 유량계, 또는 펌프 (간소화 및 보다 용이한 보기를 위해 나타내지 않음)가 라인(200 및 201) 내에 제공될 수 있다. 오일 생성물 대 재순환된 공급물의 전형적인 재순환 비율은 3:1일 수 있다. 이러한 방식의 재순환은 또한, MTU(30)가 MTU(30)에서의 코킹 및 관련 플러깅의 감소된 위험을 가지면서 비교적 낮은 공급 속도로 재순환된 공급물을 사용하여 계속 진행할 수 있음에 따라, MSU(22)로부터의 유입 공급물의 일시적 유보가 존재하는 경우에 유리하다. 반응기(190)로부터의 재순환 스트림을 유입구(176)로 재순환시키기 위해 펌프 (나타내지 않음)가 사용될 수 있다.
또한 편리하게, 재순환된 스트림은 불활성 수소 담체이다.
일부 실시양태에서는, 예를 들어 보급(make-up) 수소를 수소 유입구(188)를 통해 시스템 내로 공급함으로써, 재순환된 스트림을 함유하는 액체 혼합물에 보급 수소가 첨가될 수 있다. 첨가되는 수소 기체를 압축시키기 위해 기체 압축기 (나타내지 않음)가 사용될 수 있다.
상기에서 언급된 바와 같이, MTU(30)에서는, 일정한 압력 하에, 수소에 대한 비교적 높은 용해도를 갖는 희석제의 존재 하에 수소가 혼합되고 추출물 스트림 중으로 플래싱된다. 그 결과, 혼합물이 수소화 반응기(190) 내로 도입될 때 수소가 액체 상 중에 존재할 것이다.
일부 실시양태에서는, 과량의 수소가 첨가되고 추출물 스트림의 액체 혼합물 및 희석제와 혼합될 수 있고, 따라서 생성된 액체 혼합물은 최대량 또는 최대 농도의 액체 상 중의 수소를 함유하고, 이는 반응 성능을 증가시킨다. 첨가된 수소가 주어진 액체 혼합물 중에서 가용성인 최대량을 초과하는 경우, 첨가된 수소의 일부가 기체 상 중에 남아있을 수 있다.
첨가된 희석제의 유형 및 양, 및 수소화 반응 조건은, 수소화 반응을 가속화시키거나 반응 성능을 최대화/최적화시키기에 충분한 수소가 액체 상 중에 제공되도록 선택될 수 있다.
희석제는 용매일 수 있고, 프로판, 부탄, 또는 펜탄, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
희석제는 또한 경질 탄화수소, 경질 증류액, 나프타, 디젤, VGO, 수소화가공 스톡, 재순환된 수소화분해 생성물, 이성질화 생성물, 재순환된 탈금속 생성물 등이거나 이를 포함할 수 있다.
편리하게, 본원에 개시된 실시양태에서는 보다 많은 수소가 액체 상 중에서 제공됨에 따라, 반응 속도가 증가할 수 있고, 그 결과 공급물 유속이 또한 매우 높은 유속으로 작업되도록 증가할 수 있다.
반응기(190)에서 일어날 수 있는 많은 수소화 반응은 발열성이고, 따라서 잠재적으로 반응기에서의 온도가 반응 속도 및 촉매의 조건 및 수소의 유효성에 따라 표류하거나 변동하게 할 수 있다.
상기에 기재된 실시양태에서, 유체 유속이 높은 경우, 수소화 반응기(190)에서의 온도는, 온도가 주로 입력 액체 혼합물의 온도에 따라 달라지고 수소화 반응에 의해 생성된 열에 의해 야기되는 임의의 온도 변동은 비교적 작기 때문에, 보다 안정적일 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 실시양태에서 온도 변동은 약 5℉ 내에 있도록 제어될 수 있다. 수소화 공정은 일반적으로 등온적인 것으로 고려될 수 있다.
임의의 가열 효과를 추가로 상쇄시키기 위해 또는 시스템에서 온도를 더 잘 제어하기 위해, 공기 냉각기 (나타내지 않음)가 MTU(30)에 제공될 수 있다.
따라서 연속 유동 액체 상 수소화 반응기는, 예를 들어, 사용유의 등급향상을 위해 종래에 사용된 트리클 베드 반응기에 비해, 시스템(5)에서 보다 유리하다.
본원에 기재된 MTU로는, 종래의 기유 등급향상 시스템에 비해, 보다 덜 엄격한 작업 제어가 가능할 수 있음이 또한 예상된다.
일부 경우에는 사용유 공급물을 염기 또는 알칼리 물질, 예컨대 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등으로 화학 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 처리는 가열기(44)에서 수행될 수 있다.
이러한 처리는 시스템에서 오손의 위험을 감소시키도록, 사용유 스트림의 구성성분 부분으로의 분리를 용이하게 하도록, 또는 임의의 비-기유 부산물의 품질을 향상시키도록 사용유를 컨디셔닝하거나, 안정화시키거나, 또는 다른 방식으로 중화시킬 수 있다.
일부 경우에는, 공급물 스트림, 재순환 스트림 중에서 증류 용기 중 하나 이상에, 또는 용기(들) 내로 직접적으로 알칼리 또는 염기를 첨가하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
상기에 기재된 실시양태에서는, 사용유 중의 다른 구성성분으로부터 기유 분획을 분리하기 위해 4개의 증류 용기가 사용된다. 그러나, 상이한 실시양태에서는, 오일 공급물을 정화하기 위해 보다 적은, 예컨대 2 또는 3개의 증류 용기, 또는 보다 많은, 예컨대 8개의 증류 용기가 CSU에서 사용될 수 있다.
상기에 기재된 실시양태에서, 증류 용기는 플래시 용기일 수 있다. 정화 유닛은 오일 공급물을 정화할 수 있는 임의의 장치 또는 시스템을 포함할 수 있고, 이는 단일 스테이지 분리/정화 장치, 예컨대 증발기, 박막 또는 와이핑 필름 증발기, 컬럼, 용기, 탱크, 파이프 등을 포함할 수 있다.
상기에 기재된 실시양태에서, 사용유로부터 단단한 증류액을 스트리핑하는 것을 돕고 이로써 분리/정화를 향상시키기 위해 증류 용기(52, 70, 90 및 112)에 스팀 또는 기체가 첨가될 수 있다.
스팀 스트리핑은 증류 공정의 향상을 위한 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 기술이고, 시스템(5)에서 활용될 수 있다.
용기(52)에서는, 가열기(44) 내의 유입구 공급물 스트림을 오손의 위험 없이 요망되는 온도로 가열하는 것이 가능하기 때문에, 재순환된 저부 스트림을 가열하는 것이 필수적인 것은 아니다. 용기(52)는 라인(56)에서 저부 스트림의 일부를 가열하고 용기(52)로 복귀시키고 용기(52)에서 저부 층을 유지함으로써 용기(70)와 동일한 방식으로 작업될 수 있다.
일부 경우에는, 전형적으로 약 500℉ 내지 약 650℉의 비등 범위를 갖는, 라인(96)을 통해 회수된 스트림 (즉, 가스유)을 수소화가공을 위한 라인(172) 내의 스트림과 조합하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 이 스트림이 기유로서의 사용에 적합할 수 있기 때문이다. 라인(172) 내의 스트림을 보충하기 위해 이 스트림을 사용하는 것이 필수적인 것은 아니지만, 이는 요망되는 경우의 옵션이다.
라인(96)을 통해 회수된 물질의 비점 범위는 약간 더 높은 초기 비점을 갖는 물질을 생성하기 위해 요망되는 경우 변형될 수 있다. 라인(96)에서의 스트림 또한 기유로서 유용할 수 있다.
상기에 기재된 스테이지 #2에 대한 실시양태에서의 응용을 위해, 추출 용매는 공급원료 중의 기유보다 더 큰 비중을 가져야 하고, 따라서 기재되고 도 2에 나타낸 바와 같은 방향으로 향류가 형성될 수 있다.
상이한 실시양태에서, 기유보다 더 낮은 비중을 갖는 추출 용매에서는, 용매 및 공급원료의 현재의 유동 방향을 역전시키도록 공정 및 시스템이 변형될 수 있다. 즉, 용매가 용매 추출 용기의 저부 내로 도입되고, 공급원료가 용매 추출 용기의 상단 내로 도입된다.
용기(152 및 154) 또한, 각각 라피네이트로부터 용매를 제거하고 추출하도록 유사하게 구성되고 작업될 수 있다.
도 2는 1개의 가드 베드(178) 및 1개의 수소화 반응기(190)를 나타내지만, 상이한 실시양태에서는, 반응기(190) 이전에, 직렬로 또는 병렬로 구성된 2개 이상의 가드 베드가 사용될 수 있다. 병렬의 가드 베드는 반응기(190)로의 유동을 방해하지 않으면서 용기들 중 하나의 재생 또는 세정 및 재충전을 가능하게 하도록 한번에 하나씩 작업될 수 있다.
유사하게, 작업을 향상시키기 위해 1개 초과의 수소화 반응기가 직렬로 또는 병렬로 작업될 수 있다.
상기에 기재된 실시양태에서, 생성물 스트림(200)으로부터 수소를 회수하기 위해 수소 회수 시스템을 도입하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 수소 회수 시스템은 이 스트림 중의 수소를 정화 및 회수하고, 이를 수소 유입구(188)를 통해 사용을 위해 다시 재순환시킨다.
기유로부터 비-기유 경질 오염물을 제거하기 위해 용기(202)에서 스팀 또는 기체 스트리핑을 사용하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 상이한 점도 컷을 형성하도록 기유를 추가로 분별하거나, 그의 휘발성을 감소시키도록 기유를 스트리핑함으로써 라인(206)에서 기유를 추가로 가공하기 위해 추가의 용기가 또한 첨가될 수 있다.
시스템에서 선택된 위치에서 증기압을 감소시키기 위해 스팀 스트리핑이 활용될 수 있다. 감소된 증기압에서는, 작업 온도가 또한 감소될 수 있고, 따라서 작업을 유지하기 위해 요구되는 가열 에너지 및 오손의 위험이 감소된다. 스팀 스트리핑은 또한 유용한 오일 생성물의 수율 및 품질을 향상시키는 것을 보조할 수 있다.
상기에 기재된 실시양태에서는, 보다 저품질 기유 분자로부터 보다 고품질 기유 분자의 일부를 분리함으로써 방향족 물질, 극성 물질, 불포화물, 헤테로원자 등의 농도가 보다 낮은 라인(156)에서의 제1 고품질 기유 스트림 및 방향족 물질, 극성 물질, 불포화물, 헤테로원자 등의 농도가 보다 높은 제2 저품질 기유 스트림(172)을 생성하기 위해 스테이지 #2가 사용된다. 또한, 고품질 기유 스트림 중에 남아있는 방향족, 극성, 불포화, 헤테로원자 분자 등의 일부를 보다 고품질 분자로 전환시킴으로써 이를 추가로 정화하고, 포화도를 증가시키고, 이로써 고도로 정화된 기유를 생성함으로써, 본원에 기재된 바와 같은 스테이지 #3에서의 것들과 유사한 공정을 사용하여 고품질 기유 스트림을 추가로 등급향상시킬 수 있다. 이 오일은 의료 또는 식품 가공 산업에서의 백색유로서 뿐만 아니라 산업 윤활 시장에서의 윤활 기유로서의 사용에 적합할 수 있다.
상기에 나타낸 실시양태에서는, 보다 저품질 및 고품질 기유로부터 회수된 용매, 라인(164 및 166)에서의 스트림이 조합되고, 재-사용 이전에 물 및 다른 저비점 오염물을 제거함으로써 용매 가공 및 저장 유닛(148)에서 정화된다. 용매는 또한, 용매 중에서 축적될 수 있는 유기 산을 중화시키기 위해, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같은 염기 등으로 이 스테이지에서 처리될 수 있다.
상이한 실시양태에서, 다른 사용유 구성성분으로부터 기유 분획을 분리하기 위해 증류 시스템이 사용될 수 있다. 처리된 사용유 스트림은 가열기 (예컨대 가열기(44))에서 250℉ 내지 450℉, 예컨대 300℉ 내지 400℉로 가열되고, 밸브 (나타내지 않음)를 가로질러 플래시 증류 용기 (예컨대 용기(52)) 내로 플래싱될 수 있고, 여기서 증류액 스트림 (예컨대 라인(54) 내의)이 사용유로부터 회수된다. 증류액 스트림은 공정 기체로서 연소되거나 응축되고, 임의의 물, 글리콜 등으로부터 분리되고, 연료 등으로서 사용될 수 있다. 저부 유출구 스트림은 계내 플래시 증류 용기(70)로 통과되거나 펌핑될 수 있고, 여기서 이는 용기의 저부에 위치하는 오일의 풀(pool) 중으로 통과한다. 오일의 풀은, 이를 재순환 가열기 (별도로 나타내지 않음)를 통해 가열함으로써 400℉ 내지 600℉, 예컨대 450℉ 내지 550℉의 온도에서 유지될 수 있고, 이로써 오일이 용기(70)의 저부로부터 펌핑되고, 열 교환기 (예컨대 열 교환기(84))에서 가열되고, 용기(70) 내로 다시 통과될 수 있다. 이 재순환 스트림의 유속은, 액체 층 (용기의 저부에 위치하는 오일의 풀)을 요망되는 온도에서 유지하기 위해 열 교환기(84)에서 적절한 열 교환을 제공하고, 이로써 요망되는 증류액 분획을 생성하고, 가열기의 튜브를 통해 난류 유동 및 높은 레이놀드 수(Reynolds number)를 유지하기에 충분할 수 있다.
용기(52)로부터 용기(70)로 들어가는 사용유 스트림은 이 액체 층과의 직접적 접촉에 의해 가열되고, 이로써 액체 층의 온도보다 더 낮은 비점을 갖는 사용유의 구성성분을 증발시키고 증류액 스트림 (라인(76) 내의)을 생성할 수 있다. 이 증류액 스트림은 일반적으로 약 350℉ 내지 약 500℉의 비등 범위를 가질 수 있고, 응축되고 연료 등을 위해 사용될 수 있다. 라인(82) 내의 저부 스트림의 일부는 제3 증류 용기, 예컨대 용기(90)로 통과될 수 있다.
일부 실시양태에서, 용기(90)는 직접적 접촉에 의해 유입 스트림을 가열하도록 고온 액체 층을 사용하는 용기(70)와 유사하게 작업되는 증류 용기일 수 있다. 오일의 액체 층은 이를 재순환 가열기(104)를 통해 가열함으로써 550℉ 내지 750℉, 예컨대 600℉ 내지 700℉의 온도에서 유지될 수 있고, 이로써 오일이 용기(90)의 저부로부터 펌핑되고, 가열기(104)에서 가열되고, 용기(90) 내로 다시 통과된다. 라인(102)에서의 재순환 스트림의 일부는 진공 증류 용기(112)로 통과될 수 있다. 액체 수준(110)을 갖는 액체 층은 용기(90)의 하부 부분에서 유지될 수 있다. 용기(90)는 약 500℉ 내지 약 650℉ 범위의 비점을 갖는 증류액 스트림(96)을 생성할 수 있다.
상기에 기재된 실시양태에서, 용기(52 및 70)는 대기압에서 작업될 수 있다. 이들 용기는 또한, 사용유 공급물로부터의 기유 분획의 유사한 분리를 달성하기 위해, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 보다 고압에서, 또는 진공 하에 작업될 수 있다. 용기(90)는 음압 또는 진공 하에, 예컨대 완전 진공 내지 약 500 mmHg, 예를 들어, 2 mmHg 내지 30 mmHg에서 작업될 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 용기(112)는 전형적으로, 완전 진공 내지 500 mmHg, 예컨대 2 내지 30 mmHg 범위의 진공 하에 작업될 수 있는 진공 증류 용기이다. 용기(90)로부터의 라인(106)에서의 공급물 스트림은 550℉ 내지 700℉, 예컨대 600℉ 내지 650℉로 가열된 용기(112)의 저부로부터의 라인(126)에서의 재순환 스트림과 조합될 수 있다. 두 스트림 사이의 질량비는 1:2 내지 1:40 (공급물 스트림 유속 대 재순환 스트림 유속), 예컨대 1:10 내지 1:20일 수 있다. 증류액 스트림이 생성될 수 있고 증류액 유출구(118)를 통해 통과될 수 있다. 증류액 스트림은 약 650℉ 내지 약 1050℉의 비점 범위을 가질 수 있다. 액체 수준(130)은 용기(112)에서 유지될 수 있다. 저부 스트림이 라인(120)을 통해 취출되고, 펌프(122)를 통해 배출 라인(124)으로 통과되고 이를 통해 이 스트림의 일부가 생성물로서 회수된다. 이 스트림의 일부는 또한 라인(126) 및 가열기(128)를 통해 복귀되어 유입구 라인(106)에서의 스트림과 연합될 수 있다. 이 가열된 저부 스트림은 용기(112)에 대한 요망되는 공급물 온도를 유지하기 위해 사용될 수 있다.
하나의 실시양태에서는, 오일로부터의 경질 성분을 스트리핑하고 증류 및 분리 공정을 돕기 위해 용기(52, 70, 90 및 112) 중 하나 이상에 스트리핑 기체, 예컨대 스팀을 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 스트리핑 기체는 용기의 저부 절반의 다양한 지점에서 또는 이들 용기에 대한 오일 공급물 스트림으로 첨가될 수 있다.
용매 추출 컬럼(140)은, 교반 속도가 가변적이고 유속에 영향을 주지 않으면서 제어될 수 있는 임의의 적합한 교반 연속 유동 액체 상 추출 컬럼일 수 있다. 추출 용매는 에탄올, 디아세톤-알콜, 에틸렌-글리콜-모노(저 알킬)에테르, 디-에틸렌-글리콜, 디에틸렌-글리콜-모노(저 알킬)에테르, o-클로로페놀 푸르푸랄, 아세톤, 포름산, 4-부티로락톤, 저 1가- 및 2가-탄산의 저 알킬-에스테르, 디메틸포름아미드, 2-피롤리돈 및 N-(저 알킬)-2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), 에피-클로로히드린, 디옥산, 모르폴린, 저-알킬 및 아미노(저-알킬)모르폴린, 벤조니트릴 또는 2가-저-알킬)술폭시드, 및 포스포네이트 등으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시양태에서, N-메틸-2-피롤리돈 (NMP)은 추출 용매로서 사용될 수 있다. 용매 추출은 추출 용매 및 공급원료 중의 오일이 적어도 부분적으로 혼화성인 온도, 전형적으로 약 100℉ 내지 약 250℉, 또한 바람직하게는 약 130℉ 내지 약 190℉에서 수행될 수 있다. 전형적으로, 용매 및 오일 둘 다 이 온도 범위 내에서 추출 컬럼 내로 공급될 수 있지만 반드시 동일한 온도에서는 아니다. 용매 투여량 (추출 컬럼으로 공급되는 공급원료에 대한 용매의 퍼센트)은 전형적으로 50 부피% 내지 1000 부피%, 예컨대 100% 내지 500%이다. 전형적으로, 용매 추출은 수직 컬럼 내에서 수행되고, 이로써 용매는 컬럼의 상단 내로 공급되고 정화된 사용유는 저부 내로 공급된다. 용매 선택성을 제어하기 위해 요망되는 경우 용매 추출 컬럼 내로 물이 주입될 수 있다.
유사하게, 성능 및 선택성을 달성하기 위해 라인(150)을 따라 또는 용매 추출 컬럼을 가로질러 다양한 지점에서 온도 구배 또는 국지적 가열 또는 냉각이 사용될 수 있다. 유사한 또는 상이한 온도에서의 라피네이트 및 추출물 둘 다의 재순환이 또한 사용될 수 있다. 일부 경우에는 추출 컬럼으로부터 측면 스트림을 제거하고, 라피네이트 또는 추출물 스트림을 냉각시키고, 측면 스트림을 냉각시키고, 오일로부터 용매의 일부를 분리하고, 오일을 컬럼으로 복귀시키는 것이 유리할 수 있다. 증류를 사용하여 라인(157) 내의 라피네이트 스트림 및 라인(155) 내의 추출물 스트림으로부터 용매가 회수될 수 있다. 증류는 대기압에서 또는 진공을 사용함으로써 수행될 수 있다. 기유로부터 용매를 분리하기 위해 대기압에서, 압력 또는 진공 하에 작업되는 하나 이상의 플래시 분리기, 진공 분리기, 멀티스테이지 컬럼 등, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 본원에 기재된 시스템에서의 사용에 적합한 가드 베드는 활성 점토 또는 폐촉매를 포함할 수 있다.
수소화 반응기(190)에는, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같은, 주기율표의 V(b), VI(b) 및 VIII족으로부터의 금속 성분을 갖는 하나 이상의 수소화 촉매가 장착될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 활성탄, 규조토, 실리카, 알루미나 등의 담체 상에 지지된 니켈, 몰리브데넘, 바나듐, 텅스텐 또는 코발트 금속의 화합물, 예컨대 알루미나 상의 코발트-몰리브데넘, 알루미나 상의 니켈-몰리브데넘 또는 실리카/알루미나 상의 니켈-텅스텐이 사용된다.
용기(52)로부터의 라인(54) 내의 증류액 스트림 상에서 물, 글리콜, 용매, 경질 탄화수소 등과 같은 이 스트림의 구성성분을 추가로 분리하고, 이로써 사용될 수 있는 또는 보다 고품질 생성물로 추가로 등급향상될 수 있는 분리 생성물을 생성하는 것과 같은 추가의 가공이 수행될 수 있다. 또한 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이 그의 품질을 개선시키기 위해 이들 생성물 스트림이 추가로 처리될 수 있다.
일부 실시양태에서는, 스테이지 #2에서의 추가의 가공을 위해 단지 하나의 증류액 커트가 용기(112)로부터 취해진다. 또한, 제2 커트를 취하거나 용기(112) 후에 또 다른 분별 용기 (나타내지 않음)를 첨가하여 기유 증류액을 추가로 분별하여 상이한 점도 등급 등의 기유를 생성할 수 있고, 이어서 이는 스테이지 #2 및 스테이지 #3에서 별도로 가공될 수 있다.
일부 경우에는, 스테이지 #2에서의 작업을 향상시키고, 따라서 공정의 효율 및 선택성을 향상시키고, 이로써 보다 저품질 기유 분자로부터의 고품질 기유 분자의 보다 우수한 분리를 제공하기 위해 상 전이 촉매 등이 사용될 수 있다.
실시양태에서 제시된 공정의 제3 스테이지에서는, 다중 가드 베드를 갖고, 반응기를 반응기들 사이 또는 가드 베드와 반응기 사이에서 활용된 상 분리기 등에 대하여 병렬 또는 직렬로 진행시키는 것이 유리할 수 있다. 또한, 일부 경우에 경질 오염물의 기유를 스트리핑하거나 이를 상이한 점도 커트로 추가로 분별하는 것이 유리할 수 있다. 본원에 기재된 시스템은 수소 회수 시스템을 활용하지 않지만, 생성물 기유로부터의 분리 후 미반응 수소 및 반응 생성물을 회수 및 정화하기 위해 이것이 사용될 수 있다.
상기에 기재된 바와 같이, 본 개시내용의 실시양태에서는, 기유 분획이 사용유 공급물로부터 분리되고 그 후 고품질 기유 스트림 및 보다 저품질 기유 스트림으로 분리되며, 이어서 보다 저품질 기유 스트림은 개선된 품질을 갖는 기유 생성물을 생성하기 위해 등급향상된다. 이들 단계의 조합은 개선된 공정을 제공하고, 이전에 논의된 문제들 중 하나 이상을 해결할 수 있다.
최종 스테이지에서의 연속 유동 액체 상 수소화가공의 도입은 수소화 반응 동안 일정한 과잉 수소를 제공하고, 이는 촉매 코킹을 편리하게 방지하거나 감소시킬 수 있다. 추가로, 연속 유동 액체 상 수소화 공정의 혼입은 최종 등급향상 단계에서 트리클 베드를 사용할 필요성을 제거하고, 이로써 재-정제소에서의 종래 반응기의 오손 문제를 피한다.
연속 유동 액체 상 수소화가공은 또한 편리하게 반응기 내부의 열의 보다 우수한 제어를 가능하게 하고 반응기 내부의 고정적 온도 유지를 돕고, 이로써 다중 촉매 베드 및 반응기 켄칭을 위한 다량의 수소 기체의 필요성을 최소화한다.
사용유는 사용 동안, 또는 재-정제 공정 동안 엔진 오일 또는 모터 오일의 사용 및 열화로 인해 형성될 수 있는 슬러지 및 장쇄 중합체를 함유할 수 있음을 인지한다. 이들 슬러지 및 장쇄 중합체의 존재는 오손을 야기하고 다양한 스테이지에서의 처리 공정의 진행 길이에 영향을 줄 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 하나의 실시양태에서, 이들 물질은 효과적으로 관리 및 제거되고, 따라서 오손의 위험을 감소시키고, 처리 공정의 진행 길이를 연장시킬 수 있다. 예를 들어, 증류 용기에서 내부 표면을 감소시키거나, 회전 장비를 감소시키거나, 유속을 증가시키거나, 작업 온도를 감소시킴으로써, 또는 이들의 조합에 의해 CSU에서의 오손이 감소될 수 있다. 잔류물의 재순환은 또한 보다 높은 유속을 유지하는 것을 돕는다. 박막 증발기 (TFE) 대신에, 플래시 및 진공 증류 용기에서의 단계화된 증류 사용은, 고품질 VGO의 보다 효율적인 분리 및 증가된 수율, 및 감소된 오손으로 물리적 오염물의 순차적 제거를 가능하게 할 수 있다. 따라서, 종래의 재-정제 시스템에 비해, 보다 폭넓은 범위의 UMO 공급원료가 본원에 개시된 하나의 실시양태에서의 가공에 적합할 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 CSU의 하나의 실시양태는 긴 온-스트림(on-stream) 진행 시간, 예컨대 6개월 초과를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서는, 단쇄 또는 원형쇄 윤활유 분자로부터 장쇄 윤활유 분자를 분리하기 위해 MSU가 사용될 수 있다. 장쇄 윤활유 분자는 추가로 정화되어 오일 생성물을 제공할 수 있고, 단쇄 또는 원형쇄 윤활유 분자는 MTU에서 추가로 가공되어 오일 생성물을 형성한다.
본원에 기재된 MTU의 하나의 실시양태는 연속 유동을 위해 작업될 수 있지만, 요망되는 경우 배치 모드로 작업될 수도 있다.
공급원료 중에 존재하는 금속, 인, 규소, 및 장쇄 중합체는 MSU로부터의 라피네이트 스트림 중에 남아있고, 이는 수소화 반응기 내로 허용되면, 특히 기체 상 트리클 베드 수소화 반응기에서 보다 낮은 유속에서, 촉매를 불활성화시키고 오손을 야기할 수 있다. 본원에 기재된 실시양태에서는, 상기에서 논의된 바와 같이, 이러한 불리한 측면 및 문제를 감소시키거나 피할 수 있다.
또한, 처리된 오일은 수소화 반응기(190)의 유입구로 다시 재순환될 수 있고, 이는 반응기 내의 반응 대역에서 과량의 수소를 유지하도록 수소의 효율적인 사용을 가능하게 한다. 재순환된 스트림은 또한 열 싱크로서 작용하여 반응기에서 보다 균일하고 안정적인 온도를 유지하고, 따라서 보다 우수한 온도 제어를 가능하게 할 수 있고, 반응기에서의 코킹 위험을 감소시킨다. 본원에 기재된 바와 같은 수소화 반응기는 공급원료 또는 입력 사용유에서의 변화를 수용하도록 쉽게 구성되고 적합화될 수 있다.
또한, 오일 생성물의 일부는 MSU로부터 이미 추출되고 출력되고, 이는 공급원료의 최대 2/3일 수 있기 때문에, MTU에서 가공될 유체 부피는 단지 공급원료의 일부, 예컨대 1/3 미만임을 인지할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 방법은 a) 증류액을 포함하는 공급원료를 얻는 단계; b) 공급원료를 용매 추출에 적용하여 고품질 기유 분획 및 저품질 기유 분획을 얻는 단계; 및 c) 저품질 기유 분획을 연속 유동 액체 상 수소화가공 공정에 적용하여 상기 저품질 기유를 고품질 기유 분획, 초-저 황 디젤, 및 나프타로 전환시키는 단계를 포함한다. 이 실시양태에서, 증류액은 약 500℉ 내지 약 1200℉의 비점을 가질 수 있다. 단계 b) 이전에, 부분적으로 정화된 오일 분획을 산화, 오존화, 산 처리, 또는 자기 여과에 적용할 수 있다. 사용유 스트림의 증류에 의해 증류액이 얻어질 수 있다. 증류는 i) 폐유 스트림을 증류시켜 폐유로부터 약 350℉ 미만의 비점을 갖는 물질의 적어도 일부를 분리하여 탈휘발화된 오일 분획 및 경유 분획을 생성하는 단계; ii) 탈휘발화된 오일 분획으로부터 약 350℉ 초과 및 약 650℉ 미만의 비점을 갖는 물질의 적어도 일부를 분리하여 연료유 분획 및 중유 분획을 생성하는 단계; iii) 중유 분획으로부터 약 650℉ 내지 1200℉ 미만의 비점을 갖는 물질의 적어도 일부를 분리하여 부분적으로 정화된 오일 분획 및 잔류 분획을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 사용유 스트림을 증류 이전에 산화, 오존화, 산 처리, 또는 자기 여과에 적용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 증류액은 또한 원유의 등급향상 공정으로부터 얻어진 증류액을 포함할 수 있다. 단계 c)는 i) 용매/희석제를 저품질 기유 분획의 스트림에 첨가하여 연속 유동 액체 상 희석제 및 공급물 혼합물을 형성하는 단계; ii) 수소를 일정한 압력 환경에서 상기 희석제 및 공급물 혼합물에 첨가하여, 연속 액체 상 공급물, 희석제 및 수소 혼합물을 형성하는 단계; 및 iii) 연속 액체 상 공급물, 희석제 및 수소 혼합물을 촉매의 존재 하에 반응시켜 공급물 혼합물로부터 미리 정해진 화합물을 제거하고, 이로써 상기 저품질 기유를 고품질 기유 분획, 초-저 황 디젤, 및 나프타로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 연속 유동 액체 상 수소화가공 단계는 미리 정해진 온도에서, 기체의 상부 대역 및 촉매를 둘러싼 액체의 혼합물 중에 용해된 수소의 실질적으로 보다 큰 하부 대역을 갖는 반응기에서 수행될 수 있다.
경유 분획은 대기압 또는 진공 증류 중 적어도 하나에 의해 탈휘발화된 오일 분획으로부터 분리될 수 있다. 연료유 분획은 대기압 또는 진공 증류 중 적어도 하나에 의해 중유 분획으로부터 분리될 수 있다. 부분적으로 정화된 분획은 패킹되지 않은 컬럼 내에서 진공 증류에 의해 잔류 오일 분획으로부터 분리될 수 있다.
일부 실시양태에서, 용매 추출 단계는 에탄올, 디아세톤-알콜, 에틸렌-글리콜모노(저 알킬) 에테르, 디-에틸렌-글리콜, 디에틸렌-글리콜모노(저 알킬) 에테르, o-클로로페놀 푸르푸랄, 아세톤, 포름산, 4-부티로락톤, 물, 수성 염, 저 1가- 및 2가-탄산의 저 알킬-에스테르, 디메틸포름아미드, 2-피롤리돈 및 N(저 알킬)2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), 1가 또는 다가 양성자산, 미네랄 산, 카르복실산, 수산화물 염기, 탄산염 염기, 미네랄 염기, 에피클로로히드린, 디옥산, 모르폴린, 저-알킬- 및 아미노(저-알킬)모르폴린, 벤조니트릴 및 디-(저-알킬)술폭시드 및 포스포네이트로부터 선택된 하나 이상의 용매의 사용을 포함할 수 있다.
추출 용매는, 임의로 하나 이상의 추가의 용매와 조합된, N-메틸-2-피롤리돈일 수 있다. 용매 추출 단계는 비말동반을 제한하고 오일 및 추출제 상의 우수한 분리를 가능하게 하도록 디자인된 추출 컬럼 내에서 수행될 수 있다.
본원에서 나타낸 기유의 포화 및 황 수준 및 VI는 API 1509, 표 E-1에 명시된 시험 및 분석 방법을 사용하여 측정됨을 인지한다. 구체적으로, 포화 수준은 ASTM 국제 표준, ASTM D2007에 따라 측정되고, VI는 ASTM D2270에 따라 측정되고, 황 수준은 ASTM D1552, D2622, D3120, D4294, 또는 D4927 중 하나 이상에 따라 측정된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은, 수치와 함께 사용시, 달리 구체적으로 나타내지 않는 한, 주어진 값 초과 또는 미만의 10% 변동이 허용가능함을 나타낸다.
본원에서의 값들의 임의의 범위는 구체적으로 주어진 범위 내의 임의의 중간 값 또는 하위-범위를 포함하도록 의도되며, 모든 이러한 중간 값 및 하위-범위는 개별적 및 구체적으로 개시됨을 이해할 것이다.
단수 표현의 용어는 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하도록 의도되며, 임의의 단수형은 본원에서 복수형을 포함하도록 의도됨을 또한 이해할 것이다.
용어 "포함하다" (그의 임의의 변형어 포함)는 개방형인 것으로 의도되며, 달리 구체적으로 반대로 나타내지 않는 한, "포함하나, 그에 제한되지는 않는다"를 의미함을 추가로 이해할 것이다.
용어의 목록이 최종 목록 전의 "또는"과 함께 본원에서 주어지는 경우, 열거된 목록 중 임의의 하나 또는 열거된 목록 중 둘 이상의 임의의 적합한 조합이 선택되고 사용될 수 있다.
물론, 본 개시내용의 상기에 기재된 실시양태는 단지 예시적인 것이며 어떠한 방식으로든 제한하는 것이 아님이 의도된다. 기재된 실시양태는 작업의 형태, 부분의 배열, 상세사항 및 순서에 대하여 많은 변형이 가능하다. 오히려, 본 발명은, 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 그의 범위 내에 모든 이러한 변형을 포함하도록 의도된다.

Claims (19)

  1. 정화된 사용유를 포함하는 공급원료를 추출 용매와 접촉시켜 연속 액체-액체 용매 추출을 수행하여, 추출 용매 및 추출 용매 중에 용해된 추출물을 포함하는 추출물 스트림을 생성하는 단계이며, 여기서 공급원료 및 추출 용매는 선택된 교반 속도로 용매 추출 동안 가변 속도 교반기에 의해 교반되는 것인 단계;
    추출 용매로부터 추출물을 분리하는 단계; 및
    추출물을 연속 유동 액체 상 수소화 처리에 적용하여 적어도 80의 점도 지수를 갖는 오일 생성물을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 액체 상 수소화 처리가
    희석제를 추출물에 첨가하여 추출물 중의 수소의 용해도를 증가시키고, 따라서 희석제 및 추출물을 포함하는 액체 혼합물을 형성하는 단계;
    수소를 액체 혼합물에 첨가하여 수소를 액체 혼합물 중에 용해시키는 단계; 및
    용해된 수소를 갖는 액체 혼합물을 수소화 촉매의 존재 하에 가열하여 액체 혼합물 중의 불포화물을 포화시키고, 액체 혼합물로부터 황 및 방향족 물질을 제거하고, 따라서 오일 생성물을 형성하는 단계
    를 포함하는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 추출물이 인, 및 규소를 포함하고, 연속 유동 액체 상 수소화 처리가 액체 혼합물을 수소화 촉매에 노출시키기 전에 액체 혼합물로부터 인 및 규소를 제거하는 것을 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 추출물이 방향족 물질을 포함하고, 연속 유동 액체 상 수소화 처리가 오일 생성물로부터 방향족 물질을 제거하는 것을 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 추출 용매가 n-메틸-2-피롤리돈을 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 생성물이 적어도 90 wt% 포화물을 포함하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 오일 생성물이 적어도 95 wt%의 포화물을 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 생성물이 0.03 wt% 미만의 황을 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 생성물이 적어도 120의 점도 지수를 갖는 것인 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 정화된 사용유가 정화된 사용 모터 오일을 포함하는 것인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 정화된 사용유가 정화된 사용 산업용 오일을 포함하는 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 사용유를 정화하여 공급원료를 생성하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 정화가 사용유를 증류에 적용하여 증류로부터의 증류액을 포함하는 공급원료를 형성하는 것을 포함하는 것인 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 용매 추출 컬럼 내에서 공급원료 및 추출 용매의 향류를 형성하는 것을 포함하며, 여기서 교반 속도 및 공급원료 및 추출 용매의 용매 추출 용기 내로의 유속은 공급원료의 품질 또는 특성에 기초하여 독립적으로 조정되는 것인 방법.
  15. 사용유를 정화하여, 정화된 사용유를 포함하는 공급원료를 형성하도록 구성된 정화 유닛;
    추출 컬럼을 통해 유동하는 공급원료 및 추출 용매를 가변 교반 속도로 교반하도록 구성된 교반기를 포함하는, 추출제를 사용하여 공급원료로부터 추출물을 추출하기 위한 연속 향류 액체-액체 추출 컬럼; 및
    추출 컬럼에 의해 추출된 추출물을 수소화가공하여 오일 생성물을 생성하기 위한 연속 유동 액체 상 수소화 유닛
    을 포함하는 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 연속 유동 액체 상 수소화 유닛이
    수소화 촉매를 포함하는 수소화 반응기;
    용매 추출 컬럼으로부터 수소화 반응기로 추출물을 수송하기 위한, 용매 추출 컬럼 및 수소화 반응기와 유체 소통되는 수송 라인;
    희석제를 수송 라인을 통해 유동하는 추출물 중으로 도입하여 추출물 및 희석제를 포함하는 액체 혼합물을 형성하기 위한, 수송 라인 상의 희석제 유입구; 및
    수소를 액체 혼합물 중으로 도입하기 위한, 희석제 유입구의 하류에 위치하는 수송 라인 상의 수소 유입구
    를 포함하는 것인 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 액체 상 수소화 유닛이 희석제 유입구와 수소 유입구 사이의 수송 라인 상에 위치하는 가드 베드를 추가로 포함하고, 상기 가드 베드는 액체 혼합물로부터 적어도 인 및 규소를 제거하도록 구성된 것인 시스템.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 수소화 촉매가 팔라듐, 금, 또는 니켈을 포함하는 것인 시스템.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 정화 유닛이 하나 이상의 증류 컬럼을 포함하는 것인 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4146772A1 (en) 2020-09-28 2023-03-15 Chevron Phillips Chemical Company LP Circular chemicals or polymers from pyrolyzed plastic waste and the use of mass balance accounting to allow for crediting the resultant products as circular
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Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1419759A (fr) * 1964-10-16 1965-12-03 Melle Usines Sa Procédé pour l'exécution en continu de réactions d'hydrogénation en phase liquide
FR2301592A1 (fr) * 1975-02-20 1976-09-17 Inst Francais Du Petrole Procede de regeneration d'huiles lubrifiantes usagees par extraction au solvant et hydrogenation
CA1157414A (en) * 1980-12-31 1983-11-22 Theodore M. Classen Reclaiming used motor oil via supercritical solvent extraction and hydrotreating
DE3602586A1 (de) * 1986-01-29 1987-07-30 Krupp Koppers Gmbh Verfahren zur aufarbeitung von altoel
US8366912B1 (en) * 2005-03-08 2013-02-05 Ari Technologies, Llc Method for producing base lubricating oil from waste oil
SG11201404356XA (en) * 2012-02-14 2014-10-30 Sulzer Chemtech Ag An extraction column and process for use thereof
US9365781B2 (en) * 2012-05-25 2016-06-14 E I Du Pont De Nemours And Company Process for direct hydrogen injection in liquid full hydroprocessing reactors
WO2014135966A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-12 Verolube, Inc. Method and apparatus for recovering synthetic oils from composite oil streams
US9512369B1 (en) * 2013-03-14 2016-12-06 James Joseph Noble Process for removing color bodies from used oil
US9394495B1 (en) * 2013-09-18 2016-07-19 Thomas George Murray Post hydrotreatment finishing of lubricant distillates
CN106929100B (zh) 2015-12-29 2018-09-28 中国石油化工股份有限公司 一种芳烃橡胶油的制备方法
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