KR20220030946A - 저압 분리기로부터의 액체 재순환이 있는 옥시게네이트 공급원료의 수소화처리 - Google Patents

저압 분리기로부터의 액체 재순환이 있는 옥시게네이트 공급원료의 수소화처리 Download PDF

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Abstract

옥시게네이트 공급원료를 위한 수소화처리 유닛이 제공되며, 상기 유닛은 수소화처리 반응기; 제1 냉각 유닛; 고압 분리기 및 저압 플래시 유닛을 포함한다. 수소화처리 유닛은 고압 분리기로부터의 수소-부화 스트림의 적어도 일부를 수소화처리 반응기로 공급하도록 배열되고, 수소화처리 유닛은 상기 저압 플래시 유닛으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림의 일부를 탄화수소 재순환 스트림으로서 수소화처리 반응기로 공급하도록 배열된다. 또한, 상기 수소화처리 유닛을 사용하여 옥시게네이트 공급원료를 수소화처리하는 방법이 제공된다.

Description

저압 분리기로부터의 액체 재순환이 있는 옥시게네이트 공급원료의 수소화처리
옥시게네이트(oxygenate) 공급원료를 위한 수소화처리 유닛이 제공되며, 상기 유닛은 수소화처리 반응기; 제1 냉각 유닛; 고압 분리기 및 저압 플래시 유닛을 포함한다. 수소화처리 유닛은 고압 분리기로부터 수소화처리 반응기로 수소-부화 스트림의 적어도 일부를 공급하도록 배열되고; 수소화처리 유닛은 상기 저압 플래시 유닛으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림의 일부를 탄화수소 재순환 스트림으로서 수소화처리 반응기로 공급하도록 배열된다. 또한, 상기 수소화처리 유닛을 사용하여 옥시게네이트 공급원료를 수소화처리하는 방법이 제공된다.
옥시게네이트 수소화처리 유닛은 주로 수소화처리 반응기의 온도를 제어하기 위해 액체 재순환을 사용한다. 이 액체 재순환은 가벼운 불순물을 함유할 수 있는데, 이들은 수소화처리 반응기로 다시 보내졌을 때 수소처리화 반응기에서 가스상의 순도를 감소시킨다. 반복된 재순환은 가벼운 불순물들의 원치않는 축적을 야기한다. 특정한 불순물들은 CO, CO2, C1, C3 및 다른 경질 가스들을 포함한다.
옥시게네이트 공급원료를 탄화수소 수송 연료로 전환하기 위해, 이 공급원료는 수소와 함께 수소화처리, 특히 수소첨가탈산소화에서 촉매 활성인 물질과 접촉하도록 보내진다. 열 방출을 완화하기 위해 액체 탄화수소, 예를 들어 액체 재순환 스트림 또는 외부 희석제 원료가 첨가될 수 있다. 결과의 생성물 스트림은 탄화수소, 전형적으로 n-파라핀, 및 CO, CO2, H2O 및 H2S와 같은 산성 가스(sour gas)를 포함하는 수소화처리된 중간 생성물 스트림일 것이다.
미국특허 제9447339호는 바이오디젤 연료 및 블렌드의 수소화처리에 관한 것이다. EP2121876은 파라핀계 탄화수소의 제조 방법에 관한 것이다.
본 기술은 주로 이러한 유닛이 비용이 많이 들고 비효율적이라는 공지된 수소화처리 유닛 및 기술과 관련된 문제를 다룬다.
따라서, 옥시게네이트 공급원료를 위한 수소화처리 유닛이 제공되며, 상기 유닛은:
- 상기 옥시게네이트 공급원료를 수용하고 그것을 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림으로 전환하도록 배열된 수소화처리 반응기;
- 상기 수소화처리 반응기로부터 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림을 수용하고 그것을 냉각된 제2 탄화수소 스트림으로 냉각하도록 배열된 제1 냉각 유닛;
- 상기 제1 냉각 유닛으로부터 냉각된 제2 탄화수소 스트림을 수용하고 그것을 적어도 탄화수소-부화 스트림, 및 수소-부화 스트림으로 분리하도록 배열된 고압 분리기;
- 상기 고압 분리기 유닛으로부터 탄화수소-부화 스트림을 수용하고 그것을 탈기함으로써 오프-가스 및 탈기된 탄화수소-부화 스트림을 제공하도록 배열된 저압 플래시 유닛
을 포함하고,
- 상기 수소화처리 유닛은 고압 분리기로부터의 수소-부화 스트림의 적어도 일부를 수소화처리 반응기로 공급하도록 배열되며,
- 상기 수소화처리 유닛은 상기 저압 플래시 유닛으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림의 일부를 탄화수소 재순환 스트림으로서 수소화처리 반응기로 공급하도록 배열되고,
이것의 관련된 이점은 높은 가스 순도를 가진 재순환 구성형태를 제공한다는 것이다.
추가 실시형태에서, 수소화처리 유닛은 상기 수소화처리 반응기와 상기 제1 냉각 유닛 사이에 위치된 수소첨가이성질화 섹션을 더 포함하며, 이것은 상기 수소화처리 반응기로부터 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림을 수용하고, 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림의 촉매 수소첨가이성질화를 수행하고, 탈왁스화된 제1 탄화수소 스트림을 상기 제1 냉각 유닛에 제공하도록 배열되고, 이것의 관련된 이점은 우수한 저온 유동 특성을 가진 탈왁스화된 탄화수소 스트림을 제공한다는 것이다.
추가 실시형태에서, 수소화처리 유닛은 상기 수소화처리 반응기와 상기 수소첨가이성질화 섹션 사이의 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림에 위치된 제2 가열 또는 냉각 유닛을 더 포함하며, 이것의 관련된 이점은 상기 수소첨가이성질화 섹션에서 최적 조건을 제공한다는 것이다.
수소화처리 유닛의 추가 실시형태에서, 상기 수소화처리 유닛은 상기 저압 플래시 유닛으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림의 일부를 탄화수소 생성물 스트림으로서 제공하도록 배열되며, 이것의 관련된 이점은 수소화처리 유닛으로부터 상업용 생성물을 제공한다는 것이다.
수소화처리 유닛의 추가 실시형태에서, 상기 오프-가스는 H2, CO2, C1 및 C3 기체상 성분들을 포함하며, 이것의 관련된 이점은 일정량의 CO2, C1 및 C3을 수소화처리 반응기로 보내는 대신 회수한다는 것이다.
추가 실시형태에서, 수소화처리 유닛은 상기 H2-부화 스트림과 조합되어 처리 가스를 제공하도록 배열된 H2 메이크업 원료를 더 포함하며, 이것의 관련된 이점은 처리 가스에서 많은 양의 H2를 제공한다는 것이다.
추가 실시형태에서, 수소화처리 유닛은 H2-부화 스트림을 압축하도록 배열된 제1 압축기를 더 포함하며, 이것의 관련된 이점은 수소화처리 유닛의 압력과 일치하는 고압 조건에서 H2-부화 스트림을 제공한다는 것이다.
추가 실시형태에서, 수소화처리 유닛은 상기 H2-부화 스트림 또는 상기 처리 가스와 상기 탄화수소 재순환 스트림을 조합하여 수소화처리 반응기로 공급되는 조합된 스트림을 제공하도록 배열되며, 이것의 관련된 이점은 수소화처리 유닛에서의 반응에 H2를 제공한다는 것이다.
추가 실시형태에서, 수소화처리 유닛은 수소화처리 반응기로 공급되기 전에 상기 조합된 스트림의 적어도 일정량과 옥시게네이트 공급원료의 적어도 일부를 조합하도록 배열되며, 이것의 관련된 이점은 수소화처리 유닛에서의 반응에 H2를 제공한다는 것, 및 반응기의 중간 지점에서 냉각된 조합된 스트림의 일정량을 첨가함으로써 반응기 온도를 단계적으로 제어한다는 것이다.
추가 양태는 수소화처리 유닛 및 분리 유닛을 포함하는 디젤 플랜트에 관한 것이며, 상기 디젤 플랜트는 상기 탈기된 탄화수소-부화 스트림의 적어도 일부가 상기 수소화처리 유닛으로부터 상기 분리 유닛으로 공급되고 정제되어 탄화수소 생성물, 예컨대 디젤 생성물, 제트 연료 또는 석유화학 플랜트의 공급원료를 제공하도록 배열된다.
추가 양태는 수소화처리 유닛을 사용하여 옥시게네이트 공급원료를 수소화처리하는 방법에 관한 것이며, 이것은:
i. 상기 옥시게네이트 공급원료를 수소화처리 반응기로 공급하고 그것을 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림으로 전환하는 단계;
ii. 상기 수소화처리 반응기로부터의 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림을 상기 제1 냉각 유닛으로 공급하고 그것을 냉각된 제2 탄화수소 스트림으로 냉각하는 단계;
iii. 상기 제1 냉각 유닛으로부터의 냉각된 제2 탄화수소 스트림을 상기 고압 분리기로 공급하고 그것을 적어도 탄화수소-부화 스트림, 및 수소-부화 스트림으로 분리하는 단계;
iv. 상기 고압 분리기로부터의 탄화수소-부화 스트림을 상기 저압 플래시 유닛으로 공급하고 그것을 탈기함으로써 오프-가스 및 탈기된 탄화수소-부화 스트림을 제공하는 단계;
v. 고압 분리기로부터의 수소-부화 스트림의 적어도 일부를 수소화처리 반응기로 공급하는 단계;
vi. 저압 플래시 유닛으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림을 탄화수소 생성물 스트림 및 탄화수소 재순환 스트림으로 분리하는 단계; 및
vii. 상기 탄화수소 재순환 스트림을 수소화처리 반응기로 공급하는 단계
를 포함한다.
방법의 추가 실시형태에서, 저압 플래시 유닛은 주변 압력 내지 30 barg, 바람직하게 주변 압력 내지 15 barg의 압력에서 작동하며, 이것의 관련된 이점은 탈기된 탄화수소-부화 스트림으로부터 H2 이외의 다른 가스들을 포함하는 오프-가스와 적당한 양의 H2를 분리한다는 것이다.
방법의 추가 실시형태에서, 고압 분리기는 20-100 barg, 바람직하게 30-80 barg의 압력에서 작동하며, 이것의 관련된 이점은 탄화수소-부화 스트림으로부터 수소 이외의 다른 가스들을 적당량 포함하는 수소-부화 스트림, 예컨대 80 vol% 이상의 H2를 분리한다는 것이다.
추가의 실시형태에서, 상기 방법은 상기 수소화처리 반응기로부터의 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림에 대해 촉매 수소첨가이성질화를 수행하고, 탈왁스화된 제1 탄화수소 스트림을 상기 제1 냉각 유닛에 제공하는 단계를 더 포함하며, 이것의 관련된 이점은 황의 존재하에 황화된 비금속 촉매 상에서 수소첨가이성질화를 수행한다는 것이다.
방법의 추가 실시형태에서, 고압 분리기로부터의 수소-부화 스트림은 수소화처리 반응기로 보내지기 전에 추가의 저온 고압 분리기에서 더 냉각되고 분리되며, 이것의 관련된 이점은 탄화수소-부화 스트림으로부터의 수소보다 다른 가스들을 훨씬 더 적은 양으로 포함하는 수소-부화 스트림, 예컨대 80 vol% 이상의 H2를 제공한다는 것이다. 저온 고압 분리기의 액체는 저압 분리기에서 더 분리될 수 있고, 탄화수소 재순환 스트림으로서 수소화처리 반응기로 또는 생성물로의 분리를 위해 분별장치로 보내질 수 있다.
도 1은 고압 분리기만을 가진 유닛의 단순화된 도해를 도시한다.
도 2는 고압 분리기 및 저압 플래시 유닛을 가진 유닛의 단순화된 도해를 도시한다.
이후 약자 %vol은 가스에 대한 부피 백분율을 표시하기 위해 사용된다.
옥시게네이트 공급원료를 위한 수소화처리 유닛이 제공된다. 용어 "수소화처리 유닛"은 다양한 반응기, 분리기 또는 다른 처리 유닛들을 포함하며, 필요에 따라 다양한 원료가 공급되고, 필요에 따라 배관, 밸브, 커넥터 등에 의해 연결되며, 이로써 적절한 생성물 스트림이 제공된다. 수소화처리 유닛은 전형적으로 재생가능 연료 플랜트, 예를 들어 재생가능 디젤 플랜트의 하나의 유닛이다.
옥시게네이트 공급원료는 트리글리세라이드, 지방산, 수지 산, 케톤, 알데하이드 또는 알코올로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 옥시게네이트를 포함할 수 있고, 상기 옥시게네이트는 생물학적 공급원, 기화 과정, 열분해 과정, 피셔-트로프슈(Fischer-Tropsch) 합성, 메탄올 기반 합성 또는 다른 합성 과정 중 하나 이상으로부터 기원한다. 이들 공급원료의 일부는 방향족, 특히 열분해 과정의 생성물 또는 예를 들어 튀김 기름의 폐기물을 함유할 수 있다. 바람직하게, 옥시게네이트 공급원료는 재생가능한 옥시게네이트 공급원료, 예를 들어 식물, 조류, 동물, 여류, 식물성 기름 정제, 가정 폐기물 또는 산업 유기 폐기물, 예컨대 톨유 또는 흑액으로부터 기원하는 것과 같은, 재생가능한 기원의 원료 물질로부터 얻어진 것이다.
수소화처리는 산소-함유, 황-함유 또는 질소-함유 불순물과 같은 재생가능한 공급원료와 관련된 분술물의 대부분을 제거한다. 이러한 불순물들은 수소첨가이성질화와 같은 후속 과정에 영향을 미칠 수 있다.
수소화처리는 전형적으로 담지된 촉매, 전형적으로 담지체 물질 상에 담지된 금속 촉매 위에서 일어난다. 촉매는 전형적으로 활성 금속(황화된 비금속, 예컨대 니켈, 코발트, 텅스텐 및/또는 몰리브덴, 및 아마도 원소 귀금속, 예컨대 백금 및/또는 팔라듐) 및 내화성 담지체(예컨대 알루미나, 실리카 또는 티타니아, 또는 이들의 조합)를 포함한다.
수소화처리 유닛은:
- 수소화처리 반응기;
- 제1 냉각 유닛;
- 고압 분리기; 및
- 저압 플래시 유닛
을 포함한다.
수소화처리 반응기는 수소화처리 단계를 수행하는 수소화처리 유닛의 일부이다. 따라서, 이것은 옥시게네이트 공급원료를 수용하고 그것을 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림으로 전환하도록 배열된다. 수소화처리 반응기는 하나 이상의 반응기 용기를 포함하며, 이들의 각각은 상기 설명된 담지된 촉매의 하나 이상의 촉매층(전형적으로 3-4개 촉매층)을 포함한다. 수소화처리 반응기는 수소 원료를 필요로 하며, 이것은 여기 제시된 대로 H2-부화 스트림에 의해 적어도 부분적으로 제공될 수 있다.
수소화처리 조건은 전형적으로 250-400℃ 범위의 온도, 30-150 Bar 범위의 압력 및 0.1-2 범위의 액체 시공 속도(LHSV)를 수반한다. 수소화처리는 전형적으로 발열이며, 많은 양의 산소-함유 화합물이 존재할 때 이 과정은, 예를 들어 차가운 수소, 원료, 탄화수소 재순환 또는 생성물로의 퀀칭에 의한 중간 냉각을 수반할 수 있다. 금속의 황화를 보장하기 위해 공급원료는 바람직하게 일정량의 황을 함유할 수 있고, 이로써 활성을 유지할 수 있다. 공급원료가 10, 50 또는 100 ppmw 미만의 황을 포함하는 경우, 디메틸디설파이드(DMDS)와 같은 황화물 도너가 원료에 첨가될 수 있다.
공급원료에서 산소의 양이 5 wt% 또는 10 wt%를 초과할 수 있고, 예를 들어 열분해 과정으로부터 나온 특정 공급원료의 경우 심지어 40 wt% 정도로 높을 수 있으므로, 옥시게네이트의 수소화처리를 위해 많은 양의 수소가 필요하다. 이것은 H2 부화 처리 가스와 옥시게네이트 원료 스트림 사이의 매우 높은 비율, 예컨대 200 Nm3/m3, 500 Nm3/m3 또는 심지어 1000 Nm3/m3를 초과하는 비율을 요구한다. 수소화처리에서 화학적 중요성을 갖는 압력은 수소 부분 압력인데, 이것은 실제로는 감소된 가스상 순도가 증가된 가스상 압력을 필요로 한다는 것을 의미한다. 이러한 높은 가스 스트림에서 증가된 가스상 압력의 비용은 당연히 중요하다.
제1 냉각 유닛은 수소화처리 반응기로부터 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림을 수용하고 그것을 냉각된 제2 탄화수소 스트림으로 냉각하도록 배열된다. 냉각 유닛에서 냉각은 수소화처리 유닛의 나머지 스트림들 중 하나 이상과의 열교환을 통해서 수행될 수 있다. 또한, 냉각 유닛에서 냉각은 유틸리티 스트림(예를 들어, 냉각수 또는 냉매) 또는 공기에 의해 수행될 수 있다.
고압 분리기는 제1 냉각 유닛으로부터 냉각된 제2 탄화수소 스트림을 수용하고 그것을 적어도 탄화수소-부화 스트림, 및 수소-부화 스트림으로 분리하도록 배열된다.
고압 분리기는 제2 탄화수소 스트림을 가스 스트림, 액체 탄화수소 스트림 및 선택적으로 물 스트림으로 분리하는 용기이다. 이 용기는 배플, 데미스터 또는 팩킹과 같은 상 분리를 보조하는 장치가 장착될 수 있다.
저압 플래시 유닛은 상기 고압 분리기 유닛으로부터 탄화수소-부화 스트림을 수용하고 고압 분리기보다 낮은 압력에서 그것을 탈기하여 오프-가스 및 탈기된 탄화수소-부화 스트림을 제공하도록 배열된다. 저압 플래시 유닛은 배플, 데미스터 또는 팩킹과 같은 상 분리를 보조하는 장치가 장착될 수 있다.
수소화처리 유닛은 적합하게는 저압 플래시 유닛으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림의 일부를 탄화수소 생성물 스트림으로서 제공하도록 배열된다.
저압 플래시 유닛은 주변 압력 내지 30 barg, 바람직하게 주변 압력 내지 15 barg의 압력에서 작동한다. 이 플래시 유닛의 압력의 선택은 현장 특이적일 것이며, 플래시된 오프-가스가 보내지는 곳에 좌우된다. 플레어 시스템으로 보내지는 경우, 아주 낮은 압력(약 0.3 barg)이 필요할 수 있이다. 연료 가스로서 보내지는 경우, 3-5 barg의 압력이 적합할 수 있다. H2 회수를 위해 보내지는 경우, 25-30 barg의 압력이 적합할 수 있다.
(고온) 고압 분리기로부터의 수소-부화 가스 스트림은 추가의 정제를 위해 수소화처리 반응기로 보내지기 전에 추가의 저온 고압 분리기에서 더 냉각되고 분리될 수 있다.
저온 고압 분리기의 액체는 저압 플래시 유닛에서 더 분리될 수 있고, 탄화수소 재순환 스트림으로서 수소화처리 반응기로 또는 생성물로의 분리를 위해 분별장치로 보내질 수 있다.
전형적으로, 고온 고압 분리기의 온도는 200℃ 내지 300℃의 범위일 것이고, 저온 고압 분리기가 존재한다면 그것은 100℃ 미만에서 작동할 것이다.
이 플래시 유닛으로부터의 오프-가스는 전형적으로 H2, CO, CO2, C1 및 C3 기체상 성분들을 포함한다. 또한, 특정한 양의 C2 및 C4+ 경질 탄화수소가 오프-가스에 존재할 수 있다.
고압 분리기 및 저압 플래시 유닛으로부터의 다양한 스트림은 상류의 수소화처리 유닛에서 더 상류의 위치들로 재순환된다. 이것은 수소화처리 반응기의 온도 제어에 도움이 된다.
따라서, 수소화처리 유닛은 고압 분리기로부터의 수소-부화 스트림의 적어도 일부를 수소화처리 반응기로 공급하도록 배열된다. 선택적으로, 수소-부화 스트림의 전체가 고압 분리기로부터 수소화처리 반응기로 공급된다.
도면에 도시된 대로, H2 메이크업 원료는 바람직하게 H2-부화 스트림과 조합되도록 배열되며, 이로써 처리 가스를 제공한다. 다음에, 처리 가스는 수소화처리 반응기로 공급된다.
추가로, 수소화처리 유닛은 저압 플래시 유닛으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림의 일부를 탄화수소 재순환 스트림으로서 수소화처리 반응기로 공급하도록 배열될 수 있다. 주목할 점은 이 스트림의 단지 일부만 재순환되고, 나머지 부분은 유닛으로부터의 탄화수소 생성물 스트림으로서 제공된다는 것이다.
H2-부화 스트림 및 탄화수소 재순환 스트림이 "수소화처리 반응기로 공급"된다는 것은 이들이 수소화처리 반응기의 입구-측에 공급된다는 것을 의미한다. H2-부화 스트림 및 탄화수소 재순환 스트림은 수소화처리 반응기에 개별적으로, 즉 다른 가스 스트림과 혼합되지 않은 상태에서 공급될 수 있다. 그러나, 수소화처리 반응기로 공급되기 전에, H2-부화 스트림과 탄화수소 재순환 스트림을 서로 혼합하고, 다른 가스 스트림 또는 액체 스트림과 혼합하는 것이 유익할 수 있다. 재순환 스트림은 수소화처리 반응기의 중간 지점으로, 예컨대 촉매층 사이에, 또는 상이한 반응기 용기로 보내질 수 있다.
탄화수소 재순환이 가열될 때는 코크스 형성을 방지하기 위해 H2가 존재하는 것이 주로 유익하다. 한 양태에서, 따라서, 수소화처리 유닛은 상기 H2-부화 스트림 또는 상기 처리 가스를 상기 탄화수소 재순환 스트림과 조합하여 수소화처리 반응기에 공급되는 조합된 스트림을 제공하도록 배열된다.
따라서, 다양한 스트림(H2 부화 스트림; 처리 가스 및 탄화수소 재순환 스트림)이 수소화처리 반응기에 개별적으로, 즉 다른 스트림과 조합되지 않은 상태에서 공급될 수 있다. 대안으로서, 수소화처리 유닛은 적합하게는 H2-부화 스트림 또는 처리 가스를 상기 탄화수소 재순환 스트림과 조합하여 수소화처리 반응기에 공급되는 조합된 스트림을 제공하도록 배열된다.
수소화처리 유닛은 수소화처리 반응기로 공급되기 전에 스트림(H2 부화 스트림; 처리 가스 및 탄화수소 재순환 스트림) 중 임의의 것 또는 조합된 스트림을 옥시게네이트 공급원료와 조합하도록 배열될 수 있다.
수소화처리 유닛은 바람직하게 수소첨가이성질화 섹션을 포함한다. 수소첨가이성질화 섹션은 수소화처리 반응기와 상기 제1 냉각 유닛 사이에 별도의 반응기로서 위치될 수 있다. 대안으로서, 수소첨가이성질화 섹션은 수소화처리 반응기 내의 추가의 섹션일 수 있다(이 경우 수소첨가이성질화 촉매가 수소화처리 촉매 하류에 위치됨).
수소첨가이성질화 섹션은 상기 수소화처리 반응기로부터 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림을 수용하고, 상기 스트림의 촉매 수소첨가이성질화를 수행하고, 탈왁스화된 제1 탄화수소 스트림을 상기 냉각 유닛에 제공하도록 배열된다. 수소첨가이성질화 섹션은 수소첨가이성질화 촉매를 포함하며, 이것은 전형적으로 활성 금속(원소 귀금속, 예컨대 백금 및/또는 팔라듐 또는 황화된 비금속, 예컨대 니켈, 코발트, 텅스텐 및/또는 몰리브덴), 산성 담지체(전형적으로 높은 형상 선택성을 나타내며, MOR, FER, MRE, MWW, AEL, TON 및 MTT와 같은 위상을 가진 분자체) 및 전형적으로 비정질 내화성 담지체(예컨대 알루미나, 실리카 또는 티타니아, 또는 이들의 조합)을 포함한다. 촉매 활성 물질은 붕소 또는 인과 같은 추가 성분을 포함할 수 있다.
수소첨가이성질화 조건은 전형적으로 250-350℃ 범위의 온도, 20-100 Bar 범위의 압력, 및 0.5-8 범위의 액체 시공 속도(LHSV)를 수반한다.
제2 가열 또는 냉각 유닛이 수소화처리 반응기와 수소첨가이성질화 반응기 사이의 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림에 위치될 수 있다.
저압 플래시 유닛에서 저압 탈기 후, 다양한 스트림의 압력은 수소화처리 반응기로 재순환되기 전에 상승되어야 할 수 있다. 예를 들어, 수소화처리 유닛은 H2-부화 스트림을 압축하도록 배열된 제1 압축기를 더 포함할 수 있다. 도 2는 H2 메이크업 원료의 상류에 위치된 이 제1 압축기를 도시한다. 또한, 제2 펌프가 수소화처리 반응기로 공급된 조합된 스트림을 압축하도록 배열될 수 있다.
제2 양태에서, 본원에 설명된 수소화처리 유닛, 및 분리 유닛을 포함하는 재생가능 디젤 플랜트가 제공된다. 디젤 플랜트는 상기 탈기된 탄화수소-부화 스트림의 적어도 일부가 수소화처리 유닛으로부터(더 정확하게는 저압 플래시 유닛으로부터) 분리 유닛으로 공급되고 정제되어 적어도 디젤 생성물을 제공하도록 배열된다. 또한, 경질 생성물이 분리 유닛에 의해 제공된다.
상기 제시된 수소화처리 유닛의 모든 상세한 내용은 본 발명의 재생가능 디젤 플랜트에도 준용하여 적용될 수 있다.
제3 양태에서, 본원에 설명된 수소화처리 유닛을 사용하여 옥시게네이트 공급원료를 수소화처리하는 방법이 제공된다. 이 방법은:
i. 상기 옥시게네이트 공급원료를 수소화처리 반응기에 공급하고 그것을 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림으로 전환하는 단계;
ii. 상기 수소화처리 반응기로부터의 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림을 상기 냉각 유닛에 공급하고 그것을 냉각된 제2 탄화수소 스트림으로 냉각하는 단계;
iii. 상기 냉각 유닛으로부터의 냉각된 제2 탄화수소 스트림을 상기 고압 분리기에 공급하고, 그것을 적어도 탄화수소-부화 스트림, 및 수소-부화 스트림으로 분리하는 단계;
iv. 상기 고압 분리기로부터의 탄화수소-부화 스트림을 상기 저압 플래시 유닛에 공급하고 그것을 탈기하여 오프-가스 및 탈기된 탄화수소-부화 스트림을 제공하는 단계;
v. 고압 분리기로부터의 수소-부화 스트림의 적어도 일부를 H2-부화 스트림으로서 수소화처리 반응기에 공급하는 단계;
vi. 저압 플래시 유닛으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림을 탄화수소 생성물 스트림 및 탄화수소 재순환 스트림으로 분리하는 단계; 및
vii. 상기 탄화수소 재순환 스트림을 수소화처리 반응기에 공급하는 단계
를 포함한다.
상기 제시된 수소화처리 유닛의 모든 상세한 내용은 본 발명의 방법에도 준용하여 적용될 수 있다.
특히, 저압 플래시 유닛은 주변 압력 내지 30 barg, 바람직하게 주변 압력 내지 15 barg의 압력에서 작동할 수 있다. 유사하게, 고압 분리기는 20-100 barg, 바람직하게 30-80 barg의 압력에서 작동할 수 있다.
상기 방법은 상기 수소화처리 반응기로부터의 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림에 대해 촉매 수소첨가이성질화를 수행하고, 탈왁스화된 제1 탄화수소 스트림을 냉각 유닛에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 적합한 수소첨가이성질화 촉매 및 조건은 상기 제시된다.
도면의 상세한 설명
도 1은 옥시게네이트 탄화수소 공급원료(11)를 도시한다. 이 스트림은 원료 서지 드럼(V1)으로 보내지고, 이후 펌프(P1)에 의해 고압 시스템으로 공급된다. 공급원료는 가열된 탄화수소 재순환 스트림 및 수소-부화 재순환 가스 스트림(55)과 조합된 후 수소화처리 반응기(20)로 보내진다. 이 제1 반응기는 수소화처리에 활성인 촉매를 함유하고, 이 촉매는 탄화수소 공급원료에 존재하는 산소의 물, CO2 및 CO로의 전환, 뿐만 아니라 올레핀의 파라핀으로의 포화, 질소의 암모니아로의 전환 및 황의 황화수소로의 전환과 같은 다른 반응들에 촉매작용한다. 수소화처리된 생성물 스트림(21)은 선택적으로 열교환기(39)에 의해 가열 또는 냉각되고, 이후 수소첨가이성지로하 반응기(70)로 보내진다. 이 제2 반응기는 수소첨가이성질화에 활성인 촉매를 함유하고, 이 촉매는 높은 유동점(pour point)을 가진 선형 파라핀을 낮은 유동점을 가진 분기된 이소-파라핀으로 전환하며, 이로써 스트림의 저온 유동 특성을 개선한다. 수소첨가이성질화된 생성물(23)은 냉각 유닛(30)에서 다른 공정 스트림과의 열교환, 냉각수 및/또는 주변 공기에 의해 냉각되고, 냉각된 스트림(31)은 고압 분리기(40)로 보내진다. 이 분리기는 수소처리되고 수소첨가이성질화된 생성물을 수소-부화 가스 스트림(42), 탄화수소-부화 액체 스트림(52) 및 선택적으로 물-부화 액체 스트림(미도시)으로 분할한다. 수소-부화 스트림은 재순환 가스 압축기(60)로 보내지고, 재압축된 가스 스트림은 수소 메이크업 가스(12)와 조합되어 처리 가스(43)가 되며, 이후 재순환 탄화수소 스트림(54)과 조합된다. 탄화수소-부화 액체 스트림(52)은 펌프(P2)를 통과하고, 이후 액체 재순환 탄화수소 스트림(54) 및 탄화수소 생성물 스트림(53)으로 분할된다. 액체 재순환 탄화수소 스트림(54)은 처리 가스(43)와 조합되고 열교환기(E1)에서 가열되며, 이로써 수소화처리 반응기(20)에서 적절한 반응 온도를 달성한다. 탄화수소 생성물 스트림(53)은 분리 유닛(90)으로 보내지고, 여기서 주 액체 생성물 디젤(94)이 나프타, LPG 및 연료 가스와 같은 경질 성분(92)의 제거에 의해 안정화된다.
도 2는 옥시게네이트 탄화수소 공급원료(11)를 도시한다. 이 스트림은 원료 서지 드럼(V1)으로 보내지고, 이후 펌프(P1)에 의해 고압 시스템으로 공급된다. 공급원료는 가열된 탄화수소 재순환 스트림 및 수소-부화 재순환 가스 스트림(55)과 조합된 후 수소화처리 반응기(20)로 보내진다. 이 제1 반응기는 수소화처리에 활성인 촉매를 함유하고, 이 촉매는 탄화수소 공급원료에 존재하는 산소의 물, CO2 및 CO로의 전환, 뿐만 아니라 올레핀의 파라핀으로의 포화, 질소의 암모니아로의 전환 및 황의 황화수소로의 전환과 같은 다른 반응들에 촉매작용한다. 수소화처리된 생성물 스트림(21)은 선택적으로 열교환기(39)에 의해 가열 또는 냉각되고, 이후 수소첨가이성지로하 반응기(70)로 보내진다. 이 제2 반응기는 수소첨가이성질화에 활성인 촉매를 함유하고, 이 촉매는 높은 유동점을 가진 선형 파라핀을 낮은 유동점을 가진 분기된 이소-파라핀으로 전환하며, 이로써 스트림의 저온 유동 특성을 개선한다. 수소첨가이성질화된 생성물(23)은 냉각 유닛(30)에서 다른 공정 스트림과의 열교환, 냉각수 및/또는 주변 공기에 의해 냉각되고, 냉각된 스트림(31)은 고압 분리기(40)로 보내진다. 이 분리기는 수소처리되고 수소첨가이성질화된 생성물을 수소-부화 가스 스트림(42), 탄화수소-부화 액체 스트림(41) 및 선택적으로 물-부화 액체 스트림(미도시)으로 분할한다. 수소-부화 스트림은 재순환 가스 압축기(60)로 보내지고, 재압축된 가스 스트림은 수소 메이크업 가스(12)와 조합되어 처리 가스(43)가 되며, 이후 액체 재순환 탄화수소 스트림(54)과 조합된다. 탄화수소-부화 액체 스트림(41)은 밸브에 의해 압력 감소되고 저압 플래시 드럼(50)으로 보내진다. 압력 감소에 의해 일정량의 경질 성분이 액체 스트림으로부터 증기 오프-가스 스트림(56)으로서 방출된다. 남은 액체 스트림(탈기된 탄화수소-부화 스트림(52))은 이제 더 적은 양의 경질 성분을 함유한다. 이것은 펌프(P2)를 통과하고, 액체 재순환 탄화수소 스트림(54) 및 탄화수소 생성물 스트림(53)으로 분할된다. 액체 재순환 탄화수소 스트림(54)은 처리 가스(43)와 조합되고 열교환기(E1)에서 가열되며, 이로써 수소화처리 반응기(20)에서 적절한 반응 온도를 달성한다. 탄화수소 생성물 스트림(53)은 분리 타워(90)로 보내지고, 여기서 주 액체 생성물 디젤(94)이 나프타, LPG 및 연료 가스와 같은 경질 성분(92)의 제거에 의해 안정화된다.
실시예 1
다양한 스트림에서 가스 조성의 계산을 하기에 기초하여 수행했다:
1. HP 분리기, 단지 915 psig에서만(도 1과 같이)(HP 단독), 및
2. 동일한 HP 분리기, 및 다음에 LP 분리기(플래시 드럼), 150 psig에서(도 2와 같이)(HP+LP sep):
Figure pct00001
HP 분리기로부터의 H2-부화 스트림(42)
처리 가스(43)(즉, 메이크업 원료(12)와 혼합된 H2 부화 스트림(42)).
타겟이 50 bar의 수소 부분 압력을 가져야 하는 경우, H2 메이크업 원료와 H2-부화 스트림의 믹스포인트에서, 두 사례에 대한 시스템 압력은 하기와 같다:
HP 단독: 50 bar / 0.7835 = 63.8 bar
HP+LP sep y: 50 bar / 0.8605 = 58.1 bar
따라서, 설계 압력의 10%의 감소가 보이며, 이것은 재료 및 비용의 대략 10% 절감에 상응한다.
본 발명은 다수의 양태, 실시예 및 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 이들 양태, 실시예 및 실시형태는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 조합될 수 있다.

Claims (14)

  1. - 옥시게네이트 공급원료(11)를 수용하고 그것을 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림(21)으로 전환하도록 배열된 수소화처리 반응기(20);
    - 상기 수소화처리 반응기(20)로부터 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림(21)을 수용하고 그것을 냉각된 제2 탄화수소 스트림(31)으로 냉각하도록 배열된 제1 냉각 유닛(30);
    - 상기 제1 냉각 유닛(30)으로부터 냉각된 제2 탄화수소 스트림(31)을 수용하고 그것을 적어도 탄화수소-부화 스트림(41), 및 H2-부화 스트림(42)으로 분리하도록 배열된 고압 분리기(40);
    - 상기 고압 분리기 유닛(40)으로부터 탄화수소-부화 스트림(41)을 수용하고 그것을 탈기함으로써 오프-가스(56) 및 탈기된 탄화수소-부화 스트림(52)을 제공하도록 배열된 저압 플래시 유닛(50)
    을 포함하는, 옥시게네이트 공급원료(11)를 위한 수소화처리 유닛(10)으로서,
    - 상기 수소화처리 유닛(10)은 고압 분리기(40)로부터의 수소-부화 스트림(42)의 적어도 일부를 수소화처리 반응기(20)로 공급하도록 배열되며,
    - 상기 수소화처리 유닛(10)은 상기 저압 플래시 유닛(50)으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림(52)의 일부를 탄화수소 재순환 스트림(54)으로서 수소화처리 반응기(20)로 공급하도록 배열된, 수소화처리 유닛(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수소화처리 반응기(20)와 상기 제1 냉각 유닛(30) 사이에 위치된 수소첨가이성질화 섹션(70)을 더 포함하며, 이것은 상기 수소화처리 반응기(20)로부터 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림(21)을 수용하고, 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림(21)의 촉매 수소첨가이성질화를 수행하고, 탈왁스화된 제1 탄화수소 스트림(23)을 상기 제1 냉각 유닛(30)에 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수소화처리 유닛(10).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 수소화처리 반응기(20)와 상기 수소첨가이성질화 섹션(70) 사이의 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림(21)에 위치된 제2 가열 또는 냉각 유닛(39)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소화처리 유닛(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화처리 유닛(10)은 상기 저압 플래시 유닛(50)으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림(52)의 일부를 탄화수소 생성물 스트림(53)으로서 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수소화처리 유닛(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오프-가스(56)는 H2, CO2, C1 및 C3 기체상 성분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소화처리 유닛(10).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 H2-부화 스트림(42)과 조합되어 처리 가스(43)를 제공하도록 배열된 H2 메이크업 원료(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소화처리 유닛(10).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, H2-부화 스트림(42)을 압축하도록 배열된 제1 압축기(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소화처리 유닛(10).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화처리 유닛(10)은 상기 H2-부화 스트림(42) 또는 상기 처리 가스(43)와 상기 탄화수소 재순환 스트림(54)을 조합하여 수소화처리 반응기(20)로 공급되는 조합된 스트림(55)을 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수소화처리 유닛(10).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화처리 유닛(10)은 수소화처리 반응기(20)로 공급되기 전에 조합된 스트림(55)의 적어도 일정량과 옥시게네이트 공급원료(11)의 적어도 일부를 조합하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수소화처리 유닛(10).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 수소화처리 유닛(10) 및 분리 유닛을 포함하는 디젤 플랜트로서, 상기 탈기된 탄화수소-부화 스트림(52)의 적어도 일부가 상기 수소화처리 유닛(10)으로부터 상기 분리 유닛으로 공급되고 정제되어 적어도 디젤 및/또는 제트 생성물을 제공하도록 배열된, 디젤 플랜트.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 수소화처리 유닛(10)을 사용하여 옥시게네이트 공급원료(11)를 수소화처리하는 방법으로서, 상기 방법은:
    i. 상기 옥시게네이트 공급원료(11)를 수소화처리 반응기(20)로 공급하고 그것을 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림(21)으로 전환하는 단계;
    ii. 상기 수소화처리 반응기(20)로부터의 상기 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림(21)을 상기 제1 냉각 유닛(30)으로 공급하고 그것을 냉각된 제2 탄화수소 스트림(31)으로 냉각하는 단계;
    iii. 상기 제1 냉각 유닛(30)으로부터의 냉각된 제2 탄화수소 스트림(31)을 상기 고압 분리기(40)로 공급하고 그것을 적어도 탄화수소-부화 스트림(41), 및 수소-부화 스트림(42)으로 분리하는 단계;
    iv. 상기 고압 분리기(40)로부터의 탄화수소-부화 스트림(41)을 상기 저압 플래시 유닛(50)으로 공급하고 그것을 탈기함으로써 오프-가스(56) 및 탈기된 탄화수소-부화 스트림(52)을 제공하는 단계;
    v. 고압 분리기(40)로부터의 수소-부화 스트림(42)의 적어도 일부를 수소화처리 반응기(20)로 공급하는 단계;
    vi. 저압 플래시 유닛(40)으로부터의 탈기된 탄화수소-부화 스트림(52)을 탄화수소 생성물 스트림(53) 및 탄화수소 재순환 스트림(54)으로 분리하는 단계; 및
    vii. 상기 탄화수소 재순환 스트림(54)을 수소화처리 반응기(20)로 공급하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 저압 플래시 유닛(40)은 주변 압력 내지 30 barg, 바람직하게 주변 압력 내지 15 barg의 압력에서 작동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 고압 분리기(40)는 20-100 barg, 바람직하게 30-80 barg의 압력에서 작동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소화처리 반응기(20)로부터의 수소화처리된 제1 탄화수소 스트림(21)에 대해 촉매 수소첨가이성질화를 수행하고, 탈왁스화된 제1 탄화수소 스트림(23)을 상기 제1 냉각 유닛(30)에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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