KR20220113809A - 올레핀 생산을 목적으로 하는 접촉 분해 유닛을 위한 분리벽형 증류탑 및/또는 종래의 칼럼을 이용하여 공급물을 제조하는 프로세스 - Google Patents
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Abstract
분리벽형 증류탑 또는 한 쌍의 종래의 칼럼들이 올레핀 생산을 위한 접촉 분해 유닛에 대한 공급물로서 방향족이 없는 경질 나프타 스트림을 생성하기 위하여 안정화되지 않은 나프타 스트림을 분리하는 데 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 올레핀 생산을 위해 접촉 분해 유닛들을 이용하는 시스템들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경질 나프타 공급물이 상기 시스템 내에서 생성되는 이러한 시스템들에 관한 것이다.
유동 접촉 분해(Fluid catalytic cracking: FCC)는 석유 정제 공장들에서 이용되는 중요하고 잘 알려진 상업적 전환 프로세스이다. 이는 석유 원유들의 높은 끓는점의 고분자량 탄화수소 부분들을 보다 가치 있는 가솔린, 올레핀 및 다른 생성물들로 전환시키기 위해 널리 이용되고 있다. 석유 탄화수소들의 분해는 이제는 열분해보다 높은 옥탄가를 가지는 보다 많은 가솔린을 생산하기 때문에 접촉 분해에 의해 주로 이루어지고 있다. 이는 또한 보다 많은 탄소-탄소 이중 결합들, 즉 보다 많은 올레핀들을 가지는 부산물 가스들을 생성하며, 이에 따라 열분해에 의해 생성되는 것들 보다 경제적으로 가치가 있다.
보다 작은 분자들로의 큰 탄화수소 분자들의 분해는 유가 화학에서 기술적으로 탄소 대 탄소 결합들의 "분리(scission)"로 언급된다. 보다 작은 알칸(alkane)들 중의 일부가 이후에 분해되고, 가스 상태의 에틸렌(CH2=CH2 또는 C2=), 프로필렌(CH3-CH=CH2 또는 C3=), 부틸렌들 및 이소부틸렌들(총괄적으로 C4=)과 같은 보다 더 작은 알켄(alkene)들 및 분지 알켄들로 전환된다. 이들 올레핀 가스들은 석유 화학 공급 원료들로서의 이용을 위해 가치가 있다. 상기 프로필렌, 부틸렌 및 이소부틸렌도 옥탄가가 높은 가솔린 혼합 성분들로 이들을 전환시킬 수 있는 특정 석유 정제 프로세스들을 위한 가치 있는 공급 원료들이다. 또한, 이들은 중합체들과 같은 보다 고분자량의 생성물들에 대한 가치 있는 화학 건축용 블록들로서 이용될 수 있다.
신뢰성을 향상시키고, 배터리 한계 내의 분류 품질을 제어하며, 경질 올레핀(light olefin)들을 변동 없이 생산하고, 분류 효율을 개선하며, 유용 설비 요구사항들을 감소시키며, 전제적인 에너지 요구 사항들을 감소시키고, CO2/NOx 방출을 감소시키며, 장비 점유 공간 요구 사항들을 감소시키고 및/또는 생성물들의 가치를 향상시켜 접촉 분해 시스템(catalytic cracking system)들을 개선할 필요가 항상 존재한다.
제한적이지 않은 일 실시예에서, 올레핀 생산(olefins production)을 위해 구성되는 접촉 분해 시스템이 제공되며, 여기서 상기 시스템은 반응기/재생기, 주 분류기(main fractionator) 및 증기 회수 유닛(vapor recovery unit: VRU)을 포함한다. 상기 반응기/재생기는 제1 라이저(riser) 내의 가스 오일들 및/또는 탈아스팔트 오일(deasphalted oil: DAO) 및/또는 방향족 잔여물 및 제2 라이저 내의 방향족이 없는(aromatics-free) C5/C6이 풍부한 경질 나프타(light naphtha) 공급물을 포함하는 공급물을 수용하도록 적용되며, 상기 반응기/재생기는 경질 및 중질 파라핀, 나프텐, 방향족 및 올레핀 탄화수소들을 포함하는 고가치의 생성물 스트림을 발생시킨다. 상기 주 분류기는 상기 고가치의 생성물 스트림을 수용하고 분류하기 위해 구성되며, 여기서 상기 주 분류기는 연료 가스, C3/C4 및 경질 나프타를 포함하는 분류기 증기 생성물 스트림; 와일드(wild) 나프타 생성물 스트림; 그리고 중질 나프타, 접촉 분해 경유(light cycle oil: LCO) 및 슬러리를 포함하는 분류기 액체 생성물 스트림을 포함한다. 상기 VRU는 일차 흡수기를 포함하며, 여기서 상기 VRU는 상기 분류기 증기 및 와일드 나프타 생성물 스트림들을 수용하고, 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림을 얻기 위해 이들을 분리하며, 여기서 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림은 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 경질 나프타 공급물 복귀로서 상기 반응기/재생기로 향해진다. 상기 VRU는 두 가지의 실시예들을 더 포함한다. 제한적이지 않은 제1 실시예에서, 상기 VRU는 탈부탄탑(debutanizer) 칼럼 및 나프타 분할기 칼럼(naphtha splitter column)의 결합을 포함하며, 탈부탄탑 저부 생성물은 상기 나프타 분할기 칼럼에 대한 공급물 및 상기 일차 흡수기에 대한 재순환 사이에서 분할되고, 여기서 상기 나프타 분할기 칼럼은 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림을 분할해 낸다. 제한적이지 않은 제2의 실시예에서, 상기 VRU는 예비 분류기 섹션(pre-fractionator section) 및 주 분류기 섹션을 포함하는 분리벽형 증류탑(dividing wall column: DWC)을 포함하며, 여기서 상기 DWC는 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림인 측부 인출(side draw)을 포함하고, 상기 DWC는 가솔린 생성물 및 상기 일차 흡수기에 대한 재순환 사이에 분리되는 저부 생성물을 포함한다.
접촉 분해 시스템 내에서 올레핀을 생성하기 위한 방법이 추가적으로 제공되며, 여기서 상기 방법은 공급물을 반응기/재생기로 향하게 하는 단계를 포함하고, 상기 공급물은 가스 오일들, 탈아스팔트 오일(DAO), 방향족 잔여물 및 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 경질 나프타 공급물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함한다. 상기 방법은 상기 반응기/재생기로 경질 및 중질 파라핀 탄화수소들, 나프텐 방향족 및 올레핀 탄화수소들을 포함하는 고가치의 생성물 스트림을 발생시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 고가치의 생성물 스트림을 주 분류기(18)로 향하게 하는 단계를 추가적으로 포함하며, 여기서 상기 주 분류기는 상기 고가치의 생성물 스트림을 분류하고, 연료 가스, C3/C4 및 경질 나프타를 포함하는 분류기 증기 생성물 스트림, 와일드 나프타 생성물 스트림 및 중질 나프타, 접촉 분해 경유(LCO) 및 슬러리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 분류기 액체 생성물 스트림을 발생시킨다. 또한, 상기 방법은 분류기 증기 및 와일드 나프타 생성물 스트림들을 일차 흡수기를 포함하는 증기 회수 유닛(VRU)으로 향하게 하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 VRU는 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림을 얻기 위해 상기 분류기 증기 및 와일드 나프타 생성물 스트림들을 분리한다. 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림은 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 경질 나프타 재순환으로서 상기 반응기/재생기로 향해진다. 상기 VRU는 상술한 두 가지의 실시예들 중의 하나의 유닛들을 더 포함한다.
도 1은 여기에 설명되는 바와 같이 올레핀 생산을 위한 수입되는 나프타 공급물을 나타내는 통상적인 FCC 및 가스 플랜트 블록 흐름도의 제한적이지 않은 개략적인 예시이고,
도 2는 여기에 설명되는 바와 같이 두 개의 칼럼들을 이용하는 올레핀 생산을 위한 내부 나프타 공급물 발생을 나타내는 FCC 및 가스 플랜트 블록 흐름도의 제한적이지 않은 개략적인 예시이며,
도 3은 여기에 설명되는 바와 같이 분리벽형 증류탑(DWC)을 이용하는 올레핀 생산을 위한 내부 나프타 공급물 발생을 나타내는 FCC 및 가스 플랜트 블록 흐름도의 제한적이지 않은 개략적인 예시이고,
도 4는 도 3의 시스템의 나프타 안정기 DWC의 보다 상세한 도면의 제한적이지 않은 개략적인 예시이다.
도 2는 여기에 설명되는 바와 같이 두 개의 칼럼들을 이용하는 올레핀 생산을 위한 내부 나프타 공급물 발생을 나타내는 FCC 및 가스 플랜트 블록 흐름도의 제한적이지 않은 개략적인 예시이며,
도 3은 여기에 설명되는 바와 같이 분리벽형 증류탑(DWC)을 이용하는 올레핀 생산을 위한 내부 나프타 공급물 발생을 나타내는 FCC 및 가스 플랜트 블록 흐름도의 제한적이지 않은 개략적인 예시이고,
도 4는 도 3의 시스템의 나프타 안정기 DWC의 보다 상세한 도면의 제한적이지 않은 개략적인 예시이다.
현재의 유동 접촉 분해(FCC) 유닛들은 개조될 수 있거나, 새로운 기저 FCC 유닛이 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 경질 나프타(light naphtha) 스트림으로부터 에틸렌 및 프로필렌과 같은 경질 올레핀(light olefin)들을 생성하기 위해 KBR로부터 이용 가능한 막소핀(MAXOFIN)™ 기술을 포함하여 개선된 기술로 설계될 수 있다. 막소핀™ 기술은 정제기들이 전통적인 증기 분해에 비해 상당히 적은 에틸렌과 함께 20% 또는 그 이상으로 프로필렌 생산을 최대화하게 할 수 있는 프로세스이며, 변화되는 시장의 수요에 따라 가솔린을 생산하기 위해 종래의 FCC 시스템과 같이 동작하는 유연성을 제공한다.
상기 KBR MAXOFIN™ 기술은 이중 라이저(riser)들을 채용한다. 제1 라이저 는 종래의 FCC 공급 원료들(가스 오일들, DAO 및 방향족 잔여물)을 처리하며, 제2 라이저 내에서 경질 파라핀, 나프텐, 또는 올레핀 탄화수소들이 경질 올레핀들의 바람직한 높은 수율을 구현하기 위해 분해된다. 상기 막소핀™ 유닛 내에 라이저들 모두로부터의 반응기 유출물(effluent)은 주 분류기 칼럼 내에서 분류된다.
상기 제2 라이저 내에서의 분해에 의해 상기 경질 올레핀을 생산하기에 적합한 경질 나프타 공급물은 종래에는 외부 공사 경계선(outside battery limit: OSBL)으로부터 수입되었다. 상기 경질 나프타 공급물은 상기 막소핀™ 유닛에서 내부적으로 생산될 수 있는 것으로 발견되었다.
FCC 유닛은 셋의 주요 섹션들인 반응기/재생기(reactor/regenerator)(10), 주 분류기(main fractionator)(18), 그리고 불포화 가스 플랜트 섹션(증기 회수 유닛(vapor recovery unit: VRU) 또는 가스 농축 유닛(gas concentration unit: GCU)으로도 알려짐)으로 구성된다. 도 1은 모두 셋의 섹션들을 도시한다. 상기 VRU는 습성 가스(wet gas) 압축기(24), 고압(HP) 냉각기/고압 수용기(26), 일차 흡수기(absorber)(58), 스폰지 흡수기(sponge absorber)(66), 탈기기(stripper)(30), 탈부탄탑(debutanizer)(안정기(stabilizer))(40), 탈프로판탑(depropanizer)(44), 그리고 C3= 분할기(splitter)(50)를 포함한다.
경질 나프타 스트림(12)이 상기 외부 공사 경계선으로부터 제2 라이저 공급물로서 수입될 때에 통상적인 막소핀™ 유닛 블록 흐름도가 상기 반응기/재생기(10)에 대해 도 1에 도시된다. 또한, OSBL로부터 상기 반응기/재생기(10)의 제1 라이저까지 가스 오일들, DAO 및 잔여 공급물(14)이 존재한다. 제1 라이저 및 제2 라이저는 상기 접촉 분해 유닛(10)의 종래의 구성 요소들이며, 도면들에 별도로 도시되지는 않지만 존재하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
FCC 공급물(중질 대기 가스 오일들, 진공 가스 오일들, DAO 및/또는 잔여물)(14)은 상기 반응기/재생기(10) 내에서 고가치의 생성물들(16)로 분해되며, 상기 주 분류기 섹션(18)으로 보내진다. 상기 주 분류기 섹션(18)으로부터의 상기 액체 생성물(20)은 중질 나프타(heavy naphtha), 접촉 분해 경유(light cycle oil: LCO) 및 슬러리를 포함한다. 슬러리만이 저부 생성물이며, 상기 중질 나프타 및 LCO는 측부 생성물이다.
상기 주 분류기(18)로부터의 오버헤드(overhead) 생성물(22)은 주로 연료 가스(C2- 및 불활성)를 함유하며, 액화 석유 가스(LPG; C3/C4)와 접촉 분해된(cat-cracked) 나프타는 가스 플랜트 섹션(VRU) 내에서 더 분리된다. 상기 주 분류기(18) 오버헤드로부터의 습성 가스(22)는 상기 습성 가스 압축기(24)로 흐르며, 이는 통상적으로 2단계 원심 분리 기계이다. 제1 단계 배출로부터의 증기들은 중간단(interstage) 냉각기 내에서 응결되고, 중간단 드럼 내에서 빠르게 통과된다. 상기 습성 가스 압축기(24)의 제2 단계로부터의 증기 배출은 상기 압축기 중간단 드럼으로부터의 액체, 상기 일차 흡수기 저부 액체(62) 및 상기 탈기기 오버헤드 증기들(36)과 결합된다. 이러한 결합된 스트림은 총괄적으로 26으로 표기된 고압(HP) 냉각기를 통해 상기 고압(HP) 수용기 내로 흐른다.
상기 HP 분리기 드럼으로부터의 증기(32)는 상기 일차 흡수기 칼럼(58)으로 흐른다. 상기 주 분류기(18) 오버헤드 드럼으로부터의 탄화수소 액체(와일드 나프타(wild naphtha))(34)는 희박한(lean) 오일로서 상기 일차 흡수기(58)로 펌핑된다. 상기 탈부탄탑(40) 저부 액체(56)도 상기 희박한 오일 흐름 및 이에 따른 상기 프로필렌 회수를 증가시키도록 상기 일차 흡수기(58)로 펌핑된다. 상기 탈부탄탑 저부 액체(56)는 상기 와일드 나프타(84) 보다 높은 지점에서 상기 일차 흡수기(58)로 들어간다. 상기 일차 흡수기(58) 저부에서 회수되는 LPG(C3/C4)(62)는 상기 HP 냉각기/HP 수용기(26)로 향하게 된다. 상기 일차 흡수기 오버헤드 가스(64)는 희박한 스폰지 오일(68) 내로의 흡수에 의해 상기 LPG 범위 물질을 회수하도록 이차 또는 스폰지 흡수기(sponge absorber)(66)로 흐른다. 풍부한(rich) 스폰지 오일(70)은 상기 주 분류기(18)로 보내진다. 상기 스폰지 흡수기 오버헤드(72)(C2-)는 처리되게 흐르고 이후에 정제 연료 가스 시스템으로 보내진다.
상기 HP 분리기 드럼(26)으로부터의 액체(28)는 상기 탈기기 칼럼(30)의 상단으로 펌핑된다. 탈기기 칼럼(30)의 목적은 상기 탈부탄탑(stabilizer)(40)에 대한 상기 공급물(38) 내의 C2 함량 사양을 구현하기 위한 것이다. 상기 C2-의 대부분 및 일부 LPG를 함유하는 탈기된 증기(36)는 상기 탈기기 칼럼(30)의 상단을 나가며, 상기 HP 냉각기/HP 수용기(26)로 복귀한다. 상기 탈기기 저부 액체(38)는 상기 탈부탄탑 저부 액체와의 열 교환에 의해 예비 가열되고, 상기 탈부탄탑 칼럼(40)으로 공급된다.
상기 탈부탄탑 칼럼(40)은 상기 공급물을 LPG(42) 및 접촉 분해된 나프타(결합된 스트림들(56, 60))로 분리한다. 상기 탈부탄탑(40)으로부터의 상기 오버헤드 생성물(42)은 LPG(C3/C4)이다. 상기 탈부탄탑(40)으로부터의 저부 액체(결합된 스트림들(56, 60))는 상기 칼럼 공급물에 대해 냉각되고, 이후에 공기 및/또는 물 냉각기(도시되지 않음)에 의해 냉각된다. 상기 냉각된 탈부탄탑 저부 액체(56)의 일부는 극히 희박한 오일로서 상기 일차 흡수기(58)로 돌아가며, 잔여물(60)은 접촉 분해된 나프타 가솔린 혼합 원료(blendstock)로서 산출된다. 상기 탈부탄탑의 오버헤드로부터의 LPG(42)는 아민(amine) 및 메르탑탄(mercaptan) 제거 처리 후에 탈프로판탑(44)으로 흐르고, 여기서 C3 및 C4 생성물로 분리된다. 상기 C3 생성물(48)은 상기 탈프로판탑 칼럼(44)의 다운스트림(downstream)인 프로필렌 분할기(50) 내에서 프로필렌(C3=) 생성물(54) 및 프로판(C3) 생성물(52)로 더 분리될 수 있다. 상기 탈프로판탑(44)으로부터의 C4 저부 생성물(46)은 OSBL로 보내진다.
상기 경질 나프타 스트림(74)이 상기 반응기/재생기(10)에 대한 상기 제2 라이저 공급물로서 상기 공사 경계선 내에서 생성될 수 있고, 이러한 구성이 올레핀 LPG 산출을 증가시키는 점이 발견되었다. 도 2에는 반응기/재생기(10), 주 분류기(18) 및 가스 플랜트의 제한적이지 않은 개략적인 예시가 제시되어 있다. 여기서의 시스템과 방법은 VRU 또는 GCU로도 지칭되는 불포화 가스 플랜트 섹션과 관련된다. 제한적이지 않은 일 실시예에서, 상기 VRU는 두 개의 종래의 칼럼들이지만 고유한 시리즈-즉, 상기 탈부탄탑(40) 및 나프타 분할기(76)를 포함한다. 상기 탈부탄탑(40) 및 나프타 분할기(76)는 상기 탈기기 저부 액체(38)를 셋의 생성물 스트림들로 분류하는 데 이용될 수 있고, LPG C3/C4 생성물은 상기 탈부탄탑 오버헤드(78)로부터 취해지며, 상기 탈부탄탑 저부로부터의 안정화된 나프타 스트림은 스트림(80) 재순환으로서 상기 일차 흡수기(58)로 부분적으로 복귀되고, 잔류물(balance)(82)은 상기 분할기 오버헤드로부터의 방향족이 없는(aromatics-free) 경질 나프타(C5/C6) 생성물(74) 및 상기 분할기 저부로부터의 가솔린 범위 물질(84)을 생성하기 위해 상기 나프타 분할기(76) 내에서 더 분류된다. 상기 나프타 분할기(76)로부터의 상기 오버헤드 생성물은 제2 라이저 공급물로서 상기 반응기/재생기(10)로 재순환되기에 적합한 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한(rich)스트림(74)이다. 상기 나프타 분할기(76)로부터의 저부 생성물(84)은 가솔린 혼합을 위해 적합하게 만들기 위해 추가적인 처리를 위해 보내진다. 이러한 제한적이지 않은 실시예에서, 상기 탈프로판탑(44)으로부터의 C4 저부 생성물(85)의 일부는 선택적인 재순환 스트림(86)으로서 방향족이 없는 경질 나프타(C5/C6) 생성물(74) 공급물로 반응기/재생기(10)로 향하게 될 수 있다. 도 1의 종래 기술의 구성에 공통적인 다른 유닛들과 스트림들은 동일한 참조 부호들을 가진다.
다른 제한적이지 않은 실시예에서, 상기 VRU는 상기 접촉 분해 유닛에 의한 올레핀 생산을 위한 프로세스 흐름 계획(도 3에 개략적으로 도시한 바와 같은)을 더 개선하고 단순화하는 데 이용될 수 있는 분리벽형 증류탑(Dividing Wall Column: DWC) 기술을 포함한다. 분리벽형 증류탑 기술은 감소된 에너지 및 자본 요구 사항들을 가지는 단일 칼럼으로 두 개의 연속하는 종래의 칼럼들의 성능을 제공한다. 분리벽형 증류탑 기술은 도 2의 실시예에 도시한 바와 같이 시스템 내에서 연속하는 두 개의 칼럼들을 대체하기 위한 단일의 칼럼을 설계하는 데 이용될 수 있다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 분리벽형 증류탑(DWC)(88)은 상기 탈기기(30)로부터의 탈기기 저부 액체(38)를 셋의 생성물들로 분류하는 데 이용된다.
● LPG C3/C4 생성물(90)은 상기 DWC 오버헤드로부터 취해진다.
● 상기 DWC(88)의 주 분류기 측부로부터 취해지는 방향족이 없는 경질 나프타 스트림(96)은 C5/C6 성분들(96)로 농축되고, 올레핀 생산을 위해 상기 반응기/재생기(10)의 제2 라이저로 보내진다.
● 상기 DWC(88)로부터의 저부 생성물은 나프타 재순환(92)으로 나누어져 상기 일차 흡수기(58)로 돌아가며, 여기서 잔류물(94)은 가솔린 혼합을 위해 적합하게 만들어지도록 추가적인 처리를 위해 보내진다.
다시 말하면, 동일한 유닛들과 스트림들은 앞서의 도면들에서의 논의에 사용된 경우들과 동일한 참조 부호들을 가진다.
도 4는 도 3의 시스템 내에 도시한 나프타 안정기 DWC(88)의 보다 상세한 도면이다. DWC(88)는 분리벽(100)에 의해 나누어지는 예비 분류기 섹션(pre-fractionator section)(98) 및 주 분류기 섹션(99)을 포함한다.
상기 DWC가 트레이 칼럼, 충전 칼럼, 또는 이들 모두의 결합이 될 수 있는 점이 이해될 것이다.
또한, 여기에 설명되는 시스템들과 프로세스들이 수많은 기술적 및 상업적 이점들을 가지게 되는 점이 이해될 것이다.
도 2에 개략적으로 예시한 바와 같이 두 개의 종래의 칼럼들이 상기 탈부탄탑 및 나프타 분할기에 대해 사용되는 제한적이지 않은 실시예에 대하여, 기술적인 이점들은 반드시 한정되지는 않지만 다음의 사항들을 포함한다.
● 상기 공사 경계선 외부로부터 수입되는 경질 나프타와 비교할 경우에 개선된 신뢰성; 및
● 상기 공사 경계선 내부의 분류 품질에 대한 제어.
이러한 제한적이지 않은 실시예의 상업적인 이점들은 반드시 한정되지는 않지만 지속적인 경질 올레핀의 생산을 포함한다.
DWC가 도 3 및 도 4에 예시한 바와 같이 개략적으로 사용되는 제한적이지 않은 실시예에 대하여, 기술적인 이점들은 반드시 한정되지는 않지만 다음의 사항들을 포함한다.
● 분류 효율에 대한 개선;
● 일차 흡수기 성능에 대한 개선;
● 감소된 유용 성비 요구 사항들;
● 감소된 전체적 에너지 요구 사항들;
● 감소된 CO2/NOx 방출들;
● 상기 경질 올레핀 생산을 위해 적합한 추가적인 생성물을 얻도록 현재의 칼럼을 개선하기 위한 기회; 및
● 적은 탄화수소 인벤토리로 인한 향상된 플랜트 안전성.
DWC가 이용되는 제한적이지 않은 실시예에 대한 상업적인 이점들은 반드시 한정되지는 않지만, 두 개의 종래의 칼럼들이 이용될 때의 경우에 전술한 상업적인 이점에 추가하여 다음과 같은 사항들을 포함한다.
● 종래의 칼럼 해결 방안과 비교할 경우에 20%-30% 적은 자본 요구 사항;
● 분류 경제적 비용의 개선;
● 적은 플롯(plot) 공간(점유 공간) 요구 사항들;
● 플랜트 향상/디보틀네킹(debottlenecking)을 위한 이점들의 제공;
● 생성물들의 가치의 전반적인 개선; 및
● 상기 플랜트의 전체적인 경제 비용을 개선하기 위한 현재의 자산들의 선택적인 이용.
다른 방식으로 말하면, 도 1의 종래의 칼럼 시스템에 대한 도 2의 실시예에서의 제한적이지 않은 개선은 경질 올레핀 생산을 위해 다시 재순환되는 증류물로서 방향족이 없는 경질 나프타 및 저부 생성물로서 가솔린 스트림을 생성하기 위해 탈부탄탑 칼럼의 다운스트림에 2생성물(two-product) 나프타 분할기 칼럼을 도입하는 과정을 수반한다.
도 2의 실시예에 대한 도 3 및 도 4의 제한적이지 않은 실시예들에서의 개선들은 탈부탄탑 칼럼 및 2생성물의 종래의 나프타 분할기 칼럼의 분리 요구 사항에 부합하도록 DWC를 이용하는 과정을 포함한다. DWC는 상단 생성물로서 LPG, 측부 생성물로서 경질 나프타 및 저부 생성물로서 가솔린 스트림을 생성하고 있다. 상기 DWC의 적용은 도 2에 도시한 경로와 비교할 경우에 자본 지출(CAPEX) 이익들(적은 장비 카운트 및 플롯 공간 이익들) 및 운전 비용(OPEX) 이익들(낮은 에너지 요구 사항)을 제공한다.
또한, 반드시 이들에 한정되는 것은 아니지만, Honeywell UOP의 미국 공개 특허 제2008/0081937(A1)호의 분류 접근 방식과 여기에 설명되는 제시된 시스템 사이에 많은 주목할 만한 차이점들은 다음의 표 1에 열거된 것들을 포함한다.
표 1: 제시된 시스템과 미국 공개 특허 제2008/0081937호 사이의 차이점들
| 공개 특허 제2008/0081937호 | 제시된 시스템 | |
| DWC로의 공급물 | 안정화된 나프타 (C5 내지 C9＋탄화수소들) |
안정화되지 않은 나프타 (C3 내지 C9＋탄화수소들) |
| DWC 동작 압력 | 5-15psig(0.034-0.103MPag) | 약 140psig(0.965MPag) |
| 상단 생성물 (증류물) |
경질 올레핀 생산을 위한 C5-C6 범위의 공급물 약 162℉ 내지 약 172℉(약 72℃ 내지 약 78℃) 범위 내의 95%의 컷 포인트(cut point)에서의 전체 끓는점(TBP) |
C3-C4 범위 |
| 중앙 생성물 | C7-C8 범위 | 경질 올레핀 생산을 위한 방향족이 없는 C5-C6 범위의 공급물 약 174°F (79°C)에서의 이론적인 참(true) 끓는점 |
| 저부 생성물 | C8+ | 가솔린(벤젠, C7+) |
| 상기 경질 올레핀 반응기 공급물 | 경질 부분 화합물 분해 구역(283)으로의 경로 및 경질 부분 화합물 분해 구역(283)으로부터 이격되게 도시되는 생성물들(288, 259) | 유동층 반응기 구역(fluidized reactor zone)의 균등물("214")로 다시 보내지고, 상기 제2 라이저로부터의 생성물은 상기 제1 라이저로부터의 생성물과 이들이 상기 주 분류기로 보내지기 이전에 혼합된다 |
앞서의 설명에서는, 본 발명을 그 특정한 실시예들을 참조하여 설명하였다. 그러나 본문의 설명은 제한적인 의미이기 보다는 예시적인 것으로 간주되어야 할 것이다. 예를 들면, 특허 청구 범위 또는 개시된 파라미터들의 범주 내에 속하지만, 특정한 예에서 구체적으로 확인되거나 시도되지 않은 장비, 칼럼들, DWC들, 프로세스들, 반응물들, 올레핀들, 생성물들, 반응기들, 재생기들, 분할기들, 안정기들, 흡수기들, 압축기들, 냉각기들, 그리고 동작 조건들도 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 예상된다.
본 발명은 개시되지 않은 요소의 부존재에서도 수행될 수 있다. 또한, 본 발명은 개시되는 요소들을 적합하게 포함할 수 있거나, 이들 요소들로 구성될 수 있거나 필수적으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 올레핀 생산을 위해 구성되는 접촉 분해 시스템(catalytic cracking system)이 제공될 수 있으며, 여기서 상기 시스템은 반응기/재생기, 주 분류기 및 VRU로 구성되거나 본질적으로 구성되고, 상기 반응기/재생기는 가스 오일들 및/또는 DAO 및/또는 대기 잔여물 및 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 경질 나프타 공급물을 포함하는 공급물을 수용하도록 적용되며, 상기 반응기/재생기는 경질 및 중질 파라핀 탄화수소들, 나프텐, 방향족 및 올레핀 탄화수소들을 구비하는 고가치의 생성물 스트림을 포함하고, 상기 주 분류기는 상기 고가치의 생성물 스트림을 수용하고 분류하도록 구성되며, 상기 주 분류기는 연료 가스, C3/C4 및 경질 나프타를 포함하는 분류기 증기 생성물 스트림, 와일드 나프타 스트림, 그리고 중질 나프타, LCO 및 슬러리를 포함하는 분류기 액체 생성물 스트림을 포함하고, 상기 VRU는 일차 흡수기를 포함하며, 상기 VRU는 상기 분류기 증기 및 와일드 나프타 생성물 스트림들을 수용하고, 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림을 얻기 위해 이들을 분리하며, 여기서 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림은 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 경질 나프타 공급물로서 상기 반응기/재생기로 행하게 되고, 상기 VRU는 1) 탈부탄탑 칼럼 및 나프타 분할기 칼럼의 결합, 또는 2) DWC로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 유닛들을 더 포함하며, 여기서 탈부탄탑 저부 생성물은 상기 나프타 분할기 칼럼에 대한 공급물 및 상기 일차 흡수기에 대한 공급물 사이로 분할되고, 상기 나프타 분할기 칼럼은 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림을 분할해 내며, 상기 DWC가 이용될 경우에 이는 예비 분류기 섹션 및 주 분류기 섹션을 포함하고, 상기 DWC는 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림인 측부 인출(side draw)을 포함하며, 상기 DWC는 상기 일차 흡수기에 대한 저부 생성물 공급물을 포함한다.
"포함하는" 및 "포함한다"와 같은 표현들은 특허 청구 범위에 걸쳐 사용되는 바에서 각기 "이에 한정되지는 않지만 포함하는" 및 "이에 한정되지는 않지만 포함한다"라는 의미들로 이해되어야 할 것이다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "실질적으로"와 같은 표현은 "크지만 전체적으로 명시된 경우는 아닌"을 의미한다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "일", "한" 및 "하나"와 같은 단수 표현들은 본문에서 명확하게 다르게 나타내지 않는 한은 복수의 형태들로 포함하는 것으로 의도된다.
여기에 사용되는 바에 있어서, 주어진 파라미터에 대해 언급되는 "약"이라는 표현은 지칭되는 값을 포함하며, 본문에 나타낸 의미를 가진다(예를 들어, 상기 주어진 파라미터의 측적과 연관되는 오차의 정도를 포함한다).
여기에 사용되는 바에 있어서, "및/또는"이라는 표현은 연관된 열거되는 사항들 중에서 하나 또는 그 이상의 임의의 및 모든 결합들을 포함한다.
Claims (14)
- 올레핀 생산을 위해 구성되는 접촉 분해 시스템(catalytic cracking system)에 있어서,
가스 오일들, 탈아스팔트 오일(deasphalted oil: DAO), 방향족 잔여물 및 방향족이 없는(aromatics-free) C5/C6이 풍부한 경질 나프타 공급물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 공급물(14)을 수용하도록 적용되는 반응기/재생기(10)를 포함하며, 상기 반응기/재생기(10)는 경질 및 중질 파라핀 탄화수소들, 나프텐, 방향족 및 올레핀 탄화수소들을 포함하는 고가치의 생성물 스트림(16)을 포함하고;
상기 고가치의 생성물 스트림(16)을 수용하고 분류하기 위해 구성되는 주 분류기(main fractionator)(18)를 포함하며, 상기 주 분류기(18)는,
연료 가스, C3/C4 및 경질 나프타를 포함하는 분류기 증기 생성물 스트림(22);
와일드(wild) 나프타 생성물 스트림(34); 및
중질 나프타, 접촉 분해 경유(LCO) 및 슬러리로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 분류기 액체 생성물 스트림(20)을 포함하며;
일차 흡수기(58)를 포함하는 증기 회수 유닛(VRU)을 포함하고, 상기 VRU는 상기 분류기 증기 및 와일드 나프타 생성물 스트림들(22, 34)을 수용하고 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(96)을 얻기 위해 이들을 분리하며, 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(74)은 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 경질 나프타 공급물 재순환으로서 상기 반응기/재생기(10)로 향해지고;
상기 VRU는 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유닛들을 포함하며,
1) 탈부탄탑 칼럼(40) 및 나프타 분할기 칼럼(splitter column)(76)의 결합,
여기서, 탈부탄탑(debutanizer) 저부 생성물(82)은 상기 나프타 분할기 칼럼(76)에 대한 공급물 및 상기 일차 흡수기(58)에 대한 공급물 사이에 분할되고,
상기 나프타 분할기 칼럼(76)은 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(74)을 분할해 내며,
2) 예비 분류기 섹션(pre-fractionator section)(98) 및 주 분류기 섹션(99)을 포함하는 분리벽형 증류탑(DWC)(88),
여기서, 상기 DWC(88)는 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(96)인 측부 인출(side draw)을 포함하고,
상기 DWC는 상기 일차 흡수기(58)에 대한 저부 생성물 공급물(92)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 분해 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 VRU는 탈부탄탑 칼럼(40) 및 상기 나프타 분할기 칼럼(76)의 결합을 포함하며, 상기 나프타 분할기 칼럼(76)은 수소처리기(hydrotreater)로 향해지는 저부 생성물 스트림(84)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 분해 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 저부 생성물 스트림(84)은 접촉 분해된 나프타 가솔린 혼합 원료인 것을 특징으로 하는 접촉 분해 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 탈부탄탑 칼럼(40)은 탈프로판탑(depropanizer)(44)에 대한 오버헤드(overhead) C3/C4 생성물 스트림(42)을 포함하며, 상기 탈프로판탑(44)은 C3 생성물 스트림(48)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 분해 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 VRU는 상기 DWC(88)를 포함하고, 상기 DWC(88)는 오버헤드 C3/C4 생성물 스트림(90), 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(96)인 주 분류기 측부 스트림 및 수소처리기로 향해지는 저부 생성물(94)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 분해 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 저부 생성물(94)은 접촉 분해된 나프타 가솔린 혼합 원료인 것을 특징으로 하는 접촉 분해 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 DWC(88)는 탈프로판탑(44)에 대한 오버헤드 C3/C4 생성물 스트림(90)을 포함하며, 상기 탈프로판탑(44)은 C3 생성물 스트림(48)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 분해 시스템.
- 접촉 분해 시스템 내에서 올레핀을 생성하기 위한 방법에 있어서,
공급물(14)을 반응기/재생기(10)로 향하게 하는 단계를 포함하며, 상기 공급물(14)은 가스 오일들, 탈아스팔트 오일(DAO), 방향족 잔여물 및 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 경질 나프타 공급물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하고;
상기 반응기/재생기(10)로 경질 및 중질 파라핀 탄화수소들, 나프텐 방향족 및 올레핀 탄화수소들을 포함하는 고가치의 생성물 스트림(16)을 발생시키는 단계를 포함하며;
상기 고가치의 생성물 스트림(16)을 주 분류기(18)로 향하게 하는 단계를 포함하고;
주 분류기(18)로,
연료 가스, C3/C4 및 경질 나프타를 포함하는 분류기 증기 생성물 스트림(22);
와일드 나프타 생성물 스트림(34); 및
중질 나프타, 접촉 분해 경유(LCO) 및 슬러리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 분류기 액체 생성물 스트림(20)을 분류하고 발생시키는 단계를 포함하며;
분류기 증기 및 와일드 나프타 생성물 스트림들(22, 34)을 일차 흡수기(58)를 포함하는 증기 회수 유닛(VRU)으로 향하게 하는 단계를 포함하고;
상기 VRU로 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(74)을 얻기 위해 상기 분류기 증기 및 와일드 나프타 생성물 스트림들(22, 34)을 분리하는 단계를 포함하며;
상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(74)을 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 경질 나프타 공급물 재순환으로서 상기 반응기/재생기(10)로 향하게 하는 단계를 포함하고;
상기 VRU는 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유닛들을 포함하며,
1) 탈부탄탑 칼럼(40) 및 나프타 분할기 칼럼(76)의 결합,
여기서, 탈부탄탑 저부 생성물(82)은 상기 나프타 분할기 칼럼(76)에 대한 공급물 및 상기 일차 흡수기(58)에 대한 공급물 사이에 분할되고,
상기 나프타 분할기 칼럼(76)은 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(74)을 분할해 내며,
2) 예비 분류기 섹션 및 주 분류기 섹션(99)을 포함하는 분리벽형 증류탑(DWC)(88),
여기서, 상기 DWC(88)는 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(96)인 측부 인출을 포함하고,
상기 DWC는 상기 일차 흡수기(58)에 대한 저부 생성물 공급물(92)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제8항에 있어서, 상기 VRU는 상기 탈부탄탑 칼럼(40) 및 상기 나프타 분할기 칼럼(76)의 결합을 포함하며, 상기 방법은 저부 생성물 스트림(84)을 상기 나프타 분할기 칼럼(76)으로부터 수소처리기로 향하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 저부 생성물 스트림(84)은 접촉 분해된 나프타 가솔린 혼합 원료인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 탈부탄탑 칼럼(40)은 탈프로판탑(44)에 대해 오버헤드 C3/C4 생성물 스트림(42)을 발생시키며, 상기 탈프로판탑(44)은 C3 생성물 스트림(48)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 VRU는 상기 DWC(88)를 포함하고, 상기 DWC(88)는 오버헤드 C3/C4 생성물 스트림(90) 및 상기 방향족이 없는 C5/C6이 풍부한 생성물 스트림(96)인 주 분류기 측부 스트림을 발생시키며, 상기 방법은 저부 생성물(94)을 수소처리기로 향하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 저부 생성물(94)은 접촉 분해된 나프타 가솔린 혼합 원료인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 DWC(88)는 탈프로판탑(44)에 대한 오버헤드 C3/C4 생성물 스트림(90)을 포함하며, 상기 탈프로판탑(44)은 C3 생성물 스트림(48)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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-
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