KR20230058706A - 경질 올레핀을 형성하기 위한 원유의 가공 방법 - Google Patents

경질 올레핀을 형성하기 위한 원유의 가공 방법 Download PDF

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치 쉬
아론 치 아카
무사에드 살렘 알-그라미
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사우디 아라비안 오일 컴퍼니
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Abstract

탄화수소 물질은, 탄화수소 물질을 적어도 저비점 분획, 중비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 가공될 수 있다. 상기 방법은 상기 저비점 분획의 적어도 일부를 스팀 크래킹하는 단계, 상기 중비점 분획의 적어도 일부를 촉매 크래킹하는 단계 및 상기 고비점 분획의 적어도 일부를 수첨 크래킹하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

Description

경질 올레핀을 형성하기 위한 원유의 가공 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 9월 1일에 출원되고, 발명의 명칭이 "경질 올레핀을 형성하기 위한 원유의 가공 방법"인 미국 특허출원 제17/009,039호에 대해 우선권을 주장하며, 이의 전문은 인용에 의해 본원에 포함된다.
기술분야
본 발명의 양태들은 일반적으로 화학적 가공에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 탄화수소 공급원료의 가공 방법 및 시스템에 관한 것이다.
에틸렌, 프로펜, 부텐, 부타디엔 및 방향족 화합물, 예를 들면, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌은 석유화학 산업의 많은 부분을 위한 기본 중간체이다. 이들은 일반적으로 석유 가스 및 증류물, 예를 들면, 나프타, 케로센 또는 심지어 가스 오일의 열 크래킹(또는 스팀 열분해)를 통해 얻어진다. 이러한 화합물은 고전적인 중질 공급원료, 예를 들면, 가스 오일 또는 잔류물이 전환되는 정유 유체 촉매 크래킹(FCC) 공정을 통해서도 생산된다. 일반적인 FCC 공급원료는 수첨 크래킹되는 저부에서 중질 공급물 분획, 예를 들면, 진공 가스 오일 및 상압 잔류물에 이르기까지 다양하지만, 이들 공급원료는 제한적이다. 프로펜 생산을 위한 두 번째로 중요한 공급원은 현재 FCC 유닛에서의 정유 프로펜이다. 수요가 계속 증가함에 따라, FCC 유닛의 소유주들은 프로펜 시장에서 발생하는 경제적 기회를 활용하여 수익을 증대하기 위해 점점 더 석유화학 시장에 눈을 돌리고 있다.
경질 올레핀에 대한 세계적으로 증가하는 수요는 많은 통합 정유소에게 주요 과제로 남아 있다. 특히, 일부 가치 있는 경질 올레핀, 예를 들면, 에틸렌, 프로펜 및 부텐의 생산은 순수한 올레핀 스트림이 중합체 합성을 위한 빌딩 블록으로 간주되기 때문에, 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 경질 올레핀의 생산은 공급물 유형, 작동 조건 및 촉매 유형과 같은 여러 공정 변수에 따른다.
더 높은 수율의 프로펜 및 기타 경질 올레핀을 생산할 수 있는 옵션들에도 불구하고, 본 분야에서의 집중적인 연구 활동이 여전히 수행되고 있다. 원유 공급원으로부터 경질 올레핀 및/또는 BTX를 직접 생산하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 방법은, 원유가 예를 들면, 스팀 또는 촉매 크래킹 절차를 방해할 수 있는 매우 중질의 성분을 포함하고 있기 때문에 문제가 있다. 본원은 공급물 탄화수소 스트림을 별도로 가공되는 적어도 3개의 스트림으로 분리함으로써 탄화수소 공급원으로부터 경질 올레핀 및/또는 BTX를 형성하는 방법에 관한 것이다. 공급물의 경질 성분은 스팀 크래킹될 수 있고, 공급물의 중간 부분은 촉매 크래킹될 수 있고, 공급물의 중질 성분은 수소 처리될 수 있다. 수첨 가공된 생성물은 이후에 시스템에서 재순환될 수 있다. 이러한 시스템은 일부 공지된 시스템과 비교하여 향상된 경질 올레핀 및/또는 BTX의 수율을 생성한다.
하나 이상의 양태에 따르면, 탄화수소 물질은, 탄화수소 물질을 적어도 저비점 분획, 중비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 가공될 수 있다. 상기 방법은 저비점 분획의 적어도 일부를 스팀 크래킹하는 단계, 중비점 분획의 적어도 일부를 촉매 크래킹하는 단계 및 고비점 분획의 적어도 일부를 수첨 크래킹하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
하나 이상의 추가의 양태에 따르면, 탄화수소 물질은, 탄화수소 물질을 적어도 저비점 분획, 중비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계, 저비점 분획의 적어도 일부를 스팀 크래킹하는 단계, 중비점 분획의 적어도 일부를 촉매 크래킹하는 단계 및 고비점 분획의 적어도 일부를 수첨 크래킹하는 단계를 포함하는 방법에 의해 처리될 수 있다. 상기 저비점 분획은 최종 비점이 280 내지 320℃일 수 있다. 상기 중비점 분획은 초기 비점이 280 내지 320℃일 수 있고, 최종 비점이 520 내지 560℃일 수 있다. 상기 고비점 분획은 초기 비점이 520 내지 560℃일 수 있다.
개시되는 양태들의 추가의 특징적인 구성 및 이점은 이하의 상세한 설명에서 설명되며, 부분적으로는 청구범위 및 첨부된 도면이 이어지는 상세한 설명을 포함하여 개시된 양태를 실행함으로써 해당 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해지거나 인식된다.
본 발명의 특정 양태에 대한 이하의 상세한 설명은 이하의 도면들과 함께 해석시 가장 잘 이해될 수 있고, 여기서 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 본원에 개시된 하나 이상의 양태에 따른 탄화수소 전환 시스템의 일반화된 개략도이다.
도 2는 본원에 개시된 하나 이상의 양태에 따른 스팀 크래킹 유닛의 일반화된 개략도를 도시한다.
도 3은 본원에 개시된 하나 이상의 양태에 따른 FCC 유닛의 일반화된 개략도를 도시한다.
단순화된 개략도 및 관련 도면의 설명을 개시하기 위해, 사용될 수 있고 특정 화학 가공 작업 분야의 당업자에게 널리 공지된 다수의 밸브, 온도 센서, 전자 제어기 등이 포함되지 않는다. 또한, 일반적인 화학 가공 작업에 종종 포함되는 부속 구성 요소, 예를 들면, 공기 공급기, 촉매 호퍼 및 연도 가스 처리 시스템은 도시되지 않는다. 수첨 크래킹 유닛에 있는 부속 구성 요소, 예를 들면, 블리드 스트림, 소모된 촉매 배출 서브시스템 및 촉매 대체 서브시스템도 도시되지 않는다. 이들 구성 요소는 개시된 본 발명의 양태들의 사상 및 범위 내에 있음을 이해해야 한다. 그러나, 본원에 개시된 것과 같은 동작 구성 요소가 본원에 개시된 양태에 추가될 수 있다.
도면의 화살표는 공정 스트림을 나타낸다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 화살표는 2개 이상의 시스템 구성 요소들 사이에서 공정 스트림을 이송하는 역할을 할 수 있는 이송 라인을 동등하게 나타낼 수 있다. 또한, 시스템 구성 요소에 연결되는 화살표는 각각의 주어진 시스템 구성 요소의 유입구 또는 유출구를 정의한다. 화살표 방향은 일반적으로 화살표로 표시된 물리적 이송 라인 내에 포함되는 스트림 물질의 주요 이동 방향과 일치한다. 또한, 2개 이상의 시스템 구성 요소를 연결하지 않는 화살표는 도시된 시스템을 빠져나가는 생성물 스트림 또는 도시된 시스템으로 유입되는 시스템 유입구 스트림을 의미한다. 생성물 스트림은 수반되는 화학 가공 시스템에서 추가로 가공될 수 있거나, 최종 생성물로 상업화될 수 있다. 시스템 유입구 스트림은 수반되는 화학 가공 시스템으로부터 이송되는 스트림일 수 있거나, 가공되지 않은 공급원료 스트림일 수 있다. 일부 화살표는 재순환 스트림을 나타낼 수 있으며, 이는 시스템 내로 다시 재순환되는 시스템 구성 요소의 유출물 스트림이다. 그러나, 임의의 제시된 재순환 스트림은, 일부 양태에서, 동일한 물질의 시스템 유입구 스트림으로 대체될 수 있고, 재순환 스트림의 일부가 시스템 생성물로서 상기 시스템을 빠져나갈 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 도면의 화살표는 하나의 시스템 구성 요소로부터 다른 시스템 구성 요소로 스트림을 이송하는 공정 단계를 개략적으로 도시할 수 있다. 예를 들면, 하나의 시스템 구성 요소로부터 다른 시스템 구성 요소를 가리키는 화살표는 시스템 구성 요소 유출물의 다른 시스템 구성 요소로의 "전달"을 나타낼 수 있고, 여기에는 공정 스트림의 성분이 하나의 시스템 구성 요소를 "빠져나가"거나 이로부터 "제거"되는 것 및 상기 생성물 스트림의 성분을 다른 시스템 구성 요소로 "도입"되는 것이 포함될 수 있다.
관련 도면에 제시된 양태에 따르면, 2개의 시스템 구성 요소들 사이의 화살표는 스트림이 2개의 시스템 구성 요소들 사이에서 가공되지 않는다는 것을 의미할 수 있음을 이해해야 한다. 다른 양태에서, 화살표로 나타낸 스트림은 2개의 시스템 구성 요소들 사이의 이송을 통해 실질적으로 동일한 조성을 가질 수 있다. 또한, 하나 이상의 양태에서, 화살표는 스트림의 적어도 75wt%, 적어도 90wt%, 적어도 95wt%, 적어도 99wt%, 적어도 99.9wt% 또는 심지어 100wt%가 시스템 구성 요소들 사이에서 이송됨을 나타낼 수 있음을 이해해야 한다. 이와 같이, 일부 양태에서, 예를 들면, 슬립 스트림이 존재하는 경우와 같이, 화살표로 나타낸 모든 스트림보다 적은 스트림이 시스템 구성 요소들 사이에서 이송될 수 있다.
2개 이상의 라인이 관련 도면의 개략적인 흐름도에서 교차할 때, 2개 이상의 공정 스트림이 "혼합" 또는 "배합"된다는 것을 이해해야 한다. 혼합 또는 배합은 유사한 반응기, 분리 장치 또는 기타 시스템 구성 요소에 두 스트림 모두를 직접 도입하여 혼합함을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 2개의 스트림이 분리 유닛 또는 반응기에 유입되기 직전에 배합되는 것으로 도시되는 경우, 일부 양태에서 스트림들이 분리 유닛 또는 반응기로 동등하게 도입되고 반응기에서 혼합될 수 있음을 이해해야 한다. 다르게는, 2개의 스트림이 시스템 구성 요소에 독립적으로 유입되는 것으로 도시되는 경우, 일부 양태에서 상기 2개의 스트림은 상기 시스템 구성 요소에 유입되기 전에 함께 혼합될 수 있다.
지금부터 다양한 양태들을 보다 상세하게 참조할 것이며, 이들의 일부 양태는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 가능할 때마다 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 도면 전체에서 동일한 참조 번호가 사용된다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 하나 이상의 탄화수소 공급물 스트림을 하나 이상의 석유화학 생성물로 전환하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 탄화수소 공급물 스트림은 비점에 기초하여 상이한 조성물의 적어도 3개의 스트림으로 분리될 수 있고, 본원에서는 저비점 분획, 중비점 분획 및 고비점 분획으로 나타낸다. 저비점 분획은 스팀 크래킹될 수 있다. 중비점 분획은 촉매 크래킹될 수 있다. 고비점 분획은 수소 처리될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "반응기"는 임의로 하나 이상의 촉매의 존재 하에, 하나 이상의 반응물 사이에서 하나 이상의 화학 반응이 일어날 수 있는 용기를 나타낸다. 예를 들면, 반응기는 배취 반응기, 연속 교반-탱크 반응기(CSTR) 또는 플러그 유동 반응기로서 작동하도록 구성된 탱크 또는 관형 반응기를 포함할 수 있다. 예시적인 반응기는 충전층 반응기, 예를 들면, 고정층 반응기 및 유동층 반응기를 포함한다. 하나 이상의 "반응 구역"이 반응기에 배치될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "반응 구역"은 반응기에서 특정 반응이 일어나는 영역을 나타낸다. 예를 들면, 다중 촉매층이 있는 충전층 반응기는 다중 반응 구역을 가질 수 있고, 각각의 반응 구역은 각각의 촉매층의 면적으로 한정된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "분리 유닛"은 공정 스트림에서 혼합되는 하나 이상의 화학 물질을 적어도 부분적으로 서로 분리하는 임의의 분리 장치를 나타낸다. 예를 들면, 분리 유닛은 상이한 화학 종, 상 또는 사이징된(sized) 물질을 선택적으로 서로 분리하여 하나 이상의 화학 분획을 형성할 수 있다. 분리 유닛의 예는 증류 컬럼, 플래시 드럼, 녹아웃 드럼, 녹아웃 포트, 원심분리기, 사이클론, 여과 장치, 트랩, 스크러버, 확장 장치, 막, 용매 추출 장치 등을 비제한적으로 포함한다. 본원에 개시되는 분리 공정은 하나의 화학 성분 모두를 다른 모든 화학 성분으로부터 완전히 분리할 수는 없다는 것을 이해해야 한다. 본원에 개시되는 분리 공정은 "적어도 부분적으로" 상이한 화학 성분들을 서로 분리함을 이해해야 하고, 명시적으로 언급되지 않더라도 분리가 부분적 분리만을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 화학 성분은 공정 스트림으로부터 "분리"되어 새로운 공정 스트림을 형성할 수 있다. 일반적으로, 공정 스트림은 분리 유닛에 유입되어 원하는 조성의 2개 이상의 공정 스트림으로 분할될 수 있거나 분리될 수 있다. 또한, 일부 분리 공정에서, "저비점 분획"(종종 "경질 분획"으로 나타냄) 및 "고비점 분획"(종종 "중질 분획"으로 나타냄)이 분리 장치를 빠져나갈 수 있으며, 평균적으로 저비점 분획 스트림의 성분들은 고비점 분획 스트림보다 비점이 낮다. 다른 스트림은 저비점 분획과 고비점 분획 사이, 예를 들면, "중비점 분획"에 속할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "하이-시버러티(high-severity) 조건"은 일반적으로 500℃ 이상의 FCC 온도, 5:1 이상의 촉매 대 탄화수소의 중량비(촉매 대 오일 비) 및 3초 미만의 체류 시간을 나타내며, 이들 모두 일반적인 FCC 반응 조건보다 더 가혹할 수 있다.
"유출물"은 일반적으로 특정 반응 또는 분리 후에 시스템 구성 요소, 예를 들면, 분리 유닛, 반응기 또는 반응 구역을 빠져나가는 스트림을 나타내고, "유출물"은 일반적으로 상기 분리 장치, 반응기 또는 반응 구역으로 유입된 스트림과는 (적어도 부분적으로) 상이한 조성을 가짐을 이해해야 한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "촉매"는 특정 화학 반응의 속도를 증가시키는 임의의 물질을 나타낸다. 본원에 개시되는 촉매는 다양한 반응, 예를 들면, 크래킹(방향족 크래킹 포함), 탈금속화, 탈황 및 탈질소화이지만 이에 제한되지 않는 반응을 촉진하기 위해 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "크래킹"은 일반적으로 탄소-탄소 결합이 파괴되는 화학 반응을 나타낸다. 예를 들면, 탄소 대 탄소 결합을 갖는 분자는 하나 이상의 탄소 대 탄소 결합의 파괴에 의해 하나 초과의 분자로 파괴되거나, 탄소 대 탄소 결합을 갖는 분자는 사이클릭 모이어티(moiety)를 포함하는 화합물, 예를 들면, 사이클로알칸, 사이클로알칸, 나프탈렌, 방향족 등으로부터, 사이클릭 모이어티를 포함하지 않거나 크래킹 전보다 더 적은 사이클릭 모이어티를 함유하는 화합물로 전환된다.
본원에서 사용되는 용어 "제1 촉매"는 제1 크래킹 반응 구역에 도입되는 촉매, 예를 들면, 제1 촉매 혼합 구역으로부터 제1 크래킹 반응 구역으로 전달되는 촉매를 나타낸다. 제1 촉매는 재생 촉매, 소모된 제1 촉매, 소모된 제2 촉매, 새로운 촉매 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "제2 촉매"는 제2 크래킹 반응 구역에 도입되는 촉매, 예를 들면, 제2 촉매 혼합 구역으로부터 제2 크래킹 반응 구역으로 전달되는 촉매를 나타낸다. 제2 촉매는 재생 촉매, 소모된 제1 촉매, 소모된 제2 촉매, 새로운 촉매 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "소모된 촉매"는 탄화수소 물질, 예를 들면, 고비점 분획 또는 저비점 분획을 크래킹하기 위해 크래킹 반응 구역에 도입되고 통과하였지만, 크래킹 반응 구역에 도입된 후 재생기에서 재생되지 않은 촉매를 나타낸다. "소모된 촉매"는 촉매 상에 침착된 코크를 가질 수 있고, 부분적으로 코크화된 촉매 및 완전히 코크화된 촉매를 포함할 수 있다. "소모된 촉매" 상에 침착된 코크의 양은 재생 후 재생된 촉매에 남아 있는 코크의 양보다 많을 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "재생된 촉매"는, 크래킹 반응 구역에 도입된 후 재생기에서 재생되어 촉매를 더 높은 온도로 가열하고, 산화시키고, 촉매로부터 코크의 적어도 일부를 제거하거나 이들 모두에 의해 촉매의 촉매 활성의 적어도 일부를 회복시키는 촉매를 나타낸다. "재생된 촉매"는 소모된 촉매보다 코크가 더 적거나, 온도가 더 높거나 또는 이들 둘 다일 수 있고, 소모된 촉매보다 촉매 활성이 더 클 수 있다. "재생 촉매"는 크래킹 반응 구역 및 재생기를 통과하지 않은 새로운 촉매보다 더 많은 코크 및 더 적은 촉매 활성을 가질 수 있다.
스트림은 스트림의 성분에 대해 명명될 수 있고, 스트림이 명명된 성분은 상기 스트림의 주요 성분(예를 들면, 상기 스트림의 성분의 50wt%, 70wt%, 90wt%, 95wt%, 99wt%, 99.5wt% 또는 심지어 99.9wt% 내지 상기 스트림의 성분의 100wt%)일 수 있음을 추가로 이해해야 한다. 또한, 스트림의 성분은, 상기 성분을 포함하는 스트림이 시스템 구성 요소로부터 다른 시스템 구성 요소로 전달되는 것으로 개시되는 경우, 하나의 시스템 구성 요소로부터 다른 시스템 구성 요소로 전달되는 것으로 개시된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 제1 시스템 구성 요소로부터 제2 시스템 구성 요소로 전달되는 것으로 개시되는 "프로필렌 스트림"은 제1 시스템 구성 요소로부터 제2 시스템 구성 요소로 전달되는 "프로필렌"을 동등하게 개시하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1을 참조하면, 탄화수소 공급물 스트림(102)은 일반적으로 탄화수소 물질을 포함할 수 있고, 탄화수소 공급물 스트림의 설명은 탄화수소 물질의 양태를 설명할 수 있다. 양태들에서, 탄화수소 공급물 스트림의 탄화수소 물질은 원유일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "원유"는 일부 양태의 불순물, 예를 들면, 상당한 분리 또는 반응 과정을 거치지 않은 황-함유 화합물, 질소-함유 화합물 및 금속 화합물을 포함하는 석유 액체들, 기체들, 또는 액체와 기체의 조합들의 혼합물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 원유는 원유 분획물과 구별된다. 특정 양태에서, 원유 공급원료는, 총 금속(Ni+V) 함량이 5ppmw 미만이고, 콘래드슨 탄소 잔류물이 5wt% 미만인 원유 공급원료를 제공하기 위해, 최소한으로 처리된 경질 원유일 수 있다. 이러한 최소한으로 처리된 물질은 본원에 개시되는 원유로 간주될 수 있다.
본원 명세서 및 실시예들은 탄화수소 공급물 스트림(102)의 탄화수소 물질로서 원유를 특정할 수 있지만, 도 1 내지 3 각각의 양태와 관련하여 개시되는 탄화수소 공급물 전환 시스템(100)이 폭넓게 다양한 탄화수소 물질의 전환에 대해 적용 가능하며, 상기 탄화수소 물질은 원유, 진공 잔류물, 타르 샌드, 역청, 상압 잔류물, 진공 가스 오일, 탈금속 오일, 나프타 스트림, 기타 탄화수소 스트림 또는 이들 물질들의 조합을 포함하지만 이로 제한되지 않는 탄화수소 공급물 스트림(102)에 존재할 수 있다. 탄화수소 공급물 스트림(102)은 하나 이상의 비-탄화수소 성분, 예를 들면, 하나 이상의 중금속, 황 화합물, 질소 화합물, 무기 성분 또는 기타 비-탄화수소 화합물을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급물 스트림(102)이 원유인 경우, 미국 석유 협회(API, American Petroleum Institute) 비중이 22 내지 40°일 수 있다. 예를 들면, 사용되는 탄화수소 공급물 스트림(102)은 아랍 헤비 원유(Arab heavy crude oil)일 수 있다(API 비중 약 28°), 아랍 미디엄(Arab medium)(API 비중 약 30°), 아랍 라이트(Arab light)(API 비중 약 33°) 또는 아랍 익스트라 라이트(Arab extra light)(API 비중 약 39°). 하나의 특정 등급의 아랍 헤비 원유에 대한 예시적인 성질이 이하 표 1에 제공된다. 본원에서 사용되는 "탄화수소 공급물"은 이전에 처리되지 않고 분리되거나, 그렇지 않은 경우 정제된 (원유와 같은) 미가공 탄화수소 물질을 나타낼 수 있으며, 탄화수소 공급물 스트림(102)으로 탄화수소 공급물 전환 시스템(100)에 도입되기 전에 어느 정도의 가공, 예를 들면, 처리, 분리, 반응, 정제 또는 기타 작업을 거친 탄화수소 물질을 나타낼 수 있음을 이해해야 한다.
[표 1]
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일반적으로, 탄화수소 공급물 스트림(102)의 성분은 비점에 따라 비교적 폭넓게 다양한 화학 종을 포함할 수 있다. 예를 들면, 탄화수소 공급물 스트림(102)은, 탄화수소 공급물 스트림(102)의 5wt% 비점과 95wt% 비점 사이의 차이가 적어도 100℃, 적어도 200℃, 적어도 300℃, 적어도 400℃, 적어도 500℃ 또는 심지어 적어도 600℃가 되게 하는 조성을 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 탄화수소 공급물 스트림(102)은 공급물 분리기(104)로 도입될 수 있으며, 상기 공급물 분리기(104)는 상기 탄화수소 공급물 스트림(102)의 성분들을 적어도 저비점 분획 스트림(106), 중비점 분획 스트림(107) 및 고비점 분획 스트림(108)으로 분리할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 탄화수소 공급물 스트림(102)의 적어도 90wt%, 적어도 95wt%, 적어도 99wt% 또는 심지어 적어도 99.9wt%가, 저비점 분획 스트림(106), 중비점 분획 스트림(107) 및 고비점 분획 스트림(108)의 조합으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 공급물 분리기(104)는 일련의 증기-액체 분리기, 예를 들면, 플래시 드럼(종종 브레이크포트, 녹아웃 드럼, 녹아웃 포트, 압축기 흡입 드럼 또는 압축기 유입구 드럼으로 나타냄)일 수 있다. 증기-액체 분리기는 탄화수소 공급물 스트림(102)을 저비점 분획 스트림(106), 중비점 분획 스트림(107) 및 고비점 분획 스트림(108)으로 분리하기에 적합한 온도 및 압력에서 작동될 수 있다. 폭넓게 다양한 분별 분리기, 예를 들면, 증류 칼럼 등이 사용될 수 있음을 이해하야 한다.
하나 이상의 양태에서, 저비점 분획 스트림(106)은 최종 비점이 280 내지 320℃, 예를 들면, 290 내지 310℃일 수 있다. 일부 양태에서, 저비점 분획 스트림(106)은 일반적으로 나프타를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 저비점 분획 스트림(106)의 가장 경질인 성분은 환경 온도(예를 들면, 플랜트 현장에서의 자연 온도)에서 액체인 성분일 수 있다. 일부 양태에서, 저비점 분획 스트림(106)의 가장 경질인 성분은 탄화수소 공급물 스트림(102)의 가장 경질인 성분일 수 있다. 본원에 기재되는 바와 같이, 컷 포인트(cut point), 최종 비점 및 초기 비점은 대기압에서로 기재된다.
하나 이상의 양태에서, 중비점 분획 스트림(107)은 최종 비점이 520 내지 560℃, 예를 들면, 530 내지 550℃일 수 있다. 중비점 분획 스트림(107)은 초기 비점이 280 내지 320℃, 예를 들면, 290 내지 310℃일 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 고비점 분획 스트림(108)은 초기 비점이 520 내지 560℃, 예를 들면, 530 내지 550℃일 수 있다. 고비점 분획 스트림(108)의 최종 비점은, 일반적으로 탄화수소 공급물 스트림(102)의 가장 중질인 성분에 따를 수 있고, 예를 들면, 적어도 600℃ 또는 심지어 적어도 650℃일 수 있다.
일부 양태에서, 저비점 분획 스트림(106)의 최종 비점은 중비점 분획 스트림(107)의 초기 비점과 동일할 수 있다. 추가의 양태에서, 중비점 분획 스트림(107)의 최종 비점은 고비점 분획 스트림(108)의 초기 비점과 동일할 수 있다. 이러한 양태에서, (대기압에서의) "컷 포인트"는 각각의 분획 사이에 존재한다고 말할 수 있다. 이들 양태에서, 저비점 분획 스트림(106)과 중비점 분획 스트림(107) 사이의 컷 포인트는 280 내지 320℃, 예를 들면, 290 내지 310℃일 수 있다. 중비점 분획 스트림(107)과 고비점 분획 스트림(108) 사이의 컷 포인트는 520 내지 560℃, 예를 들면, 530 내지 550℃일 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 초기 비점은 일반적으로, 탄화수소 조성물의 성분들이 비등하기 시작하는 온도를 나타내고, 최종 비점은 일반적으로, 탄화수소 조성물의 모든 성분이 비등하는 온도를 나타낸다.
탄화수소 공급물 스트림(102)을 공급물 분리기(104)에 도입하기 전에, 하나 이상의 보충 공급물 스트림(도시되지 않음)이 탄화수소 공급물 스트림(102)에 첨가될 수 있다. 상기 개시한 바와 같이, 하나 이상의 양태에서, 탄화수소 공급물 스트림(102)은 원유일 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 탄화수소 공급물 스트림(102)은 원유일 수 있고, 진공 잔류물, 타르 샌드, 역청, 상압 잔류물, 진공 가스 오일, 탈금속 오일, 나프타 스트림, 기타 탄화수소 스트림 중 하나 이상 또는 이들 물질들의 조합을 포함하는 하나 이상의 보충 공급물 스트림이 공급물 분리기(104)의 업스트림에서 원유에 첨가될 수 있다.
본 발명의 일부 양태가 원유인 탄화수소 공급물 스트림(102)을 전환하는 데 초점을 맞추고 있지만, 탄화수소 공급물 스트림(102)은 다르게는 하나 이상의 원유 정제 작업으로부터 배출되는 복수의 정제 탄화수소 스트림을 포함할 수 있다. 복수의 정제 탄화수소 스트림은 예를 들면, 진공 잔류물, 상압 잔류물 또는 진공 가스 오일을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 복수의 정제 탄화수소 스트림은 탄화수소 공급물 스트림(102)에 배합될 수 있다. 이러한 양태에서, 탄화수소 공급물 스트림(102)은 공급물 분리기(104)로 도입되어 저비점 분획 스트림(106), 중비점 분획 스트림(107) 및 고비점 분획 스트림(108)으로 분리될 수 있다. 다르게는, 일부 양태에서, 복수의 정제 탄화수소 스트림은 스팀 크래킹 유닛(120), FCC 유닛(140) 및/또는 수첨 가공 유닛(170)에 직접 도입될 수 있다. 본질적으로, 일부 양태에서, 적절한 스트림이 저비점 분획 스트림(106), 중비점 분획 스트림(107) 및 고비점 분획 스트림(108)으로 공급되는 경우, 시스템(100)은 공급물 분리기(104) 없이 기능할 수 있다.
하나 이상의 양태에 따르면, 저비점 분획 스트림(106)은 스트림 크래커 유닛으로 전달될 수 있다. 지금부터 도 2를 참조하면, 스팀 크래킹 및 분리 시스템이 도시되어 있으며, 이는 도 1의 스팀 크래킹 유닛(120)을 나타낸다. 도 2는 스팀 크래킹 유닛의 일 양태를 나타내며, 스팀 크래킹 유닛의 다른 구성이 고려된다. 스팀 크래커 유닛(348)은 대류 구역(350) 및 열분해 구역(351)을 포함할 수 있다. 저비점 분획 스트림(106)은 스팀(305)을 따라 대류 구역(350)으로 통과할 수 있다. 대류 구역(350)에서, 업그레이드된 오일 스트림(303)은 원하는 온도, 예를 들면, 400 내지 650℃로 가열된다. 이어서, 대류 구역(350)에 존재하는 업그레이드된 오일 스트림(303)의 성분은 열분해 구역(351)으로 전달될 수 있으며, 여기서 스팀 크래킹된다. 스팀-크래킹된 유출물 스트림(121)은 스팀 크래커 유닛(348)을 빠져나갈 수 있고, 임의로 공정 유체(309), 예를 들면, 물 또는 열분해 연료 오일이 스팀-크래킹된 유출물 스트림(121)을 냉각시키는 열 교환기(308)를 통과할 수 있다. 스팀-크래킹된 유출물 스트림(121)은 크래킹된 탄화수소계 물질들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 상기 크래킹된 탄화수소계 물질들은 하나 이상의 시스템 생성물 스트림에 포함된 하나 이상의 석유화학 생성물로 분리될 수 있다. 예를 들면, 스팀-크래킹된 유출물 스트림(121)은 연료 가스, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 혼합 부텐, C5+, 벤젠, 톨루엔 및/또는 연료 오일 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 이들은 스트림 크래킹으로부터의 물과 추가로 혼합될 수 있다.
하나 이상의 양태에 따르면, 열분해 구역(351)은 700 내지 900℃의 온도에서 작동할 수 있다. 열분해 구역(351)은 0.05 내지 2초의 체류 시간으로 작동할 수 있다. 스팀(305) 대 저비점 분획 스트림(106)의 질량비는 약 0.3:1 내지 약 2:1일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 중비점 분획 스트림(107)은 공급물 분리기(104)로부터 FCC 유닛(140)으로 전달될 수 있다. 지금부터 도 3을 참조하면, FCC 유닛(140)의 양태가 도시되어 있다. 시스템(100)에서 사용하기 위해 FCC 유닛의 다른 구성이 고려된다는 것을 이해해야 한다. FCC 유닛(140)은 촉매/공급물 혼합 구역(156), 크래킹 반응 구역(142), 분리 구역(150) 및 스트리핑 구역(152)을 포함할 수 있다. 중비점 분획 스트림(107)은 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로 도입될 수 있고, 상기 중비점 분획 스트림(107)은 촉매(144)와 혼합될 수 있다. FCC 유닛(140)의 정상 상태 작동 동안, 촉매(144)는 촉매 호퍼(174)로부터 촉매/공급물 혼합 영역(156)으로 전달되는 재생된 촉매(116)를 적어도 포함할 수 있다. 양태들에서, 촉매(144)는 소모된 촉매(146)와 재생된 촉매(116)의 혼합물일 수 있다. 촉매 호퍼(174)는 소모된 촉매(146)의 재생 후의 재생기(160)로부터의 재생된 촉매(116)를 수용할 수 있다. FCC 유닛(140)의 초기 스타트-업(start-up)시, 촉매(144)는 새로운 촉매(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 이는 FCC 유닛(140) 및 재생기(160)를 통해 순환되지 않은 촉매이다. 양태들에서, 새로운 촉매는 탄화수소 공급물 전환 시스템(100)의 작동 동안 촉매 호퍼(174)에도 도입되어, 촉매/공급물 혼합 구역(156)에 도입된 촉매(144)의 적어도 일부가 새로운 촉매를 포함하게 한다. 새로운 촉매는 작동 동안 주기적으로 촉매 호퍼(174)에 도입되어 손실된 촉매를 보급하거나, 또는 예를 들면, 촉매의 중금속 축적을 통해 영구적으로 비활성화되는 소모된 촉매를 보상할 수 있다.
중비점 분획 스트림(107) 및 촉매(144)를 포함하는 혼합물은 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로부터 크래킹 반응 구역(142)으로 전달될 수 있다. 중비점 분획 스트림(107)과 촉매(144)의 혼합물은 크래킹 반응 구역(142)의 상부 부분으로 도입될 수 있다. 크래킹 반응 구역(142)은 하향 유동(downflow) 반응기 또는 "다우너(downer)" 반응기일 수 있으며, 여기서 반응물은 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로부터 크래킹 반응 구역(142)을 통해 분리 구역(150)으로 아래로 유동한다. 스팀이 크래킹 반응 구역(142)의 상부 부분으로 도입되어, 중비점 분획 스트림(107)과 촉매(144)의 혼합물에 추가의 가열을 제공할 수 있다. 중비점 분획 스트림(107)은 크래킹 반응 구역(142)의 촉매(144)와 접촉하여 반응하여, 중비점 분획 스트림(107)의 적어도 일부가 적어도 하나의 크래킹 반응을 겪게 하여 적어도 하나의 크래킹 반응 생성물을 형성하며, 이는 상기 석유화학 생성물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 촉매(144)는, 온도가 크래킹 반응 구역(142)의 크래킹 온도(T142) 이상일 수 있고, 중비점 분획 스트림(107)에 열을 전달하여 흡열 크래킹 반응을 촉진할 수 있다.
도 3에 도시된 FCC 유닛(140)의 크래킹 반응 구역(142)은 크래킹 반응 구역(142)의 하나의 특정 양태의 단순화된 개략도이고, 크래킹 반응 구역(142)의 다른 구성은 탄화수소 공급물 전환 시스템(100)으로의 통합에 적합할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 일부 양태에서, 크래킹 반응 구역(142)은 상향 유동(up-flow) 크래킹 반응 구역일 수 있다. 다른 크래킹 반응 구역 구성이 고려된다. FCC 유닛은 크래킹 반응 구역(142)에서 유체화 촉매(144)가 하이-시버러티 조건에서 중비점 분획 스트림(107)과 접촉하는 탄화수소 공급물 전환 유닛일 수 있다. 크래킹 반응 구역(142)의 크래킹 온도(T142)는 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 양태에서, 크래킹 반응 구역(142)의 크래킹 온도(T142)는 500 내지 700℃일 수 있다. 다른 양태에서, 크래킹 반응 구역(142)의 크래킹 온도(T142)는 550 내지 630℃일 수 있다. 일부 양태에서, 크래킹 온도(T142)는 제1 크래킹 온도(T122)와 상이할 수 있다.
크래킹 반응 구역(142)에서의 촉매(144) 대 중비점 분획 스트림(107)의 중량비(촉매 대 탄화수소 비)는 5:1 내지 40:1, 5:1 내지 35:1, 5:1 내지 30:1, 5:1 내지 25:1, 5:1 내지 15:1, 5:1 내지 10:1, 10:1 내지 40:1, 10:1 내지 35:1, 10:1 내지 30:1, 10:1 내지 25:1, 10:1 내지 15:1, 15:1 내지 40:1, 15:1 내지 35:1, 15:1 내지 30:1, 15:1 내지 25:1, 25:1 내지 40:1, 25:1 내지 35:1, 25:1 내지 30:1 또는 30:1 내지 40:1일 수 있다. 크래킹 반응 구역(142)에서의 촉매(144)와 중비점 분획 스트림(107)의 혼합물의 체류 시간은 0.2 내지 3초, 0.2 내지 2.5초, 0.2 내지 2초, 0.2 내지 1.5초, 0.4 내지 3초, 0.4 내지 2.5초, 0.4 내지 2초, 0.4 내지 1.5초, 1.5 내지 3초, 1.5 내지 2.5초, 1.5 내지 2초 또는 2 내지 3초일 수 있다.
크래킹 반응 구역(142)에서의 크래킹 반응 후, 크래킹 반응 구역(142)으로부터의 유출물의 성분은 촉매(144) 및 크래킹 반응 생성물 스트림(141)을 포함할 수 있고, 이는 분리 구역(150)으로 전달될 수 있다. 분리 구역(150)에서, 촉매(144)는 크래킹 반응 생성물 스트림(141)의 적어도 일부로부터 분리될 수 있다. 양태들에서, 분리 구역(150)은 하나 이상의 기체-고체 분리기, 예를 들면, 하나 이상의 사이클론을 포함할 수 있다. 분리 구역(150)을 빠져나오는 촉매(144)는 크래킹 반응 생성물 스트림(141)의 적어도 잔류 부분을 보유할 수 있다.
분리 구역(150) 이후에, 촉매(144)는 스트리핑 구역(152)으로 전달될 수 있으며, 상기 스트리핑 구역(152)에서 크래킹 반응 생성물 스트림(141)의 잔류 부분의 적어도 일부는 촉매(144)로부터 스트리핑될 수 있고, 스트리핑된 생성물 스트림(154)으로서 회수될 수 있다. 스트리핑된 생성물 스트림(154)은, 하나 또는 하나 초과의 다운스트림 유닛 작업으로 전달될 수 있거나, 추가의 처리를 위해 하나 또는 하나 초과의 다른 스트림과 배합될 수 있다. 스팀(133)이 스트리핑 구역(152)에 도입되어 촉매(144)로부터 크래킹 반응 생성물 스트림(141)의 스트리핑이 용이하게 될 수 있다. 스트리핑된 생성물 스트림(154)은 스트리핑 구역(152)으로 도입되는 스팀(133)의 적어도 일부를 포함할 수 있고, 스트리핑 구역(152)을 통과할 수 있다. 스트리핑된 생성물 스트림(154)은 사이클론 분리기(도시되지 않음)를 통과하여 스트리퍼 용기(도시되지 않음) 밖으로 나갈 수 있다. 스트리핑된 생성물 스트림(154)은 당업계에 공지된 방법, 예를 들면, 스팀(127)과 배합되어 재순환됨에 따라 하나 이상의 생성물 회수 시스템으로 지향될 수 있다. 스트리핑된 생성물 스트림(154)은 하나 이상의 다른 스트림, 예를 들면, 크래킹 반응 생성물 스트림(141)과 배합될 수도 있다. 다른 스트림과의 배합이 고려된다. 예를 들면, 대부분의 스팀을 포함할 수 있는 제1 스트리핑된 생성물 스트림(134)은 스팀(127)과 배합될 수 있다. 다른 양태에서, 제1 스트리핑된 생성물 스트림(134)은 스팀 및 탄화수소로 분리될 수 있고, 스팀 부분은 스팀(127)과 배합될 수 있다. 스트리핑된 생성물 스트림(154)을 스트리핑 제거한 후의 촉매(144)인 소모된 촉매(146)는 스트리핑 구역(152)으로부터 재생기(160)의 재생 구역(162)으로 전달될 수 있다.
탄화수소 공급물 전환 시스템(100)에서 사용되는 촉매(144)는 크래킹 반응 구역(142)에서 사용하기에 적합한 하나 이상의 유체 촉매 크래킹 촉매를 포함할 수 있다. 상기 촉매는 열 운반체일 수 있고, 하이-시버러티 조건에서 작동되는 크래킹 반응 구역(142)의 중비점 분획 스트림(107)으로의 열 전달을 제공할 수 있다. 촉매는 복수의 촉매 활성 부위, 예를 들면, 크래킹 반응을 촉진하는 산성 부위를 가질 수도 있다. 예를 들면, 양태들에서, 촉매는 촉매 활성이 높은 고활성 FCC 촉매일 수 있다. 탄화수소 공급물 전환 시스템(100)에 사용하기에 적합한 유체 촉매 크래킹 촉매의 예는 제올라이트, 실리카-알루미나 촉매, 일산화탄소 연소 촉진제 첨가제, 하부 크래킹 첨가제, 경질 올레핀-생성 첨가제, 기타 촉매 첨가제 또는 이들 성분들의 조합을 비제한적으로 포함한다. 크래킹용 촉매의 적어도 일부로서 사용될 수 있는 제올라이트는 Y, REY, USY, RE-USY 제올라이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 촉매는 형상화된 선택적 촉매 첨가제, 예를 들면, ZSM-5 제올라이트 결정 또는 기타 펜타실형 촉매 구조를 포함할 수도 있고, 이들은 종종 경질 올레핀을 생성하고/하거나 FCC 가솔린 옥탄을 증가시키기 위해 다른 FCC 공정에서 사용된다. 하나 이상의 양태에서, 촉매는 ZSM-5 제올라이트 결정 및 크래킹 촉매 제올라이트 및 일반적인 FCC 크래킹 촉매의 매트릭스 구조의 혼합물을 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 촉매는 클레이, 알루미나 및 결합제가 임베딩된(embedded) Y 및 ZSM-5 제올라이트 촉매의 혼합물일 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 촉매의 적어도 일부는 하나 이상의 희토류 원소(IUPAC 주기율표의 란타나이드 계열의 15개 원소 및 스칸듐 및 이트륨), 알칼리 토금속(IUPAC 주기율표의 2족), 전이 금속, 인, 불소 또는 이들의 임의의 조합을 포함하도록 개질될 수 있으며, 이들은 제1 크래킹 반응 구역(122), 크래킹 반응 구역(142) 또는 이들 둘 다에서 올레핀 수율을 향상시킬 수 있다. 전이 금속은 "원자가 부분적으로 채워진 d 하위-껍질을 가지고 있거나, 불완전한 d 하위-껍질을 가진 양이온을 발생시킬 수 있는 원소"를 포함할 수 있다[IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006-) "transition element"]. 하나 이상의 전이 금속 또는 금속 산화물이 촉매 상에 함침될 수도 있다. 금속 또는 금속 산화물은 IUPAC 주기율표의 6족 내지 10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 상기 금속 또는 금속 산화물은 몰리브덴, 레늄, 텅스텐 중 하나 이상 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 촉매의 일부는 산화텅스텐으로 함침될 수 있다.
재생기(160)는 재생 구역(162), 촉매 이송 라인(164), 촉매 호퍼(174) 및 연도 가스 배출구(166)를 포함할 수 있다. 촉매 이송 라인(164)은 재생된 촉매(116)를 재생 구역(162)으로부터 촉매 호퍼(174)로 통과시키기 위해 재생 구역(162) 및 촉매 호퍼(174)에 유체 연결될 수 있다. 일부 양태에서, 재생기(160)는 하나 이상의 촉매 호퍼(174), 예를 들면, FCC 유닛(140)을 위한 제1 촉매 호퍼(도시되지 않음)를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 연도 가스 배출구(166)는 촉매 호퍼(174)에 위치될 수 있다.
작동시, 소모된 촉매(146)는 스트리핑 구역(152)으로부터 재생 구역(162)으로 전달될 수 있다. 연소 가스는 재생 구역(162)으로 도입될 수 있다. 연소 가스는 연소 공기, 산소, 연료 가스, 연료 오일, 기타 성분 중 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 재생 구역(162)에서, 소모된 촉매(146) 상에 침착된 코크는, 연소 가스의 존재 하에 적어도 부분적으로 산화(연소)되어, 적어도 이산화탄소 및 물을 형성할 수 있다. 일부 양태에서, 소모된 촉매(146) 상의 코크 침착물은 재생 구역(162)에서 완전히 산화될 수 있다. 다른 유기 화합물, 예를 들면, 잔류 제1 크래킹 반응 생성물 또는 크래킹 반응 생성물도 연소 가스의 존재 하에 재생 구역에서 산화될 수 있다. 다른 가스, 예를 들면, 일산화탄소가 재생 구역(162)에서 코크의 산화 동안 형성될 수 있다. 코크 침착물의 산화는 열을 생성하고, 이는 재생된 촉매(116)로 이송되고 재생된 촉매에 보유될 수 있다.
연도 가스(175)는 촉매 이송 라인(164)을 통해 재생 구역(162)으로부터 촉매 호퍼(174)로 재생된 촉매(116)를 운반할 수 있다. 재생된 촉매(116)는 촉매 호퍼(174)로부터 FCC 유닛(140)으로 전달되기 전에 촉매 호퍼(174)에 누적될 수 있다. 촉매 호퍼(174)는 연도 가스(172)를 재생된 촉매(116)로부터 분리하기 위한 가스-고체 분리기로서 작용할 수 있다. 양태들에서, 촉매 호퍼(174)에 배치된 연도 가스(175)는 연도 가스 배출구(166)를 통해 촉매 호퍼(174)를 통과할 수 있다.
촉매는 FCC 유닛(140), 재생기(160) 및 촉매 호퍼(174)를 통해 순환될 수 있다. 촉매(144)는 FCC 유닛(140)에 도입되어 FCC 유닛(140)에서 중비점 분획 스트림(107)을 촉매 크래킹할 수 있다. 크래킹 동안, 코크 침착물이 촉매(144) 상에 형성되어 스트리핑 구역(152)을 통과하는 소모된 촉매(146)를 생성할 수 있다. 소모된 촉매(146)는 재생된 촉매(116)의 촉매 활성보다 촉매 활성이 적을 수도 있으며, 이는 소모된 촉매(146)가 재생된 촉매(116)보다 크래킹 반응을 가능하게 하는데 덜 효과적일 수 있음을 의미한다. 소모된 촉매(146)는 분리 구역(150) 및 스트리핑 구역(152)에서 크래킹 반응 생성물 스트림(141)으로부터 분리될 수 있다. 이어서, 소모된 촉매(146)는 재생 구역(162)에서 재생되어 재생된 촉매(116)를 생성할 수 있다. 재생된 촉매(116)는 촉매 호퍼(174)로 이송될 수 있다.
재생 구역(162)을 통과하는 재생된 촉매(116)는, 상기 재생된 촉매(116)의 총 중량을 기준으로 하여, 1wt% 미만의 코크 침착물을 가질 수 있다. 일부 양태에서, 재생 구역(162)을 통과하는 재생된 촉매(116)는, 상기 재생된 촉매(116)의 총 중량을 기준으로 하여, 0.5wt% 미만, 0.1wt% 미만 또는 0.05wt% 미만의 코크 침착물을 가질 수 있다. 일부 양태에서, 재생 구역(162)으로부터 촉매 호퍼(174)로 통과하는 재생된 촉매(116)는, 상기 재생된 촉매(116)의 총 중량을 기준으로 하여, 0.001 내지 1wt%, 0.001 내지 0.5wt%, 0.001 내지 0.1wt%, 0.001 내지 0.05wt%, 0.005 내지 1wt%, 0.005 내지 0.5wt%, 0.005 내지 0.1wt%, 0.005 내지 0.05wt%, 0.01 내지 1wt%, 0.01 내지 0.5wt%, 0.01 내지 0.1wt%, 0.01 내지 0.05wt%의 코크 침착물을 가질 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 재생 구역(162)을 통과하는 재생된 촉매(116)는 실질적으로 코크 침착물을 포함하지 않을 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 성분이 "실질적으로 포함하지 않는"은, 1wt% 미만의 상기 성분이 촉매, 스트림 또는 반응 구역의 특정 부분에 있음을 의미한다. 예로서, 실질적으로 코크 침착물을 포함하지 않는 재생된 촉매(116)는 1wt% 미만의 코크 침착물을 갖는다. 재생 구역(162)에서 재생된 촉매(116)로부터 코크 침착물의 제거는, 촉매 활성 부위, 예를 들면, 크래킹 반응을 촉진하는 촉매의, 예를 들면, 산성 부위로부터 코크 침착물을 제거할 수 있다. 촉매 상의 촉매 활성 부위로부터 코크 침착물의 제거는 재생된 촉매(116)의 촉매 활성을 소모된 촉매(146)보다 증가시킬 수 있다. 따라서, 재생된 촉매(116)는 소모된 촉매(146)보다 촉매 활성이 더 클 수 있다.
재생된 촉매(116)는 코크 침착물의 연소로부터 발생된 열의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 상기 열은 재생된 촉매(116)의 온도를 소모된 촉매(146)의 온도보다 증가시킬 수 있다. 재생된 촉매(116)는 촉매(144)의 적어도 일부로서 FCC 유닛(140)으로 다시 전달될 때까지 촉매 호퍼(174)에 누적될 수 있다. 촉매 호퍼(174)의 재생된 촉매(116)의 온도는 FCC 유닛(140)의 크래킹 반응 구역(142)의 크래킹 온도(T142) 이상일 수 있다. 재생된 촉매(116)의 더 높은 온도는 크래킹 반응 구역(142)에서의 흡열 크래킹 반응을 위한 열을 제공할 수 있다.
일부 양태에 따르면, 스팀(127)은, FCC 유닛(140)으로 전달되기 전에, 중비점 분획 스트림(107)과 혼합될 수 있다. 스팀(127)은 중비점 분획 스트림(107)의 크래킹의 중비점 분획 스트림(107) 업스트림과 배합될 수 있다. 스팀(127)은 수첨 가공된 상압 잔류물 스트림(108)에서 탄화수소의 분압을 감소시키는 희석제로서 작용할 수 있다. 스팀(127)과 중비점 분획 스트림(107)의 배합된 혼합물의 스팀:오일 질량비는 적어도 0.5일 수 있다. 추가적인 양태에서, 스팀:오일 비는 0.5 내지 0.55, 0.55 내지 0.6, 0.6 내지 0.65, 0.65 내지 0.7, 0.7 내지 0.75, 0.75 내지 0.8, 0.8 내지 0.85, 0.85 내지 0.9, 0.9 내지 0.95 또는 이들 범위의 임의의 조합일 수 있다.
스팀(127)은 탄화수소 분압을 낮추는 목적을 수행할 수 있고, 이는 경질 올레핀(예를 들면, 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌)의 수율을 증가시킬 뿐만 아니라 코크의 형성을 감소시키는 이중 효과를 가질 수 있다. 프로필렌 및 부틸렌과 같은 경질 올레핀은 주로 카보늄 이온 메커니즘에 따르는 촉매 크래킹 반응에서 발생되며, 이는 중간 생성물이므로, 2차 반응, 예를 들면, 수소 전달 및 방향족화(코크의 형성으로 이어짐)을 거칠 수 있다. 스팀(127)은 이러한 2차 2분자 반응을 억제함으로써 경질 올레핀의 수율을 증가시킬 수 있고, 경질 올레핀에 대한 선택성을 선호하는 반응물 및 생성물의 농도를 감소시킬 수 있다. 스팀(127)은 촉매 표면 상의 코크 형성을 담당하는 2차 반응도 억제할 수 있고, 이는 촉매가 높은 평균 활성화를 유지하는 데 좋다. 이러한 요인은 큰 스팀-대-오일 중량비가 경질 올레핀 생산에 유리하다는 것을 보여줄 수 있다. 그러나, 스팀(127)의 양이 증가하면 전체 에너지 소비가 증가하고, 유닛 장비의 폐기 용량이 감소하고, 생성물의 응축 및 분리가 이어지는 불편함이 있기 때문에, 스팀-대-오일 중량비는 실제 산업 작업 공정에서 무한히 향상되지 않을 수 있다. 따라서, 최적의 스팀:오일 비는 다른 작업 파라미터들의 함수일 수 있다.
일부 양태에서, 스팀(127)은 수소 처리된 상압 잔류물 스트림(108)을 예열하는데 사용될 수도 있다. 수소 처리된 상압 잔류물 스트림(108)이 FCC 유닛(140)에 진입하기 전에, 수소 처리된 상압 잔류물 스트림(108)의 온도는 스팀(127)과 혼합함으로써 증가될 수 있다. 그러나, 혼합된 스팀 및 오일 스트림의 온도는 250℃ 이하일 수 있음을 이해해야 한다. 250℃를 초과하는 온도는 수소 처리된 상압 잔류물 스트림(108)의 크래킹에 의해 파울링(fouling)이 발생할 수 있다. 파울링은 반응기 유입구의 차단을 초래할 수 있다. 반응 온도(예를 들면, 500℃ 초과)는 재생 및/또는 연료 버너로부터의 고온 촉매를 사용하여 달성할 수 있다. 즉, 스팀(127)은 반응물 스트림을 반응 온도로 가열하기에 불충분할 수 있고, 반응기 내부에 존재하는 온도(예를 들면, 500℃ 초과)에서 혼합물에 추가의 가열을 제공함으로써 온도를 증가시키는 데 비효율적일 수 있다. 일부 양태에서, 스팀(127) 중의 본원에 개시되는 스팀은 반응기 내의 온도를 증가시키기 위해 사용되는 것이 아니라, 오히려 오일을 희석시키고 반응기 내의 오일 분압을 감소시키기 위해 사용된다. 대신, 스팀과 오일을 혼합하면 250℃ 미만의 온도에서 오일을 증발시켜 파울링을 방지하기에 충분할 수 있다.
크래킹 반응 생성물 스트림(141) 중의 FCC 유닛(140)의 생성물은 연료 가스, LPG, 나프타, 증류액, 가스 오일 및/또는 슬러리를 포함할 수 있다. 일부 양태에서 가스 오일은 적어도 30wt%의 양으로 크래킹 반응 생성물 스트림(141)에 존재할 수 있다.
지금부터 다시 도 1을 참조하면, 중질 비점 분획 스트림(108)은 수첨 크래킹 촉매와 접촉하는 수첨 크래킹 유닛(170)으로 전달될 수 있으며, 여기서 수첨 크래킹 촉매와 접촉된다. 수첨 크래킹 촉매와 중질 비점 분획 스트림(108)의 접촉은 중질 비점 분획 스트림(108)의 성분들 중 탄소-탄소 결합을 크래킹할 수 있고, 특히 중질 비점 분획 스트림(108)에 존재하는 방향족 함량을 감소시킬 수 있다. 폭넓게 다양한 수첨 크래킹 촉매가 유용한 것으로 고려되며, 일부 적합한 수첨 크래킹 촉매의 설명은 본원에 개시되는 양태들에 제한되는 것으로 해석되어야 한다.
수첨 크래킹 촉매는 주기율표의 IUPAC 5족, 6족, 8족, 9족 또는 10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 수첨 크래킹 촉매는 주기율표의 IUPAC 5족 또는 6족으로부터의 하나 이상의 금속 및 IUPAC 8족, 9족 또는 10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 수첨 크래킹 촉매는 IUPAC 6족의 몰리브덴 또는 텅스텐 및 IUPAC 8족, 9족 또는 10족의 니켈 또는 코발트를 포함할 수 있다. HDM 촉매는 지지체 물질을 추가로 포함할 수 있고, 금속은 상기 지지체 물질, 예를 들면, 제올라이트 상에 배치될 수 있다. 일 양태에서, 수첨 크래킹 촉매는 제올라이트 지지체 상의 텅스텐 및 니켈 금속 촉매를 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 수첨 크래킹 촉매는 제올라이트 지지체 상의 몰리브덴 및 니켈 금속 촉매를 포함할 수 있다.
제올라이트 지지체 물질은 반드시 특정 유형의 제올라이트로 제한되지는 않는다. 그러나, Y, 베타, AWLZ-15, LZ-45, Y-82, Y-84, LZ-210, LZ-25, 실리칼라이트 또는 모데나이트와 같은 제올라이트가 본원에 기재된 수첨 크래킹 촉매에 사용하기에 적합할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 촉매 금속, 예를 들면, W, Ni, Mo 또는 이들의 조합으로 함침될 수 있는 적합한 제올라이트는 적어도 미국 특허 제7,785,563호 및 문헌[Zhang et al., Powder Technology 183 (2008) 73?78; Liu et al., Microporous and Mesoporous Materials 181 (2013) 116-122; and Garcia-Martinez et al., Catalysis Science & Technology, 2012 (DOI: 10.1039/c2cy00309k)]에 기재되어 있다.
하나 이상의 양태에서, 수첨 크래킹 촉매는 18 내지 28wt%의, 텅스텐의 황화물 또는 산화물(예를 들면, 20 내지 27wt% 또는 22 내지 26wt%의, 텅스텐 또는 텅스텐의 황화물 또는 산화물), 2 내지 8wt%의, 니켈의 산화물 또는 황화물(예를 들면, 3 내지 7wt% 또는 4 내지 6wt%의, 니켈의 산화물 또는 황화물) 및 5 내지 40wt%의 제올라이트(예를 들면, 10 내지 35wt% 또는 10 내지 30wt%의 제올라이트)를 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 수첨 크래킹 촉매는 12 내지 18wt%의, 몰리브덴의 산화물 또는 황화물(예를 들면, 13 내지 17wt% 또는 14 내지 16wt%의, 몰리브덴의 산화물 또는 황화물), 2 내지 8wt%의, 니켈의 산화물 또는 황화물(예를 들면, 3 내지 7wt% 또는 4 내지 6wt%의, 니켈의 산화물 또는 황화물) 및 5 내지 40wt%의 제올라이트(예를 들면, 10 내지 35wt% 또는 10 내지 30wt%의 제올라이트)를 포함할 수 있다.
개시되는 수첨 크래킹 촉매의 양태들은, 제올라이트를 선택하고, 상기 제올라이트를 하나 이상의 촉매 금속으로 함침시킴으로써 또는 제올라이트를 다른 성분과 코물링(comulling)함으로써 제조될 수 있다. 함침법의 경우, 제올라이트, 활성 알루미나(예를 들면, 베마이트 알루미나) 및 결합제(예를 들면, 산 펩티드화 알루미나)를 혼합할 수 있다. 압출기를 사용하여 압출할 수 있는 도우(dough)를 형성하기 위해 적당량의 물을 첨가할 수 있다. 압출물은 80 내지 120℃에서 4 내지 10시간 동안 건조시킨 후, 500 내지 550℃에서 4 내지 6시간 동안 하소시킬 수 있다. 하소된 압출물은 Ni, W, Mo, Co 또는 이들의 조합을 포함하는 화합물에 의해 제조된 수용액으로 함침될 수 있다. 2개의 금속 촉매가 필요한 경우, 2개 이상의 금속 촉매 전구체가 사용될 수 있다. 그러나, 일부 양태는 Ni, W, Mo 또는 Co 중 하나만을 포함할 수 있다. 예를 들면, W-Ni 촉매가 필요한 경우, 촉매 지지체 물질은 질산니켈 6수화물(즉, Ni(NO3)2·6H2O)과 암모늄 메타텅스테이트(즉, (NH4)6H2W12O40)의 혼합물에 의해 함침될 수 있다. 상기 함침된 압출물은 80 내지 120℃에서 4 내지 10시간 동안 건조된 후, 450 내지 500℃에서 4 내지 6시간 동안 하소될 수 있다. 코물링 방법의 경우, 제올라이트를 알루미나, 결합제, 및 W 또는 Mo, Ni 또는 Co를 포함하는 화합물(예를 들면, Mo-Ni가 필요한 경우, MoO3 또는 질산니켈 6수화물)과 혼합할 수 있다.
본원에 기술된 방법 및 시스템의 일부 양태는 메조다공성 제올라이트(즉, 평균 공극 크기가 2 내지 50nm임)를 포함하는 수첨 크래킹 촉매를 사용할 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 다른 양태에서, 제올라이트의 평균 공극 크기는 2nm 미만(즉, 미세다공성)일 수 있다.
중질 비점 분획 스트림(108)의 생성물은 연료 가스, LPG, 나프타(예를 들면, C5 내지 430℉ 탄화수소), LCO(예를 들면, 430 내지 650℉ 탄화수소), 하부물(bottom)(예를 들면, 650℉+ 탄화수소 및/또는 코크)를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 나프타는 중질 비점 분획 스트림(108)의 생성물 스트림에 적어도 30wt%의 양으로 존재할 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 스팀 크래킹 유닛(120), FCC 유닛(140) 및/또는 수첨 크래킹 유닛(170)의 생성물은 시스템 생성물로 추가로 분리될 수 있거나, 시스템(100) 내에서 재순환될 수 있음을 이해해야 한다. 도 1이 다양한 분리 장치 및 재순환 스트림을 도시하고 있지만, 스팀 크래킹 유닛(120), FCC 유닛(140) 및/또는 수첨 크래킹 유닛(170)의 생성물은 일부 양태에서 시스템 생성물로서 시스템(100)을 빠져나갈 수 있다. 그러나, 본원에서는 도 1에 도시된 하나 이상의 양태가 설명되며, 이는 스팀 크래킹 유닛(120), FCC 유닛(140) 및/또는 수첨 크래킹 유닛(170)의 하나 이상의 생성물 유출물의 재순환 및 분리를 사용한다.
하나 이상의 양태에서, 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 스팀 크래킹 유닛(120)의 생성물은 스팀-크래킹된 유출물 스트림(121)으로 생성물 분리 유닛(180)으로 전달될 수 있다. 추가의 양태에서, FCC 유닛(140)의 생성물은 촉매 크래킹된 유출물 스트림(141)으로 생성물 분리 유닛(180)으로 전달될 수 있다. 스팀-크래킹된 유출물 스트림(121) 및/또는 촉매 크래킹된 유출물 스트림(141)은 생성물 분리 유닛(180)에 의해 시스템 생성물 스트림들로 분리될 수 있다. 생성물 분리 유닛(180)은 스팀 크래킹된 유출물 스트림(121), 촉매 크래킹된 유출물 스트림(141) 또는 이들 둘 다를 하나 이상의 시스템 생성물 스트림으로 분리하는 증류 컬럼 또는 분리 장치의 집합일 수 있다. 생성물 분리 유닛(180)으로부터 전달된 시스템 생성물 스트림은 수소 스트림(181), 경질 올레핀 스트림(182), 벤젠, 톨루엔 및 자일렌(BTX) 스트림(183)을 포함할 수 있다. 상기 개시되는 바와 같이, 생성물 스트림을 빠져나올 수 있는 "경질 올레핀"은 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌을 포함한다. 또한, 연료 오일이 생성되어 시스템 생성물로서 스트림(185)을 통해 전달될 수 있다. 생성물 분리 유닛(180)을 빠져나가는 추가의 스트림은 나프타 및 오프 가스 생성물을 포함할 수 있다.
생성물 분리 유닛(180)에 의해 형성되는 몇몇 다른 스트림은 시스템(100)에서 재순환될 수 있다. 예를 들면, C2-C4 알칸은 스트림(186)을 통해 스팀 크래킹 유닛(120)으로 전달될 수 있다. 또한, 크래킹된 나프타, 경질 사이클 오일 및 중질 사이클 오일은 스트림(184)을 통해 수첨 크래킹 유닛(170)으로 전달될 수 있다. 일부 양태에서, 잔류 유출물 스트림(184)은 비점이 예를 들면, 216 내지 343℃인 성분을 포함하는 경질 사이클 오일 스트림, 예를 들면, 비점이 343℃ 초과인 성분을 포함하는 중질 사이클 오일 스트림을 포함할 수 있다. 추가의 양태에서, 스트림(186)은 생성물 분리 유닛(180)으로부터 스팀 크래킹 유닛(120)으로 전달될 수 있다. 스트림(186)은 C2-C4 알칸 및 메탄을 함유할 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 수첨 크래킹 유닛(170)의 생성물은 FCC 유닛(140) 또는 스팀 크래킹 유닛(120) 중 하나 이상으로 전달될 수 있다. 도 1을 참조하면, 일부 양태에서, 수첨 크래킹 유닛(170)의 생성물 중 일부는 FCC 유닛(140)으로 전달될 수 있고, 수첨 크래킹 유닛(170)의 생성물 중 다른 일부는 스팀 크래킹 유닛(120)으로 전달될 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 제1 수첨 크래킹된 유출물 스트림(171)은 수첨 크래킹 유닛(170)에 의해 형성될 수 있는 C2-C4 알칸 및 메탄을 포함할 수 있다. 제2 수첨 크래킹된 유출물 스트림(172)은 나프타 및 중질 분획을 포함할 수 있다. 일반적으로, 제2 수첨 크래킹된 유출물 스트림(172)은 부틸렌보다 중질인 수첨 크래킹 유닛(170)의 모든 생성물을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 양태에 따르면, 크래킹 유닛, 예를 들면, 스팀 크래킹 유닛으로 도입되기 전에 탄화수소 공급물 스트림을 3개 이상의 스트림으로 분리하지 않는 종래의 전환 시스템에 비해 많은 이점이 존재할 수 있다. 즉, 예를 들면, 전체 공급원료 탄화수소를 스팀 크래커 유닛에 주입하는 종래의 크래킹 유닛은 도 1의 전환 시스템과 비교할 때 특정 면에서 부족할 수 있다. 예를 들면, 탄화수소 공급물 스트림(102)을, 스팀 크래킹 유닛(120)으로 도입되기 전에 분리함으로써, 더 많은 양의 경질 분획 시스템 생성물이 생성될 수 있다. 본원에 개시된 양태에 따르면, 스팀 크래킹 유닛(120)에 저비점 분획 스트림(106)만을 도입함으로써, 저비점 생성물, 예를 들면, 수소, 메탄, 에틸렌, 프로펜, 부타디엔 및 혼합 부텐의 양이 증가될 수 있는 동시에, 고비점 생성물, 예를 들면, 탄화수소 오일의 양은 줄일 수 있다. 동시에, 잔류물 스트림(108)은 수첨 가공 유닛(170)에서 수첨 가공되어 제2 수첨 크래킹된 유출물 스트림(172)을 생성할 수 있다. 제2 수첨 가공된 유출물 스트림(172)은 FCC 유닛(140)으로 보내질 수 있다. 제2 수첨 가공된 유출물 스트림(172) 및 중비점 분획 스트림(107)은 FCC 유닛(140)을 통해 다른 유용한 시스템 생성물, 예를 들면, 경질 사이클 오일, 나프타, 혼합 C4, 에틸렌 및 프로필렌으로 전환될 수 있다. 다른 양태에 따르면, 스팀 크래킹 유닛(120)에서의 코크화는 고비점 분획 스트림(107)에 존재하는 물질의 제거에 의해 감소될 수 있다. 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 많은 양의 공급물이 스팀 크래커 유닛으로 주입되면 고비점 생성물이 생성되고 코크화가 증가될 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 고방향족 물질을 스팀 크래킹 유닛(120)에 도입하지 않는 대신 공급물 분리기(110)에 의해 고비점 분획 스트림(107)의 적어도 일부로 분리하는 경우, 코크화가 감소될 수 있고, 스팀 크래킹 유닛(120)에 의해 더 많은 양의 저비점 생성물이 생성될 수 있는 것으로 생각된다.
다른 양태에 따르면, 도 1의 탄화수소 공급물 전환 시스템(100)의 디자인에 의해 자본 비용이 감소될 수 있다. 탄화수소 공급물 스트림(102)이 공급물 분리기(104)에 의해 분별되기 때문에, 시스템의 모든 크래킹 퍼니스가 중비점 분획물 스트림(107) 및 고비점 분획물 스트림(108)에 함유된 물질을 다루도록 디자인될 필요가 없다. 저비점 물질, 예를 들면, 저비점 분획 스트림(106)에 함유된 것을 처리하도록 디자인된 시스템 구성 요소는, 고비점 물질, 예를 들면, 중비점 분획 스트림(107) 및 고비점 분획 스트림(108)에 함유된 것을 처리하도록 디자인된 시스템 구성 요소보다 저렴할 것으로 예상된다. 예를 들면, 스팀 크래킹 유닛(120)의 대류 구역은, 중비점 분획 스트림(107) 및 고비점 분획 스트림(108)의 물질을 처리하도록 디자인된 동등한 대류 구역보다 더 간단하고 저렴하게 디자인될 수 있다.
다른 양태에 따르면, 시스템 구성 요소, 예를 들면, 증기-고체 분리 장치 및 증기-액체 분리 장치는 스팀 크래킹 유닛(120)의 대류 구역과 열분해 구역 사이에서 사용될 필요가 없을 수 있다. 일부 종래의 스팀 크래커 유닛에서, 대류 구역과 열분해 구역 사이에 증기-액체 분리 장치가 배치되어야 할 수 있다. 이러한 증기-액체 분리 장치는 대류 구역에 존재하는 고비점 성분, 예를 들면, 임의의 진공 잔류물을 제거하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 도 2의 탄화수소 공급물 전환 시스템(100)의 일부 양태에서, 고비점 물질, 예를 들면, 중비점 분획 스트림(107) 및 고비점 분획 스트림(108)에 존재하는 것을 마주하지 않기 때문에, 증기-액체 분리 장치는 필요하지 않을 수 있거나, 덜 복잡할 수 있다. 또한, 개시되는 일부 양태에서, 스팀 크래킹 유닛(120)은, 비교적 중질 공급물의 처리로 인해 보다 더 빈번하게(즉, 간헐적인 셧다운 없이) 작동될 수 있다. 이러한 더 높은 작동 빈도는 종종 증가된 온-스트림-요인(on-strea-factor)으로 나타낼 수 있다.
실시예
공급원료 연료를 전환하기 위한 방법 및 시스템의 다양한 양태가 이하의 실시예들에 의해 더욱 명확해진다. 실시예들은 본질적으로 예시적인 것이며, 본 발명의 주제를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
실시예 A
실시예 A는 아랍 익스트라 라이트 원유(사우디 아람코(Saudi Aramco)에서 구입 가능)이 300℃ 및 540℃의 컷 포인트를 사용하여 3개의 분획으로 분리되는 공정의 예를 제공한다. 각각의 분획은, 스팀 크래커, 유체 촉매 크래커 및 수첨 크래커를 사용하여 본 발명의 양태에 따라 Aspen HYSYS에서 모델링되었다. 표 3은 공급물 분리 유닛에서의 생성물 수율을 보여준다. 실시예 A의 데이터는 본원에 개시되는 바와 같은 도 1의 양태에 관한 것이다. 표 3A 및 3B는 도 1에 상응하는 실시예 A 라인 번호의 질량 균형을 나타낸다. 표 3C는 각각의 스트림(106, 107 및 108)으로 분리된 공급물의 백분율을 보여준다.
[표 3A]
Figure pct00002
[표 3B]
Figure pct00003
[표 3C]
Figure pct00004
표 4는 스팀 크래커 유닛에서 크래킹된 저비점 분획 스트림에 대한 생성물 수율을 나타낸다. 온도는 대기압에서 850℃였다. 스팀 크래킹에 촉매를 사용하지 않았다.
표 5는 FCC 유닛에서 크래킹된 중비점 분획 스트림에 대한 생성물 수율을 나타낸다. 표 5는 반응 조건을 포함한다. 모델링은 600℃ 및 15의 촉매 대 오일 비를 사용했다.
표 6은 수첨 가공 유닛에서 크래킹된 고비점 분획에 대한 생성물 수율을 나타낸다. 모델링을 위한 온도는 130bar 압력에서 371℃였다. Aspen HYSYS에서 사용되는 표준 수첨 가공 촉매가 모델링에 사용되었다. 상기 표에 사용된 공급물은 FCC 유닛의 재순환 스트림도 포함한다.
[표 4]
Figure pct00005
[표 5]
Figure pct00006
[표 6]
Figure pct00007
실시예 B
실시예 B는 600℃ 및 12의 촉매 대 오일 비의 유동층 반응기에서 AXL 300℃+ 분획을 크래킹한 실험 결과를 나타낸다. 사용된 촉매는 75wt%의 USY 촉매 및 25wt%의 ZSM-5 첨가제였다. 경질 올레핀 수율은 수첨 가공된 중질 컷의 대부분을 유동층 반응기로 재순환하지 않음으로써 감소된다.
[표 7]
Figure pct00008
실시예 C
실시예 C는 실시예 A와 동일하지만 아랍 헤비 원유를 공급원료 스트림으로 사용한다. 표 8은 생성물을 wt%로 나타낸다.
[표 8]
Figure pct00009
실시예 D
실시예 D는 실시예 A와 동일하지만, 스트림(186)의 스팀 크래커로의 재순환을 포함하지 않는다. 표 9는 실시예 D에 대한 생성물 스트림 데이터를 보여준다. 본질적으로, 표 9는 AXL의 300℃ 이하 컷만의 스팀 크래킹을 보여준다.
Figure pct00010
본 발명의 기술을 정의하기 위해, 인용된 구성 요소 또는 단계 및 임의의 자연적으로 발생하는 불순물에 대한 청구범위를 제한하는 폐쇄형 서문 용어로서 전환 어구 "이루어지는"이 청구범위에 도입될 수 있다.
본 발명의 기술을 정의하기 위해, 하나 이상의 청구항의 범위를, 인용된 요소, 구성 요소, 재료 또는 방법 단계 및 청구되는 대상의 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 모든 인용되지 않은 요소, 구성 요소, 재료 또는 방법 단계로 제한하기 위해, 전환 어구 "~로 본질적으로 이루어지는"이 청구범위에 도입될 수 있다.
전환 어구 "~로 이루어지는" 및 "~로 본질적으로 이루어지는"은 개방형 전환 어구, 예를 들면, "포함하는(comprising)" 및 "포함하는(including)"의 하위 집합으로 해석될 수 있고, 따라서 개방형 어구의 임의의 사용은 일련의 요소, 구성 요소, 재료 또는 단계의 언급의 도입이 폐쇄형 용어 "~로 구성되는" 및 "~로 본질적으로 구성되는"을 사용하여 일련의 요소, 구성 요소, 재료 또는 단계의 언급을 도입하는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들면, 구성 요소 A, B 및 C를 "포함하는" 조성의 언급은 구성 요소 A, B 및 C"로 이루어지는" 조성 및 구성 요소 A, B 및 C"로 본질적으로 이루어지는" 조성을 개시하는 것으로 해석되어야 한다.
본원 명세서에서 표현되는 임의의 정량적 값은 전환 어구 "포함하는(comprising)" 또는 "포함하는(including)"과 일치하는 개방형 양태 및 전환 어구 "~로 이루어지는" 및 "~로 본질적으로 이루어지는"과 일치하는 폐쇄형 또는 부분 폐쇄형 양태를 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
성질에 할당된 임의의 2개의 정량적 값은 해당 성질의 범위를 구성할 수 있으며, 주어진 성질의 모든 언급된 정량적 값들로 형성되는 범위들의 모든 조합이 본원에서 고려된다는 것을 이해해야 한다. 스트림 또는 반응기에서 화학 성분들의 조성적 범위는 일부 양태에서 상기 성분의 이성질체들의 혼합물을 함유하는 것으로 이해되어야 한다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 부텐을 특정하는 조성 범위는 부텐의 다양한 이성질체들의 혼합물을 포함할 수 있다. 실시예들은 다양한 스트림에 대한 조성 범위를 제공하고, 특정 화학 조성의 이성질체들의 총 양이 범위를 구성할 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 제1 양태에서, 탄화수소 물질은,
탄화수소 물질을 적어도 저비점 분획, 중비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계;
상기 저비점 분획의 적어도 일부를 스팀 크래킹하는 단계;
상기 중비점 분획의 적어도 일부를 촉매 크래킹하는 단계 및
상기 고비점 분획의 적어도 일부를 수첨 크래킹하는 단계를 포함할 수 있는 방법에 의해 가공될 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 상기 저비점 분획의 최종 비점이 280 내지 320℃일 수 있는, 제1 양태를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 양태는 상기 중비점 분획의 초기 비점이 280 내지 320℃일 수 있고, 최종 비점이 520 내지 560℃일 수 있는, 제1 양태 또는 제2 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 양태는 상기 고비점 분획의 초기 비점이 520 내지 560℃인, 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 양태는 상기 탄화수소 물질이 원유인, 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제6 양태는 상기 탄화수소 물질의 적어도 90wt%가 상기 저비점 분획, 상기 중비점 분획 및 상기 고비점 분획의 조합으로 존재할 수 있는, 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제7 양태는 상기 탄화수소 물질이, 상기 탄화수소 물질의 5wt% 비점과 95wt% 비점 사이의 차이가 적어도 100℃가 되게 하는 조성을 가질 수 있는, 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제8 양태는 상기 저비점 분획의 최종 비점이 상기 중비점 분획의 초기 비점과 동일할 수 있고, 상기 중비점 분획의 최종 비점이 상기 고비점 분획의 초기 비점과 동일할 수 있는, 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제9 양태는 FCC 유닛이 500 내지 800℃의 온도에서 작동하는, 제1 양태 내지 제8 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제10 양태는 상기 중비점 분획이 스팀의 존재 하에 촉매 크래킹되는, 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제11 양태는 상기 중비점 분획에 대한 스팀의 질량비가 적어도 0.5일 수 있는, 제1 양태 내지 제10 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제12 양태에서, 탄화수소 물질은,
탄화수소 물질을 적어도 저비점 분획, 중비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계;
상기 저비점 분획의 적어도 일부를 스팀 크래킹하는 단계;
상기 중비점 분획의 적어도 일부를 촉매 크래킹하는 단계 및
상기 고비점 분획의 적어도 일부를 수첨 크래킹하는 단계를 포함하는 방법에 의해 가공될 수 있다.
상기 저비점 분획은 최종 비점이 280 내지 320℃일 수 있고, 상기 중비점 분획은 초기 비점이 280 내지 320℃일 수 있고, 최종 비점이 520 내지 560℃일 수 있고, 상기 고비점 분획은 초기 비점이 520 내지 560℃일 수 있다.
본 발명의 제13 양태는 상기 탄화수소 물질이 원유일 수 있는, 제12 양태를 포함할 수 있다.
본 발명의 제14 양태는 상기 탄화수소 물질의 적어도 90wt%가 상기 저비점 분획, 상기 중비점 분획 및 상기 고비점 분획의 조합으로 존재할 수 있는, 제12 양태 또는 제13 양태를 포함할 수 있다.
본 발명의 제15 양태는 상기 탄화수소 물질이, 상기 탄화수소 물질의 5wt% 비점과 95wt% 비점 사이의 차이가 적어도 100℃가 되게 하는 조성을 가질 수 있는, 제12 양태 내지 제14 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제16 양태는 상기 저비점 분획의 최종 비점이 상기 중비점 분획의 초기 비점과 동일할 수 있고, 상기 중비점 분획의 최종 비점이 상기 고비점 분획의 초기 비점과 동일할 수 있는, 제12 양태 내지 제15 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제17 양태는 FCC 유닛이 500 내지 800℃의 온도에서 작동할 수 있는, 제12 양태 내지 제16 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제18 양태는 상기 중비점 분획이 스팀의 존재 하에 촉매 크래킹되는, 제12 양태 내지 제17 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제19 양태는 상기 중비점 분획에 대한 스팀의 질량비가 적어도 0.5일 수 있는, 제12 양태 내지 제18 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 주제가 특정 양태를 참조하여 상세하게 설명되었다. 양태들의 구성 요소 또는 특징에 대한 임의의 상세한 설명은 구성 요소 또는 특징이 특정 양태 또는 임의의 다른 양태에 필수적이라는 것을 반드시 의미하는 것은 아님을 이해해야 한다. 또한, 청구된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 설명된 양태에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백해야 한다.

Claims (15)

  1. 탄화수소 물질의 가공 방법으로서,
    탄화수소 물질을 적어도 저비점 분획, 중비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계;
    상기 저비점 분획의 적어도 일부를 스팀 크래킹하는 단계;
    상기 중비점 분획의 적어도 일부를 촉매 크래킹하는 단계 및
    상기 고비점 분획의 적어도 일부를 수첨 크래킹(hydrocracking)하는 단계를 포함하는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저비점 분획의 최종 비점이 280 내지 320℃인, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중비점 분획의 초기 비점이 280 내지 320℃이고, 최종 비점이 520 내지 560℃인, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고비점 분획의 초기 비점이 520 내지 560℃인, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 물질이 원유인, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 물질의 적어도 90wt%가 상기 저비점 분획, 상기 중비점 분획 및 상기 고비점 분획의 조합으로 존재하는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 물질이, 상기 탄화수소 물질의 5wt% 비점과 95wt% 비점 사이의 차이가 적어도 100℃가 되게 하는 조성을 가질 수 있는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저비점 분획의 최종 비점이 상기 중비점 분획의 초기 비점과 동일하고, 상기 중비점 분획의 최종 비점이 상기 고비점 분획의 초기 비점과 동일한, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, FCC 유닛이 500 내지 800℃의 온도에서 작동하는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중비점 분획이 스팀의 존재 하에 촉매 크래킹되는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중비점 분획에 대한 스팀의 질량비가 적어도 0.5일 수 있는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  12. 탄화수소 물질의 가공 방법으로서,
    탄화수소 물질을 적어도 저비점 분획, 중비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계로서, 상기 저비점 분획은 최종 비점이 280 내지 320℃이고, 상기 중비점 분획은 초기 비점이 280 내지 320℃이고, 최종 비점이 520 내지 560℃이고, 상기 고비점 분획은 초기 비점이 520 내지 560℃인, 상기 탄화수소 물질을 분리하는 단계;
    상기 저비점 분획의 적어도 일부를 스팀 크래킹하는 단계;
    상기 중비점 분획의 적어도 일부를 촉매 크래킹하는 단계 및
    상기 고비점 분획의 적어도 일부를 수첨 크래킹하는 단계를 포함하는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 탄화수소 물질이 원유인, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 탄화수소 물질의 적어도 90wt%가 상기 저비점 분획, 상기 중비점 분획 및 상기 고비점 분획의 조합으로 존재하는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 물질이, 상기 탄화수소 물질의 5wt% 비점과 95wt% 비점 사이의 차이가 적어도 100℃가 되게 하는 조성을 갖는, 탄화수소 물질의 가공 방법.
KR1020237011265A 2020-09-01 2021-01-26 경질 올레핀을 형성하기 위한 원유의 가공 방법 KR20230058706A (ko)

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