KR20230059832A - 수증기를 갖는 고비점 분획의 유체 촉매 크래킹을 이용한 석유화학 제품의 생산 방법 - Google Patents

수증기를 갖는 고비점 분획의 유체 촉매 크래킹을 이용한 석유화학 제품의 생산 방법 Download PDF

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

하나 이상의 양태에 따라, 본 발명은 탄화수소 재료로부터 석유화학 제품을 생산하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 탄화수소 재료를 적어도 저비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계, 수증기를 저비점 분획의 크래킹의 고비점 분획 업스트림과 조합하는 단계, 고비점 분획의 적어도 일부를 제1 촉매의 존재하에 크래킹하여 제1 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계, 저비점 분획의 적어도 일부를 제2 촉매의 존재하에 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹하여 제2 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계, 및 제1 크래킹 반응 생성물 또는 제2 크래킹 반응 생성물 중 하나 또는 둘 다로부터 석유화학 제품을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

수증기를 갖는 고비점 분획의 유체 촉매 크래킹을 이용한 석유화학 제품의 생산 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 9월 1일자로 출원되고 발명의 명칭이 "수증기를 갖는 고비점 분획의 유체 촉매 크래킹을 이용한 석유화학 제품의 생산 방법"인 미국 특허출원 17/009,020의 우선권을 주장하며 이의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명의 양태는 일반적으로 화학 처리에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 유체 촉매 크래킹(fluid catalytic cracking)을 사용하여 올레핀을 형성하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
에틸렌, 프로펜, 부텐 및 부타디엔, 및 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과 같은 방향족 화합물은 석유화학 산업의 상당 부분을 위한 기본적인 중간물이다. 이는, 일반적으로, 나프타, 등유 또는 심지어 경유(gas oil)와 같은 증류물 및 석유 가스의 열 크래킹(thermal cracking)(또는 수증기 열분해(steam pyrolysis))를 통해 얻는다. 이러한 화합물은 경유 또는 잔사와 같은 종래의 중질 공급원료(heavy feedstock)가 전환되는 정유공장(refinery) 유동화 촉매 크래킹(fluidized catalytic cracking)(FCC) 공정을 통해서도 생산된다. 통상의 FCC 공급원료로는 수소화크래킹 하부물(hydrocracked bottoms)로부터 진공 경유(vacuum gas oil) 및 상압 잔사(atmospheric residue)와 같은 중질 공급 분획(heavy feed fraction)에 이르기까지 다양하지만, 이러한 공급원료는 제한적이다. 프로펜 생산을 위한 두 번째로 중요한 공급원은, 현재, FCC 유닛으로부터의 정유공장 프로펜이다. 수요가 계속 증가함에 따라, FCC 유닛 소유주는 프로펜 시장에서 발생하는 경제적 기회를 활용함으로써 수익을 증대시키기 위해 점점 더 석유화학 시장으로 눈을 돌리고 있다.
경질 올레핀에 대한 전세계적인 수요 증가는 다수의 통합 정유공장(integrated refinery)의 주요 과제로 남아 있다. 특히, 순수한 올레핀 스트림이 중합체 합성을 위한 빌딩 블럭으로 간주되기 때문에, 에틸렌, 프로펜, 및 부텐과 같은 일부 가치 있는 경질 올레핀의 생산이 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 경질 올레핀 생산은 공급물 유형, 작동 조건, 및 촉매 유형과 같은 여러 공정 변수에 따라 달라진다
더 큰 수율의 프로펜 및 기타 경질 올레핀을 생산할 수 있는 옵션에도 불구하고, 이 분야에 대한 집중적인 연구 활동이 여전히 수행되고 있다. 이러한 옵션으로는, 고가혹도 유체 촉매 크래킹(high severity fluid catalytic cracking)("HSFCC") 시스템의 사용, 상기 방법을 위한 보다 선택적인 촉매의 개발, 및 보다 유리한 반응 조건과 수율을 위한 공정 구성의 향상이 포함된다. HSFCC 공정은 기존의 유체 촉매 크래킹 유닛보다 최대 4배 더 큰 프로펜 수율 및 다양한 석유 스트림에 대해 더 높은 변환 수준을 생성할 수 있다. 본 발명의 양태태는 원유와 같은 탄화수소 재료로부터 하나 이상의 석유화학 제품을 생산하기 위한 HSFCC 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 양태는 크래킹 반응 구역으로 다시 재순환되는 폐촉매를 포함하는 HSFCC 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일부 HSFCC 시스템은 수증기(steam) 주입보다는 탄화수소 공급물로부터 프로펜 및 기타 경질 올레핀의 수율을 개선하기 위해 촉매 크래킹에 사용되는 촉매에 주력할 수 있다. 중질 다우너(heavy downer)로의 수증기 주입을 포함할 수 있는 본원에 기술된 석유화학 제품 생산 공정은 탄화수소 재료를 에틸렌 및 프로필렌과 같은 경질 올레핀 및 운송 연료(transportation fuel)로 전환하는 데 큰 영향을 끼칠 수 있다. 운송 연료로는 디젤, 제트 연료, 잔류 연료유, 또는 프로판과 같은 증류물 연료 및 가솔린이 비제한적으로 포함될 수 있다. 정유공장은 경질 올레핀 및 운송 연료와 같은 석유화학 제품의 수요 증가에 대응할 수 있다. 특히, 본 발명의 하나 이상의 양태에서, 중질 FCC 반응기로 도입되는 스트림 중의 수증기의 존재는, 미가공 원유와 같이 대량으로 이용 가능하게 될 수 있는 경질 올레핀 및 운송 연료 둘 다로의 전환을 촉진할 수 있다. 수증기 주입에 의한 원유의 분압 감소는 원유를 경질 올레핀 및 운송 연료로 전환하기 위한 촉매 활성을 증가시킬 수 있으며, 촉매 상의 코크스 형성을 감소시켜 경질 올레핀 및 운송 연료 수율을 향상시킬 수 있다. 중질유는 상대적으로 값이 낮은 제품인 반면, 촉매 크래킹에 수증기를 혼입하면 더 중질인 운송 연료보다 옥탄가가 높은 가솔린과 같은 고등급 제품 및 일부 경질 올레핀을 생산할 수 있다.
하나 이상의 양태에 따라, 탄화수소 재료를 적어도 저비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계, 수증기:오일 질량 비가 0.5 내지 1.0이 되어 고비점 분획의 분압이 감소하도록, 수증기를 저비점 분획의 크래킹의 고비점 분획 업스트림과 조합하는 단계, 고비점 분획의 적어도 일부를 제1 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 크래킹하여 제1 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계, 저비점 분획의 적어도 일부를 제2 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹하여 제2 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계, 및 제1 크래킹 반응 생성물 또는 제2 크래킹 반응 생성물 중 하나 또는 둘 다로부터 석유화학 제품을 분리하는 단계를 포함할 수 있는 방법에 의해, 석유화학 제품이 탄화수소 재료로부터 생산될 수 있다.
하나 이상의 추가의 양태에 따라, 탄화수소 공급 스트림을 공급물 분리기로 도입하는 단계, 공급물 분리기에서 탄화수소 공급 스트림을 적어도 저비점 분획 스트림 및 고비점 분획 스트림으로 분리하는 단계, 수증기:오일 질량 비가 0.5 내지 1.0이 되어 고비점 분획 스트림의 분압이 감소하도록, 수증기를 고비점 분획 스트림의 크래킹의 고비점 분획 스트림 업스트림과 조합하는 단계, 고비점 분획 스트림을 제1 FCC 유닛으로 이동시키는 단계, 저비점 분획 스트림을 제2 FCC 유닛으로 이동시키는 단계, 고비점 분획 스트림의 적어도 일부를 제1 FCC 유닛에서 제1 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 크래킹하여 제1 크래킹 반응 생성물 스트림을 생성하는 단계, 저비점 분획 스트림의 적어도 일부를 제2 FCC 유닛에서 제2 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹하여 제2 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계, 및 제1 크래킹 반응 생성물 스트림 또는 제2 크래킹 반응 생성물 스트림 중 하나 또는 둘 다로부터 석유화학 제품 스트림을 분리하는 단계를 포함할 수 있는 방법에 의해, 석유화학 제품이 탄화수소 재료로부터 생산될 수 있다.
설명된 양태의 추가의 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 해당 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이거나 다음의 상세한 설명을 포함하는 설명된 양태 및 이어지는 청구범위 및 첨부된 도면을 실시함으로써 인식될 것이다.
본 발명의 특정 양태에 대한 다음의 상세한 설명은 다음의 도면과 함께 읽을 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 양태에 따라 하나 이상의 석유화학 제품을 생산하는데 사용되는 다양한 탄화수소 공급 스트림의 상대적 특성을 그래프로 도시하고;
도 2는 본 명세서에 기술된 하나 이상의 양태에 따른 탄화수소 공급 전환 시스템의 일반화된 개략도이고;
도 3은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 양태에 따른 도 2의 탄화수소 공급 전환 시스템의 적어도 일부의 개략도이고;
도 4는 본 명세서에 기술된 하나 이상의 양태에 따른 고정층 반응 시스템의 일반화된 개략도이다.
관련 도면의 단순화된 개략도 및 설명을 기술하기 위해, 특정한 화학 처리 작업 분야의 당업자에게 잘 알려져 있으며 사용될 수 있는 다수의 밸브, 온도 센서, 전자식 컨트롤러 등은 포함되지 않는다. 또한, 공기 공급기, 촉매 호퍼, 및 연도 가스 처리 시스템과 같은 통상의 화학 처리 작업에 종종 포함되는 동반 구성요소는 도시되지 않는다. 블리드 스트림(bleed stream), 폐촉매 방출 서브시스템, 및 촉매 교체 서브시스템과 같은 수소화크래킹(hydrocracking) 유닛에 있는 동반 구성요소는 도시되지 않는다. 이들 구성요소는 개시된 본 발명의 양태의 요지 및 범주내에 있음이 이해되어야 한다. 그러나, 본 개시에 설명된 바와 같은 작업 구성요소는 본 개시에 설명된 양태에 추가될 수 있다.
도면에서 화살표는 공정 스트림을 나타냄을 추가로 주목해야 한다. 그러나, 화살표는 2개 이상의 시스템 구성요소들 사이에서 공정 스트림을 전달하는 역할을 할 수 있는 전달 라인을 동등하게 나타낼 수 있다. 또한, 시스템 구성요소에 연결되는 화살표는 주어진 각각의 시스템 구성요소의 유입구 또는 유출구를 정의한다. 일반적으로 화살표 방향은 화살표로 표시된 물리적 전달 라인 내에 포함된 스트림의 재료의 주요 이동 방향에 상응한다. 또한, 2개 이상의 시스템 구성요소를 연결하지 않는 화살표는, 도시된 시스템을 빠져나가는 생성물 스트림 또는 도시된 시스템에 도입되는 시스템 유입 스트림을 의미한다. 생성물 스트림은 수반되는 화학 처리 시스템에서 추가로 처리되거나 이는 최종 제품으로 상업화될 수 있다. 시스템 유입 스트림은 수반되는 화학 처리 시스템으로부터 전달되는 스트림일 수 있거나 이는 미처리 공급원료 스트림일 수 있다. 몇몇 화살표는 시스템으로 다시 재순환되는 시스템 구성요소의 유출물 스트림인 재순환 스트림을 나타낼 수 있다. 그러나, 일부 양태에서 임의의 제시된 재순환 스트림은 동일한 재료의 시스템 유입 스트림에 의해 대체될 수 있으며, 재순환 스트림의 일부가 시스템 생성물로서 시스템을 빠져나갈 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 도면의 화살표는 하나의 시스템 구성요소로부터 다른 시스템 구성요소로 스트림을 전달하는 공정 단계를 개략적으로 도시할 수 있다. 예를 들면, 하나의 시스템 구성요소로부터 다른 시스템 구성요소를 가리키는 화살표는 시스템 구성요소 유출물을 다른 시스템 구성요소로 "이동시키는 것(passing)"을 나타낼 수 있으며, 이는, 하나의 시스템 구성요소로부터 "유출"되거나 "제거"되고 해당 생성물 스트림의 내용을 다른 시스템 구성요소로 "도입"하는 공정 스트림의 내용을 포함할 수 있다.
관련 도면에 제시된 양태에 따르면, 2개 시스템 구성요소들 사이의 화살표는, 스트림이 2개 시스템 구성요소들 사이에서 처리되지 않음을 의미할 수 있음이 이해되어야 한다. 다른 양태에서, 화살표로 표시된 스트림은 2개의 시스템 구성요소들 사이의 전달을 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 구성요소들 사이에서 전달됨을 나타낼 수 있음이 이해되어야 한다. 이와 같이, 일부 양태에서, 슬립 스트림(slip stream)이 존재하는 경우와 같이, 화살표로 표시된 모든 스트림보다 적은 스트림이 시스템 구성요소들 사이에서 전달될 수 있다.
관련 도면의 개략적인 흐름도에서 2개 이상의 라인이 교차할 때 2개 이상의 공정 스트림이 "혼합" 또는 "조합"되는 것으로 이해되어야 한다. 혼합 또는 조합은 또한 유사한 반응기, 분리 장치, 또는 기타 시스템 구성요소에 2개 스트림을 직접 도입함으로써 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 2개 스트림이 분리 유닛 또는 반응기에 도입되기 직전에 조합되는 것으로 도시될 때, 일부 양태에서 스트림이 동등하게 분리 유닛 또는 반응기로 도입되고 반응기에서 혼합될 수 있음이 이해되어야 한다.
본 발명에 이르러 다양한 양태에 대해 보다 상세히 참조할 것이며, 그 일부 양태는 첨부된 도면에 예시되어 있다. 가능하면, 도면 전체에서 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 동일한 참조 번호가 사용된다.
본 발명의 양태는, 고가혹도 조건에서 작동되는 2개의 하향류식(downflow) 유체 촉매 크래킹(FCC) 유닛을 포함하는 고가혹도 유동화 촉매 크래킹(HSFCC) 시스템을 사용하여 하나 이상의 탄화수소 공급 스트림을 하나 이상의 석유화학 제품으로 전환시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 제1 FCC 유닛 및 제2 FCC 유닛을 갖는, 탄화수소 재료로부터 석유화학 제품을 생산하는 방법은 탄화수소 재료를 적어도 저비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 수증기:오일 질량 비가 0.5 내지 1.0이 되어 고비점 분획의 분압이 감소하도록, 수증기를 저비점 분획의 크래킹의 고비점 분획 업스트림과 조합하는 단계, 및 고비점 분획의 적어도 일부를 제1 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 크래킹하여 제1 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 저비점 분획의 적어도 일부를 제2 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹하여 제2 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 제1 크래킹 반응 생성물 또는 제2 크래킹 반응 생성물 중 하나 또는 둘 다로부터 석유화학 제품을 분리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "반응기(reactor)"는 임의로 하나 이상의 촉매의 존재하에 하나 이상의 반응물들 사이에서 하나 이상의 화학 반응이 일어날 수 있는 용기를 지칭한다. 예를 들면, 반응기는 회분식 반응기, 연속 교반-탱크 반응기(CSTR) 또는 플러그 유동 반응기로서 작동하도록 구성된 탱크 또는 관형 반응기를 포함할 수 있다. 예시적인 반응기는 고정층 반응기 및 유동층 반응기와 같은 충전층 반응기를 포함한다. 하나 이상의 "반응 구역"이 반응기에 배치될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "반응 구역"은 반응기에서 특정 반응이 발생하는 영역을 지칭한다. 예를 들면, 다중 촉매층이 있는 충전층 반응기는 다중 반응 구역을 가질 수 있으며, 이때 각각의 반응 구역은 각 촉매층의 면적으로 정의된다.
본 명세서에서 사용된 "분리 유닛"은 공정 스트림에서 혼합되는 하나 이상의 화학물질을 서로 적어도 부분적으로 분리하는 임의의 분리 장치를 지칭한다. 예를 들면, 분리 유닛은 서로 다른 화학 종, 상 또는 크기가 다른 재료를 선택적으로 분리하여 하나 이상의 화학 분획을 형성할 수 있다. 분리 유닛의 예는 증류 컬럼, 플래시 드럼, 녹-아웃 드럼(knock-out drum), 녹-아웃 포트(knock-out pot), 원심분리기, 사이클론, 여과 장치, 트랩, 스크러버, 확장 장치, 막, 용매 추출 장치 등을 비제한적으로 포함한다. 본 명세서에 기술된 분리 공정은 하나의 모든 화학 성분을 다른 모든 화학 성분으로부터 완전히 분리할 수 없는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 기술된 분리 공정은 "적어도 부분적으로" 상이한 화학 성분을 서로로부터 분리함이 이해되어야 하고, 명시적으로 언급되지 않더라도, 분리가 부분적 분리만을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 하나 이상의 화학 성분은 공정 스트림으로부터 "분리"되어 신규 공정 스트림을 형성할 수 있다. 일반적으로, 공정 스트림은 분리 유닛에 도입되어 원하는 조성의 2개 이상의 공정 스트림으로 분할되거나 분리될 수 있다. 또한, 일부 분리 공정에서, "저비점 분획(lesser boiling point fraction)"("경질 분획(light fraction)"으로도 지칭됨)과 "고비점 분획(greater boiling point fraction)"("중질 분획(heavy fraction)"으로도 지칭됨)이 분리 유닛을 빠져나갈 수 있으며, 이때, 평균적으로, 저비점 분획 스트림의 내용물은 고비점 분획 스트림보다 낮은 비점을 갖는다. 다른 스트림은, "중간 비점 분획(intermediate boiling point fraction)"과 같이, 저비점 분획과 고비점 분획 사이에 속할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "고가혹도 조건"은 일반적으로 FCC 온도 500℃ 이상, 촉매 대 탄화수소의 중량 비(촉매 대 오일 비) 5:1 이상, 및 체류 시간 3초 미만을 지칭하며, 이들은 모두 통상의 FCC 반응 조건보다 더 가혹할 수 있다.
"유출물"은 일반적으로 특정 반응 또는 분리 후에 분리 유닛, 반응기, 또는 반응 구역과 같은 시스템 구성요소를 빠져나가는 스트림을 지칭하며, 일반적으로, 분리 유닛, 반응기, 또는 반응 구역에 도입된 스트림과는 (적어도 비례적으로) 상이한 조성을 갖는다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 "촉매"는 특정 화학 반응의 속도를 증가시키는 임의의 물질을 의미한다. 본 명세서에 기술된 촉매는 크래킹 (방향족 크래킹 포함), 탈금속화, 탈황, 및 탈질소화와 같지만 이에 한정되지 않는 다양한 반응을 촉진하는데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "크래킹"은 일반적으로 탄소-탄소 결합이 끊어지는 화학 반응을 의미한다. 예를 들면, 탄소-탄소 결합을 갖는 분자는 하나 이상의 탄소-탄소 결합의 파괴에 의해 하나 이상의 분자로 파괴되거나, 이는, 사이클로알칸, 사이클로알칸, 나프탈렌, 방향족 등과 같은 사이클릭 모이어티를 포함하는 화합물로부터, 사이클릭 모이어티를 포함하지 않거나 크래킹 전보다 더 적은 사이클릭 모이어티를 포함하는 화합물로 전환된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "제1 촉매"는 제 1 크래킹 반응 구역으로 도입되는 촉매, 예를 들면, 제1 촉매/공급물 혼합 구역으로부터 제1 크래킹 반응 구역으로 이동되는 촉매를 지칭한다. 제1 촉매는 재생된 촉매, 제1 폐촉매, 제2 폐촉매, 신선한 촉매, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "제2 촉매"는 제2 크래킹 반응 구역으로 도입되는 촉매, 예를 들면, 제2 촉매/공급물 혼합 구역으로부터 제2 크래킹 반응 구역으로 이동되는 촉매를 지칭한다. 제2 촉매는 재생된 촉매, 제1 폐촉매, 제2 폐촉매, 신선한 촉매, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "폐촉매(spent catalyst)"는 예를 들면 고비점 분획 또는 저비점 분획과 같은 탄화수소 재료를 크래킹하기 위해 크래킹 반응 구역에 도입되어 당해 구역을 통과하지만 크래킹 반응 구역에 도입된 후 재생기에서 재생되지 않은 촉매를 지칭한다. "폐촉매"는 촉매 상에 침착된 코크스를 가질 수 있으며 완전히 코크스화된 촉매 뿐만 아니라 부분적으로 코크스화된 촉매를 포함할 수 있다. "폐촉매" 상에 침착된 코크스의 양은 재생 후 재생된 촉매 상에 남아 있는 코크스의 양보다 클 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "재생된 촉매"는 크래킹 반응 구역에 도입되고, 이어서, 촉매를 더 높은 온도로 가열하고 산화시켜 코크스의 적어도 일부를 촉매로부터 제거하여 촉매의 촉매 활성의 적어도 일부 또는 둘 다를 회복시키기 위한 재생기에서 재생된 촉매를 지칭한다. "재생된 촉매"는 폐촉매에 비해 더 적은 코크스, 더 높은 온도 또는 둘 다를 가질 수 있으며 폐촉매에 비해 더 큰 촉매 활성을 가질 수 있다. "재생된 촉매"는 크래킹 반응 구역 및 재생기를 통과하지 않은 신선한 촉매에 비해 더 많은 코크스 및 더 적은 촉매 활성을 가질 수 있다.
스트림은 스트림의 구성요소에 대해 명명될 수 있으며, 스트림이 명명된 구성요소는 스트림의 주요 구성요소일 수 있음이 추가로 이해되어야 한다 (예를 들면 스트림 내용물의 50 중량 퍼센트(wt.%), 70wt.%, 90wt.%, 95wt.%, 99wt.%, 99.5wt.%, 또는 심지어 99.9wt.% 내지 스트림 내용물의 100wt.%를 포함함). 또한, 스트림의 구성요소는 해당 구성요소를 포함하는 스트림이 해당 시스템 구성요소로부터 다른 시스템 구성요소로 이동하는 것으로 개시될 때 하나의 시스템 구성요소로부터 다른 시스템 구성요소로 이동하는 것으로 개시됨이 이해되어야 한다. 예를 들면, 제1 시스템 구성요소로부터 제2 시스템 구성요소로 이동하는 개시된 "프로필렌 스트림"은 제1 시스템 구성요소로부터 제2 시스템 구성요소로 이동하는 "프로필렌"을 등가적으로 개시하는 것 등으로 이해되어야 한다.
탄화수소 공급 스트림은 탄화수소 재료를 포함할 수 있다. 양태에서, 탄화수소 공급 스트림의 탄화수소 재료는 원유일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "원유"는, 일부 양태에서는 황-함유 화합물, 질소-함유 화합물 및 상당한 분리 또는 반응 공정을 거치지 않은 금속 화합물과 같은 불순물을 포함하는, 석유 액체, 가스, 고체 또는 이들의 조합의 혼합물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 원유는 원유의 분획물과는 구별된다. 특정 양태에서 원유 공급원료는, 5 백만분율 중량(ppmw) 미만의 총 금속(Ni+V) 함량 및 5wt.% 미만의 콘래드슨(Conradson) 탄소 잔사를 갖는 원유 공급원료를 제공하기 위해 최소로 처리된 경질 원유일 수 있다.
본 발명의 설명 및 실시예는 탄화수소 공급 스트림(102)의 탄화수소 재료로서 원유를 특정할 수 있지만, 도 2 내지 도 3 각각의 양태와 관련하여 설명된 탄화수소 공급 전환 시스템(100)이, 원유, 진공 잔사, 역청사, 역청, 상압 잔사, 진공 가스 오일, 탈금속 오일, 나프타 스트림, 기타 탄화수소 스트림, 또는 이들 재료의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 탄화수소 공급 스트림(102)에 존재할 수 있는 각종 탄화수소 재료의 전환에 적용될 수 있음이 이해되어야 한다. 탄화수소 공급 스트림(102)은 하나 이상의 중금속, 황 화합물, 질소 화합물, 무기 성분, 또는 기타 비-탄화수소 화합물과 같은 하나 이상의 비-탄화수소 성분을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급 스트림(102)이 원유이면, 이는 22도 내지 40도의 미국 석유 협회(API) 중력을 가질 수 있다. 예를 들면, 사용되는 탄화수소 공급 스트림(102)은 아랍 중질 원유(API 중력 대략 28°), 아랍 중유(API 중력 대략 30°), 아랍 경질유(API 중력 대략 33°), 또는 아랍 초경질유(API 중력 대략 39°)일 수 있다. 이어서 한 가지 특정 예시적인 등급의 아랍 중질 원유에 대한 예시적인 특성이 표 1에 제공된다. 본 명세서에서 사용된 "탄화수소 공급물"은 사전에 처리, 분리, 또는 정제되지 않은 미가공 탄화수소 재료(예를 들면 원유)를 지칭할 수 있거나, 또는 탄화수소 공급 스트림(102)에서 탄화수소 공급 전환 시스템에 도입되기 전에 처리, 분리, 반응, 정제 또는 기타 작업과 같은 어느 정도의 가공이 수행된 탄화수소 재료를 지칭할 수 있음이 이해되어야 한다.
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일반적으로, 탄화수소 공급 스트림(102)의 내용물은 비점에 근거한 비교적 다양한 화학종을 포함할 수 있다. 예를 들면, 탄화수소 공급 스트림(102)은, 탄화수소 공급 스트림(102)의 5wt.% 비점과 95wt.% 비점의 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, 종래 FCC 공정에서 전환되는 다양한 탄화수소 공급 스트림은 일반적으로 금속 함량 및 콘래드슨 탄소 잔사(Conradson Carbon Residue)(CCR) 또는 램스바텀(Ramsbottom) 탄소 함량 측면에서 특정 기준을 충족하도록 요구된다. 공급 재료의 CCR은 공급 재료의 증발 및 열분해 후에 남아 있는 잔류 탄소질 재료의 측정값이다. 공급 스트림의 더 큰 금속 함량 및 CCR은 촉매의 더 급속한 비활성화로 이어질 수 있다. 더 높은 수준의 CCR의 경우, 촉매를 재생하기 위해 재생 단계에서 더 많은 에너지가 필요할 수 있다. 예를 들면, 잔류 오일과 같은 특정 탄화수소 공급물은 촉매적 크래킹 반응 과정에서 형성되는 코크스 이외에도 크래킹하기 어렵고 코크스 형성을 촉진하는 다환식 방향족과 같은 내화 성분을 함유한다. 이러한 특정 탄화수소 공급물의 CCR 수준이 더 높기 때문에, 재생기의 발화 부하(burning load)가 증가하여 폐촉매로부터 코크스와 잔사를 제거하여 폐촉매를 재생된 촉매로 변환시킨다. 이를 위해서는, 증가된 발화 부하를 재료 파손 없이 견딜 수 있도록 재생기를 변경하는 것이 요구된다. 또한, FCC에 대한 특정 탄화수소 공급물은 예를 들면 니켈, 바나듐 또는 기타 금속과 같은 금속을 다량 함유할 수 있으며, 이는 크래킹 반응 공정 과정에서 촉매를 급속하게 비활성화시킬 수 있다.
일반적으로, 탄화수소 공급 전환 시스템은, 각각, 탄화수소 공급 스트림(102)의 일부가 고가혹도 온도 및 압력으로 유지되는 크래킹 반응 구역에서 가열된 유동화 촉매 입자와 접촉하는, 2개의 FCC 유닛을 포함한다. 탄화수소 공급 스트림(102)의 일부가 뜨거운 촉매와 접촉하고 더 가벼운 생성물로 크래킹될 때, 일반적으로 코크스로 지칭되는 탄소질 침착물이 촉매 상에 형성된다. 촉매 상에 형성된 코크스 침전물은 촉매의 촉매 활성을 감소시키거나 촉매를 비활성화시킬 수 있다. 촉매의 비활성화는 촉매가 촉매적으로 비효율적이 되는 결과를 초래할 수 있다. 코크스 침착물을 갖는 폐촉매는 크래킹 반응 생성물로부터 분리되고, 제거 가능한 탄화수소가 스트리핑(stripping)되고, 코크스가 공기의 존재하에 촉매로부터 발화되어, 촉매적으로 효과적인 재생 촉매를 생성하는 재생 공정으로 이동될 수 있다. 용어 "촉매적으로 효과적인"은 재생된 촉매가 크래킹 반응 속도를 증가시키는 능력을 지칭한다. 용어 "촉매 활성"은 재생된 촉매가 크래킹 반응의 속도를 증가시키는 정도를 지칭하며, 이는 촉매 상에서 사용 가능한 다수의 촉매 활성 부위와 관련될 수 있다. 예를 들면, 촉매 상의 코크스 침착물은 폐촉매 상의 촉매 활성 부위를 덮거나 차단할 수 있고, 이에 따라, 사용 가능한 촉매 활성 부위의 수를 감소시켜, 촉매의 촉매 활성을 감소시킬 수 있다. 재생 후, 재생된 촉매는 재생된 촉매의 총 중량을 기준으로 10wt.%, 5wt.%, 또는 심지어 1wt.% 이하의 코크스를 가질 수 있다. 연소 생성물은 재생 공정으로부터 연도 가스 스트림으로서 제거될 수 있다. 가열된 재생 촉매는 FCC 유닛의 크래킹 반응 구역으로 다시 재순환될 수 있다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 탄화수소 공급 전환 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템은 고가혹도 유체 촉매 크래킹(HSFCC) 시스템일 수 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템은 일반적으로 탄화수소 공급 스트림(102)을 수용하고, 탄화수소 공급 스트림(102)을 직접 처리하여 하나 이상의 시스템 생성물 스트림(110)을 생성한다. 탄화수소 공급 전환 시스템은 공급물 분리기(104), 제1 FCC 유닛(120), 제2 FCC 유닛(140), 및 재생기(160)를 포함할 수 있다.
탄화수소 공급 스트림(102)은, 탄화수소 공급 스트림(102)의 내용물을 적어도 고비점 분획 스트림(106)과 저비점 분획 스트림(108)으로 분리할 수 있는 공급물 분리기(104)로 도입될 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 탄화수소 공급 스트림의 적어도 90wt.%, 적어도 95wt.%, 적어도 99wt.%, 또는 심지어 적어도 99.9wt.%는 고비점 분획 스트림(106)과 저비점 분획 스트림(108)의 조합 내에 존재할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 공급물 분리기(104)는 플래시 드럼(브레이크포인트(breakpot), 녹-아웃 드럼, 녹-아웃 포트, 압축기 흡인 드럼(compressor suction drum), 또는 압축기 유입구 드럼(compressor inlet drum)으로도 지칭됨)과 같은 증기(vapor)-액체(liquid) 분리기일 수 있다. 증기-액체 분리기를 공급물 분리기(104)로 사용하는 양태에서, 저비점 분획 스트림(108)은 증기로서 공급물 분리기(104)를 빠져나갈 수 있고 고비점 분획 스트림(106)은 액체로서 공급물 분리기(104)를 빠져나갈 수 있다. 증기-액체 분리기는 탄화수소 공급 스트림(102)을 고비점 분획 스트림(106) 및 저비점 분획 스트림(108)으로 분리하기에 적합한 온도에서 작동될 수 있다. 증기-액체 분리기의 컷 온도 또는 "컷 포인트(cut point)"(즉, 고비점 분획 스트림(106) 및 저비점 분획 스트림(108)을 분리하는 대략적인 대기 비점 온도)는 섭씨 180도(℃) 내지 400℃일 수 있다. 이와 같이, 저비점 분획 스트림의 모든 성분은 비점이 (대기압에서) 400℃ 이하, 350℃ 이하, 300℃ 이하, 또는 250℃ 이하, 또는 200℃ 이하, 또는 심지어 180℃ 이하일 수 있으며, 고비점 분획 스트림의 모든 성분은 비점이 (대기압에서) 적어도 180℃, 적어도 200℃, 적어도 250℃, 적어도 300℃, 또는 적어도 350℃, 또는 심지어 적어도 400℃일 수 있다. 고비점 분획 스트림(106)은 또한 미세 탄소 잔류량(micro carbon residue)(MCR)이 3wt.% 이상일 수 있다. 고비점 분획 스트림(106)은 비중이 0.88 이상일 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 컷 포인트는 대략 350℃일 수 있다. 이러한 양태에서, 아랍 초경질 원유가 공급원료로 사용되는 경우, 350℃+ 분획은 98.7wt.% 슬러리 오일, 0.8wt.% 경질 순환유(cycle oil), 및 0.5wt.% 나프타를 포함할 수 있다. 이러한 양태에서, 350℃- 분획은 57.5wt.% 나프타, 38.9wt.% 경질 순환유, 및 3.7wt.% 슬러리 오일을 포함할 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 공급물 분리기(104)는 탄화수소 공급 스트림(102)을 고비점 분획 스트림(106) 및 저비점 분획 스트림(108)으로 분리하는 플래싱(flashing) 컬럼일 수 있다. 플래싱 컬럼은 10wt.% 미만의 콘래드슨 탄소 및 10 백만분율 중량(ppmw)의 전체 금속을 갖는 고비점 분획 스트림(106)을 생성하는 플래싱 온도에서 작동될 수 있다. 양태에서, 플래싱 컬럼은 180℃ 내지 400℃의 온도(대기압에서 작동되는 경우), 또는 플래싱 컬럼의 압력에 근거한 다른 온도에서 작동될 수 있다. 대안적으로, 다른 양태에서, 공급물 분리기(104)는 증류 장치 또는 사이클론 증기 액체 분리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
탄화수소 공급 스트림(102)을 공급물 분리기(104)로 도입하기 전에 하나 이상의 보충용 공급 스트림(도시하지 않음)이 탄화수소 공급 스트림(102)에 첨가될 수 있다. 전술된 바와 같이, 하나 이상의 양태에서, 탄화수소 공급 스트림(102)은 원유일 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 탄화수소 공급 스트림(102)은 원유일 수 있으며, 진공 잔사, 역청사, 역청, 상압 잔사, 진공 가스 오일, 탈금속 오일, 나프타 스트림, 기타 탄화수소 스트림, 또는 이들 재료의 조합 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 보충용 공급 스트림은 공급물 분리기(104)의 원유 업스트림에 첨가될 수 있다.
본 발명의 일부 양태가 원유인 탄화수소 공급 스트림(102)을 전환하는 데 주력하고 있지만, 탄화수소 공급 스트림(102)은 하나 이상의 원유 정제 작업으로부터 생산되는 복수의 정제 탄화수소 스트림을 대안적으로 포함할 수 있다. 복수의 정제 탄화수소 스트림은 예를 들면 진공 잔사, 상압 잔사 또는 진공 가스 오일을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 복수의 정제 탄화수소 스트림은 탄화수소 공급 스트림(102)으로 조합될 수 있다. 이러한 양태에서, 탄화수소 공급 스트림(102)은 공급물 분리기(104)로 도입되어 고비점 분획 스트림(106) 및 저비점 분획 스트림(108)으로 분리될 수 있다. 대안적으로, 일부 양태에서, 복수의 정제 탄화수소 스트림은 제1 FCC 유닛(120), 제2 FCC 유닛(140), 또는 둘 다로 직접 도입될 수 있다. 예를 들면, 예를 들면 진공 잔사, 상압 잔사, 또는 진공 가스 오일과 같은 하나 이상의 중질 정제 탄화수소 스트림은 제1 FCC 유닛(120)에 고비점 분획 스트림(106)으로서 직접 도입될 수 있고, 예를 들면 나프타 스트림과 같은 기타 경질 정제 탄화수소 스트림은 제2 FCC 유닛(140)에 저비점 분획 스트림(108)으로서 직접 도입될 수 있다.
수증기(127)는 탄화수소 공급 전환 시스템(100)으로 도입될 수 있다. 수증기(129)는 고비점 분획 스트림(106)으로 도입될 수 있다.
수증기(129)는 고비점 분획 스트림(106)의 크래킹의 고비점 분획 스트림(106) 업스트림과 조합될 수 있다. 수증기(129)는 고비점 분획 스트림(106)의 탄화 수소의 분압을 감소시키는 희석제로서 작용할 수 있다. 수증기(129)와 스트림(106)의 조합된 혼합물의 수증기:오일 질량 비는 적어도 0.5일 수 있다. 추가의 양태에서, 수증기: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.
수증기(129)는 탄화수소 분압을 저하시키는 목적을 제공할 수 있으며, 이는 경질 올레핀(예를 들면, 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌) 수율 증가 및 코크스 형성 감소의 2중 효과를 가질 수 있다. 프로필렌 및 부틸렌과 같은 경질 올레핀은 주로 카르보늄 이온 메커니즘에 따른 촉매 크래킹 반응으로부터 생성되며, 이는 중간 생성물이므로, 수소 전달 및 방향족화(코크스 형성으로 이어짐)와 같은 2차 반응이 실행될 수 있다. 수증기(129)는 이러한 2차 2분자 반응을 억제함으로써 경질 올레핀의 수율을 증가시키고, 경질 올레핀에 대한 선택도를 선호하는 반응물 및 생성물의 농도를 감소시킬 수 있다. 수증기(129)는 또한 촉매 표면 상에서 코크스 형성을 담당하는 2차 반응을 억제할 수 있으며, 이는 촉매가 높은 평균 활성화를 유지하는 데에 있어서 선호된다. 이러한 요인은 증기-대-오일 중량 비가 큰 것이 경질 올레핀 제조에 유리하다는 것을 보여줄 수 있다. 그러나, 수증기(129)의 양이 증가하면 전체 에너지 소비가 증가하고 단위 장비의 폐기 용량이 감소하며 생성물의 응축 및 분리가 계속되는 불편함이 있으므로, 실제 산업 운영 공정에서 수증기-대-오일 중량 비를 무한대로 향상시킬 수는 없다. 따라서, 최적의 수증기:오일 비는 다른 작동 매개변수의 함수일 수 있다.
일부 양태에서, 수증기(129)는 고비점 분획 스트림(106)을 수증기(129)로 예열하는데 사용될 수도 있다. 고비점 분획 스트림(106)이 제1 FCC 유닛(120)으로 도입되기 전에, 고비점 분획 스트림(106)의 온도는 수증기(129)의 혼합에 의해 증가할 수 있다. 그러나, 수증기와 오일의 혼합 스트림의 온도는 250℃ 이하일 수 있음이 이해되어야 한다. 250℃가 넘는 온도는 탄화수소 공급 스트림(102)의 크래킹에 의해 초래되는 파울링(fouling)을 유발할 수 있다. 파울링은 반응기 유입구의 봉쇄를 초래할 수 있다. 반응 온도(예를 들면 500℃ 초과)는 재생 및/또는 연료 버너(fuel burner)로부터의 고온 촉매를 사용하여 달성될 수 있다. 즉, 수증기(129)는 반응 스트림을 반응 온도로 가열하기에는 불충분할 수 있으며, 이는 반응기 내부에 존재하는 온도(예를 들면 500℃ 초과)에서 혼합물에 추가 가열을 제공함으로써 온도를 증가시키기에는 비효율적일 수 있다. 일반적으로, 수증기(129)에서 본원에 기재된 수증기는 반응기 내의 온도를 증가시키는 데 사용되지 않고, 오히려 오일을 희석시키고 반응기 내의 오일 분압을 감소시키는 데 사용된다. 그 대신, 수증기와 오일을 혼합하면, 파울링을 방지하기 위해 250℃ 미만의 온도에서 오일을 기화시키기에 충분할 수 있다.
고비점 분획 스트림(106)(이제 수증기(129)를 포함함)은 제1 크래킹 반응 구역(122)을 포함하는 제1 FCC 유닛(120)으로 이동될 수 있다. 고비점 분획 스트림(106)은 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136)에 첨가될 수 있다. 고비점 분획 스트림(106)은 제1 촉매(124)와 조합 또는 혼합되고 크래킹되어 제1 폐촉매(126)와 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)의 혼합물을 생성한다. 고비점 분획 스트림(106)의 적어도 일부는 수증기(129)의 존재하에 크래킹되어 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)을 생성한다. 제1 폐촉매(126)는 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)으로부터 분리되어 재생기(160)의 재생 구역(162)으로 이동될 수 있다.
저비점 분획 스트림(108)은 제2 크래킹 반응 구역(142)을 포함하는 제2 FCC 유닛(140)으로 이동될 수 있다. 저비점 분획 스트림(108)은 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로 첨가될 수 있다. 저비점 분획 스트림(108)은 제2 촉매(144)외 혼합되고 크래킹되어, 제2 폐촉매(146) 및 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)을 생성할 수 있다. 수증기(127)는 저비점 분획 스트림(108)으로 첨가될 수 없다. 다시 말해서, 저비점 분획 스트림(108)은 제2 FCC 유닛(140)에서 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹될 수 있다. 제2 폐촉매(146)는 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)으로부터 분리되어 재생기(160)의 재생 구역(162)으로 이동될 수 있다. 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)는 재생기(160)의 재생 구역(162)에서 조합되고 재생되어, 재생된 촉매(116)를 생성할 수 있다. 재생된 촉매(116)의 촉매 활성은, 제1 폐촉매(126)와 제2 폐촉매(146)의 촉매 활성보다 적어도 더 클 수 있다. 이어서, 재생된 촉매(116)는 제1 크래킹 반응 구역(122) 및 제2 크래킹 반응 구역(142)으로 다시 이동될 수 있다. 제1 크래킹 반응 구역(122) 및 제2 크래킹 반응 구역(142)은 병렬로 작동될 수 있다.
일부 양태에서, 제1 촉매(124)는 제2 촉매(144)와는 조성이 상이하며 제1 촉매(124) 및 제2 촉매(144)는 별도의 재생 유닛에서 재생될 수 있음이 이해되어야 한다. 즉, 일부 양태에서, 2개의 재생 유닛이 사용될 수 있다. 제1 촉매(124) 및 제2 촉매(144)의 조성이 동일한 다른 양태에서, 제1 촉매(124) 및 제1 촉매(144)는 도 3에 도시된 공통의 재생 구역(162)에서 재생될 수 있다.
제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128) 및 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)은 각각 크래킹된 탄화수소 재료의 혼합물을 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 더 큰 값의 석유화학 제품으로 추가로 분리되어 하나 이상의 시스템 생성물 스트림(110)에서 시스템으로부터 회수될 수 있다. 예를 들면, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128), 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148), 또는 둘 다는 석유화학 제품을 포함할 수 있다. 석유화학 제품은 에틸렌, 프로펜, 부텐, 펜텐, 또는 운송 연료 중 하나 이상일 수 있다. 예를 들면, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128), 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148), 또는 둘 다는 크래킹된 경유, 크래킹된 가솔린, 크래킹된 나프타, 혼합 부텐, 부타디엔, 프로펜, 에틸렌, 기타 올레핀, 에탄, 메탄, 운송 연료, 기타 석유화학 제품, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128) 또는 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)의 조합의 적어도 40wt.%는 에틸렌, 프로펜, 부텐, 펜텐, 운송 연료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128) 또는 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)의 조합의 적어도 41wt.%, 적어도 42wt.%, 적어도 43wt.%, 적어도 44wt.%, 적어도 45wt.%, 또는 적어도 50wt.%는 에틸렌, 프로펜, 부텐, 펜텐, 운송 연료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
크래킹된 가솔린을 추가로 가공하여 예를 들면 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 또는 다른 방향족과 같은 방향족 물질을 얻을 수 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템은 생성물 분리기(112)를 포함할 수 있다. 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128), 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148), 또는 제1 및 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(128, 148) 둘 다는 생성물 분리기(112)로 도입되어 이들 스트림을 복수의 시스템 생성물 스트림(110)(단일 화살표로 나타내지만 가능하게는 2개 이상의 스트림을 포함함), 순환유 스트림(111), 또는 시스템 생성물 스트림(110) 및 순환유 스트림(111) 둘 다로 분리할 수 있다. 일부 양태에서, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128) 및 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)은 조합된 크래킹 반응 생성물 스트림(114)으로 조합될 수 있다. 조합된 크래킹 반응 생성물 스트림(114)은 생성물 분리기(112)로 도입될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 생성물 분리기(112)는 제1 분리 구역(130), 제2 분리 구역(150), 또는 제1 분리 구역(130)과 제2 분리 구역(150) 둘 다에 유동적으로 연결되어 있을 수 있다. 양태에서, 제1 스트리핑 생성물 스트림(134) 및 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)은 조합되어, 혼합된 스트리핑 생성물 스트림(171)을 형성할 수 있다. 혼합된 스트리핑 생성물 스트림(171)은 수증기를 포함하는 수증기(127)로 조합될 수 있다.
도 2를 참조하면, 생성물 분리기(112)는, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128), 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148), 또는 조합된 크래킹 반응 생성물 스트림(114)을 하나 이상의 시스템 생성물 스트림(110)으로 분리하는 증류 컬럼 또는 분리 장치 집합체일 수 있으며, 이는 하나 이상의 연료유 스트림, 가솔린 스트림, 혼합 부텐 스트림, 부타디엔 스트림, 프로펜 스트림, 에틸렌 스트림, 에탄 스트림, 메탄 스트림, 경질 순환유 스트림(LCO, 216 내지 343℃), 중질 순환유 스트림(HCO, >343℃), 운송 연료 스트림, 기타 생성물 스트림, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 각각의 시스템 생성물 스트림(110)은 추가의 가공을 위해 하나 이상의 추가의 유닛 작업으로 이동될 수 있거나, 미가공 상품으로 판매될 수 있다. 양태에서, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128) 및 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)은 생성물 분리기(112)로 별도로 도입될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 시스템 생성물 스트림(110)은, 다운스트림 화학 처리에서 중간체로서 사용될 수 있거나 완제품으로서 포장될 수 있는 석유화학 제품을 지칭할 수 있다. 생성물 분리기(112)는 하나 이상의 순환유 스트림(111)을 또한 생성할 수 있으며, 이는 제1 FCC 유닛(120) 및 제2 FCC 유닛(140) 둘 다로 다시 재순환될 수 있다. 순환유 스트림(111)은 저비점 분획 스트림(108)으로 도입될 수 있는 순환유 스트림(168), 및 고비점 분획 스트림(106)으로 도입될 수 있는 순환유 스트림(166)으로 분리될 수 있다. 순환유 스트림(168)은 저비점 분획 스트림(108)의 크래킹의 저비점 분획 스트림(108) 업스트림과 조합될 수 있다. 순환유 스트림(166)은 고비점 분획 스트림(106)의 크래킹의 고비점 분획 스트림(106) 업스트림과 조합될 수 있다.
순환유 스트림(111)은 저비점 분획 스트림(108), 고비점 분획 스트림(106), 탄화수소 공급 스트림(102), 또는 이들의 조합과 조합될 수 있다. 예를 들면, 순환유 스트림(111)은 저비점 분획 스트림(108)의 크래킹의 저비점 분획 스트림(108) 업스트림과 조합될 수 있다. 이러한 양태에서, 순환유 스트림(111)은 제1 FCC 유닛(120)으로 다시 재순환되지 않을 수 있다. 다른 양태에서, 순환유 스트림(111)은 저비점 분획 스트림(106)의 크래킹의 고비점 분획 스트림(106) 업스트림과 조합될 수 있다. 이러한 양태에서, 순환유 스트림(111)은 제2 FCC 유닛(140)으로 다시 재순환되지 않을 수 있다. 다른 양태에서, 순환유 스트림(111)은 저비점 분획 스트림(108)으로 도입될 수 있는 순환유 스트림(168), 및 저비점 분획 스트림(108)으로 도입될 수 있는 순환유 스트림(166)으로 분리될 수 있다(도 2에 도시됨). 순환유 스트림(168)은 저비점 분획 스트림(108)의 크래킹의 저비점 분획 스트림(108) 업스트림과 조합될 수 있다. 순환유 스트림(166)은 고비점 분획 스트림(106)의 크래킹의 고비점 분획 스트림(106) 업스트림과 조합될 수 있다. 다른 양태에서, 순환유 스트림(111)은 탄화수소 공급 스트림(102)과 조합될 수 있다. 예를 들면, 순환유 스트림은 공급물 분리기(104)로 이동될 수 있다. 일반적으로, 순환유 스트림(111)의 조성 및 공급물 분리기에서 사용되는 컷 포인트는 순환유 스트림이 재순환되는 곳을 결정할 수 있다.
일반적으로, 순환유 스트림(111)은 조합된 크래킹 반응 생성물 스트림(114)의 가장 중질인 부분을 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 순환유 스트림(111)의 적어도 99wt.%는 적어도 215℃의 비점을 가질 수 있다. 일부 양태에서, 순환유 스트림(111)은 촉매 크래커 생성물의 증류로부터의 분획일 수 있으며 이는 215 내지 371℃ 범위에서 비등할 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 순환유 스트림(111)은 일반적으로 경질 순환유(330- ℃) 및 중질 순환유(330+ ℃)를 포함할 수 있다. 중질 순환유 및 경질 순환유는 분리될 수 있으며 시스템(100)의 상이한 부분들로 이동될 수 있다. 중질 순환유 스트림(166)은 고비점 분획 스트림(106)과 조합될 수 있다. 경질 순환유 스트림(168)은 저비점 분획 스트림(108)과 조합될 수 있다. 순환유 스트림(166, 168)을 제1 FCC 유닛(120) 및 제2 FCC 유닛(140) 각각으로 다시 재순환시키면 순환유 스트림(166, 168)을 적절한 반응 조건에서 크래킹할 수 있다. 이는, 순환유 스트림(111)을 제1 FCC 유닛(120) 및 제2 FCC 유닛(140) 중 하나만으로 다시 재순환하는 것에 비해, 경질 올레핀 및 가솔린의 수율을 최대화하는 데 도움이 될 수 있다. 330+ ℃ 중질 순환유는 제2 FCC 유닛(140)의 작동에 문제를 일으킬 수 있는 것으로 여겨진다. 예를 들면, 비점이 높은 재료는 크래커(cracker)에서 파울링 및/또는 코킹(coking)을 유발할 수 있으며, 또는 크래커는 이러한 재순환 스트림을 처리하도록 최적화되지 않을 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 FCC 유닛(120)은 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136), 제1 크래킹 반응 구역(122), 제1 분리 구역(130), 및 제1 스트리핑 구역(132)을 포함할 수 있다. 고비점 분획 스트림(106)은 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136)으로 도입될 수 있으며, 여기서 고비점 분획 스트림(106)은 제1 촉매(124)과 혼합될 수 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템의 정상 상태 작동 동안, 제1 촉매(124)는, 촉매 호퍼(174)로부터 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136)으로 이동하는 재생된 촉매(116)를 적어도 포함할 수 있다. 양태에서, 제1 촉매(124)는 제1 폐촉매(126)와 재생된 촉매(116)의 혼합물일 수 있다. 대안적으로, 제1 촉매(124)는 제2 폐촉매(146)와 재생된 촉매(116)의 혼합물일 수 있다. 촉매 호퍼(174)는 재생된 촉매(116)를 재생기(160)로부터 수용할 수 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템의 초기 가동에서, 제1 촉매(124)는, 제1 FCC 유닛(120) 또는 제2 FCC 유닛(140) 및 재생기(160)에 걸쳐 순환되지 않은 촉매인 신선한 촉매(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 신선한 촉매는 크래킹 반응 구역에 걸쳐 순환되지 않았기 때문에, 신선한 촉매는 재생된 촉매(116)보다 촉매 활성이 더 클 수 있다. 양태에서, 신선한 촉매는 또한, 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136)으로 도입된 제1 촉매(124)의 일부가 신선한 촉매를 포함하도록, 탄화수소 공급 전환 시스템의 작동 과정에서 촉매 호퍼(174)로 도입될 수 있다. 신선한 촉매는 작동 과정에서 주기적으로 촉매 호퍼(174)로 도입되어, 촉매 손실을 보충하거나 예를 들면 촉매 중의 중금속 축적을 통해 비활성화되어 있는 폐촉매를 보상할 수 있다.
일부 양태에서, 고비점 분획 스트림(106)이 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136)으로 도입되기 전에 하나 이상의 보충용 공급 스트림(도시되지 않음)은 고비점 분획 스트림(106)과 조합될 수 있다. 다른 양태에서, 하나 이상의 보충용 공급 스트림은 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136)으로 직접 첨가될 수 있으며, 여기서, 보충용 공급 스트림은 제1 크래킹 반응 구역(122)으로 도입되기 전에 고비점 분획 스트림(106) 및 제1 촉매(124)와 혼합될 수 있다. 전술된 바와 같이, 보충용 공급 스트림은 진공 잔사, 역청사, 역청, 상압 잔사, 진공 가스 오일, 탈금속 오일, 나프타 스트림, 기타 탄화수소 스트림, 또는 이들 재료의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 순환유 스트림(166)은 고비점 분획 스트림(106)과 조합될 수 있다. 예를 들면, 순환유 스트림(166)은 생성물 분리기(112)로부터 재순환된 슬러리 오일 또는 순환유를 포함할 수 있다.
고비점 분획 스트림(106)과 제1 촉매(124)를 포함하는 혼합물은 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136)으로부터 제1 크래킹 반응 구역(122)으로 이동될 수 있다. 고비점 분획 스트림(106)과 제1 촉매(124)의 혼합물은 제1 크래킹 반응 구역(122)의 상단부로 도입될 수 있다. 제1 크래킹 반응 구역(122)은, 반응물이 제1 촉매/공급물 혼합 구역(136)으로부터 제1 크래킹 반응 구역(122)을 통해 제1 분리 구역(130)으로 수직 하향 유동하는 하향류식 반응기 또는 "다우너(downer)" 반응기일 수 있다. 수증기(129)는 고비점 스트림(106)으로 도입될 수 있다. 고비점 분획 스트림(106)은 제1 크래킹 반응 구역(122)에서 제1 촉매(124)와의 접촉에 의해 반응하여 고비점 분획 스트림(106)의 적어도 일부가 적어도 크래킹 반응되어 적어도 하나의 크래킹 반응 생성물을 생성할 수 있으며, 당해 생성물은 전술된 석유화학 제품 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 촉매(124)는 제1 크래킹 반응 구역(122)의 제1 크래킹 온도 T 122 와 동일하거나 더 높은 온도를 가질 수 있으며 고비점 분획 스트림(106)으로 열을 전달하여 흡혈성 크래킹 반응을 촉진할 수 있다.
도 3에 도시된 제1 FCC 유닛(120)의 제1 크래킹 반응 구역(122)은 FCC 유닛의 제1 크래킹 반응 구역(122)의 하나의 특정 양태의 단순화된 개략도이고, 제1 크래킹 반응 구역(122)의 다른 배치는 탄화수소 공급 전환 시스템으로의 혼입에 적합할 수 있다. 예를 들면, 일부 양태에서, 제1 크래킹 반응 구역(122)은 상향류식(up-flow) 크래킹 반응 구역일 수 있다. 다른 크래킹 반응 구역 배치가 고려된다. 제1 FCC 유닛은, 제1 크래킹 반응 구역(122)에서, 유동화된 제1 촉매(124)가 고가혹도 조건에서 고비점 분획 스트림(106)을 접촉하는 탄화수소 공급 전환 유닛일 수 있다. 제1 크래킹 반응 구역(122)의 제1 크래킹 온도 T 122 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. 하나 이상의 양태에서, 제1 크래킹 반응 구역(122)의 제1 크래킹 온도 T 122 는 500℃ 내지 700℃일 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 제1 크래킹 반응 구역(122)의 제1 크래킹 온도 T 122 는 550℃ 내지 630℃일 수 있다.
제1 크래킹 반응 구역(122)에서 제1 촉매(124) 대 고비점 분획 스트림(106)의 중량 비(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. 제1 크래킹 반응 구역(122)에서 제1 촉매(124)와 고비점 분획 스트림(106)의 혼합물의 체류 시간은 0.2초(sec) 내지 3sec, 0.2sec 내지 2.5sec, 0.2sec 내지 2sec, 0.2sec 내지 1.5sec, 0.4sec 내지 3sec, 0.4sec 내지 2.5sec, 또는 0.4sec 내지 2sec, 0.4sec 내지 1.5sec, 1.5sec 내지 3sec, 1.5sec 내지 2.5sec, 1.5sec 내지 2sec, 또는 2sec 내지 3sec일 수 있다.
제1 크래킹 반응 구역(122)에서의 크래킹 반응에 이어서, 제1 크래킹 반응 구역(122)으로부터의 유출물의 내용물은 제1 촉매(124) 및 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)을 포함할 수 있으며, 이는 이어서 제1 분리 구역(130)으로 이동될 수 있다. 제1 분리 구역(130)에서, 제1 촉매(124)는 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)의 적어도 일부로부터 분리될 수 있다. 일부 양태에서, 제1 분리 구역(130)은 하나 이상의 기체-액체 분리기, 예를 들면 하나 이상의 사이클론을 포함할 수 있다. 제1 분리 구역(130)으로부터 배출되는 제1 촉매(124)는 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)의 잔류 부분을 적어도 보유할 수 있다.
제1 분리 구역(130) 이후에, 제1 촉매(124)에 보유된 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)의 잔류 부분을 포함할 수 있는 제1 촉매(124)는 제1 스트리핑 구역(132)으로 이동될 수 있으며, 여기서, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)의 잔류 부분의 적어도 일부는 제1 촉매(124)로부터 스트리핑되어 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)으로서 회수될 수 있다. 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 하나 이상의 다운스트림 유닛 작업으로 이동될 수 있거나, 추가 처리를 위한 하나 이상의 다른 스트림과 조합될 수 있다. 수증기(133)는 제1 스트리핑 구역(132)으로 도입되어 제1 촉매(124)로부터 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)의 스트리핑을 용이하게 할 수 있다. 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 제1 스트리핑 구역(132)으로 도입되는 수증기(133)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 제1 스트리핑 구역(132)으로부터 배출될 수 있으며 사이클론 분리기(도시되지 않음)를 통과하여 스트리퍼 용기(stripper vessel)(도시되지 않음) 외부로 이동될 수 있다. 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 당업계에 공지된 방법에 따라 하나 이상의 생성물 회수 시스템으로 전달될 수 있거나, 수증기(127)와 조합됨으로써 재순환될 수 있다. 예를 들면, 다수의 수증기를 포함할 수 있는 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 수증기(127)와 조합될 수 있다. 다른 양태에서, 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 수증기 및 탄화수소로 분리될 수 있으며, 수증기 부분은 수증기(127)와 조합될 수 있다. 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 예를 들면 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)과 같은 하나 이상의 다른 스트림과 조합될 수도 있다. 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 또한 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)과 조합될 수 있다. 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)을 스트리핑 제거한 이후의 제1 촉매(124)인 제1 폐촉매(126)는, 제1 스트리핑 구역(132)으로부터 재생기(160)의 재생 구역(162)으로 이동되어 재생되어, 재생된 촉매(116)를 생성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 저비점 분획 스트림(108)은 공급물 분리기(104)로부터 제2 FCC 유닛(140)으로 이동될 수 있다 (도 2에 도시됨). 제2 FCC 유닛(140)은 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156), 제2 크래킹 반응 구역(142), 제2 분리 구역(150), 및 제2 스트리핑 구역(152)을 포함할 수 있다. 저비점 분획 스트림(108)은 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로 도입될 수 있으며, 여기서, 저비점 분획 스트림(108)은 제2 촉매(144)와 혼합될 수 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템의 정상 상태 작동 동안, 제2 촉매(144)는 호퍼(174)로부터 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로 이동되는 재생된 촉매(116)를 적어도 포함할 수 있다. 양태에서, 제2 촉매(144)는 제2 폐촉매(146)와 재생된 촉매(116)의 혼합물일 수 있다. 대안적으로, 제2 촉매(144)는 제1 폐촉매(126)와 재생된 촉매(116)의 혼합물일 수 있다. 촉매 호퍼(174)는, 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)의 재생 후에, 재생된 촉매(116)를 재생기(160)로부터 수용할 수 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템의 초기 가동에서, 제2 촉매(144)는, 제1 FCC 유닛(120) 또는 제2 FCC 유닛(140) 및 재생기(160)에 걸쳐 순환되지 않은 촉매인 신선한 촉매(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 양태에서, 신선한 촉매는 또한, 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로 도입된 제2 촉매(144)의 적어도 일부는 신선한 촉매를 포함하도록, 탄화수소 공급 전환 시스템의 작동 과정에서 촉매 호퍼(174)로 도입될 수 있다. 신선한 촉매는 작동 과정에서 주기적으로 촉매 호퍼(174)로 도입되어, 촉매 손실을 보충하거나 예를 들면 촉매 중의 중금속 축적을 통해 영구적으로 비활성화되어 있는 폐촉매를 보상할 수 있다.
일부 양태에서, 저비점 분획 스트림(108)이 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로 도입되기 전에 하나 이상의 보충용 공급 스트림(도시되지 않음)은 저비점 분획 스트림(108)과 조합될 수 있다. 다른 양태에서, 하나 이상의 보충용 공급 스트림은 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로 직접 첨가될 수 있으며, 여기서, 보충용 공급 스트림은 제2 크래킹 반응 구역(142)으로 도입되기 전에 저비점 분획 스트림(108) 및 제2 촉매(144)와 혼합될 수 있다. 보충용 공급 스트림은 하나 이상의 나프타 스트림 또는 다른 저비점 탄화수소 스트림을 포함할 수 있다. 또한, 순환유 스트림(168)은 저비점 분획 스트림(108)과 조합될 수 있다. 예를 들면, 순환유 스트림(168)은 생성물 분리기(112)로부터 재순환된 슬러리 오일 또는 순환유를 포함할 수 있다.
저비점 분획 스트림(108)과 제2 촉매(144)를 포함하는 혼합물은 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로부터 제2 크래킹 반응 구역(142)으로 이동될 수 있다. 저비점 분획 스트림(108)과 제1 촉매(144)의 혼합물은 제2 크래킹 반응 구역(142)의 상단부로 도입될 수 있다. 제2 크래킹 반응 구역(142)은, 반응물이 제2 촉매/공급물 혼합 구역(156)으로부터 제2 크래킹 반응 구역(142)을 통해 제2 분리 구역(150)으로 수직 하향 유동하는, 하향류식 반응기 또는 "다우너" 반응기일 수 있다. 수증기(127)는 저비점 분획 스트림(108)으로 도입될 수 있다. 저비점 분획 스트림(108)은, 제2 크래킹 반응 구역(142)에서 제2 촉매(144)와의 접촉에 의해 반응하여 저비점 분획 스트림(108)의 적어도 일부에서 적어도 하나의 크래킹 반응이 수행되어 적어도 하나의 크래킹 반응 생성물을 생성할 수 있으며, 당해 생성물은 전술된 석유화학 제품 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 촉매(144)는 제2 크래킹 반응 구역(142)의 제2 크래킹 온도 T 142 와 동일하거나 더 높은 온도를 가질 수 있으며 저비점 분획 스트림(108)으로 열을 전달하여 흡혈성 크래킹 반응을 촉진할 수 있다.
도 3에 도시된 제2 FCC 유닛(140)의 제2 크래킹 반응 구역(142)은 제2 크래킹 반응 구역(142)의 하나의 특정 양태의 단순화된 개략도이고, 제2 크래킹 반응 구역(142)의 다른 배치는 탄화수소 공급 전환 시스템으로의 혼입에 적합할 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 일부 양태에서, 제2 크래킹 반응 구역(142)은 상향류식 크래킹 반응 구역일 수 있다. 다른 크래킹 반응 구역 배치가 고려된다. 제2 FCC 유닛은, 제2 크래킹 반응 구역(142)에서, 유동화된 제1 촉매(144)가 고가혹도 조건에서 저비점 분획 스트림(108)을 접촉하는 탄화수소 공급 전환 유닛일 수 있다. 제2 크래킹 반응 구역(142)의 제2 크래킹 온도 T 142 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, 제2 크래킹 반응 구역(142)의 제2 크래킹 온도 T 142 는 500℃ 내지 700℃일 수 있다. 다른 양태에서, 제2 크래킹 반응 구역(142)의 제2 크래킹 온도 T 142 는 550℃ 내지 630℃일 수 있다. 일부 양태에서, 제2 크래킹 온도 T 142 는 제1 크래킹 온도 T 122 와는 상이할 수 있다.
제2 크래킹 반응 구역(142)(촉매 대 탄화수소 비)에서의 제2 촉매(144) 대 저비점 분획 스트림(108)의 중량 비는 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. 일부 양태에서, 제2 크래킹 반응 구역(142)에서의 제2 촉매(144) 대 저비점 분획 스트림(108)의 중량 비는 제1 크래킹 반응 구역(122)에서의 제1 촉매(124) 대 고비점 분획 스트림(106)의 중량 비와는 상이할 수 있다. 제2 크래킹 반응 구역(142)에서의 제1 촉매(144)와 저비점 분획 스트림(108)의 혼합물의 체류 시간은 0.2초(sec) 내지 3sec, 0.2sec 내지 2.5sec, 0.2sec 내지 2sec, 0.2sec 내지 1.5sec, 0.4sec 내지 3sec, 0.4sec 내지 2.5sec, 또는 0.4sec 내지 2sec, 0.4sec 내지 1.5sec, 1.5sec 내지 3sec, 1.5sec 내지 2.5sec, 1.5sec 내지 2sec, 또는 2sec 내지 3sec일 수 있다. 일부 양태에서, 제2 크래킹 반응 구역(142)에서의 체류 시간은 제1 크래킹 반응 구역(122)에서의 체류 시간과는 상이할 수 있다.
제2 크래킹 반응 구역(142)에서의 크래킹 반응에 이어서, 제2 크래킹 반응 구역(142)으로부터의 유출물의 내용물은 제2 촉매(144) 및 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)을 포함할 수 있으며, 이는 제2 분리 구역(150)으로 이동될 수 있다. 제2 분리 구역(150)에서, 제2 촉매(144)는 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)의 적어도 일부로부터 분리될 수 있다. 양태에서, 제2 분리 구역(150)은 하나 이상의 기체-액체 분리기, 예를 들면 하나 이상의 사이클론을 포함할 수 있다. 제2 분리 구역(150)으로부터 배출되는 제2 촉매(144)는 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)의 잔류 부분을 적어도 보유할 수 있다.
제2 분리 구역(150) 이후에, 제2 촉매(144)는 제2 스트리핑 구역(152)으로 이동될 수 있으며, 여기서, 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)의 잔류 부분의 적어도 일부는 제2 촉매(144)로부터 스트리핑되어 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)으로서 회수될 수 있다. 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)은 하나 이상의 다운스트림 유닛 작업으로 이동될 수 있거나 추가 처리를 위한 하나 이상의 다른 스트림과 조합될 수 있다. 수증기(133)는 제2 스트리핑 구역(152)으로 도입되어 제2 촉매(144)로부터 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)의 스트리핑을 용이하게 할 수 있다. 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)은 제2 스트리핑 구역(152)으로 도입되는 수증기(133)의 적어도 일부를 포함할 수 있으며 제2 스트리핑 구역(152) 외부로 이동될 수 있다. 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)은 사이클론 분리기(도시되지 않음)를 통과하여 스트리퍼 용기(도시되지 않음) 외부로 이동될 수 있다. 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)은 당업계에 공지된 방법에 따라 하나 이상의 생성물 회수 시스템으로 전달될 수 있으며, 예를 들면 수증기(127)와 조합함으로써 재순환될 수 있다. 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)은 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)과 같은 하나 이상의 다른 스트림과 조합될 수도 있다. 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)은 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)과 조합될 수도 있다. 다른 스트림과의 조합이 고려된다. 예를 들면, 다수의 수증기를 포함할 수 있는 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 수증기(127)와 조합될 수 있다. 다른 양태에서, 제1 스트리핑 생성물 스트림(134)은 수증기 및 탄화수소로 분리될 수 있으며, 수증기 부분은 수증기(127)와 조합될 수 있다. 제2 스트리핑 생성물 스트림(154)을 스트리핑 제거한 이후의 제2 촉매(144)인 제2 폐촉매(146)는 제2 스트리핑 구역(152)으로부터 재생기(160)의 재생 구역(162)으로 이동될 수 있다.
도 3을 참조하면, 동일한 유형의 촉매가, 제1 촉매(124) 및 제2 촉매(144)에 대해서와 같이 탄화수소 공급 전환 시스템에 걸쳐 사용될 수 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템에서 사용되는 촉매(제1 촉매(124) 및 제1 촉매(144))는 제1 크래킹 반응 구역(122) 및 제2 크래킹 반응 구역(142)에서 사용하기에 적합한 하나 이상의 유체 촉매 크래킹 촉매를 포함할 수 있다. 촉매는 열 운반체일 수 있으며, 고가혹도 조건에서 작동되는 제1 크래킹 반응 구역(122)에서의 고비점 분획 스트림(106) 및 고가혹도 조건에서 작동되는 제2 크래킹 반응 구역(142)에서의 저비점 분획 스트림(108)으로의 열 전달을 제공할 수 있다. 또한, 촉매는, 크래킹 반응을 촉진시키는, 예를 들면 산성 부위와 같은 복수의 촉매 활성 부위를 가질 수 있다. 예를 들면, 양태에서, 촉매는 높은 촉매 활성을 갖는 고활성 FCC 촉매일 수 있다. 탄화수소 공급 전환 시스템에서 사용하기에 적합한 유체 촉매 크래킹 촉매의 예는 제올라이트, 실리카-알루미나 촉매, 일산화탄소 발화 촉진제 첨가제, 하부물 크래킹 첨가제, 경질 올레핀-생성 첨가제, 기타 촉매 첨가제, 또는 이들 구성요소의 조합을 비제한적으로 포함할 수 있다. 크래킹을 위한 촉매의 적어도 일부로서 사용될 수 있는 제올라이트는 Y, REY, USY, RE-USY 제올라이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 촉매는 또한 ZSM-5 제올라이트 결정 또는 다른 펜타실(pentasil)형 촉매 구조체와 같은 성형된 선택적 촉매 첨가제를 포함할 수 있으며, 이들은 기타 FCC 공정에 사용되어 경질 올레핀을 생성하고/하거나 FCC 가솔린 옥탄을 증가시킨다. 하나 이상의 양태에서, 촉매는 ZSM-5 제올라이트 결정들의 혼합물 및 크래킹 촉매 제올라이트 및 통상의 FCC 크래킹 촉매의 매트릭스 구조체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 촉매는 점토, 알루미나, 및 결합제와 내장된 ZSM-5 제올라이트 촉매와 Y의 혼합물일 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 촉매의 적어도 일부는 하나 이상의 희토류 원소(IUPAC 주기율표의 란타나이드 계열의 15개 원소 + 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), 제2 크래킹 반응 구역(142), 또는 둘 다에서 올레핀 수율을 향상시킬 수 있다. 전이 금속은 "원자가 부분적으로 채워진 d 서브쉘(sub-shell)을 갖거나 또는 불완전한 d 서브쉘을 갖는 양이온을 초래할 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 산화물은 촉매 상에 함침될 수도 있다. 금속 또는 금속 산화물은 IUPAC 주기율표의 6 내지 10족으로부터의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 금속 또는 금속 산화물은 몰리브덴, 레늄, 텅스텐, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 촉매의 일부는 산화텅스텐으로 함침될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 FCC 유닛(120) 및 제2 FCC 유닛(140)은 재생기(160)를 공유할 수 있다. 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)는 재생기(160)로 이동될 수 있으며, 여기서, 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)는 함께 혼합되고 재생되어, 재생된 촉매(116)를 생성할 수 있다. 재생기(160)는 재생 구역(162), 촉매 전달 라인(164), 촉매 호퍼(174), 및 연도 가스 벤트(166)를 포함할 수 있다. 재생된 촉매(116)를 재생 구역(162)으로부터 촉매 호퍼(174)로 이동시키기 위해, 촉매 전달 라인(164)은 재생 구역(162) 및 촉매 호퍼(174)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일부 양태에서, 재생기(160)는, 예를 들면 제1 FCC 유닛(120)을 위한 제1 촉매 호퍼(도시되지 않음) 및 제2 FCC 유닛(140)을 위한 제2 촉매 호퍼(도시되지 않음)와 같은 하나 이상의 촉매 호퍼(174)를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 연도 가스 벤트(166)는 촉매 호퍼(174)에 위치할 수 있다.
작동시, 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)는 각각 제1 스트리핑 구역(132) 및 제2 스트리핑 구역(152)으로부터 재생 구역(162)으로 이동될 수 있다. 연소 가스(170)가 재생 구역(162)으로 도입될 수 있다. 연소 가스(170)는 연소 공기, 산소, 연료 가스, 연료유, 기타 성분, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 재생 구역(162)에서, 제1 폐촉매(126)와 제2 폐촉매(146) 상에 침착된 코크스는 연소 가스(170)의 존재하에 적어도 부분적으로 산화(연소)되어 적어도 이산화탄소 및 물을 형성할 수 있다. 일부 양태에서, 제1 폐촉매(126)와 제2 폐촉매(146) 상의 코크스 침착물은 재생 구역(162)에서 완전히 산화될 수 있다. 예를 들면 잔여 제1 크래킹 반응 생성물 또는 제2 크래킹 반응 생성물과 같은 다른 유기 화합물은 재생 구역에서 연소 가스(170)의 존재하에 산화될 수도 있다. 예를 들면 일산화탄소와 같은 기타 가스는 재생 구역(162)에서 코크스 산화 과정에서 형성될 수 있다. 코크스 침착물의 산화로 열이 생성되며, 이는 재생된 촉매(116)로 전달되어 당해 촉매에 의해 유지될 수 있다.
제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146) 재생을 위한 단일 촉매 재생기(160)는 탄화수소 공급 전환 시스템의 전체 효율을 개선할 수 있다. 예를 들면, 제2 FCC 유닛(140)에서 저비점 분획 스트림(108)의 크래킹은, 제1 FCC 유닛(120)에서의 고비점 분획 스트림(106)의 크래킹에 비해, 제2 폐촉매(146) 상에 코크스 침착물을 더 적게 생성시킬 수 있다. 재생 과정에서, 제2 폐촉매(146)의 코크스 침착물의 연소로 열이 생성되지만, 제2 폐촉매(146) 상에 존재하는 코크스의 양은, 제2 크래킹 반응 구역(142)에서 크래킹 반응을 수행하기에 충분한 열을 생성하기에는 충분하지 않을 수 있다. 따라서, 제2 폐촉매(146)의 자체 재생은, 제2 크래킹 반응 구역(142)에서 재생된 촉매(116)의 온도를 허용되는 제2 크래킹 온도 T 142 로 상승시키기에 충분한 열을 생성하지 않을 수 있다. 비교하면, 제1 FCC 유닛(120)에서 고비점 분획 스트림(106)의 크래킹 동안, 제1 폐촉매(126) 상에 형성되어 침착된 코크스의 양은, 제2 크래킹 반응 구역(142)에서 생성된 코크스 침착물보다 실질적으로 많을 수 있다. 촉매 재생 동안, 제1 폐촉매(126) 상에 침착된 코크스의 연소는 재생된 촉매(116)의 온도(제1 폐촉매(126)와 제2 폐촉매(146) 둘 다로부터 생성된 재생된 촉매(116)를 포함함)를 예를 들면 제1 크래킹 온도 T 122 또는 제2 크래킹 온도 T 142 와 동일하거나 더 높은 재생된 촉매 온도 T 116 와 같은 고가혹도 조건으로 상승시키기에 충분한 열을 생성할 수 있으며, 제1 크래킹 반응 구역(122) 및 제2 크래킹 반응 구역(142) 둘 다에서 크래킹 반응을 수행하는데 요구되는 열을 제공할 수 있다.
연도 가스(172)는 재생된 촉매(116)를 촉매 전달 라인(164)을 통해 재생 구역(162)으로부터 촉매 호퍼(174)로 전달할 수 있다. 재생된 촉매(116)는, 촉매 호퍼(174)로부터 제1 FCC 유닛(120) 및 제2 FCC 유닛(140)으로 이동되기 전에, 촉매 호퍼(174)에 축적될 수 있다. 촉매 호퍼(174)는 연도 가스(172)를 재생된 촉매(116)로부터 분리하기 위한 기체-액체 분리기로서 작용할 수 있다. 양태에서, 연도 가스(172)는 촉매 호퍼(174)에 배치된 연도 가스 벤트(166)를 통과하여 촉매 호퍼(174) 외부로 이동될 수 있다.
촉매는 제1 및 제2 FCC 유닛(120, 140), 재생기(160), 및 촉매 호퍼(174)를 통해 순환될 수 있다. 예를 들면, 제1 촉매(124)는 제1 FCC 유닛(120)으로 도입되어 제1 FCC 유닛(120)에서 고비점 분획 스트림(106)을 촉매적으로 크래킹할 수 있다. 크래킹 과정에서, 코크스 침착물이 제1 촉매(124) 상에 형성되어, 제1 스트리핑 구역(132) 외부로 이동하는 제1 폐촉매(126)를 생성할 수 있다. 제1 폐촉매(126)는 재생된 촉매(116)보다 적은 촉매 활성을 가질 수 있으며, 이는, 제1 폐촉매(126)는 재생된 촉매(116)에 비해 크래킹 반응을 가능하게 하는데 덜 효과적일 수 있음을 의미한다. 제1 폐촉매(126)는 제1 분리 구역(130) 및 제1 스트리핑 구역(132)에서 제1 크래킹 반응 생성물 스트림(128)으로부터 분리될 수 있다. 제2 촉매(144)는 제2 FCC 유닛(140)으로 도입되어 제2 FCC 유닛(140)에서 저비점 분획 스트림(108)을 촉매적으로 크래킹할 수 있다. 크래킹 과정에서, 코크스 침착물은 제2 촉매(144) 상에 형성되어, 제2 스트리핑 구역(152) 외부로 이동하는 제2 폐촉매(146)를 생성할 수 있다. 제2 폐촉매(146)는 또한 재생된 촉매(116)의 촉매 활성보다 적은 촉매 활성을 가질 수 있으며, 이는, 제2 폐촉매(146)는 재생된 촉매(116)에 비해 크래킹 반응을 가능하게 하는데 덜 효과적일 수 있음을 의미한다. 제2 폐촉매(146)는 제2 분리 구역(150) 및 제2 스트리핑 구역(152)에서 제2 크래킹 반응 생성물 스트림(148)으로부터 분리될 수 있다. 이어서, 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)는 재생 구역(162)에서 조합되고 재생되어, 재생된 촉매(116)를 생성할 수 있다. 재생된 촉매(116)는 촉매 호퍼(174)로 전달될 수 있다.
재생 구역(162) 외부로 이동하는 재생된 촉매(116)는 재생된 촉매(116)의 총 중량을 기준으로 1wt.% 미만의 코크스 침착물을 가질 수 있다. 일부 양태에서, 재생 구역(162) 외부로 이동하는 재생된 촉매(116)는 0.5wt.% 미만, 0.1wt.% 미만, 또는 0.05wt.% 미만의 코크스 침착물을 가질 수 있다. 일부 양태에서, 재생 구역(162)에서부터 촉매 호퍼(174)로 이동하는 재생된 촉매(116)는 재생된 촉매(116)의 총 중량을 기준으로 0.001wt.% 내지 1wt.%, 0.001wt.% 내지 0.5wt.%, 0.001wt.% 내지 0.1wt.%, 0.001wt.% 내지 0.05wt.%, 0.005wt.% 내지 1wt.%, 0.005wt.% 내지 0.5wt.%, 0.005wt.% 내지 0.1wt.%, 0.005wt.% 내지 0.05wt.%, 0.01wt.% 내지 1wt.%, 0.01wt.% 내지 0.5wt.%, 0.01wt.% 내지 0.1wt.%, 0.01wt.% 내지 0.05wt.%의 코크스 침착물을 가질 수 있다. 하나 이상의 양태에서, 재생 구역(162) 외부로 이동하는 재생된 촉매(116)는 코크스 침착물을 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 본 명세서에서 사용된, 성분을 "실질적으로 함유하지 않는"이라는 용어는, 촉매, 스트림, 또는 반응 구역의 특정 부분 중의 해당 성분이 1wt.% 미만임을 의미한다. 예로서, 코크스 침착물을 실질적으로 함유하지 않는 재생된 촉매(116)는 코크스 침착물이 1wt.% 미만일 수 있다. 재생 구역(162)에서 재생된 촉매(116)로부터 코크스 침착물을 제거하는 것은, 반응을 촉진하는 촉매의 촉매 활성 부위(예를 들면 산성 부위)로부터 코크스 침착물을 제거할 수 있다. 촉매 상의 촉매 활성 부위로부터 촉매 침착물을 제거하는 것은, 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)에 비해 재생된 촉매(116)의 촉매 활성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 재생된 촉매(116)는 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)보다 큰 촉매 활성을 가질 수 있다.
재생된 촉매(116)는 코크스 퇴적물의 연소로부터 생성된 열의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 열은, 제1 폐촉매(126)와 제2 폐촉매(146)의 온도에 비해 재생된 촉매(116)의 온도를 증가시킬 수 있다. 재생된 촉매(116)는, 이것이 제1 촉매(124)의 적어도 일부로서 제1 FCC 유닛(120)으로 그리고 제2 촉매(144)의 적어도 일부로서 제2 FCC 유닛(140)으로 다시 이동될 때까지 촉매 호퍼(174)에 축적될 수 있다. 촉매 호퍼(174)에서의 재생된 촉매(116)는, 제1 FCC 유닛(120)의 제1 크래킹 반응 구역(122)에서의 제1 크래킹 온도 T 122 , 제2 FCC 유닛(140)의 제2 크래킹 반응 구역(142)에서의 제2 크래킹 온도 T 142 , 또는 이들 둘 다와 동일하거나 더 높은 온도를 가질 수 있다. 재생된 촉매(116)의 더 높은 온도는, 제1 크래킹 반응 구역(122), 제2 크래킹 반응 구역(142), 또는 둘 다에서의 흡혈성 크래킹 반응을 위한 열을 제공할 수 있다.
이전에 논의된 바와 같이, 예를 들면 원유와 같은 탄화수소 공급 스트림(102)은 광범위한 조성 및 광범위한 비점을 가질 수 있다. 탄화수소 공급 스트림(102)은 고비점 분획 스트림(106) 및 저비점 분획 스트림(108)으로 분리될 수 있다. 고비점 분획 스트림(106)은 일반적으로 저비점 분획 스트림(108)과 상이한 조성을 갖는다. 따라서, 하나 이상의 석유화학 제품을 원하는 수율로 생성하거나 특정 생성물에 대한 반응의 선택도를 증가시키기 위해, 각각의 고비점 분획 스트림(106) 및 저비점 분획 스트림(108)은 상이한 작동 온도 및 촉매 활성을 요구할 수 있다. 예를 들면, 고비점 분획 스트림(106)은 더 반응성일 수 있으므로, 특정 석유화학 제품의 충분한 수율 또는 당해 제품에 대한 선택도를 생성하기 위해, 저비점 분획 스트림(108)보다 더 적은 크래킹 활성을 요구할 수 있다. 제1 크래킹 반응 구역(122)에서 제1 촉매(124)의 촉매 활성을 낮추거나, 제1 크래킹 반응 구역(122)에서의 제1 크래킹 온도 T 122 를 낮추거나, 또는 이의 조합에 의해, 고비점 분획 스트림(106)에 적합한 더 적은 크래킹 활성이 제공될 수 있다. 반면, 저비점 분획 스트림(108)은 덜 반응성일 수 있으며, 특정 석유화학 제품의 충분한 수율 또는 당해 제품에 대한 선택도를 생성하기 위해, 고비점 분획 스트림(106)에 비해 더 큰 촉매 활성(예를 들면, 제2 크래킹 반응 구역(142)에서의 제2 촉매(144)의 증가된 촉매 활성), 제1 크래킹 온도 T 122 보다 더 큰 제2 크래킹 반응 구역(142)에서의 제2 크래킹 온도 T 142 , 또는 둘 다를 요구할 수 있다.
본 명세서에 전술된 바와 같이, 탄화수소 공급 전환 시스템은 재생된 촉매(116)를 생성하기 위한 제1 폐촉매(126) 및 제2 폐촉매(146)를 재생하기 위한 단일 재생기(160)를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 FCC 유닛(120)으로 이동하는 재생된 촉매(116)는 제2 FCC 유닛(140)으로 이동하는 재생된 촉매(116)와 동일하며 당해 촉매와 동일한 촉매 유효성 및 온도를 갖는다. 그러나, 이전에 논의된 바와 같이, 특정 석유화학 제품의 충분한 수율 또는 당해 제품에 대한 선택도를 생성하기 위한 제1 FCC 유닛(120) 또는 제2 FCC 유닛(140)에서의 반응 조건은, 재생된 촉매(116)를 제1 FCC 유닛(120) 또는 제2 FCC 유닛(140) 중 나머지로 이동시킴으로써 제공되는 반응 조건과는 상이할 수 있다.
실시예
공급원료 연료의 전환을 위한 방법 및 시스템의 다양한 양태는 하기 실시예에 의해 추가로 명확해질 것이다. 실시예는 본질적으로 예시적인 것이며 이는 본 발명의 주제를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
실시예 A
실시예 A는 수증기의 존재 및 수증기의 부재하에서의 원유의 크래킹에 관한 데이터를 제공한다. 고정층 반응(fixed-bed reaction)(FBR) 시스템에서 대기압에서 수증기의 존재 및 수증기의 부재하에 아라비아 초경질(Arabian Extra Light)(AXL) 원유를 공급물로 사용하여 실험을 수행하였다. 도 4를 참조하면, AXL 원유(1001)를 계량 펌프(1011)를 사용하여 고정층 반응기(1000)로 공급하였다. AXL 원유(1001)의 2g/h의 일정한 공급 속도를 사용하였다. 계량 펌프(1012)를 사용하여 물(1002)을 반응기(1000)로 공급하였다. 예열기(1021)를 사용하여 물(1002)을 예열하였다. 물(1002)의 1g/h의 일정한 공급 속도를 사용하였다. 질소(1003)를 65mL/min에서 운반 기체(carrier gas)로서 사용하였다. 질량 유량 제어기(Mass Flow Controller)(MFC)(1013)를 사용하여 질소(1003)를 반응기(1000)로 공급하였다. 예열기(1022)를 사용하여 질소(1003)를 예열하였다. 믹서(1030)를 사용하여 물(1002) 및 질소(1003)를 혼합하였으며 상기 혼합물을 반응기(1000)로 도입하였다. 반응기 튜브로 도입되기 전에, 오일, 물, 및 질소를 예열 구역(1042)에서 250℃ 이하로 예열하였다. 라인 가열기(1031)를 사용하여 예열 구역(1042)을 예열하였다. 원유(1001)를 반응기(1000)의 상부로부터 분사기(1041)를 통해 도입하였으며, 촉매층(1044)에 도달하기 전에 반응기 튜브(1040)의 상단 2/3에서 수증기와 혼합하였다. 수증기:오일의 질량 비는 0.5였다. 원유를 크래킹 온도 675℃ 및 촉매:오일 중량 비 1:2에서 크래킹하였다. 크래킹 촉매는 W. R. Grace & Co-Conn에 의해 제공된 75wt.% Ecat 및 25wt.% OlefinsUltra®이었다. 메쉬 크기 30 내지 40의 촉매 1g을, 석영 울(1043, 1046) 및 반응기 삽입기(1045)에 의해 지지되어 있는 반응기 튜브(1040)의 중심에 두었다. 석영 울(1043, 1046)을 촉매층(1044)의 바닥부 및 상부 둘 다에 배치하여 해당 위치에 유지하였다. 촉매층(1044)의 높이는 1 내지 2cm이었다. 정상 상태에 도달할 때까지 45 내지 60분 동안 반응이 발생하게 하였다. 고정층 유동 반응기(1000)의 반응 조건은 표 2에 열거되어 있다. 크래킹 반응 생성물 스트림을 기체-액체 분리기(1051)로 도입하였다. 습식 시험기(1052)를 기체-액체 분리기(1051)의 다운스트림에 두었다. 크래킹된 기체 제품(1061) 및 액체 제품(1062)을 모의 증류 및 나프타 분석 기술을 사용하여 오프-라인 기체 크로마토그래피 (GC) 분석에 의해 특성화시켰다. 크래킹 반응으로부터의 반응 생성물 스트림을 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌의 수율에 대해 분석하였다. 이어서 실시예 A에 대한 수율 분석은 표 3에 있다.
Figure pct00002
Figure pct00003
표 3에 나타낸 바와 같이, 수증기 비함유 원유에 대한 에틸렌, 프로필렌, 및 부틸렌의 수율은 수증기 함유 원유에 대한 수율보다 낮았다. 실시예 A의 데이터는, 수증기 함유 원유의 크래킹을 통해, 보다 가치있는 석유화학 제품의 수율을 극대화할 기회를 제시한다.
본 발명의 제1 측면은, 탄화수소 재료를 적어도 저비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계, 수증기:오일 질량 비가 0.5 내지 1.0이 되어 고비점 분획의 분압이 감소하도록, 수증기를 저비점 분획의 크래킹의 고비점 분획 업스트림과 조합하는 단계, 고비점 분획의 적어도 일부를 제1 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 크래킹하여 제1 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계, 저비점 분획의 적어도 일부를 제2 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹하여 제2 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계, 및 제1 크래킹 반응 생성물 또는 제2 크래킹 반응 생성물 중 하나 또는 둘 다로부터 석유화학 제품을 분리하는 단계를 포함하는, 탄화수소 재료로부터 석유화학 제품을 생산하는 방법에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 제1 크래킹 반응 생성물 또는 제2 크래킹 반응 생성물 중 하나 또는 둘 다로부터 순환유를 분리하는 단계, 및 순환유를 저비점 분획, 고비점 분획, 탄화수소 재료, 또는 이들의 조합과 조합함으로써 순환유를 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 제1 측면을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면은, 탄화수소 재료의 적어도 90wt.%는 고비점 분획과 저비점 분획의 조합 내에 존재하는, 제1 또는 제2 측면을 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 측면은, 탄화수소 재료는, 탄화수소 재료의 5wt.%의 비점과 95wt.%의 비점의 차이가 적어도 100℃인 조성을 갖는, 제1 내지 제3 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 측면은, 제1 크래킹 반응 생성물 및 제2 크래킹 반응 생성물을 조합하여 조합된 반응 생성물을 형성하고, 조합된 반응 생성물을 순환유로 분리하는, 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제6 측면은, 제1 폐촉매로부터 제1 크래킹 반응 생성물의 적어도 일부를 분리하는 단계, 제2 폐촉매로부터 제2 크래킹 반응 생성물의 적어도 일부를 분리하는 단계, 제1 폐촉매의 적어도 일부를 재생하여 제1 재생 촉매를 생성하는 단계, 및 제2 폐촉매의 적어도 일부를 재생하여 제2 재생 촉매를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 제1 내지 제5 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제7 측면은, 탄화수소 재료는 원유인, 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제8 측면은, 제1 크래킹 반응 생성물, 제2 크래킹 반응 생성물, 또는 둘 다의 조합의 적어도 40wt.%는 에틸렌, 프로펜, 부텐, 펜텐, 또는 운송 연료 중 적어도 하나를 포함하는, 제1 내지 제7 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제9 측면은, 제1 촉매 또는 제2 촉매 중 하나 또는 둘 다를 재생하는, 제1 내지 제8 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제10 측면은, 저비점 분획 및 고비점 분획의 컷 포인트는 180℃ 내지 400℃인, 제1 내지 제9 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제11 측면은, 탄화수소 공급 스트림을 공급물 분리기로 도입하는 단계, 공급물 분리기에서 탄화수소 공급 스트림을 적어도 저비점 분획 스트림 및 고비점 분획 스트림으로 분리하는 단계, 수증기:오일 질량 비가 0.5 내지 1.0이 되어 고비점 분획 스트림의 분압이 감소하도록, 수증기를 고비점 분획 스트림의 크래킹의 고비점 분획 스트림 업스트림과 조합하는 단계, 고비점 분획 스트림을 제1 FCC 유닛으로 이동시키는 단계, 저비점 분획 스트림을 제2 FCC 유닛으로 이동시키는 단계, 고비점 분획 스트림의 적어도 일부를 제1 FCC 유닛에서 제1 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 크래킹하여 제1 크래킹 반응 생성물 스트림을 생성하는 단계, 저비점 분획 스트림의 적어도 일부를 제2 FCC 유닛에서 제2 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹하여 제2 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계, 및 제1 크래킹 반응 생성물 스트림 또는 제2 크래킹 반응 생성물 스트림 중 하나 또는 둘 다로부터 석유화학 제품 스트림을 분리하는 단계를 포함하는, 탄화수소 공급 스트림으로부터 석유화학 제품 스트림을 생산하기 위해 탄화수소 공급 전환 시스템을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제12 측면은, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림 또는 제2 크래킹 반응 생성물 스트림 중 하나 또는 둘 다로부터 순환유 스트림을 분리하는 단계, 및 순환유 스트림을 저비점 분획 스트림, 고비점 분획 스트림, 탄화수소 공급 스트림, 또는 이들의 조합과 조합함으로써 순환유 스트림을 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 제11 측면을 포함할 수 있다.
본 발명의 제13 측면은, 탄화수소 공급 스트림의 적어도 90wt.%는 고비점 분획 스트림과 저비점 분획 스트림의 조합 내에 존재하는, 제11 또는 제12 측면을 포함할 수 있다.
본 발명의 제14 측면은, 탄화수소 공급 스트림의 5wt.%의 비점과 95wt.%의 비점의 차이는 적어도 100℃인, 제11 내지 제13 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제15 측면은, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림 및 제2 크래킹 반응 생성물 스트림을 조합하여 조합된 반응 생성물 스트림을 형성하고, 조합된 반응 생성물 스트림을 순환유 스트림으로 분리하는, 제11 내지 제14 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제16 측면은, 제1 폐촉매로부터 제1 크래킹 반응 생성물 스트림의 적어도 일부를 분리하는 단계, 제2 폐촉매로부터 제2 크래킹 반응 생성물 스트림의 적어도 일부를 분리하는 단계, 제1 폐촉매의 적어도 일부를 재생하여 제1 재생 촉매를 생성하는 단계, 및 제2 폐촉매의 적어도 일부를 재생하여 제2 재생 촉매를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 제11 내지 제15 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제17 측면은, 탄화수소 공급 스트림은 원유인, 제11 내지 제16 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제18 측면은, 제1 크래킹 반응 생성물 스트림, 제2 크래킹 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 조합의 적어도 40wt.%는 에틸렌, 프로펜, 부텐, 펜텐, 또는 운송 연료 중 적어도 하나를 포함하는, 제11 내지 제17 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제19 측면은, 제1 촉매 또는 제2 촉매 중 하나 또는 둘 다를 재생하는, 제11 내지 제18 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제20 측면은, 저비점 분획 스트림 및 고비점 분획 스트림의 컷 포인트는 180℃ 내지 400℃인, 제11 내지 제19 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술을 정의하기 위해, "로 이루어진"이라는 전환 문구가, 청구항의 범주를 인용된 구성요소 또는 단계 및 임의의 천연 발생 불순물로 제한하는 폐쇄형 서두 용어로서 청구범위에 도입될 수 있다.
본 발명의 기술을 정의하기 위해, "로 본질적으로 이루어진"이라는 전환 문구가, 인용된 요소, 구성성분, 재료, 또는 방법 단계 뿐만 아니라 청구 대상의 신규 특징들에 실질적으로 영향을 끼치지 않는 임의의 미인용된 요소, 구성성분, 재료, 또는 방법 단계에 대한 하나 이상의 청구범위의 범주를 제한하기 위해 청구범위에 도입될 수 있다.
"로 이루어진" 및 "로 본질적으로 이루어진"이라는 전환 문구는 "를 포함하는" 및 "을 포함하는"과 같은 개방형 전환 문구의 하위집합인 것으로 해석될 수 있으며, 이에 따라, 일련의 요소, 구성성분, 재료 또는 단계의 인용을 도입하기 위해 개방형 문구를 사용하는 것은 또한 "로 이루어진" 및 "로 본질적으로 이루어진"과 같은 폐쇄형 용어를 사용하여 일련의 요소, 구성성분, 재료 또는 단계의 인용을 기술하는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들면, 구성요소 A, B 및 C를 "포함하는" 조성의 설명은 구성요소 A, B 및 C"로 이루어진" 조성 뿐만 아니라 구성요소 A, B 및 C"로 본질적으로 이루어는" 조성을 기술하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 표현된 임의의 정량적 값은 "로 이루어진" 및 "로 본질적으로 이루어진"이라는 전환 문구와 일치하는 폐쇄적이거나 부분적으로 폐쇄적인 양태 뿐만 아니라 "를 포함하는" 또는 "을 포함하는"이라는 전환 문구와 일치하는 개방적인 양태를 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
속성에 할당된 임의의 2개의 정량적 값은 해당 속성의 범위를 구성할 수 있으며 주어진 속성의 모든 언급된 정량적 값으로부터 형성된 범위의 모든 조합이 본 개시에서 고려되는 것으로 이해되어야 한다. 스트림 또는 반응기에서 화학 성분의 조성 범위는 일부 양태에서 해당 성분의 이성체의 혼합물을 함유하는 것으로 인식되어야 함이 이해되어야 한다. 예를 들면, 부텐을 특정하는 조성 범위는 부텐의 다양한 이성체의 혼합물을 포함할 수 있다. 실시예는 다양한 스트림에 대한 조성 범위를 제공하고 특정 화학 조성의 이성체의 총량은 범위를 구성할 수 있음이 이해되어야 한다.
본 발명의 주제는 특정 양태를 참조하여 상세하게 설명되었다. 본 발명의 주제는 특정 양태를 참조하여 상세하게 설명되었다. 양태의 구성요소 또는 특징에 대한 임의의 상세한 설명이 반드시 구성요소 또는 특징이 특정 양태 또는 임의의 다른 양태에 필수적이라는 것을 의미하지는 않음이 이해되어야 한다. 또한, 청구된 주제의 요지 및 범주를 벗어나지 않고 설명된 양태에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백해야 한다.

Claims (15)

  1. 탄화수소 재료로부터 석유화학 제품을 생산하는 방법으로서,
    상기 탄화수소 재료를 적어도 저비점 분획 및 고비점 분획으로 분리하는 단계;
    수증기를 상기 저비점 분획의 크래킹의 고비점 분획 업스트림과 조합하는 단계로서, 상기 수증기:오일 질량 비가 0.5 내지 1.0이 되어 상기 고비점 분획의 분압이 감소하는, 단계;
    상기 고비점 분획의 적어도 일부를 제1 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 크래킹하여 제1 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계;
    상기 저비점 분획의 적어도 일부를 제2 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹하여 제2 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 크래킹 반응 생성물 또는 상기 제2 크래킹 반응 생성물 중 하나 또는 둘 다로부터 상기 석유화학 제품을 분리하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 크래킹 반응 생성물 또는 상기 제2 크래킹 반응 생성물 중 하나 또는 둘 다로부터 순환유를 분리하는 단계로서, 상기 순환유의 적어도 99wt.%는 적어도 215℃의 비점을 갖는, 단계; 및
    상기 순환유의 적어도 일부를 상기 저비점 분획, 상기 고비점 분획, 상기 탄화수소 재료, 또는 이들의 조합과 조합함으로써 상기 순환유를 재순환시키는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄화수소 재료의 적어도 90wt.%는 상기 고비점 분획과 상기 저비점 분획의 조합 내에 존재하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 재료는, 상기 탄화수소 재료의 5wt.%의 비점과 95wt.%의 비점의 차이가 적어도 100℃인 조성을 갖는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 크래킹 반응 생성물 및 상기 제2 크래킹 반응 생성물을 조합하여 조합된 반응 생성물을 형성하고;
    상기 조합된 반응 생성물을 순환유로 분리하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 폐촉매로부터 상기 제1 크래킹 반응 생성물의 적어도 일부를 분리하는 단계;
    제2 폐촉매로부터 상기 제2 크래킹 반응 생성물의 적어도 일부를 분리하는 단계;
    상기 제1 폐촉매의 적어도 일부를 재생하여 제1 재생 촉매를 생성하는 단계; 및
    상기 제2 폐촉매의 적어도 일부를 재생하여 제2 재생 촉매를 생성하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 재료는 원유인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 크래킹 반응 생성물, 상기 제2 크래킹 반응 생성물, 또는 둘 다의 상기 조합의 적어도 40wt.%는 에틸렌, 프로펜, 부텐, 펜텐, 또는 운송 연료 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 촉매 또는 상기 제2 촉매 중 하나 또는 둘 다를 재생하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저비점 분획 및 상기 고비점 분획의 컷 포인트는 180℃ 내지 400℃인, 방법.
  11. 탄화수소 공급 스트림으로부터 석유화학 제품 스트림을 생산하기 위해 탄화수소 공급 전환 시스템을 작동하기 위한 방법으로서,
    상기 탄화수소 공급 스트림을 공급물 분리기로 도입하는 단계;
    상기 공급물 분리기에서 상기 탄화수소 공급 스트림을 적어도 저비점 분획 스트림 및 고비점 분획 스트림으로 분리하는 단계;
    수증기를 상기 고비점 분획 스트림의 크래킹의 고비점 분획 스트림 업스트림과 조합하는 단계로서, 상기 수증기:오일 질량 비가 적어도 0.5가 되어 상기 고비점 분획 스트림의 내용물의 분압이 감소하는, 단계;
    상기 고비점 분획 스트림을 제1 유체 촉매 크래킹 유닛으로 이동시키는 단계;
    상기 저비점 분획 스트림을 제2 유체 촉매 크래킹 유닛으로 이동시키는 단계;
    상기 고비점 분획 스트림의 적어도 일부를 상기 제1 유체 촉매 크래킹 유닛에서 제1 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 크래킹하여 제1 크래킹 반응 생성물 스트림을 생성하는 단계;
    상기 저비점 분획 스트림의 적어도 일부를 상기 제2 유체 촉매 크래킹 유닛에서 제2 촉매의 존재하에 500℃ 내지 700℃의 반응 온도에서 0.1mol.% 미만의 물을 포함하는 환경에서 크래킹하여 제2 크래킹 반응 생성물을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 크래킹 반응 생성물 스트림 또는 상기 제2 크래킹 반응 생성물 스트림 중 하나 또는 둘 다로부터 상기 석유화학 제품 스트림을 분리하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 크래킹 반응 생성물 스트림 또는 상기 제2 크래킹 반응 생성물 스트림 중 하나 또는 둘 다로부터 순환유 스트림을 분리하는 단계로서, 상기 순환유 스트림의 적어도 99wt.%는 적어도 215℃의 비점을 갖는, 단계; 및
    상기 순환유 스트림의 적어도 일부를 상기 저비점 분획 스트림, 상기 고비점 분획 스트림, 상기 탄화수소 공급 스트림, 또는 이들의 조합과 조합함으로써 상기 순환유 스트림을 재순환시키는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 탄화수소 공급 스트림의 적어도 90wt.%는 상기 고비점 분획 스트림과 상기 저비점 분획 스트림의 상기 조합 내에 존재하는, 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 공급 스트림은, 상기 탄화수소 공급 스트림의 5wt.%의 비점과 95wt.%의 비점의 차이가 적어도 100℃인 조성을 갖는, 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 크래킹 반응 생성물 스트림 및 상기 제2 크래킹 반응 생성물 스트림을 조합하여 조합된 반응 생성물 스트림을 형성하고;
    상기 조합된 반응 생성물 스트림을 순환유 스트림으로 분리하는, 방법.
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