KR102148952B1

KR102148952B1 - 경질 올레핀 및 코크스를 생산하기 위한 원유의 통합된 수소화공정 및 스팀 열분해

Info

Publication number: KR102148952B1
Application number: KR1020147029241A
Authority: KR
Inventors: 라힐 샤피; 아브데노우어 보우렌; 압둘 라흐만 자퍼 아카라스; 에쌈 사예드; 이브라힘 에이. 아바
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2020-08-27
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: EP2828356A1; US9228139B2; KR20150010710A; SG11201405865SA; US20130248416A1; CN104364353A; EP2828356B1; WO2013142605A1; JP2015514828A; JP6081571B2

Abstract

올레핀 및 방향족화합물 석유화학제품, 및 석유 코크스를 생산하기 위한 원유의 직접적인 처리를 위하여 통합된 수소화처리, 스팀 열분해 및 코커 공정이 제공된다. 원유 및 재순환된 코커 액체 생성물은 스팀의 존재 하에 열적으로 크래킹되어 혼합 생성물 스트림을 생성하는, 수소화공정처리된 유출물을 생성하는데 효과적인 조건 하에서 조작하는 수소화공정 구역으로 충전된다. 열 크래킹 장치의 업스트림이거나 열 크래킹 장치내에서 회수된 잔사유 액체 분획은 코크스 및 코커 액체 생성물을 생성하는데 효과적인 조건 하에서 열적으로 크래킹된다. 석유 코크스가 회수되는 동안 코커 액체 생성물이 수소화공정의 단계로 회수된다. 혼합 생성물 스트림으로부터 수소는 정제되어 수소화공정 구역으로 재순환되고, 올레핀, 방향족화합물 및 열분해 연료유는 분리된 혼합 생성물 스트림으로부터 회수된다.

Description

경질 올레핀 및 코크스를 생산하기 위한 원유의 통합된 수소화공정 및 스팀 열분해 {INTEGRATED HYDROPROCESSING AND STEAM PYROLYSIS OF CRUDE OIL TO PRODUCE LIGHT OLEFINS AND COKE}

본 출원은 본원에 참조로 포함된, 2012년 3월 20일자로 출원된 미국 가 특허원 제61/613,332호 및 2013년 3월 14일자로 출원된 제61/785,846호의 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명은 원유를 포함하는 공급원료로부터, 경질 올레핀 및 방향족 화합물과 같은 석유화학제품, 및 코크스 (coke)를 생산하기 위한 통합된 수소화공정 (hydroprocessing) 및 스팀 열분해 공정에 관한 것이다.

저급 올레핀 (즉, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 및 부타디엔) 및 방향족 화합물 (즉, 벤젠, 톨루엔 및 크실렌)은 석유화학 및 화학산업에서 광범위하게 사용된 기본적인 중간물질이다. 열 크래킹, 또는 스팀 열분해는 전형적으로 스팀의 존재 하에서, 그리고 산소의 부재 하에서, 이들 물질을 형성시키기 위한 공정의 주요 유형이다. 스팀 열분해를 위한 공급원료는 나프타, 케로센 및 가스 오일과 같은 석유 가스 및 증류물을 포함할 수 있다. 이들 공급원료의 이용가능성은 일반적으로 제한되어 있으며 원유 정제 시 비용이 많이 들고 에너지-집약적인 공정 단계를 필요로 한다.

스팀 열분해 반응기용 공급원료로서 중질 탄화수소를 사용하는 연구가 수행되어 왔다. 통상의 중질 탄화수소 열분해 가동에 있어서 주요 단점은 코크스 (coke) 형성이다. 예를 들어, 중질 액체 탄화수소를 위한 스팀 크래킹 공정은 미국 특허 제4,217,204호에 기재되어 있으며, 여기서 용융된 염의 미스트 (mist)는 코크스 형성을 최소화하기 위한 노력으로 스팀 크래킹 반응 구역내로 도입된다. 콘라드슨 (Conradson) 탄소 잔사유 (residue)가 3.1 중량%인 아라비아산 경질 원유를 사용하는 하나의 예에서, 크래킹 장치는 용융된 염의 존재 하에서 624시간 동안 조작을 지속할 수 있었다. 용융된 염을 첨가하지 않는 비교 실시예에서, 스팀 크래킹 반응기는 반응기내 코크스의 형성으로 인해 5시간 직후 막히면서 조작이 불가능해졌다.

또한, 스팀 열분해 반응기용 공급원료로서 중질 탄화수소를 사용한 올레핀 및 방향족 화합물의 수율 및 분포는 경질 탄화수소 공급원료를 사용하는 것들과는 상이하다. 중질 탄화수소는 보다 높은 광산국 상관 지수 (Bureau of Mines Correlation Index: BMCI)로 나타낸 바와 같이, 경질 탄화수소보다 방향족 화합물 함량이 더 높다. BMCI는 공급원료의 방향족성 (aromaticity)의 척도이며 다음과 같이 계산한다:

BMCI = 87552/VAPB + 473.5 * (sp. gr.)-456.8 (1)

여기서:

VAPB는 랜킨 온도 (degrees Rankine)에서 용적 평균 비등점 (Volume Average Boiling Point)이고,

sp. gr.은 공급원료의 비중이다.

BMCI가 감소함에 따라, 에틸렌 수율은 증가하는 것으로 예측된다. 따라서, 고급 파라핀성 또는 저급 방향족 화합물 원료가 원하는 올레핀의 보다 높은 수율을 수득하고 반응기 코일 구획내에서 보다 많은 원하지 않은 생성물 및 코크스 형성을 피하기 위한 스팀 열분해용으로 일반적으로 바람직하다.

스팀 크래커 속에서 절대 코크스 형성율은 문헌 [참조: Cai et al., "Coke Formation in Steam Crackers for Ethylene Production", Chem . Eng . & Proc ., vol. 41, (2002), 199-214]에 보고되어 왔다. 일반적으로, 절대 코크스 형성율은 올레핀 > 방향족 화합물 > 파라핀의 오름차순이며, 여기서 올레핀은 중질 올레핀을 나타낸다.

이들 석유화학제품의 증가하는 요구에 부응할 수 있도록 하기 위해, 가공되지 않은 원유와 같이, 다량으로 이용가능하도록 할 수 있는 다른 유형의 공급물은 생산자에게 매력적이다. 원유 공급물의 사용은 이들 석유화학제품의 생산 시 장애물이 되는 정제의 가능성을 최소화하거나 제거하는 것이다.

본원의 시스템 및 공정은 원유 공급원료를 포함하는 공급원료의 직접적인 가공을 허용함으로써 올레핀 및 시장성이 높은 코크스 (marketable coke)를 포함하는 석유화학제품을 생산하는 수소화공정 구역과 함께 통합된 스팀 열분해 구역을 제공한다.

올레핀 및 방향족 석유화학제품, 및 석유 코크스를 생산하기 위하여 원유의 직접적인 처리를 위한 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 공정 (coker process)이 제공된다. 원유 및 재순환되는 코커 액체 생성물은 오염물 함량이 감소되고, 파라핀성 (paraffinicity)이 증가되며, 광산국 상관 지수가 감소되고 미국 석유 협회 비중 (American Petroleum Institute gravity)이 증가된 수소화공정처리된 (hydroprocessed) 환원 (reduced) 유출물을 생산하는데 효과적인 조건 하에서 조작하는 수소화공정 구역으로 충전된다. 수소화공정처리된 유출물은 스팀의 존재 하에서 열적으로 크래킹되어 혼합 생성물 스트림 (stream)을 생성하고, 이는 분리된다다. 열 크래킹 장치의 업스트림에서 또는 스팀 크래킹 조작의 대류 및 열분해 단계들 사이에서 회수된 잔사유 액체 분획은 코크스 및 코커 액체 생성물을 생산하기에 효과적인 조건하에 코커 장치 (coker unit)에서 열적으로 크래킹된다. 석유 코크스가 회수되는 동안 코커 액체 생성물은 수소화공정의 단계로 재순환된다. 혼합된 생성물 스트림으로부터의 수소는 정제되고 수소화공정 구역으로 재순환되며, 올레핀, 방향족화물 및 열분해 연료유는 분리된 혼합 생성물 스트림으로부터 회수된다.

본원에 사용된 것으로서, 용어 "원유"는 일부 전-처리를 겪은 원유를 포함하는, 통상의 공급원으로부터의 전체 원유를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 용어 원유는 또한 수-유 분리 (water-oil separation); 및/또는 가스-유 분리 (gas-oil separation); 및/또는 탈염 (desalting); 및/또는 안정화에 적용된 것을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

본 발명의 공정의 다른 관점, 구현예, 및 장점은 하기에 상세히 논의된다. 또한, 앞서의 정보 및 다음의 상세한 설명 둘 다는 각종 관점 및 구현예의 예를 단순히 예시하는 것이며, 특허청구된 특징 및 구현예의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 체계를 제공하는 것으로 의도된다. 첨부된 도면은 설명하기 위한 것이며 본 발명의 공정의 다양한 관점 및 구현예의 추가의 이해를 위해 제공된다.

본 발명은 하기에 보다 상세하게 그리고 첨부된 도면을 참조로 기술될 것이며, 여기서:
도 1은 본원에 기술된 통합 공정의 구현예의 공정 흐름도이고;
도 2a 내지 도 2c는 본원에 기술된 통합 공정의 특정의 구현예에서 사용된 증기-액체 분리 장치의 사시도, 평면도 및 측면도를 개략적으로 나타낸 것이며; 그리고
도 3a 내지 3c는 본원에 기술된 통합 공정의 특정의 구현예에서 사용된 플래시 용기 속에서 증기-액체 분리 장치의 단면도, 확대된 단면도 및 평면 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

통합된 수소화공정 및 스팀 열분해 공정과 시스템을 포함하는 공정 흐름도는 도 1에 나타낸다. 통합된 시스템은 선택적인 수소화공정 구역, 스팀 열분해 구역, 생성물 분리 구역 및 코커 구역을 일반적으로 포함한다.

본원에 기술된 특정희 조작에서, 시장성이 높은 코크스는, 예를 들면 원료 등급 코크스 또는 양극 등급 (anode grade) 코크스로서 회수되어 사용될 수 있다. 특히, 양극 등급 코크스는 예를 들면 전극 산업에서, 수요가 높다.

선택적인 수소화공정 구역은 원유 공급물 (1), 코커 장치 구역 (22)으로부터의 코커 상부 (coker overhead) 액체 생성물 스트림 (23), 스팀 열분해 생성물 스트림으로부터 재순환된 수소 (2), 및 필요에 따라 보급된 (make-up) 수소 (미도시됨)를 포함하는 혼합물 (3)을 수용하기 위한 유입구를 갖는 수소화공정 반응 구역 (4)를 일반적으로 포함한다. 수소화공정 반응 구역 (4)는 수소화공정처리된 유출물 (5)를 배출하기 위한 유출구를 추가로 포함한다.

수소화공정 반응 구역 (4)로부터의 반응기 유출물 (5)은 열 교환기 (미도시됨) 속에서 냉각시키고 고압 분리기 (6)으로 보내진다. 분리기 상부 (7)는 아민 장치 (12) 속에서 세정되며 수득되는 수소가 풍부한 가스 스트림 (13)은 수소화공정 반응기 속에서 재순환 가스 (15)로서 사용될 재순환 압축기 (14)를 통과한다. 실질적으로 액상 속에 존재하는 고압 분리기 (6)으로부터의 하부 스트림 (8)은 냉각되어 저압 냉 분리기 (9)에 도입되며, 여기서 이는 가스 스트림 및 액체 스트림 (10a)으로 분리되고, 그리고 특정의 구현예에서 임의적인 수소 희석 스트림 (16) (파선으로 나타냄)이 또한 추가된다. 저압 냉 분리기로부터의 가스는 수소, H₂S, NH₃ 및, C₁-C₄ 탄화수소와 같은 어떠한 경질 탄화수소도 포함한다. 전형적으로, 이들 가스들은 플레어 공정 (flare processing) 또는 연료 가스 공정과 같은 추가의 공정에 보내진다. 본원의 공정 및 시스템의 특정의 구현예에 따라서, 수소 및 다른 탄화수소는 이를 생성물 분리 구획에 대한 조합된 공급물로서 스팀 크래커 생성물 (44)와 조합시켜 스트림 (11)으로부터 회수된다. 액체 스트림 (10a)의 전부 또는 일부는 스팀 열분해 구역 (30)에 대한 수소화공정처리된 크래킹 공급물로서 제공된다.

스팀 열분해 구역 (30)은 당해 분야에 공지된 스팀 열분해 장치 조작을 기준으로 조작할 수 있는, 즉, 열 크래킹 공급물을 스팀의 존재 하에서 대류 구획으로 충전하는 대류 구획 (32) 및 열분해 구획 (34)을 일반적으로 포함한다.

특정의 구현예에서, 증기-액체 분리 구역 (36)은 구획 (32)와 구획 (34) 사이에 포함된다. 대류 구획 (32)로부터 가열된 크래킹 원료는 통과하여 분획화되는, 증기-액체 분리 구역 (36)은 플래시 분리 장치, 즉 증기 및 액체의 물리적 또는 기계적 분리를 기본으로 하는 분리 장치 또는 이들 유형의 장치 중의 적어도 하나를 포함하는 조합일 수 있다.

추가의 구현예에서, 증기-액체 분리 구역 (18)은 구획 (32)의 상부 스트림 속에 포함된다. 스트림 (10a)는 플래시 분리 장치, 즉, 증기와 액체의 물리적 또는 기계적 분리를 기본으로 하는 분리 장치 및 이들 유형의 장치 중의 적어도 하나를 포함하는 조합일 수 있는, 증기-액체 분리 구역 (18) 속에서 기상 및 액상으로 분획화된다.

유용한 증기-액체 분리 장치는 도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c에 의해, 그리고 이를 참조로 나타낸다. 증기-액체 분리 장치의 유사한 배열은, 이의 전문이 본원에 참조로 포함된 미국 특허 공보 제2011/0247500호에 기술되어 있다. 당해 장치 속에서 증기 및 액체가 사이클론 기하학으로 통과하여 유동하며, 이에 의해 당해 장치는 등온적으로 그리고 매우 낮은 체류 시간 (특정의 구현예에서 10초 미만), 및 비교적 저압 강하 (특정의 구현예에서 0.5 바아 미만)로 조작한다. 일반적으로 증기는 원형 패턴으로 소용돌이쳐서 힘을 생성하며, 여기서 무거운 작은 방울 및 액체는 포획되어 코커 장치로 통과되는 액체 잔사유로서 액체 유출구에 통해 전달되고, 증기는 증기 배출구를 통해 전달된다. 증기-액체 분리 장치 (36)이 제공되는 구현예에서, 잔사유 (38)은 배출되며 증기는 열분해 구획 (34)에 대한 충전물 (37)이다. 증기-액체 분리 장치 (18)이 제공되는 구현예에서, 잔사유 (19)는 배출되며 증기는 대류 구획 (32)에 대한 충전물 (10)이다. 기화 온도 및 유체 속도는 변하면서 대략적인 온도 구분점 (cutoff point)을, 예를 들면, 특정의 구현예에서 코커 공급물과 양립성이 있도록, 예를 들면, 약 540℃에서 조절한다.

본원의 공정에서, 모든 불합격된 잔사유 또는 재순환된 하부물, 예를 들어, 스트림 (19, 38 및 72)은 수소화공정 구역에 적용되어 초기 공급물과 비교하여 황-함유, 질소-함유 및 금속 화합물을 포함하는 헤테로원자 화합물의 감소된 양을 함유한다. 이들 잔사유 스트림 전부 또는 일부는 시장성이 높은 코크스를 효과적으로 생산하는 능력과 함께 본원에 기술된 바와 같은 공정을 위해 코커 구역 (22)으로 충전된다.

퀀칭 구역 (quenching zone) (40)은 또한 스팀 열분해 구역 (30)의 통합된 하부스트림이며 혼합 생성물 스트림 (39)를 수용하기 위한 스팀 열분해 구역 (30)의 유출구, 퀀칭 용액 (42)를 수용하기 위한 유입구, 퀀칭된 혼합 생성물 스트림 (44)을 분리 구역으로 배출하기 위한 유출구 및 퀀칭 용액 (46)을 배출하기 위한 유출구와 유체 교통하는 유입구를 포함한다.

일반적으로, 중간물질 퀀칭된 혼합 생성물 스트림 (44)은 중간물질 생성물 스트림 (65) 및 수소 (62)로 전환되다. 회수된 수소는 수소화공정 반응 구역 (4) 속에서 정제되어 재순환 수소 스트림 (2)으로 사용된다. 중간물질 생성물 스트림 (65)은 일반적으로, 당해 분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이 탈-에탄흡수기 (de-ethanizer), 탈-프로판흡수기, 및 탈-부탄흡수기 탑을 포함하는 다수의 분별탑과 같은, 하나 또는 다수의 분리 장치일 수 있는, 분리 구역 (70) 속에서 최종-생성물 및 잔사유로 분별된다. 예를 들면, 적합한 장치는 본원에 참조로 포함된, 문헌 (참조: "Ethylene," Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 12, Pages 531-581, 특히 도 24, 도 25 및 도 26)에 기술되어 있다.

생성물 분리 구역 (70)은 생성물 스트림 (65)과 유체 전달하며 메탄을 배출하기 위한 유출구 (78), 에틸렌을 배출하기 위한 유출구 (77), 프로필렌을 배출하기 위한 유출구 (76), 부타디엔을 배출하기 위한 유출구 (75), 혼합 부틸렌을 배출하기 위한 유출구 (74), 및 열분해 가솔린을 배출하기 위한 유출구 (73)를 포함하는 다수의 생성물 (73) 내지 (78)을 포함한다. 또한, 열분해 연료유 (71)는 예를 들면, 현장외 정제공장 (off-site refinery)에서 추가로 가공될 저 황 연료 오일 블렌드로서 회수된다. 배출된 열분해 연료유의 일부 (72)는 코커 구역 (22) (파선으로 나타냄)으로 충전될 수 있다. 6개의 생성물 유출구가 수소 재순환 유출구 및 하부 유출구와 함께 나타나 있지만, 예를 들면 사용된 분리 장치의 배열 및 수율과 분포 요건에 따라서 보다 적게 또는 많게 제공될 수 있음에 주목한다.

코커 구역 (22)는 비교하여 낮은 수치의 잔사유 또는 하부물질 (bottoms) (예를 들면, 통상적으로는 진공 증류탑 또는 상온 증류탑으로부터, 그리고 현재 시스템하에서 스팀 열분해 구역 (30)으로부터)을 저분자량 탄화수소 가스, 나프타, 경질 및 중질 가스 오일, 및 석유 코크스로 전환하는 현존하거나 개선된 (즉, 아직 개발중에 있는) 코커 장치 (또는 일련의 장치 조작들)을 포함할 수 있다.

코커 장치 조작에서, 장쇄 탄화수소 분자는 단쇄 탄화수소로 열적으로 크래킹된다. 통상적으로 코커 장치는 고수준의 금속을 함유하는 진공 잔사유의 처리를 위하여 사용되며, 이는 많은 공정에서 관심의 대상이 되지 못하는데, 그 이유는 이들 금속은 코크스 부산물에 함유하여 처리되면서, 그리고 액체 코커 생성물에는 거의 금속이 남아있지 않기 때문이다. 본 발명의 방법 및 시스템에 따르면, 코커 장치 구역 (22)으로의 공급물은 초기 공급물과 비교하여 황-함유, 질소-함유, 및 금속 화합물을 포함하는 환원된 양의 헤테로원자 화합물을 함유하며, 따라서 코커 구역 (22)의 1차적 목적은 코크스 (24)의 회수 및 코커 상부 액체 생성물 (23)의 생성일 수 있으며, 이의 적어도 일부분은 수소화공정 반응 구역 (4)으로 재순환된다.

통상적으로 사용되는 코킹 장치는 딜레이드 장치 (delayed units), 또는 "딜레이드 코커 (delayed cokers)"이며, 비록 다른 형태의 코킹 장치도 또한 코커 장치 구역 (22)으로 사용될 수 있다. 기본적인 딜레이드 코킹 공정에서, 신선한 공급원료는 분별기 (fractionator)의 하부 부분으로 도입된다. 중질 재순환 물질 및 신선한 공급원료를 포함하는 분별기 하부물질은 가열로 (furnace)로 통과되고 코킹 온도로 가열된다. 이어서 뜨거운 공급물은 코킹 조건에서 유지되는 코크스 드럼으로 이송되며, 여기서 공급물은 크래킹되어 경질 생성물을 생성하는 반면에, 중질 자유라디칼 분자는 더욱 중질의 다핵 방향족 화합물 (이를 "코크스 (coke)"라 칭한다)을 형성한다. 가열로에서 짧은 체류시간에 의하여, 공급물의 코킹은 이것이 코킹 드럼으로 배출되기까지 이로써 지체된다 ("delayed"). 휘발성 성분은 코커 증기로 회수되어 분별기로 되돌아 가고, 코크스는 드럼 내부상에 침전된다. 코크스 드럼이 코크스로 채워지면, 공급물은 다른 드럼으로 교체되고 채워진 드럼은 냉각되어 통상의 방법, 예컨대 유압식 또는 기계적 수단에 의하여 비워진다.

도 1에 나타낸 정렬을 사용하는 공정에서, 원유 공급원료 (1) 및 코커 상부 액체 생성물 (23)을 유효량의 수소 (2) 및 (15) (및 임의로 보급된 수소, 미도시됨)와 혼합하고, 당해 혼합물 (3)을 선택적인 수소화공정 반응 구역 (4)의 유입구로 300℃ 내지 450℃의 범위의 온도에서 충전한다. 특정의 구현예에서, 수소화공정 반응 구역 (4)은, 이들 전문 모두가 본원에 참조로 포함된, 공동 소유의 미국 특허 공보 제2011/0083996호 및 PCT 특허출원 공보 제WO2010/009077호, 제WO2010/009082호, 제WO2010/009089호 및 제WO2009/073436호에 기술된 바와 같은 하나 이상의 장치 조작을 포함한다. 예를 들면, 수소화공정 반응 구역은 유효량의 수소화탈금속화 (hydrodemetallization) 촉매를 함유하는 하나 이상의 층, 및 수소화탈방향족화 (hydrodearomatization), 수소화탈질소화 (hydrodenitrogenation), 수소화탈황화 (hydrodefulfurization) 및/또는 수소화크래킹 기능을 갖는 유효량의 수소화공정 촉매를 함유하는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 추가의 구현예에서, 수소화공정 반응 구역 (4)은 2개 이상의 촉매 층을 포함한다. 추가의 구현예에서, 수소화공정 반응 구역 (4)은 예를 들면, 기능이 상이한 촉매 층을 각각 함유하는 다수의 반응 용기들을 포함한다.

수소화공정 반응 구역 (4)은 오일 공급원료 (특정의 양태에서, 이는 원유이다)를 수소화탈금속화, 수소화탈방향족화합물화, 수소화탈질소화, 수소화탈황화 및/또는 수소화크래킹하는데 효과적인 매개변수 하에 조작한다. 특정의 구현예에서, 수소화공정은 다음의 조건을 사용하여 수행한다: 300℃ 내지 450℃ 범위의 온도에서 조작; 30 바아 내지 180 바아 범위의 압력에서 조작; 및 0.1 h^-1 내지 10 h^-1 범위의 액체 시간 공간 속도 (liquid hour space velocity: LHSV). 특히, 수소화공정 반응 구역 (4)에서 공급원료로서 원유를 사용하면, 예를 들어, 상압 잔사유에 대해 사용된 동일한 수소화공정 장치 조작과 비교하여, 이점이 입증된다. 예를 들면, 출발 또는 수행 온도는 370℃ 내지 375℃의 범위이고 탈활성화 속도는 대략 1℃/개월이다. 대조적으로, 잔사유가 가공되어야 하는 경우, 탈활성화 속도는 약 3℃/개월 내지 4℃/개월에 가까울 수 있다. 상압 잔사유의 처리는 전형적으로 대략 200 바아의 압력을 사용하는 반면, 원유를 처리하는 본 공정은 100 바아 정도로 낮은 압력에서 조작될 수 있다. 또한 공급물의 수소 함량에 있어 증가에 요구되는 고 포화수준을 달성하기 위해, 당해 공정은 상압 잔사유와 비교하여 고 처리량으로 조작할 수 있다. LHSV는 0.5 h^-1 정도로 높을 수 있는 반면 상압 잔사유는 전형적으로 0.25 h^-1이다. 예측되지 않은 발견은, 원유의 가공 시 탈활성화 속도가 일반적으로 관찰되는 것과는 반대 방향으로 진행된다는 것이다. 저 처리량 (0.25 hr^-1)에서의 탈활성화는 4.2℃/개월이고 보다 높은 처리량 (0.5 hr^-1)에서 탈활성화는 2.0℃/개월이다. 산업용으로 고려되는 모든 공급물의 사용 시, 반대의 결과가 관찰된다. 이는 촉매의 세척 효과에 기여할 수 있다.

수소화공정 반응 구역 (4)으로부터의 반응기 유출물 (5)을 교환기 (미도시됨) 속에서 냉각시켜 고압의 냉 또는 온 분리기 (6)로 보낸다. 분리기 상부 (7)를 아민 장치 (12) 속에서 세정하고 수득되는 수소가 풍부한 가스 스트림 (13)을 재순환 압축기 (14)에 통과시켜 수소화공정 반응 구역 (4) 속에서 재순환 가스 (15)로서 사용되도록 한다. 실질적으로 액상인 고압 분리기 (6)로부터의 분리기 하부 (8)를 냉각시킨 후, 저압 냉 분리기 (9)로 도입시킨다. 나머지 가스, 스트림 (11) (수소, H₂S, NH₃ 및, C₁-C₄ 탄화수소를 포함할 수 있는 어떠한 경질 탄화수소를 포함하는)을 통상적으로 저압 냉 분리기로부터 퍼징 (purging)하여 플래어 공정 또는 연료 가스 공정과 같은 추가의 공정을 위해 보낼 수 있다. 본 발명의 공정의 특정의 구현예에서, 수소는 스트림 (11) (파선으로 나타냄)을 스팀 크래커 생성물로부터의 크래킹 가스, 스트림 (44)과 합하여 회수한다.

특정의 구현예에서 하부 스트림 (10a)은 스팀 열분해 구역 (30)에 대한 공급물 (10)이다. 추가의 구현예에서, 저압 분리기 (9)로부터의 하부 (10a)는 분리 구역 (18)으로 보내지며, 여기서 배출된 증기 부위는 스팀 열분해 구역 (30)에 대한 공급물 (10)이다. 증기 부위는 예를 들면, 스트림 (10a)의 초기 비등점에 상응하는 초기 비등점 및 약 350℃ 내지 약 600℃의 범위의 최종 비등점을 가질 수 있다. 분리 구역 (18)은 플래시 용기, 증기와 액체의 물리적 또는 기계적 분리를 기준으로 한 분리 장치 또는 이들 유형의 장치 중 적어도 하나를 포함하는 조합과 같은 적합한 증기-액체 분리 장치 조작을 포함할 수 있다. 독립 장치로서 또는 플래시 용기의 유입구에 설치된 증기-액체 분리 장치의 특정의 구현예는 각각 도 2a 내지 2c 및 도 3a 내지 3c와 관련하여 본원에 기술되어 있다.

스팀 열분해 공급물 (10)은 감소된 함량의 오염물 (즉, 금속, 황 및 질소), 증가된 파라핀성 (paraffinicity), 감소된 BMCI, 및 증가된 미국 석유 협회 (API) 비중을 함유한다. 공급물 (1)과 비교하여 증가된 수소 함량을 함유하는 스팀 열분해 공급물 (10)은, 스트림 (16)을 통하여 희석제와 임의로 결합되어 수소 함량을 추가로 증가시킬 수 있고, 스팀 유입구를 통해 수용된 유효량의 스팀의 존재 하에서 스팀 열분해 구역 (30)의 대류 구획 (32)의 유입구로 운반된다. 대류 구획 (32)에서 혼합물은 예를 들면, 하나 이상의 페열 스트림 또는 다른 적합한 가열 배열을 사용하여 소정의 온도로 가열한다. 특정의 구현예에서, 혼합물은 400℃ 내지 600℃의 범위의 온도로 가열되며 소정의 온도 이하의 비등점을 갖는 물질은 증발된다.

분리 구역이 대류 및 열분해 구획 사이에 포함되는 구현예에서, 대류 구획 (32)으로부터의 가열된 혼합물은 증기-액체 분리 구역 (36)으로 통과되어 분리된 증기 분획 및 잔사유 액체 분획 (38)을 생성하며; 잔사유 액체 분획 (38)은 코커 장치 구역 (22)으로 통과되고, 추가적인 스팀과 함께 증기 분획은 열분해를 수행하는 상승 온도, 예를 들면 800℃ 내지 900℃의 온도에서 조작하는 열분해 구획 (34)로 통과되어 혼합된 생성물 스트림 (39)를 생성한다.

스팀 열분해 구역 (30)은 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 혼합 부텐 및 열분해 가솔린을 포함하는 바람직한 생성물내로 원료 (10)를 크래킹하기에 효과적인 매개변수 하에서 조작시킨다. 특정의 구현예에서, 열분해 구획내에서 스팀 크래킹은 다음의 조건을 사용하여 수행한다: 대류 구획 및 열분해 구획 속에서 400℃ 내지 900℃의 범위의 온도; 대류 구획 속에서 0.3:1 내지 2:1의 스팀 대 탄화수소 비; 및 대류 구획내 및 열분해 구획내에서 0.05초 내지 2초 범위의 체류 시간.

특정의 구현예에서, 증기-액체 분리 구역 (36)은 도 2a 내지 2c에 나타낸 바와 같이 하나 또는 다수의 증기 액체 분리 장치 (80)를 포함한다. 증기 액체 분리 장치 (80)는 파워 또는 화학물질 공급물을 필요로 하지 않으므로 조작하기에 경제적이며 유지가 자유롭다. 일반적으로, 장치 (80)는 증기-액체 혼합물을 수용하기 위한 유입구 (82), 분리된 증기 및 액체를 각각 배출하고 수집하기 위한 증기 유출구 (84) 및 액체 유출구 (86)를 포함하는 3개의 포트를 포함한다. 장치 (80)은 도입되는 혼합물의 선 속도를 전체적인 유동 전-회전 구획, 액체로부터 증기를 예비 분리하기 위한 조절된 원심분리 효과, 및 액체로부터 증기의 분리를 촉진하기 위한 사이클론 효과에 의해 회전 속도로 전환시킴을 포함하는 현상의 조합을 기본으로하여 조작한다. 이들 효과를 획득하기 위하여, 장치 (80)은 예비-회전 구획 (88), 조절 사이클론 수직 구획 (90) 및 액체 수집기/침전 구획 (92)을 포함한다.

도 2b에 나타낸 바와 같이, 예비 회전 구획 (88)은 교차-구획 (S1)과 교차-구획 (S2) 사이에 조절된 예비-회전 요소, 및 교차-구획 (S2)과 교차-구획 (S3) 사이에 위치하면서 조절 사이클론 수직 구획 (90)에 대해 연결 요소를 포함한다. 직경 (D1)을 갖는 유입구 (82)로부터 유입되는 증기 액체 혼합물은 교차-구획 (S1)에서 장치에 접선적으로 도입된다. 유입되는 유동을 위한 출입 구획 (entry section) (S1)의 면적은 다음 식에 따라 유입구 (82)의 면적의 적어도 10%이다:

(2)

예비-회전 요소 (88)는 곡선 유동 통로를 규정하며, 유입구 교차-구획 (S1)으로부터 유출구 교차-구획 (S2)까지의 일정하거나, 감소하거나 증가하는 교차-구획을 특징으로 한다. 조절된 예비-회전 요소로부터의 유출구 교차-구획 (S2)과 유입구 교차-구획 (S1) 사이의 비는 특정의 구현예에서 0.7 ≤ S2/S1 ≤ 1.4의 범위이다.

혼합물의 회전 속도는 예비 회전 요소 (88)의 중심선의 곡률 반경 (R1)에 의존하며 여기서 중심 선은 예비-회전 요소 (88)의 연속된 교차-구획 표면의 모든 중심점을 연결하는 곡선으로 정의한다. 특정의 구현예에서, 곡률반경 (R1)은 2≤ R1/D1≤6의 범위이고 개구 각도는 150°≤αR1 ≤ 250°의 범위이다.

유입구 구획 (S1)에서 교차-구획 형태는, 일반적으로 사각형으로 나타내지만, 직사각형, 둥근 직사각형, 원형, 타원형, 또는 다른 직선형, 곡선형 또는 앞서의 형태의 조합일 수 있다. 특정의 구현예에서, 유체가 통과하는 예비-회전 요소 (88)의 곡선 경로에 따른 교차-구획의 형태는 예를 들면, 일반적으로 사각형으로부터 직사각형으로 점진적으로 변한다. 요소 (88)의 교차-구획의 직사각형으로의 점진적인 변화는 개구 부위를 유리하게 최대화함으로써 가스가 액체 혼합물로부터 조기 단계에 분리되고 균일한 속도 프로파일이 획득되며 유체 유동에서의 전단 응력을 최소화하도록 한다.

교차-구획 (S2)으로부터 조절된 예비-회전 요소 (88)로부터의 유체 유동은 연결 요소를 통해 구획 (S3)을 통과하여 조절 사이클론 수직 구획 (90)으로 이동한다. 연결 요소는 조절 사이클론 수직 구획 (90) 속에서 개방되어 유입구에 연결되거나, 이와 함께 통합된 개구 영역을 포함한다. 유체 유동은 조절 사이클론 수직 구획 (90)으로 고 회전 속도에서 도입되어 사이클론 효과를 발생시킨다. 연결 요소 유출구 교차-구획 (S3)과 유입구 교차-구획 (S2) 사이의 비는 특정의 구현예에서 2≤S3/S1≤5의 범위이다.

고 회전 속도에서 혼합물은 사이클론 수직 구획 (90)에 도입된다. 운동 에너지는 감소하고 증기는 액체로부터 사이클론 효과 하에 분리한다. 사이클론은 사이클론 수직 구획 (90)의 상부 수준 (90a) 및 하부 수준 (90b) 속에 형성한다. 상부 수준 (90a)에서, 혼합물은 고 농도의 증기를 특징으로 하지만, 하부 수준 (90b)에서 혼합물은 고 농도의 액체를 특징으로 한다.

특정의 구현예에서, 사이클론 수직 구획 (90)의 내부 직경 (D2)은 2 ≤ D2/D1 ≤5의 범위내이고 이의 높이에 따라 일정할 수 있으며, 상부 부위 (90a)의 길이 (LU)는 1.2≤LU/D2≤3이며, 하부 부위 (90b)의 길이 (LL)는 2≤LL/D2≤5의 범위이다.

증기 유출구 (84)에 근접한 사이클론 수직 구획 (90)의 말단은 부분적으로 개방 방출 라이저 (open release riser)에 연결되어 스팀 열분해 장치 (unit)의 열분해 구획에 연결된다. 부분적으로 개방 방출의 직경 (DV)은 특정의 구현예에서 0.05≤DV/D2≤0.4의 범위이다.

따라서, 특정의 구현예에서, 유입되는 혼합물의 특성에 따라서, 이 속의 증기의 거대 용적 분획은 유출구 (84)로부터 직경 (DV)를 갖는 부분 개방 방출 파이프를 통해 장치 (80)을 빠져 나간다. 증기 농도가 낮거나 존재하지 않는 액상 (예를 들면, 잔사유)는 교차-구획 영역 (S4)을 갖는 사이클론 수직 구획 (90)의 하부 부위를 통해 빠져 나가서 액체 수집기 및 침전 파이프 (92) 속에 수집된다.

사이클론 수직 구획 (90)과 액체 수집기 및 침전 (settling) 파이프 (92) 사이의 연결 부위는 특정의 구현예에서 90°의 각을 갖는다. 특정의 구현예에서 액체 수집기 및 침전 파이프 (92)의 내부 직경은 2≤D3/D1≤4의 범위이고 파이프 길이를 따라 일정하며, 액체 수집기 및 침전 파이프 (92)의 길이 (LH)는 1.2≤LH/D3≤5의 범위이다. 낮은 증기 용적 분획을 갖는 액체는 장치로부터 직경 (DL)을 갖는 파이프 (86)를 통해 제거되며, 이는 특정의 구현예에서 0.05≤DL/D3≤0.4의 범위이고 침전 파이프의 하부 또는 하부 근처에 위치한다.

특정의 구현예에서, 증기-액체 분리 장치 (18) 또는 (36)은 액체 수집기 및 침전 파이프 복귀 부위없이 장치 (80)에 대한 조작 및 구조에 있어서 유사하게 제공된다. 예를 들면, 증기-액체 분리 장치 (180)는 도 3a 내지 3c에 나타낸 바와 같이, 플래시 용기 (179)의 유입구 부위로 사용된다. 이들 구현예에서, 용기 (179)의 하부는 장치 (180)으로부터 회수된 액체 부위에 대한 수집 및 침전 구획으로서 제공된다.

일반적으로, 기상은 플래시 용기 (179)의 상부 (194)를 통해 배출되며 액체 상은 플래시 용기 (179)의 하부 (196)로부터 회수된다. 증기-액체 분리 장치 (180)는 파워 또는 화학적 공급물을 필요로 하지 않으므로 조작하는데 경제적이고 유지가 자유롭다. 장치 (180)는 증기-액체 혼합물을 수용하기 위한 유입구 (182), 분리된 증기를 배출하기 위한 증기 유출구 (184) 및 분리된 액체를 배출하기 위한 액체 유출구 (186)를 포함하는 3개의 포트를 포함한다. 장치 (180)는 도입되는 혼합물의 선 속도를 전체적인 유동 전-회전 구획, 액체로부터 증기를 예비 분리하기 위한 조절된 원심분리 효과, 및 액체로부터 증기의 분리를 촉진하기 위한 사이클론 효과에 의해 회전 속도로 전환시킴을 포함하는 현상의 조합을 기본으로 조작한다. 이들 효과를 획득하기 위하여, 장치 (180)는 예비-회전 구역 (188), 및 상부 부위 (190a)와 하부 부위 (190b)를 갖는 조절 사이클론 수직 구획 (190)을 포함한다. 낮은 액체 용적 분획을 갖는 증기 부위는 직경 (DV)을 갖는 증기 유출구 (184)를 통해 배출된다. 상부 부위 (190a)는 부분적으로 또는 전체적으로 개방되고 특정 구현예에서 0.5<DV/DII<1.3의 범위의 내부 직경 (DII)을 갖는다. 낮은 증기 용적 분획을 갖는 액체 부위는 특정의 구현예에서 0.1<DL/DII<1.1의 범위의 내부 직경 (DL)을 갖는 액체 포트 (186)로부터 배출된다. 액체 부위는 플래시 용기 (179)의 하부로부터 수집되어 배출된다.

일반적으로 탄화수소의 비등점을 강하시키고 코크스 형성을 감소시킴으로써 상 분리를 향상시키고 조절하기 위해, 가열 스트림을 증기-액체 분리 장치 (80) 또는 (180)에 대한 공급물에 가한다. 공급물은 또한 당해 분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같은 통상의 열 교환기로 가열할 수 있다. 장치 (80) 또는 (180)에 대한 공급물의 온도는 바람직한 잔사유 분획이 액체 일부로서 예를 들면, 약 350℃ 내지 약 600℃의 범위에서 배출될 수 있도록 조절된다.

증기-액체 분리 장치의 다양한 부재가 별도로 그리고 별도의 부위와 함께 기술되어 있지만, 당해 분야의 통상의 기술자는, 장치 (80) 또는 장치 (180)가 일체식 구조로서 형성될 수 있음을, 예를 들면, 이는 주조되거나 성형될 수 있거나, 또는 별개의 부품들로부터 예를 들면, 용접에 의하여 또는 이와 달리 본원에 기술된 부재 및 부위에 정밀하게 상응할 수 있거나 상응하지 않을 수 있는 별도의 부품들을 함께 부착에 의하여 조립할 수 있음을 이해할 것이다.

본원에 기술된 증기-액체 분리 장치는 예를 들면, 540℃에서 바람직한 분리를 달성하기 위한 특정의 유동 속도 및 조성물을 수용하도록 설계될 수 있다. 하나의 예에서, 540℃ 및 2.6 바아에서 2002 m³/일의 총 유동 속도, 및 유입구에서 밀도가 각각 729.5 kg/m³, 7.62 kg/m³ 및 0.6941 kg/m³인 7% 액체, 38% 증기 및 55% 스팀의 유동 조성물의 경우, 장치 (80) (플래시 용기가 없는 경우에)의 적합한 치수는 D1 =5.25 cm; S1 =37.2 cm²; S1=S2=37.2 cm²; S3= 100 cm²; αR1 =213°; R1 = 14.5 cm; D2= 20.3 cm; LU=27 cm; LL= 38 cm; LH= 34 cm; DL= 5.25 cm; DV= 1.6 cm; 및 D3= 20.3 cm를 포함한다. 동일한 유동 속도 및 특성의 경우, 플래시 용기에서 사용된 장치 (180)는 D1= 5.25 cm; DV = 20.3 cm; DL= 6 cm; 및 DII= 20.3 cm를 포함한다

비록 다양한 치수가 직경으로 나타내어져 있다고 해도, 이들 값은 또한 구성 부품들이 원통형이 아닌 구현예에서 상당하는 유효적 직경으로 설정될 수 있음이 인식될 것이다.

혼합 생성물 스트림 (39)은 별개의 유입구를 통해 도입된 퀀칭 용액 (42) (예를 들면, 물 및/또는 열분해 연료유)과 함께 퀀칭 구역 (40)의 유입구를 통과하여 예를 들면, 약 300℃의 강하된 온도를 갖는 퀀칭된 혼합 중간체 생성물 스트림 (44)을 생성하고, 소비된 퀀칭 용액 (46)은 배출된다. 크래커로부터의 가스 혼합물 유출물 (39)은 전형적으로 수소, 메탄, 탄화수소, 이산화탄소 및 황화수소의 혼합물이다. 물 또는 오일 급냉 (oil quench)로 냉각시킨 후, 혼합물 (44)을 전형적으로 4 내지 6개 단계의 다단계 압축기 구역 (51)에서 압축하여 압축된 가스 혼합물 (52)를 생성한다. 압축된 가스 혼합물 (52)은 알칼리 처리 (caustic treatment) 장치 (53) 속에서 처리하여 황화수소 및 이산화탄소가 결여된 가스 혼합물 (54)을 생성한다. 가스 혼합물 (54)은 압축기 구역 (55) 속에서 추가로 압축시키고, 수득되는 크래킹된 가스 (56)는 탈수될 장치 (57) 속에서 동결 처리시키고 분자체를 사용하여 추가로 건조시킨다.

장치 (57)로부터의 냉 크래킹된 가스 스트림 (58)을 탈-메탄화기 탑 (de-methanizer tower) (59)으로 통과시키며, 이로부터 크래킹된 가스 스트림으로부터 수소 및 메탄을 함유하는 상층 스트림 (60)이 생성된다. 탈-메탄화 탑 (59)으로부터의 하부 스트림 (65)은 이후에, 탈-에탄화, 탈-프로판화 및 탈-부탄화 탑을 포함하는 분별탑을 포함하는, 생성물 분리 구획 (70) 속에서 추가의 공정을 위해 보내진다. 탈-메탄화, 탈-에탄화, 탈-프로판화 및 탈-부탄화의 상이한 순서를 갖는 공정 배열을 또한 사용할 수 있다.

본원의 공정에 따라서, 탈-메탄화 탑 (59)에서 메탄으로부터의 분리 및 장치 (61) 속에서 수소 회수 후, 순도가 전형적으로 80 내지 95 용적%인 수소 (62)가 수득된다. 장치 (61)에서 회수 방법은 극저온 회수 (예를 들면, 약 -157℃의 온도에서)를 포함한다. 수소 스트림 (62)은 이후에 압력 순환 흡착 (pressure swing adsorption: PSA) 장치와 같은 수소 정제 장치 (64)를 통과시켜 순도가 99.9%+인 수소 스트림 (2)를 수득하거나, 막 분리 장치를 통과시켜 순도가 약 95%인 수소 스트림 (2)를 수득한다. 이후에, 정제된 수소 스트림 (2)을 역으로 재순환시켜 수소화공정 반응 구역을 위한 필수적인 수소의 주요 부위로서 제공한다. 또한, 약간의 부분을 아세틸렌, 메틸아세틸렌 및 프로파디엔 (미도시됨)의 수소화 반응을 위해 이용할 수 있다. 또한, 본원의 공정에 따라서, 메탄 스트림 (63)을 버너 및/또는 가열기 (파선으로 나타냄)용 연료로서 사용될 스팀 크래커로 임의로 재순환시킬 수 있다.

탈-메탄화 탑 (59)으로부터의 하부 스트림 (65)는 스트림 (78), (77), (76), (75), (74) 및 (73) 각각을 통해 배출된 메탄, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 혼합된 부틸렌, 및 열분해 가솔린으로 분리될 생성물 분리 구역 (70)의 유입구로 전달한다. 열분해 가솔린은 일반적으로 C5-C9 탄화수소를 포함하며, 벤젠, 톨루엔 및 크실렌을 포함하는 방향족 화합물은 당해 커트 (cut)로부터 추출될 수 있다. 수소를 수소 정제 구역 (64)의 유입구에 통과시켜 고 품질의 수소 가스 스트림 (2)를 생성하고, 당해 가스 스트림 (2)는 이의 유출구를 통해 배출시켜 수소화공정 반응 구역 (4)의 유입구로 재순환시킨다. 열분해 연료유는 유출구 (71)을 통해 배출시키며 (예를 들면, "C10+" 스트림으로서 공지된, 최저로 비등하는 C10 화합물의 비등점보다 더 높은 온도에서 비등하는 물질) 이는 열분해 연료유 배합물, 예를 들면, 현장외 정제공장 (off-site refinery)에서 추가로 가공될 저 황 연료유 배합물로서 사용될 수 있고/있거나, 이의 부위 (72)는 코커 공급물로서 사용될 수 있다.

잔사유 액체 분획 (38) 및/또는 (19) 및/또는 (72)는 공급물 컨디셔닝 장치 (20)에서 제조되어, 건조된 코커 공급원료 (21)을 생성한다. 코커 장치 구역 (22)에 대한 이러한 공급물은, 코크스 및 코커 액체 생성물을 생성하는 열 크래킹을 야기하는, 코킹 공정 장치내에서 효과적인 온도, 예를 들면 400-500℃로 조정된다. 코크스 (24)는 코크스 드럼으로부터 제거되고 하소 (calcination) 이전에, 특정의 구현예에서 상당히 낮은 3.0 중량% 미만의 황 함량을 가지고, 추가의 구현예에서 1.5 중량% 미만의 황 함량을 가진다. 이는 낮은 황 양극 등급 코크스 범위내에 있는 코크스 등급을 야기시킨다. 코크스 (24)의 수율은 특정의 구현예에서 공급물 (38)에 기본을 둘 경우 약 20 중량% 미만일 수 있다. 생성된 물질의 나머지는 코커 상부 액체 (23a)이며, 이는 높게 불포화된 것이다. 이러한 물질은 수소화공정 구역 (4)로 재순환되고, 여기서 물질은 포화되어 올레핀과 방향족 생성물의 수율을 최대화시킨다. 특정의 구현예에서, 증기 생성물 (26)은 임의의 분리 구획 (25)를 통하여 이러한 액체 스트림 (23a)로부터 분리될 수 있고 스팀 크래커 생성물로부터의 크래킹 가스, 스트림 (44)와 결합되어 생성물 분리 구획에서 통합될 수 있다.

특정의 구현예에서, 수소화공정 또는 수소화처리 공정은 포화에 이은 방향족 화합물, 특히 폴리방향족화합물의 약한 수소화크래킹에 의해 공급원료의 파라핀 함량을 증가 (또는 BMCI를 감소)시킬 수 있다. 원유를 수소화처리하는 경우, 금속, 황 및 질소와 같은 오염물질은 공급원료를 탈금속화, 탈황화 및/또는 탈질소화의 촉매 기능을 수행하는 일련의 층화된 촉매를 통과시켜 제거할 수 있다.

하나의 구현예에서, 수소화탈금속화 (HDM) 및 수소화탈황화 (HDS)를 수행하기 위한 촉매의 순서는 다음과 같다:

a. HDM 구획 속의 촉매는, 일반적으로 표면적이 약 140 내지 240 m²/g인, 감마 알루미나 담체를 기본으로 한다. 당해 촉매는 예를 들면, 1 cm³/g 초과의 매우 큰 공극 용적을 가진 것으로 가장 잘 기술되어 있다. 공극 크기 자체는 전형적으로 우세하게 거대다공성이다. 이는 촉매 표면의 금속 및 임의로 도판트 (dopant)의 흡수를 위한 큰 용량을 제공할 필요가 있다. 전형적으로, 촉매 표면 위의 활성 금속은 Ni/Ni+Mo < 0.15의 비의 니켈 및 몰리브데늄의 황화물이다. 니켈의 농도는, 일부 니켈 및 바나듐이 제거 동안 공급원료 자체로부터 침착되어, 촉매로 작용하는 것으로 예상되므로, 다른 촉매보다 HDM 촉매에서 더 낮다. 사용된 도판트는 인 (참조: 예를 들면, 본원에 참조로 포함된 미국 특허 공개 공보 제2005/0211603호), 붕소, 규소 및 할로겐 중 하나 이상일 수 있다. 촉매는 알루미나 압출물 또는 알루미나 비드의 형태일 수 있다. 특정의 구현예에서, 알루미나 비드는, 금속 흡수가 층의 상단에서 30 내지 100%의 범위일 것이므로 반응기 속의 촉매 HDM 층의 언-로딩 (un-loading)을 이용하는데 사용된다.

b. 중간체 촉매를 또한 사용하여 HDM 기능과 HDS 기능 사이의 전이를 수행할 수 있다. 이는 중간체 금속 로딩 및 공극 크기 분포를 갖는다. HDM/HDS 반응기 속의 촉매는 압출물 형태로 필수적으로 알루미나계 담체, 임의로 VI족으로부터의 적어도 하나의 촉매 금속 (예를 들면, 몰리브데늄 및/또는 텅스텐), 및/또는 VIII족으로부터의 적어도 하나의 촉매 금속 (예를 들면 니켈 및/또는 코발트)이다. 촉매는 또한 임의로 붕소, 인, 할로겐 및 규소 중에서 선택된 적어도 하나의 도판트를 함유한다. 물리적 특성은 약 140 내지 200 m²/g의 표면적, 적어도 0.6 cm³/g의 공극 용적 및 다공성이고 12 내지 50 nm의 범위인 공극을 포함한다.

c. HDS 구획 속의 촉매는, HDM 범위, 예를 들면, 약 180 내지 240 m²/g의 범위의 상한에 대한 대표적인 표면적을 지닌, 감마 알루미나계 담체 물질을 갖는 것을 포함할 수 있다. HDS에 대해 이러한 요구되는 보다 큰 표면은 비교적 더 작은 공극 용적, 예를 들면, 1 cm³/g 미만을 야기한다. 당해 촉매는 몰리브데늄과 같은 VI족으로부터의 적어도 하나의 원소 및 니켈과 같은 VIII족으로부터의 적어도 하나의 원소를 함유한다. 촉매는 또한 붕소, 인, 규소 및 할로겐으로부터 선택된 적어도 하나의 도판트를 포함한다. 특정의 구현예에서, 코발트는 비교적 보다 높은 수준의 탈황화를 제공하기 위해 사용된다. 활성 상을 위한 금속 로딩은 요구되는 활성이 높아질 수록 더 높으므로, Ni/Ni+Mo의 몰 비는 0.1 내지 0.3의 범위이고 (Co+Ni)/Mo 몰 비는 0.25 내지 0.85의 범위이다.

d. 최종의 촉매 (이는 제2 및 제3의 촉매로 임의 대체될 수 있다)는 예를 들면, 문헌 [Appl. Catal. A General, 204 (2000) 251]에 기술된 바와 같이, 공급원료의 수소화 (수소화탈황화의 주요 기능보다는)를 수행하도록 설계된다. 촉매는 또한 Ni에 의해 촉진될 것이며 담체는 넓은 공극의 감마 알루미나일 것이다. 물리적 특성은 HDM 범위, 예를 들면, 180 내지 240 m²/g gr의 상한에 대한 표면적을 포함한다. HDS에 대한 이러한 요구되는 더 높은 표면적은 비교적 더 작은 공극 용적, 예를 들면, 1 cm³/g 미만을 야기한다.

실시예

본 방법의 구현예에서 코커 공급원료 (21)로서 사용된 잔사유 분획 (38)의 특성은 표 1에 나타낸다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 잔사유 분획 (38)은 매우 낮은 황 함량을 갖고 있고, 낮은 콘래드슨 탄소 함량을 갖고 있으며, 이는 일반적으로 양극 등급 코크스 또는 시장성이 높은 코크스를 생산하기에 특히 적합할 수 있다.

표 1
분석	특성
비중	0.9455
밀도 gm/㎤	0.9445
황 중량%	0.211
수소 함량, 중량%	12.330
마이크로 카본 잔사유 중량%	6.9
모의실험 증류, ^oF IBP	880
5%	949
10%	979
20%	1021
30%	1054
40%	1085
50%	1117
60%	1152
70%	1190
80%	1236
90%	1292
95%	1329
FBP	1388

코커 장치 구역 (22)에 대한 이러한 공급물은, 코크스 및 코커 액체 생성물을 생성하는 열 크래킹을 야기하는, 코킹 공정 장치내에서 약 455℃의 온도로 조정된다. 코크스 (24)는 코크스 드럼으로부터 제거되고 하소 (calcination) 이전에, 특정의 구현예에서 상당히 낮은 3.0 중량% 미만의 황 함량을 가지고, 추가의 구현예에서 1.5 중량% 미만의 황 함량을 가진다. 이는 낮은 황 양극 등급 코크스 범위내에 있는 코크스 등급을 야기시킨다. 코크스 (24)의 수율은 특정의 구현예에서 공급물 (38)에 기본을 둘 경우 약 20 중량% 미만이다. 이러한 공정은 초기 원유 공급물의 상당량, 예를 들면, 특정의 구현예에서 약 92 중량%를 열분해 구획으로 충전될 수 있도록 한다.

코킹 처리되고 처리되지 않은 전체 공정 수율은 표 2에 나타낸다.

표 2
	코킹 처리하지 않음	코킹 처리함
요약	중량% (건조)	중량% (건조)
수소	0.73	0.79
메탄	9.65	10.68
아세틸렌	0.00	0.00
에틸렌	24.99	27.10
에탄	0.49	0.69
프로필렌	12.63	13.67
프로판	0.45	1.03
부타디엔	4.58	4.95
부탄	0.09	0.64
부텐	3.90	4.22
벤젠	5.16	5.64
톨루엔	2.59	2.83
파이가스 (-BT)	10.40	11.41
열분해 연료유	10.75	11.91
기타	0.64	0.70
연료유	12.95	-
코크스	-	3.74

본원의 방법 및 시스템은 공지된 스팀 열분해 크래킹 공정보다 다음의 개선점을 제공한다:

공급원료로서 원유를 사용하여 올레핀 및 방향족화합물과 같은 석유화학물질을 생성함;

코크스 전구체가, 스팀 열분해 장치의 방사 코일내에서 코크스 형성을 감소시키는 초기 전체 원유로부터 상당하게 제거됨;

코커 장치 구역 (10)에서 황, 질소 및 금속의 함량이 낮은 시장성이 높은 코크스가 생산됨;

금속, 황 및 질소 화합물과 같은 추가의 불순물이 최종 생성물의 후 처리를 회피하도록 출발 공급물로부터 또한 상당하게 제거됨.

또한, 스팀 크래킹 구역으로부터 생성된 수소는 수소화공정 구역으로 재순환되어 신선한 수소에 대한 요구를 최소화한다. 특정의 구현예에서, 본원에 기술된 통합된 시스템은 조작을 개시하기 위한 신선한 수소를 단지 필요로 한다. 일단 반응이 평형에 도달하면, 수소 정제 시스템은 충분히 높은 순도의 수소를 제공하여 전체 시스템의 조작을 유지할 수 있다.

본 발명의 방법 및 시스템은 상기 및 첨부된 도면에 기술되어 있으나; 변형이 당해 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이며 본 발명에 대한 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해 한정되어야 한다.

Claims

원유 공급물로부터 석유 코크스 및 올레핀계 및 방향족 석유화학제품의 생산을 위한 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법으로서, 상기 방법은:
a. 상기 원유 및 코커 액체 생성물을, 오염물질의 함량이 감소되고, 파라핀성 (paraffinicity)이 증가되며, 광산국 상관 지수 (Bureau of Mines Correlation Index)가 감소되고, 그리고 미국 석유 협회 비중 (American Petroleum Institute gravity)이 증가된 수소화공정처리된 유출물을 생성하는데 효과적인 조건 하에서 수소의 존재하에서 수소화공정처리를 하는 단계;
b. (i) 스팀 열분해 구역의 대류 구획에서 상기 수소화공정처리된 유출물을 가열하고, (ii) 상기 가열된 수소화공정처리된 유출물을 증기 분획 및 잔사유 액체 분획으로 분리하고, 그리고 (iii) 혼합 생성물 스트림을 생성하는데 효과적인 조건하에서 조작하는 스팀 열분해 구역의 열분해 구획으로 상기 증기 분획을 통과시킴으로써, 스팀 열분해 구역 속에서 스팀의 존재 하에 상기 수소화공정처리된 유출물을 열적으로 크래킹하는 단계;
c. 코크스 및 상기 코커 액체 생성물을 생성하는데 효과적인 조건하에서 상기 잔사유 액체 분획을 열적으로 크래킹하는 단계로서, 상기 코커 액체 생성물은 상기 수소화공정의 단계로 재순환되고 석유 코크스는 회수되는, 상기 잔사유 액체 분획을 열적으로 크래킹하는 단계;
d. 상기 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 수소, 올레핀, 방향족화합물 및 열분해 연료유로 분리하는 단계;
e. 단계 (d)에서 회수한 수소를 정제하고 이를 단계 (a)로 재순환시키는 단계; 및
f. 상기 분리된 혼합 생성물 스트림으로부터 올레핀 및 방향족화합물을 회수하는 단계를 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 1에 있어서, 적어도 일부분의 열분해 연료유를 단계 (c)로 재순환하는 단계를 더욱 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 단계 (b)에서 상기 가열되고 수소화공정처리된 유출물을 증기 분획 및 액체 분획으로 분리하는 것이 물리적 및 기계적 분리를 기본으로 하는 증기-액체 분리 장치에 의하여 수행되는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 단계 (b)에서 상기 가열된 수소화공정처리된 유출물을 증기 분획 및 액체 분획으로 분리하는 것이 증기-액체 분리 장치에 의하여 수행되고, 상기 증기-액체 분리 장치는:
상기 가열된 수소화공정처리된 유출물을 수용하기 위한 유입구, 연결 부재 및 상기 유입구부터 상기 연결 부재에 인접한 유출구까지 이어져 있는 곡선 도관을 갖는 예비-회전 구획 ;
유입구 및 개방 방출 라이저(open release riser)를 갖는 조절 사이클론 수직 구획으로서, 상기 유입구는 연결 부재를 통해 상기 예비-회전 구획에 접하게 되고, 상기 개방 방출 라이저는 증기가 통과하는 상기 조절 사이클론 수직 구획의 상단에 위치하는, 조절 사이클론 수직 구획; 및
액체가 통과하는 액체 수집기/침전 구획을 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 1에 있어서,
단계 (d)는
상기 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 다수의 압축 단계에 의하여 압축시키는 단계;
상기 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림에 알칼리 처리 (caustic treatment)를 실시하여 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 생성하는 단계;
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 압축시키는 단계;
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 탈수시키는 단계;
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 탈수되고 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림으로부터 수소를 회수하는 단계; 및
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 탈수되고 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림의 나머지로부터 올레핀 및 방향족화합물을 수득하는 단계를 포함하고; 그리고
단계 (e)는 수소화공정 구역으로 재순환시키기 위해 상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 탈수되고 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림으로부터 회수된 수소를 정제하는 단계를 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 탈수되고 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림으로부터 수소를 회수하는 단계는 상기 열 크래킹 단계에서 버너 및/또는 가열기용 연료로서 사용하기 위한 메탄을 별도로 회수하는 단계를 더욱 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수소화공정처리된 유출물을 고압 분리기 속에서 분리하여, 가스 부위 및 액체 부위를 회수하는 단계로서, 상기 가스 부위는 세정되어 수소의 추가의 공급원으로서 상기 수소화공정 단계로 재순환되는 것인, 상기 수소화공정처리된 유출물을 고압 분리기 속에서 분리하는 단계, 및
상기 고압 분리기로부터 유래된 상기 액체 부위를 저압 분리기 속에서 가스 부위 및 액체 부위로 분리하는 단계로서, 상기 저압 분리기로부터 유래된 상기 액체 부위는 상기 열적으로 크래킹하는 단계에 대한 공급물인, 상기 고압 분리기로부터 유래된 상기 액체 부위를 분리하는 단계를 더욱 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 저압 분리기로부터 유래된 상기 가스 부위는 상기 스팀 열분해 구역 후 및 단계 (d)에서의 분리 전에 상기 혼합 생성물 스트림과 조합되는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 방법.
원유 공급물로부터 석유 코크스 및 올레핀계 및 방향족 석유화학제품의 생산을 위한 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 방법으로서, 상기 방법은:
a. 상기 원유 및 코커 액체 생성물을, 오염물질의 함량이 감소되고, 파라핀성 (paraffinicity)이 증가되며, 광산국 상관 지수 (Bureau of Mines Correlation Index)가 감소되고, 그리고 미국 석유 협회 비중 (American Petroleum Institute gravity)이 증가된 수소화공정처리된 유출물을 생성하는데 효과적인 조건 하에서 수소의 존재하에서 수소화공정처리를 하는 단계;
b. 상기 수소화공정처리된 유출물을 증기 분획 및 액체 분획으로 분리하고, 여기서 상기 액체 분획은 수소화공정처리된 잔사유 분획이고 및 상기 증기 분획은 수소화공정처리된 크래킹 공급물인, 상기 수소화공정처리된 유출물을 분리하는 단계;
c. 상기 수소화공정처리된 크래킹 공급물을, 혼합된 생성물 스트림을 생성하는데 효과적인 조건하에서 스팀 열분해 구역에서 스팀의 존재하에 열적으로 크래킹하는 단계;
d. 코크스 및 상기 코커 액체 생성물을 생성하는데 효과적인 조건하에서 상기 수소화공정처리된 잔사유 액체 분획을 열적으로 크래킹하는 단계로서, 상기 코커 액체 생성물은 상기 수소화공정의 단계로 재순환되고 석유 코크스는 회수되는, 상기 수소화공정처리된 잔사유 액체 분획을 열적으로 크래킹하는 단계;
e. 상기 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 수소, 올레핀, 방향족화합물 및 열분해 연료유로 분리하는 단계;
f. 단계 (e)에서 회수한 수소를 정제하고 이를 단계 (a)로 재순환시키는 단계; 및
g. 상기 분리된 혼합 생성물 스트림으로부터 올레핀 및 방향족화합물을 회수하는 단계를 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 방법.
청구항 9에 있어서, 적어도 일부분의 열분해 연료유를 단계 (d)로 재순환하는 단계를 더욱 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 9 또는 10에 있어서, 단계 (b)에서 상기 수소화공정처리된 유출물의 분리는 플래시 용기에 의하여 수행되는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 9 또는 10에 있어서, 단계 (b)에서 상기 수소화공정처리된 유출물의 분리는 증기-액체 분리 장치를 이의 유입구에서 갖는 플래시 용기에 의하여 수행되며, 상기 증기-액체 분리 장치는,
상기 수소화공정처리된 유출물을 수용하기 위한 유입구, 연결 부재 및 상기 유입구부터 상기 연결 부재에 인접한 유출구까지 이어져 있는 곡선 도관을 갖는 예비-회전 구획,
유입구 및 개방 방출 라이저(open release riser)를 갖는 조절 사이클론 수직 구획으로서, 상기 유입구는 연결 부재를 통해 상기 예비-회전 구획에 접하게 되고, 상기 개방 방출 라이저는 증기가 통과하는 상기 조절 사이클론 수직 구획의 상단에 위치하는, 조절 사이클론 수직 구획을 포함하며,
여기서, 상기 플래시 용기의 하부 부위는 상기 액상의 전부 또는 일부의 단계 (d)로의 통과 전에 상기 수소화공정처리된 잔사유 분획을 위한 수집 및 침전 구역으로 작용하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 9에 있어서, 단계 (e)는
상기 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 다수의 압축 단계에 의하여 압축시키는 단계;
상기 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림에 알칼리 처리 (caustic treatment)를 실시하여 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 생성하는 단계;
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 압축시키는 단계;
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림을 탈수시키는 단계;
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 탈수되고 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림으로부터 수소를 회수하는 단계; 및
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 탈수되고 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림의 나머지로부터 올레핀 및 방향족화합물을 수득하는 단계를 포함하고; 그리고
단계 (f)는 상기 수소화공정 구역으로 재순환시키기 위해 상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 탈수되고 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림으로부터 회수된 수소를 정제하는 단계를 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 황화수소 및 이산화탄소의 함량이 감소된 탈수되고 압축된 열적으로 크래킹된 혼합 생성물 스트림으로부터 수소를 회수하는 단계는 상기 열 크래킹 단계에서 버너 및/또는 가열기를 위한 원료로서 사용하기 위한 메탄을 별도로 회수하는 단계를 더욱 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 방법.
청구항 9에 있어서, 단계 (a)와 (b) 사이에서,
상기 수소화공정처리된 유출물을 고압 분리기 속에서 분리하여 가스 부위 및 액체 부위를 회수하는 단계로서, 상기 가스 부위는 세정되어 수소의 추가의 공급원으로서 상기 수소화공정 구역으로 재순환되는 것인, 상기 수소화공정처리된 유출물을 고압 분리기 속에서 분리하는 단계, 및
상기 고압 분리기로부터 유래된 상기 액체 부위를 저압 분리기 속에서 가스 부위 및 액체 부위로 분리하는 단계로서, 상기 저압 분리기로부터 유래된 상기 액체 부위는 추가의 증기-액체 분리가 행하여지는 단계 (b)에 대한 공급물인, 상기 고압 분리기로부터 유래된 상기 액체 부위를 저압 분리기 속에서 가스 부위 및 액체 부위로 분리하는 단계를 더욱 포함하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 저압 분리기로부터 유래된 상기 가스 부위는 상기 스팀 열분해 구역 후 및 단계 (e)에서의 분리 전에 상기 혼합 생성물 스트림과 조합되는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 방법.
원유 공급 원료로부터 석유 코크스 및 올레핀계 및 방향족 석유화학제품의 생산을 위한 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 시스템으로서, 상기 시스템은:
원유 공급 원료, 코커 액체 생성물, 및 스팀 열분해 생성물 스트림 유출물로부터 재순환된 수소, 및 필요한 경우 메이크-업 수소의 혼합물을 수용하기 위한 유입구, 및 수소화공정처리된 유출물을 배출하기 위한 반응기 유출구를 갖는 촉매적 수소화공정 구역, 여기서 상기 촉매적 수소화공정 구역은 오염물질의 함량이 감소되고, 파라핀성(paraffinicity)이 증가되며, 광산국 상관 지수(Bureau of Mines Correlation Index)가 감소되고, 미국 석유 협회 비중(American Petroleum Institute gravity)이 증가된 수소화공정처리된 유출물을 생성하는데 효과적인 조건 하에서 운전되는 반응기를 포함함;
스팀 크래킹 구역, 상기 스팀 크래킹 구역은 하기 열 크래킹 대류 구획, 증기-액체 분리 구역, 및 열 크래킹 열분해 구획을 포함함:
상기 수소화공정 구역 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 유출구를 갖는 열 크래킹 대류 구획,
상기 대류 구획의 유출구와 유체 연통하는 유입구, 증기 유출구, 및 액체 유출구를 갖는 증기-액체 분리 구역, 및
상기 증기-액체 분리 구역의 증기 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 열분해 구획 유출구를 갖는 열 크래킹 열분해 구획;
상기 열분해 구획 유출구와 유체 연통하는 퀀칭 구역, 상기 퀀칭 구역은 중간물질 퀀칭된 혼합 생성물(intermediate quenched mixed product) 스트림을 배출하기 위한 유출구 및 퀀칭 용액을 배출하기 위한 유출구를 가짐;
상기 퀀칭 구역 유출구와 유체 연통하며, 하나 이상의 올레핀 생성물 유출구 및 하나 이상의 열분해 연료유 유출구를 갖는 생성물 분리 구역;
상기 수소화공정 구역과 유체 연통하는 유출구를 갖는 수소 정제 구역, 여기서 상기 중간물질 퀀칭된 혼합 생성물 스트림은 중간물질 생성물 스트림 및 수소로 전환되고, 상기 수소는 상기 수소 정제 구역에서 정제되며, 상기 중간물질 생성물 스트림은 상기 생성물 분리 구역에서 분획되고; 및
상기 증기-액체 분리 구역의 액체 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 상기 촉매적 수소화공정 구역의 유입구와 유체 연통하는 유출구를 갖는 코커 구역을 포함하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 하나 이상의 열분해 연료유 유출구는 상기 코커 구역의 유입구와 유체 연통하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 17 또는 18에 있어서,
상기 열 크래킹 대류 구획과 열 크래킹 열분해 구획 사이의 증기-액체 분리 구역은 증기와 액체의 분리를 위한 물리적 또는 기계적 장치인, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 증기-액체 분리 장치는 하기를 포함하는 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템:
가열된 수소화공정처리된 유출물을 수용하기 위한 유입구, 연결 부재 및 상기 유입구부터 상기 연결 부재에 인접한 유출구까지 이어져 있는 곡선 도관을 갖는 예비-회전 구획;
유입구, 개방 방출 라이저를 갖는 조절 사이클론 수직 구획, 여기서, 상기 유입구는 상기 연결 부재를 통해 상기 예비-회전 구획에 접하게 되고, 상기 개방 방출 라이저는 상기 조절 사이클론 수직 구획의 상단에 위치하며, 여기서 증기가 상기 조절 사이클론 수직 구획을 통해 증기-액체 분리 구역의 증기 유출구로 통과함; 및
액체 수집기/침전 구획, 여기서 액체가 상기 액체 수집기/침전 구획을 통해 상기 증기-액체 분리 구역의 액체 유출구로 통과함.
청구항 17에 있어서,
상기 수소화공정 구역 반응기와 유체 연통하는 고압 분리기, 상기 고압 분리기는 상기 수소화공정 구역 반응기와 유체 연통하는 가스 부분 유출구 및 액체 부분 유출구를 가짐; 및
상기 고압 분리기의 액체 부분 유출구와 유체 연통하는 저압 분리기를 더욱 포함하며, 상기 저압 분리기는 가스 부분 유출구 및 상기 열 크래킹 대류 구획과 유체 연통하는 액체 부분 유출구를 갖는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 21에 있어서,
상기 저압 분리기의 가스 부분 유출구는 상기 중간물질 퀀칭된 혼합 생성물 스트림과 유체 연통하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
원유 공급 원료로부터 석유 코크스 및 올레핀계 및 방향족 석유화학제품의 생산을 위한 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 (coker) 시스템으로서, 상기 시스템은:
원유 공급 원료, 코커 액체 생성물, 및 스팀 열분해 생성물 스트림 유출물로부터 재순환된 수소, 및 필요한 경우 메이크-업 수소의 혼합물을 수용하기 위한 유입구, 및 수소화공정처리된 유출물을 배출하기 위한 반응기 유출구를 갖는 촉매적 수소화공정 구역, 여기서 상기 촉매적 수소화공정 구역은 오염물질의 함량이 감소되고, 파라핀성(paraffinicity)이 증가되며, 광산국 상관 지수(Bureau of Mines Correlation Index)가 감소되고, 미국 석유 협회 비중(American Petroleum Institute gravity)이 증가된 수소화공정처리된 유출물을 생성하는데 효과적인 조건 하에서 운전되는 반응기를 포함함;
상기 촉매적 수소화공정 구역 반응기 유출구와 유체 연통하는 유입구, 수소화공정처리된 크래킹 공급원료를 배출하기 위한 기상 유출구, 및 수소화공정처리된 잔사유 분획을 배출하기 위한 액상 유출구를 갖는 수소화공정처리된 유출물 분리 구역;
스팀 크래킹 구역, 상기 스팀 크래킹 구역은 하기 열 크래킹 대류 구획, 및 열 크래킹 열분해 구획을 포함함:
상기 수소화공정 구역 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 유출구를 갖는 열 크래킹 대류 구획, 및
상기 대류 구획의 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 열분해 구획 유출구를 갖는 열 크래킹 열분해 구획;
상기 열분해 구획 유출구와 유체 연통하는 퀀칭 구역, 상기 퀀칭 구역은 중간물질 퀀칭된 혼합 생성물(intermediate quenched mixed product) 스트림을 배출하기 위한 유출구 및 퀀칭 용액을 배출하기 위한 유출구를 가짐;
상기 퀀칭 구역 유출구와 유체 연통하며, 하나 이상의 올레핀 생성물 유출구 및 하나 이상의 열분해 연료유 유출구를 갖는 생성물 분리 구역;
상기 수소화공정 구역과 유체 연통하는 유출구를 갖는 수소 정제 구역, 여기서 상기 중간물질 퀀칭된 혼합 생성물 스트림은 중간물질 생성물 스트림 및 수소로 전환되고, 상기 수소는 상기 수소 정제 구역에서 정제되며, 상기 중간물질 생성물 스트림은 상기 생성물 분리 구역에서 분획되고; 및
상기 수소화공정처리된 유출물 분리 구역의 액상 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 상기 촉매적 수소화공정 구역의 유입구와 유체 연통하는 유출구를 갖는 코커 구역을 포함하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 23에 있어서,
상기 하나 이상의 열분해 연료유 유출구는 상기 코커 구역의 유입구와 유체 연통하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 23 또는 24에 있어서,
상기 수소화공정처리된 유출물 분리 구역은 플래시 분리 장치인, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 23 또는 24에 있어서,
상기 수소화공정처리된 유출물-액체 분리 구역은 증기와 액체의 분리를 위한 물리적 또는 기계적 장치인, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 23 또는 24에 있어서,
상기 수소화공정처리된 유출물 분리 구역은 증기-액체 분리 장치를 이의 유입구에서 갖는 플래시 용기이며, 상기 증기-액체 분리 장치는,
상기 수소화공정처리된 유출물을 수용하기 위한 유입구, 연결 부재, 및 상기 유입구부터 상기 연결 부재에 인접한 유출구까지 이어져 있는 곡선 도관을 갖는 예비-회전 구획;
조절 사이클론 수직 구획을 포함하며, 여기서 상기 조절 사이클론 수직 구획은,
상기 연결 부재를 통해 상기 예비-회전 구획에 인접하는 유입구, 및
상기 조절 사이클론 수직 구획의 상단에 위치하는 개방 방출 라이저를 갖고, 여기서 증기가 상기 조절 사이클론 수직 구획을 통해 기상 유출구로 통과하며,
여기서, 상기 플래시 용기의 하부 부분은 수소화공정처리된 잔사유 분획의 전부 또는 일부의 액상 유출구 통과 전에 수소화공정처리된 잔사유 분획을 위한 수집 및 침전 구역으로 역할을 하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 23에 있어서,
상기 수소화공정 구역 반응기와 유체 연통하는 고압 분리기, 상기 고압 분리기는 상기 수소화공정 구역 반응기와 유체 연통하는 가스 부분 유출구 및 액체 부분 유출구를 가짐; 및
상기 고압 분리기의 액체 부분 유출구와 유체 연통하는 저압 분리기를 더욱 포함하며, 상기 저압 분리기는 가스 부분 유출구 및 상기 수소화공정처리된 유출물 분리 구역과 유체 연통하는 액체 부분 유출구를 갖는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 28에 있어서,
상기 저압 분리기의 가스 부분 유출구는 상기 중간물질 퀀칭된 혼합 생성물 스트림과 유체 연통하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 23에 있어서,
상기 스팀 크래킹 구역은 증기-액체 분리 구역을 포함하며, 상기 증기-액체 분리 구역은 상기 대류 구획의 유출구와 유체 연통하는 유입구, 상기 열분해 구획의 유입구와 유체 연통하는 증기 유출구, 및 잔사유 액체 분획을 배출하기 위한 액체 유출구를 갖는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 30에 있어서,
상기 증기-액체 분리 구역의 잔사유 액체 분획 유출구는 코킹 구역의 유입구와 유체 연통하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 30 또는 31에 있어서,
상기 열 크래킹 대류 구획과 상기 열 크래킹 열분해 구획 사이의 증기-액체 분리 구역은 증기와 액체의 분리를 위한 물리적 또는 기계적 장치인, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 32에 있어서,
상기 증기-액체 분리 장치는,
가열된 수소화공정처리된 유출물을 수용하기 위한 유입구, 연결 부재, 및 상기 유입구부터 상기 연결 부재에 인접한 유출구까지 이어져 있는 곡선 도관을 갖는 예비-회전 구획;
유입구, 개방 방출 라이저를 갖는 조절 사이클론 수직 구획, 여기서, 상기 유입구는 상기 연결 부재를 통해 상기 예비-회전 구획에 접하게 되고, 상기 개방 방출 라이저는 상기 조절 사이클론 수직 구획의 상단에 위치하며, 여기서 증기가 상기 조절 사이클론 수직 구획을 통해 증기-액체 분리 구역의 증기 유출구로통과함; 및
액체 수집기/침전 구획을 포함하고, 여기서 액체가 상기 액체 수집기/침전 구획을 통해 상기 증기-액체 분리 구역의 액체 유출구로 통과하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 23에 있어서,
중간물질 퀀칭된 혼합 생성물 스트림을 배출하는 상기 퀀칭 구역 유출구와 유체 연통하는 입구, 및 압축된 가스 혼합물을 배출하는 유출구를 갖는 제1 압축기 구역;
압축된 가스 혼합물을 배출하는 상기 제1 압축기 구역 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 황화수소 및 이산화탄소가 격감된(depleted) 가스 혼합물을 배출하는 유출구를 갖는 알칼리 처리(caustic treatment) 유닛;
상기 알칼리 처리 유닛 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 압축된 크래킹된 가스를 배출하기 위한 유출구를 갖는 제2 압축기 구역;
상기 제2 압축기 구역 유출구와 유체 연통하는 유입구, 및 저온 크래킹된 가스 스트림을 배출하기 위한 유출구를 갖는 탈수 구역;
상기 탈수 구역 유출구와 유체 연통하는 유입구, 수소 및 메탄을 함유하는 오버헤드 스트림을 배출하기 위한 유출구, 및 하부물 스트림을 배출하기 위한 유출구를 갖는 탈-메탄화 탑을 더욱 포함하며,
여기서 수소 정제 구역은 탈-메탄화 탑 오버헤드 유출구와 유체 연통하고, 상기 생성물 분리 구역은 탈-에탄화 탑, 탈-프로판화 탑 및 탈-부탄화 탑을 포함하고, 여기서 상기 탈-에탄화 탑은 상기 탈-메탄화 탑의 하부물 스트림과 유체 연통하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
청구항 34에 있어서,
상기 탈-메탄화 유닛과 유체 연통하는 열 크래킹 구역에 연관된 버너 및/또는 히터를 더욱 포함하는, 통합된 수소화공정, 스팀 열분해 및 코커 시스템.
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