KR20200123476A - 파울링 경향이 높은 중질 피치 및 다른 공급 원료의 현장 코킹 - Google Patents
파울링 경향이 높은 중질 피치 및 다른 공급 원료의 현장 코킹 Download PDFInfo
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Abstract
코킹 드럼 내에서 중질 피치의 현장 가열을 위한 프로세스 및 시스템이 개시된다. 현장 가열은 순수 피치의 프로세싱, 코킹 동작 개선 및 액체 수율 증가를 제공할 수 있다.
Description
지연된 코킹을 통한 중질 피치 및 다른 높은 파울링 공급 원료의 업그레이드는 기껏해야 불가능하지는 않더라도 어려운 일이다. 중질 피치는 용제 탈 아스팔팅(solvent deasphalting), (로즈(Rose) 유닛 또는 LCFining과 같은) 초임계 용제 탈 아스팔팅, 잔류 슬러리 수소화 분해 및 또한 타이트 오일로부터 도출된 잔류 오일을 포함하는 다양한 프로세스로부터 도출될 수 있다. 지연된 코킹을 통한 중질 피치 프로세싱에 있어서의 어려움은 기계식 히터 튜브 디코킹(decoking)을 위해 유닛의 속도를 늦추거나 셧 다운시키는 연소식 히터 튜브의 빠른 코킹으로 인한 동작 신뢰성 또는 다소의 비신뢰성에 주로 기인한다.
중질 피치를 프로세싱하고 상술한 문제를 처리함에 있어서, 정제 업체는 수용 가능한 히터 작동 길이를 달성하기 위해 높은 스루풋 비율을 위해 코커를 설계 및/또는 동작시키면서 진공 잔류물, 대기 잔류물 및 다른 더 가벼운 탄화 수소 스트림과 혼합함으로써 이러한 피치 스트림을 프로세싱하기 위한 선택을 한다. 따라서, 다른 스트림과의 혼합은 더 높은 자본 및 운영 비용과 함께 더 높은 코커 유닛 설계 또는 프로세싱 용량을 필요로 한다. 히터 튜브 파울링을 제한하기 위한 더 높은 재순환 비율과 가벼운 코커 가스 오일의 재순환은 또한 유닛 크기를 증가시키고, 증가된 코크스 생산 및 액체 수율의 감소로 이어진다. 타이트 오일 소스로부터 도출된 잔류 오일은 본질적으로 변환을 위해 더 높은 열 입력을 요구하는 높은 파라핀성이므로, 히터 튜브 파울링을 가속화한다.
본원의 실시예는 용매 탈 아스팔팅, 초임계 용제 탈 아스팔팅, 잔류 수소화 분해, 슬러리 수소화 분해 및 유출유 및 코크스의 생성을 위한 지연된 코킹 프로세스를 통한 셰일(타이트) 오일로부터의 잔류 오일로부터 도출된 중질 피치의 현장 코킹을 위한 프로세스에 관한 것이다. 본원의 실시예는 셰일 오일로부터 도출된 순수 피치 또는 잔류 오일을 초기 코킹 온도로 가열한 후, 별도의 가열 매체의 도움으로 코크스 드럼에서 코킹 반응을 완료할 수 있게 한다. 코킹 사이클이 끝날 때, 코크스 드럼은 부분적으로 변환된 피치를 포함할 것이며, 그 후 이는 최종 반응 온도까지 가열 매체에 의해 추가 가열되어 반응을 완료한다. 초기 코킹 온도로만 공급물을 가열하기 때문에, 더 낮은 히터 코일 출구 온도는 히터 튜브의 빠른 코킹을 방지할 것이고 히터 및 유닛 진행 길이를 상당히 증가시킨다. 또한, 본원에서 제안된 스킴은 각각의 공급 원료로부터 액체 수율을 최대화하는 동작 조건의 세트 하에서의 코킹을 허용한다. 또한, 본원에 개시되는 이러한 프로세스 및 시스템과 연관된 더 낮은 자본 및 운영 비용은 어떠한 경우에도 설계 또는 확장 프로젝트의 경제성에 유리하다.
일 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스를 생성하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 프로세스는: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 초기 코킹 온도로 중질 피치를 가열하는 단계; 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하는 단계; 초임계 매체와의 직접 열 교환을 통해 코킹 드럼 내에서 가열된 코커 공급 원료를 현장에서 가열하는 단계; 중질 피치의 일부를 분해(cracking)하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 코킹 드럼에서 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스를 생성하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 프로세스는: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 초기 코킹 온도로 중질 피치를 가열하는 단계; 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하는 단계; 초임계 매체를 갖는 가열된 코커 공급 원료를 가열하고, 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 코킹 드럼에서 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스를 생성하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 프로세스는: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 초기 코킹 온도로 중질 피치를 가열하는 단계; 가열된 코커 공급 원료를 과열 매체와 혼합하고, 혼합물을 코킹 드럼에 공급하는 단계; 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 코킹 드럼에서 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스를 생성하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 프로세스는: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 초기 코킹 온도로 중질 피치를 가열하는 단계; 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하는 단계; 코킹 드럼 내에서 가열된 코커 공급 원료를 현장에서 가열하고, 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 코킹 드럼에서 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스 생성을 위한 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하기 위한 히터; 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하기 위한 유동 라인; 가열된 과열 매체를 생성하기 위해 과열 매체를 가열하기 위한 히터; 과열 매체와의 직접 열 교환을 통해 코킹 드럼 내에서 가열된 코커 공급 원료를 현장에서 가열하기 위해 가열된 과열 매체를 코킹 드럼에 공급하기 위한 유동 라인; 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 코킹 드럼에서 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하면서 코킹 드럼으로부터 분해된 증기 생성물을 회수하기 위한 유동 라인을 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스 생성을 위한 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하기 위한 히터; 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하기 위한 유동 라인; 가열된 코커 공급 원료를 가열하기 위한 과열 매체를 공급하고 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 코킹 드럼에서 결과적인 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하기 위한 유동 라인을 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스 생성을 위한 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하기 위한 히터; 가열된 코커 공급 원료를 과열 매체와 혼합하기 위한 혼합기 및 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 코킹 드럼에서 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하기 위해 혼합물을 코킹 드럼에 공급하기 위한 유동 라인을 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스 생성을 위한 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하고; 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하기 위한 히터; 코킹 드럼 내의 가열된 코커 공급 원료의 현장 가열을 제어하기 위한 제어 시스템 및 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하기 위한 코킹 드럼을 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스 생성을 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 프로세스는: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하는 단계; 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하는 단계; 직접 열 교환을 통해 코킹 드럼 내에서 가열된 코커 공급 원료를 현장에서 가열하는 단계; 및 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에서 열 분해하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스 생성을 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 프로세스는: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하는 단계; 가열된 코커 공급 원료를 과열 매체와 혼합하는 단계; 혼합물을 코킹 드럼에 공급하는 단계; 과열 매체와의 직접 열 교환을 통해 코킹 드럼 내에서 혼합물을 현장에서 가열하는 단계; 및 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 혼합물을 코킹 드럼에서 열 분해하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본원에 개시된 실시예는 코크스 생성을 위한 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은: 가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하기 위한 히터; 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하기 위한 유동 라인; 가열된 과열 매체를 생성하기 위해 과열 매체를 가열하기 위한 히터; 과열 매체와의 직접 열 교환을 통해 코킹 드럼 내에서 가열된 코커 공급 원료를 현장에서 가열하기 위해 가열된 과열 매체를 공급하기 위한 유동 라인; 코킹 드럼으로부터 분해된 증기 생성물을 회수하기 위한 유동 라인을 포함할 수 있다.
다른 양태 및 이점은 이하의 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본원에 개시된 실시예에 따른 코킹 프로세스 및 장치의 단순화된 도면이다.
본 명세서의 실시예는 지연된 코킹 프로세스를 통해 중질 피치 및 다른 높은 파울링 공급 원료의 현장 코킹을 위한 시스템 및 프로세스에 관한 것이다. 중질 피치 공급 원료는 경제적으로 추가 증류, 촉매 분해, 또는 연료-등급 혼합 스트림을 만들기 위해 다르게 프로세싱될 수 없는 임의의 수의 정제 프로세스 스트림을 포함할 수 있다. 통상적으로, 이러한 재료는 촉매 파울링 및/또는 회분 및 금속에 의한 비활성화로 인해 촉매 작용에 적합하지 않다. 본원의 실시예는 용제 탈 아스팔팅, ROSE 유닛, 잔류 수소화 분해, 슬러리 수소화 분해 및 셰일(타이트) 오일로부터의 잔류 오일로부터 도출된 중질 피치를 포함하는 코커 공급 원료로서 중질 피치 또는 다른 높은 파울링 공급 원료의 사용에 관한 것이다.
일부 실시예에서, 상술한 공급 원료는 지연된 코킹을 위해 코킹 유닛에 순수하게(희석되지 않고) 공급될 수 있다. 다른 실시예에서, 공급 원료는 10 중량%까지의 희석제의 첨가를 통해 최소한으로 희석될 수 있다. 본원의 실시예에서 유용한 희석제는 대기 증류 잔류물, 진공 증류 잔류물, 촉매 분해자 잔류 오일, 수소화 분해자 잔류 오일, 및 다른 정제 유닛으로부터의 잔류 오일과 같은 통상적인 코커 공급 원료를 포함할 수 있다. 최소 레벨의 희석제의 포함은 장비 크기 및 순수하거나 거의 순수한 중질 피치의 프로세싱과 연관되어 본원에 언급된 다른 이점에 상당한 불이익을 주지 않으면서 중질 피치 및 다른 높은 파울링 공급 원료의 가공성을 향상시킬 수 있다.
본원의 실시예에 따라 사용될 수 있는 공급 원료는 35 중량% 초과와 같은 높은 콘래드슨(Conradson) 탄소 함량을 가질 수 있다. 본원의 실시예에 따라 사용될 수 있는 공급 원료는 콘래드슨 탄소 함량과 같이 높을 수 있는 아스팔텐 함량과 같이, 15 중량% 초과, 25 중량% 초과, 또는 심지어 35 중량% 초과와 같이 높은 아스팔텐 함량을 또한 가질 수 있다.
본 기술 분야에 알려진 바와 같이, 코커 공급 원료는 코킹 유닛의 상류에서 처리될 수 있다. 예를 들어, 코커 공급 원료는 수소 처리 프로세스, 탈 염 프로세스, 탈 금속 프로세스, 탈 황 프로세스, 또는 바람직한 코크스 생성물을 생성하는 데 유용한 다른 전처리 프로세스를 거칠 수 있다.
통상의 코킹 프로세스에서, 코커 공급 원료는 코킹 온도로 가열된 다음 코킹 히터를 통해 이미 부여된 에너지를 이용하여 코킹/분해 반응의 완료를 위해 코크스 드럼에 상주할 수 있게 된다. 다른 설계는 코크스 드럼의 상류에서 공급 원료를 분해를 촉진하고 퀀칭(quenching)하기 위하여 코킹 온도보다 높은 온도로 공급 원료를 가열한다. 반대로, 본원의 프로세스는 중질 피치/높은 파울링 공급물을 초기 코킹 온도로 가열하며, 이 온도는 코킹 반응을 완료로 유도하기에 적절하지 않다. 에너지의 균형은 그 후 코크스 드럼 내부에 축적된 히터 유출물로 전달되어, 코킹/분해 반응이 완료되도록 유도한다. 에너지의 균형은 충진 사이클이 완료된 후 및/또는 코크스 드럼이 충진되고 있는 사이클 동안 공급 라인을 통해 코크스 드럼에 도입된 과열 매체를 통해 코크스 드럼 바로 상류 및/또는 내부의 히터 유출물에 전달될 수 있다. 코커 히터 외에 충분히 높은 온도에서 별도의 에너지원이 필요하다. 발명자가 알고 있는 한, 코크스 드럼에서 순수한 중질 피치/높은 파울링 공급 원료의 현장 가열은 지금까지 수행되지 않았다.
연소된 히터에서, 중질 피치/높은 파울링 공급물은 통상의 지연된 코킹에서 실시되는 완전한 코킹 온도가 아니라 초기 코킹 반응 온도로만 가열된다. 초기 코킹 반응 온도는 사용된 중질 피치/높은 파울링 공급 원료 또는 공급 원료 혼합물에 따를 수 있으며, 상이한 공급 원료에 대해 상이할 수 있다. 코킹 반응의 완료는 코커 히터 유출물에 직접 에너지를 전달하는 별도의 가열 매체의 도움으로 코크스 드럼 내부에서 달성되어, 코킹 반응이 완료되도록 유도한다. 중질 피치/높은 파울링 공급물의 현장 가열은 코킹 반응이 완료에 접근하는 데 필요한 시간 길이 동안 계속될 수 있으며, 이러한 시간 길이는 또한 사용 중인 중질 피치/높은 파울링 공급 원료의 유형에 따라 변할 수 있다. 그러나, 각각의 공급 원료에 대해, 파일럿 테스트가 유닛의 프로세스 설계의 일부로서 초기 코킹 온도, 코크스 드럼 현장 가열의 지속 시간 및 코크스 드럼 내부의 예열된 피치 레벨을 결정하도록 수행될 수 있다.
본원의 실시예는 100 % (순수) 피치/높은 콘래드슨 탄소(> 35 중량%) 및 콘래드슨 탄소 함량만큼 높을 수 있는 아스팔텐 함량을 갖는 파울링 공급 원료의 프로세싱에 관한 것이다. 본원의 실시예는 위에서 언급한 공급원으로부터 100 %(순수) 피치/높은 파울링 공급물 또는 정상적인 코킹 조건 하에서 심각하게 제한된 유닛 진행 길이 및 더 낮은 액체 수율로 이어지는 셰일(타이트) 오일로부터 도출된 잔류 오일을 프로세싱할 때 더 높은 유닛 진행 길이를 허용한다. 위에서 언급한 공급 원료 카테고리의 순수 피치를 프로세싱할 수 있는 능력은: 유닛 용량 요건을 더 높게 만드는 다른 희석제와 상당히 혼합할 필요성을 제거하며; 유닛 유효 진행 길이를 증가시키고; 액체 수율을 증가시키고, 유닛 유틸리티 요건을 감소시킨다.
이하, 도 1을 참조하여, 본원에 개시된 실시예에 따른 코킹 프로세스를 나타낸다. 중질 피치/높은 파울링 공급 원료(10)는 코커 분별기(12)의 바닥 부분에 도입되고, 여기서 코커 증기 스트림(14)(즉, 생성되는 내부 재순환 스트림)으로부터 응축된 탄화 수소와 결합한다. 중질 피치/높은 파울링 공급 원료는 주 코커 분별기(12)의 바닥으로 유동하기 전에 하나 이상의 예열 교환기에서 추가로 가열될 수 있다.
그 후, 결과적인 혼합물(16)(히터 차지 스트림)은 코커 히터(18)를 통해 펌핑되고, 여기서 그 온도는 500 ℉ 내지 750 ℉와 같은 스트림의 초기 코킹 온도로 증가된다. 히터 유출물 스트림(20)의 온도는 히터(18)에 공급되는 연료(28)의 양을 조절하기 위해 제어 밸브(26)에 신호를 전송하는 온도 센서(24)의 사용에 의해 측정 및 제어될 수 있다. 원하는 경우, 증기 또는 보일러 급수(30)가 튜브(32)에서 코크스 형성을 감소시키기 위해 히터에 주입될 수 있다.
히터 유출물 스트림(20)은 코킹 드럼(36)으로의 공급을 위해 코커 히터(18)로부터 회수될 수 있다. 2개 이상의 드럼(36)은 본 기술 분야에 알려진 바와 같이, 병렬로 사용되어 동작 사이클(코크스 생성, 코크스 회수(디코킹), 다음 코크스 생성 사이클을 위한 준비, 반복) 동안 연속 동작을 제공할 수 있다. 예를 들어, 3-웨이 또는 4-웨이 밸브와 같은 스위치 밸브(38)는 히터 유출물 스트림을 충진 동작 모드에 있는 원하는 코킹 드럼(36)으로 전환시킨다.
충진 모드의 코크스 드럼(36)은 재료가 코크스 드럼 내부의 특정 안전 레벨에 도달할 때까지 공급물을 수용할 수 있다. 이 시점에서 공급물은 충진할 준비가 된 다른 코크스 드럼으로 라우팅될 수 있다.
코크스 드럼이 히터 유출물(초기 코킹 온도로 가열된 중질 피치)로 충진되면, 코크스 드럼의 내용물은 적절한 과열 매체의 주입을 통해 추가로 가열된다. 과열 매체는 전환기 밸브(38)와 코킹 드럼(36) 중간에 있는 히터 유출물 이송 라인에 연결될 수 있는 유동 라인(76)을 통해 코크스 드럼(36)으로 주입될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 과열 매체는 바닥 헤드(48)를 통해 또는 부근에서와 같이 코킹 드럼의 바닥에서 또는 그 부근에서 하나 이상의 입구(미도시)를 통해 코킹 드럼에 직접 주입될 수 있다. 일부 실시예에서, 과열 매체는 충진 사이클 동안 히터 유출물과 함께 공급될 수 있다.
본원의 실시예에서 유용한 과열 매체는 코킹 온도에서 비교적 안정적인 보다 가벼운 탄화 수소뿐만 아니라 증기, 이산화탄소, 질소 및 기타 불활성 가스를 포함한다. 일부 실시예에서, 과열 매체는 피치를 직접 가열하기에 충분한 열 용량을 가질 수 있고, 코크스 드럼 동작 조건에서 응축되지 않으며, 중질 피치 또는 분해된 생성물과 반응하지 않을 수 있다.
과열 매체는 히터 유출물과 혼합되거나 코크스 드럼(18)에 공급되기 전에 별도의 히터(미도시)에서 가열될 수 있다. 다른 실시예에서, 과열 매체의 과열은 히터(18)의 한 구역에서 이루어질 수 있으며, 중질 피치는 히터의 다른 구역에서 초기 코킹 온도로 가열된다. 충진 사이클이 완료된 후 및/또는 충진 사이클 동안 과열된 매체가 공급 라인을 통해 코크스 드럼에 도입될 수 있다.
코킹 드럼(36)에는 충분한 현장 가열 및 체류 시간이 제공되어 열 분해 및 코킹 반응이 완료될 수 있도록 한다. 이러한 방식으로, 중질 피치 공급 원료는 코킹 드럼(36)에서 열 분해되어 더 가벼운 탄화 수소를 생성하고, 이는 기화되어 유동 라인(40)을 통해 코크스 드럼에서 배출된다. 석유 코크스 및 일부 잔류물(예를 들어, 분해된 탄화 수소)은 코킹 드럼(36)에 남아 있다. 코킹 드럼(36)이 코크스로 충분히 차고, 현장 가열이 코킹 반응을 완료까지 충분히 구동시켰을 때, 코킹 사이클이 종료된다. 코킹 사이클의 완료 후, 제1 코킹 드럼에서 디코킹(decoking) 사이클이 개시된다.
디코킹 사이클에서, 코킹 드럼(36)의 내용물은 냉각되고, 나머지 휘발성 탄화 수소가 제거되고, 코크스는 드릴링되거나 이와 다르게 코킹 드럼으로부터 제거되며, 코킹 드럼(36)은 다음 코킹 사이클을 위해 준비된다. 코크스의 냉각은 일반적으로 3개의 구분되는 단계로 이루어진다. 제1 단계에서, 코크스가 냉각되고 증기 또는 다른 스트리핑(stripping) 매체(42)에 의해 스트리핑되어 코크스에 혼입되거나 그렇지 않으면 남아 있는 회수 가능한 탄화 수소의 제거를 경제적으로 최대화한다. 냉각의 제2 단계에서, 물 또는 다른 냉각 매체(44)가 주입되어 코킹 드럼에 대한 열 충격을 피하면서 코킹 드럼 온도를 감소시킨다. 이러한 냉각 매체로부터 기화된 물은 추가적인 기화성 탄화 수소의 제거를 더욱 촉진한다. 최종 냉각 단계에서, 코킹 드럼은 안전한 코크스 제거에 유리한 조건으로 코킹 드럼 온도를 빠르게 낮추기 위해 물 또는 다른 퀀칭 매체(46)에 의해 퀀칭된다. 퀀칭이 완료된 후, 코킹 드럼(36)의 바닥 및 최상부 헤드 또는 슬라이드 밸브(48, 50)가 각각 제거되거나 개방된다. 그 후, 석유 코크스는 예를 들어, 유압식 워터 제트에 의해서와 같이 절단되고, 코킹 드럼으로부터 제거된다. 코크스 제거 후, 코킹 드럼 헤드 또는 슬라이드 밸브(48, 50)는 각각 교체되거나 폐쇄되고, 코킹 드럼(36)은 예열되고 그렇지 않으면 다음 충진 및 코킹 사이클을 위해 준비된다.
충진, 현장 가열 및 코킹 사이클 동안, 더 가벼운 탄화 수소 증기를 포함하는 과열 매질 및 분해된 생성물은 코킹 드럼(36)으로부터 오버헤드 유분(40)으로서 회수된다. 오버 헤드 유분(40)은 그 후 코커 증기 스트림(14)으로서 코커 분별기(12)로 이송되며, 여기서 회수된 성분은 2개 이상의 유분으로 분리되어 회수된다. 예를 들어, 중질 코커 가스 오일(HCGO: heavy coker gas oil) 유분(52) 및 경질 코커 가스 오일(LCGO: light coker gas oil) 유분(54)은 원하는 비등 온도 범위에서 분별기에서 배출될 수 있다. HCGO는 예를 들어, 650 - 870 °+F 범위에서 비등하는 탄화 수소를 포함할 수 있다. LCGO는 예를 들어, 400 - 650 °F 범위에서 비등하는 탄화 수소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, HCGO와 유사하거나 더 무거운 탄화 수소를 포함할 수 있는 퀀치 오일 유분(56) 및/또는 세척 오일 유분(57)과 같은 다른 탄화 수소 유분이 또한 코커 분별기(12)로부터 회수될 수 있다. 분별기 오버헤드 스트림, 코커 습식 가스 유분(58)은 분리기(60)로 이동하며, 여기서 습식 가스 유분(62), 물/수성 유분(64) 및 나프타 유분(66)으로 분리된다. 나프타 유분(66)의 일부는 환류(68)로서 분별기로 복귀될 수 있다.
다른 실시예에서, 과열 매체는 LCGO 스트림(54)과 같이 약 400 °F 내지 약 650 °F 범위의 정상 비등점을 갖는 탄화 수소와 같은 더 무거운 탄화 수소 스트림을 포함할 수 있다. 예를 들어, LCGO 유분(54)은 코커 분별기(12)로부터 회수될 수 있고, 히터(미도시)에서 부분적으로 기화될 수 있다. 기화되지 않은 부분은 수집되어 코커 분별기(12)로 복귀될 수 있다. 그 후 증기 부분은 동일하거나 다른 히터에서 과열될 수 있고, 그 후 현장 코킹을 위해 코크스 드럼으로 도입될 수 있다.
본원의 실시예에 따른 코킹 시스템은 또한 필요하다면 과열 매체의 회수 및 재순환을 위한 장치를 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 코커 분별기(12) 및 관련 장비 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 과열 매체 회수 장치는 과열 매체와 연관된 특정 온도 컷의 회수를 위한 측면 배출을 포함할 수 있거나, 단순히 물/수성 유분(64)으로부터의 응축을 포함할 수 있다. 대안적으로, 다른 장비가 과열 매체의 회수 및 재순환을 위해 코커 분별기(12)의 상류 또는 하류에 배치될 수 있다.
유동 라인(40)을 통해 코크스 드럼을 떠나는 증기의 온도는 코킹 프로세스 동안 코킹 드럼(36) 내의 재료의 온도를 나타내는 데 사용되는 중요한 제어 파라미터일 수 있다. 예를 들어, ASTM D3175t에 의해 측정된 바와 같이, 약 3 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 휘발성 가연성 재료(VCM: volatile combustible material) 함량을 갖는 많은 다양한 코크스를 생산하는 방식으로 조건이 제어될 수 있다.
생성된 코크스 생성물의 유형은 또한 온도 및 과열 매체의 유형뿐만 아니라 현장 가열의 지속 시간에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 본원의 실시예에서 사용되는 제어 시스템은 현장 가열을 위해 코크스 드럼에 공급되는 과열 매체의 온도를 제어하기 위해 다양할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본원의 실시예는 증류물 및 코크스의 생성을 위해 지연된 코킹 공정을 통해 중질 피치의 현장 코킹을 위한 시스템 및 프로세스를 제공한다. 본원의 실시예는 셰일 오일로부터 도출된 순수 피치 또는 잔류 오일을 초기 코킹 온도로 가열한 후, 별도의 가열 매체의 도움으로 코크스 드럼에서 코킹 반응을 완료할 수 있게 한다. 충진 사이클이 끝날 때, 코크스 드럼은 부분적으로 변환된 피치를 포함할 것이며, 이는 그 후 최종 반응 온도까지 가열 매체에 의해 추가로 가열되어, 반응을 완료한다. 초기 코킹 온도로만 공급물을 가열하기 때문에 더 낮은 히터 코일 출구 온도는 히터 튜브의 빠른 코킹을 방지할 것이고, 히터 및 유닛 진행 길이를 상당히 증가시킨다. 또한, 본원에서 제안된 스킴은 각각의 공급 원료로부터의 액체 수율을 최대화하는 동작 조건의 세트 하에서의 코킹을 허용한다. 또한, 본원에 개시된 이러한 프로세스 및 시스템과 연관된 더 낮은 자본 및 운영 비용은 어떠한 경우에도 설계 또는 확장 프로젝트의 경제성에 유리하다. 또한, 본원에 개시된 실시예는 더 낮은 용량(CPAEX), 더 높은 온-스트림 계수, 더 높은 액체 수율 및 더 낮은 유틸리티 소비(OPEX)에서 어려운 공급 원료를 프로세싱함으로써 지연된 코커의 선호도를 향상시키거나 증가시킬 수 있다. 본원의 실시예는 또한 (LCFining과 같은) 초임계 용제 탈 아스팔팅, (LC-MAX와 같은) 잔류물 수소화 분해, 잔류 슬러리 수소화 분해, 또는 셰일(타이트) 오일 공급 원료와 같은 파라핀계 공급 원료로부터 도출된 높은 파울링 잔류 오일의 프로세싱과 같은 상이한 기술의 매력적인 조합을 허용한다.
본 개시는 제한된 수의 실시예를 포함하지만, 본 개시의 이점을 갖는 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 다른 실시예가 고안될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 그 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되어야 한다.
Claims (25)
- 코크스(coke)를 생성하기 위한 프로세스로서,
가열된 코커(coker) 공급 원료를 생성하기 위해 초기 코킹 온도로 중질 피치를 가열하는 단계;
상기 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하는 단계;
직접 열 교환을 통해 상기 코킹 드럼 내에서 상기 가열된 코커 공급 원료를 현장에서 추가로 가열하는 단계; 및
상기 중질 피치의 일부를 분해(cracking)하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 상기 코킹 드럼에서 상기 가열된 코커 공급 원료를 열 분해하는 단계를 포함하는, 프로세스. - 제1항에 있어서,
상기 직접 열 교환은 상기 가열된 코커 공급 원료와 과열 매체의 접촉을 통해 이루어지는, 프로세스. - 제1항에 있어서,
상기 직접 열 교환을 통한 상기 가열하는 단계와 상기 열 분해하는 단계는 동시에 이루어지는, 프로세스. - 제1항에 있어서,
상기 초기 코킹 온도는 500 ℉내지 750 ℉인, 프로세스. - 제1항에 있어서,
하나 이상의 경질 탄화 수소 유분들의 회수를 위해 상기 분해된 증기 생성물을 코커 분리기에 공급하는 단계를 더 포함하는, 프로세스. - 제1항에 있어서,
상기 가열된 코커 공급 원료의 상기 코킹 드럼으로의 공급을 중단하고 상기 코킹 드럼으로부터 코크스 생성물을 제거하는 단계를 더 포함하는, 프로세스. - 제2항에 있어서,
상기 과열 매체는 상기 코킹 드럼 상류의 공급 입구, 상기 코킹 드럼 상류의 과열 매체 히터, 또는 상기 과열 매체를 상기 코킹 드럼으로 직접 도입하는 공급 입구 중 하나 이상을 통해 상기 가열된 코커 공급 원료와 접촉하는, 프로세스. - 제2항에 있어서,
상기 과열 매체는 코킹 사이클 동안 코크스 드럼 동작 조건들에서 응축되지 않는, 프로세스. - 제8항에 있어서,
상기 과열 매체는 증기, 이산화탄소, 질소 및 다른 불활성 기체들 중 하나 이상, 또는 하나 이상의 경질 탄화 수소들인, 프로세스. - 제2항에 있어서,
과열 매체는 충진(filling) 사이클 동안, 코킹 사이클 동안, 또는 둘 모두에서 상기 코킹 드럼에 공급되는, 프로세스. - 제1항에 있어서,
상기 가열된 코커 공급 원료의 현장에서의 상기 가열은 상기 열 분해가 완료에 접근하는 데 필요한 시간 길이 동안 계속되는, 프로세스. - 제1항에 있어서,
상기 중질 피치는 100 % 중질 피치인, 프로세스. - 제1항에 있어서,
상기 중질 피치는 10 중량%까지의 희석제를 포함하는, 프로세스. - 제1항에 있어서,
상기 중질 피치는 35 중량% 이상의 콘래드슨(Conradson) 탄소 함량 및 15 중량% 이상의 아스팔텐(asphaltene) 함량을 갖는, 프로세스. - 코크스를 생성하기 위한 프로세스로서,
가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하는 단계;
상기 가열된 코커 공급 원료를 과열 매체와 혼합하는 단계;
혼합물을 코킹 드럼에 공급하는 단계;
상기 과열 매체와의 직접 열 교환을 통해 코킹 드럼 내에서 상기 혼합물을 현장에서 가열하는 단계; 및
상기 중질 피치의 일부를 분해하여 분해된 증기 생성물 및 코크스 생성물을 생성하기 위해 상기 혼합물을 상기 코킹 드럼에서 열 분해하는 단계를 포함하는, 프로세스. - 제15항에 있어서,
상기 과열 매체는 증기, 이산화탄소, 질소 및 다른 불활성 기체들 중 하나 이상, 또는 하나 이상의 경질 탄화 수소들인, 프로세스. - 제15항에 있어서,
상기 가열된 코커 공급 원료의 현장에서의 상기 가열은 상기 열 분해가 완료에 접근하는 데 필요한 시간 길이 동안 계속되는, 프로세스. - 제15항에 있어서,
상기 중질 피치는 100 % 중질 피치인, 프로세스. - 제15항에 있어서,
상기 중질 피치는 10 중량%까지의 희석제를 포함하는, 프로세스. - 제15항에 있어서,
상기 중질 피치는 35 중량% 이상의 콘래드슨 탄소 함량 및 15 중량% 이상의 아스팔텐 함량을 갖는, 프로세스. - 코크스 생성을 위한 시스템으로서,
가열된 코커 공급 원료를 생성하기 위해 중질 피치를 초기 코킹 온도로 가열하기 위한 히터;
상기 가열된 코커 공급 원료를 코킹 드럼에 공급하기 위한 유동 라인;
가열된 과열 매체를 생성하기 위해 과열 매체를 가열하기 위한 히터;
상기 과열 매체와의 직접 열 교환을 통해 상기 코킹 드럼 내에서 상기 가열된 코커 공급 원료를 현장에서 가열하기 위해 상기 가열된 과열 매체를 공급하기 위한 유동 라인;
상기 코킹 드럼으로부터 분해된 증기 생성물을 회수하기 위한 유동 라인을 포함하는, 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 가열된 코커 공급 원료를 상기 과열 매체와 혼합하기 위한 혼합기 및 혼합물을 상기 코킹 드럼에 공급하기 위한 유동 라인을 더 포함하는, 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 가열된 과열 매체를 공급하기 위한 상기 유동 라인은 상기 코킹 드럼에 연결되는, 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 중질 피치를 가열하기 위한 상기 히터 및 상기 과열 매체를 가열하기 위한 상기 히터는 공통 히터의 상이한 구역들에 배치되는, 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 코킹 드럼 내의 상기 가열된 코커 공급 원료의 현장 가열을 제어하기 위한 제어 시스템을 더 포함하는, 시스템.
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