KR102387832B1 - 고비점 탄화수소 공급원료를 보다 저비점의 탄화수소 생성물로 전환하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고비점 탄화수소 공급원료를 보다 저비점의 탄화수소 생성물로 전환하는 공정에 관한 것으로, 상기 보다 저비점의 탄화수소 생성물은 석유 화학 공정을 위한 공급원료로서 적합하고, 상기 전환하는 공정은 다음의 단계를 포함하는 공정: 중질의 탄화수소 공급원료를 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드로 공급하는 단계; 수소화분해 유닛에서 상기 공급원료를 분해하는 단계; 상기 분해된 공급원료를 수소를 포함하는 스트림, 저비점 탄화수소 분획을 포함하는 스트림 및 보다 중질의 탄화수소 분획을 포함하는 탑저 스트림으로 분리하는 단계; 상기 수소화분해 유닛의 상기 탑저 스트림을, 상기 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드 내에서 이어지는 수소화분해 유닛을 위한 공급원료로서 공급하는 단계, - 각각의 수소화분해 유닛(들) 내에서 공정 조건은 서로 상이하고, 제 1 수소화분해 유닛부터 이어지는 수소화분해 유닛(들)까지의 수소화분해 조건은 가장 덜 가혹한 것에서부터 가장 가혹한 것까지 증가함 -, 및 각각의 수소화분해 유닛(들)로부터의 저비점 탄화수소 분획을, 석유화학 공정으로 보내는 단계.

Description

고비점 탄화수소 공급원료를 보다 저비점의 탄화수소 생성물로 전환하는 방법{METHOD FOR CONVERTING A HIGH-BOILING HYDROCARBON FEEDSTOCK INTO LIGHTER BOILING HYDROCARBON PRODUCTS}
본 발명은 고비점 탄화수소 공급원료를 보다 저비점의 탄화수소 생성물로 전환하는 공정에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 탄화수소, 특히 정제 조작, 예를 들면 상압 증류 유닛 또는 유동 접촉 분해 유닛(FCC)으로부터 유래하는 탄화수소를, 시클로부탄 이하의 끓는점을 갖는 보다 저비점의 수소화분해된 탄화수소로 전환하는 공정에 관한 것이다.
US 특허 4,137,147은, 약 360℃보다 낮은 증류점(distillation point)을 갖고, 분자 당 적어도 4개의 탄소 원자를 갖는 노르말 및 이소-파라핀을 적어도 함유하는 충전물로부터 에틸렌 및 프로필렌을 제조하는 공정에 관한 것으로, 상기 충전물은 촉매의 존재 하에 수소화분해(hydrogenolysis) 구역에서 수소화분해 반응이 행해지고, (b) 상기 수소화분해 반응으로부터의 유출물은 분리 구역으로 공급되고, (i) 탑정(top)으로부터, 메탄 및 아마도 수소, (ii) 분자 당 2개 및 3개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소로 필수적으로 이루어지는 분획, 및 (iii) 탑저(bottom)로부터, 분자 당 적어도 4개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소로 필수적으로 이루어지는 분획이 배출되며, (c) 오직 분자 당 2개 및 3개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소로 필수적으로 이루어지는 분획만이, 수증기의 존재 하에, 수증기-분해(steam-cracking) 구역으로 공급되어, 분자 당 2개 및 3개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 적어도 일 부분이, 모노올레핀 탄화수소로 변형되고; 상기 분리 구역의 탑저로부터 얻어진, 분자 당 적어도 4개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소로 필수적으로 이루어지는 분획은, 촉매의 존재 하에 처리되는 제 2 수소화분해 구역으로 공급되고, 상기 제 2 수소화분해 구역으로부터의 유출물은 제 2 분리 구역으로 공급되어, 한편으로는, 제 2 수소화분해 구역으로 적어도 부분적으로 환류된, 분자 당 적어도 4개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소를, 다른 한편으로는, 수소, 메탄 및 분자 당 2개 및 3개의 탄소 원자를 갖는 포화 탄화수소의 혼합물로 필수적으로 이루어지는 분획을 배출하며; 수소 스트림 및 메탄 스트림은 상기 혼합물로부터 분리되고, 2개 및 3개의 탄소 원자를 가지는 탄화수소의 혼합물을, 제 1 수소화분해 구역에 이은 분리 구역으로부터 회수된 분자 당 2개 및 3개의 탄소원자를 갖는 탄화수소로 필수적으로 이루어지는 분획과 함께 수증기-분해 구역으로 공급된다. 이에 따라 상기 수증기-분해 구역의 유출구에서, 메탄 및 수소의 스트림 및 분자 당 2개 및 3개의 탄소 원자를 갖는 파라핀 탄화수소의 스트림에 추가하여, 분자 당 2개 및 3개의 탄소 원자를 갖는 올레핀 및 분자 당 적어도 4개의 탄소 원자를 갖는 생성물이 얻어진다.
US 특허 3,660,270은, 가솔린을 생성하는 공정에 관한 것으로, 제 1 전환 구역 내에서 석유 증류물을 수소화분해하는 단계, 상기 제 1 전환 구역으로부터의 유출물을 경질 나프타 분획, 180 내지 280℉ 사이의 초기 끓는점 및 대략 500 내지 600℉ 사이의 최종 끓는점을 가지는 제 2 분획, 및 제 3 중질 분획으로 분리하는 단계, 촉매의 존재 하에 제 2 전환 구역 내에서 제 2 분획을 수소화분해 및 탈수소화하는 단계, 및 상기 제 2 전환 구역으로부터 적어도 하나의 나프타 생성물을 회수하는 단계를 포함한다.
US 특허 출원 2009/159493은, 탄화수소 공급원료를 수소화처리하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 단일 반응 루프(loop) 내에 다중(multiple) 수소화처리 구역을 채용하고 각각의 구역은 하나 이상의 촉매층을 가진다. 이 방법에 따르면, 신선한 피드가 고정층 수소화처리기(hydrotreater) 반응기의 탑정으로 전달된다. 수소는 고정층 수소화처리기 반응기의 제 1 및 제 2 층 사이, 및 제 2 및 제 3 층 사이에 추가된다. 수소화처리된 제트(jet) 및 디젤 범위의 물질은 고압에서 액체 스트림으로서 회수되고 수소화분해 반응기로 펌프된다. 수소는 수소화분해 반응기의 제 1 및 제 2 층 사이, 및 제 2 및 제 3 층 사이에 추가된다.
US 특허 5,603,824는, 통합된(integrated) 수소화처리 방법에 관한 것으로, 수소화분해, 탈랍(dewaxing) 및 탈황(desulfurization)이 모두 하나의 수직적인 2층 반응기 내에서 일어나고, 여기서 증류물은 중질 및 경질 분획으로 나누어지고, 상기 중질 분획은 상부 반응기 층에서 수소화분해되고 부분적으로 탈황되며, 이어서 상기 상부층으로부터의 유출물은 경질 분획과 결합되고, 저부 반응기 층으로 캐스케이드(cascade)되며, 유동점(pour point) 감소를 위한 탈랍 및 추가의 탈황이 일어난다.
통상적으로, 원유는 증류를 통해, 나프타, 가스 오일 및 잔류물(resiuda)과 같은 다수의 컷(cut)들로 처리된다. 이들 컷들 각각은, 가솔린, 디젤 및 등유와 같은 수송(trasportation) 연료를 생성하기 위해 또는 일부 석유화학제품 및 다른 처리 유닛으로의 피드로서와 같은 많은 잠재적인 용도를 가진다.
나프타 및 일부 가스 오일과 같은 경질 원유 컷들은, 탄화수소 피드 스트림이 증발하고 이어서 짧은 체류 시간(residence time)(<1 초) 노(반응기)관에서 매우 높은 온도(800℃ 내지 860℃)로 노출된 수증기로 희석되는, 수증기 분해(steam cracking)와 같은 공정을 통해 경질 올레핀 및 단일 고리 방향족 화합물을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 피드 내 탄화수소 분자들은, 피드 분자들과 비교할 때 (평균적으로) 보다 짧은 분자 및 보다 낮은 탄소에 대한 수소의 비를 갖는 분자(예를 들면 올레핀)으로 변형된다. 또한 이 공정은 유용한 부산물로서의 수소 및 메탄 및 C9+ 방향족 및 축합 방향족 종(species)(가장자리를 공유하는 2개 이상의 방향족 고리를 함유)과 같은 상당한 양의 보다 저가(lower value)의 공생성물(co-product)를 생성한다.
전형적으로, 잔류물과 같은, 보다 중질의(또는 보다 높은 끓는점) 방향족 풍부(rich) 스트림은 정유 공장에서 추가로 처리되어, 원유로부터 보다 경질의(증류가능한) 생성물의 수율을 최대화한다. 이 처리는 수소화분해(수소화분해기(hydro-cracker) 피드는, 피드 분자의 일부 분획이 수소의 동시 첨가와 함께 보다 짧은 탄화수소 분자로 깨지는 조건 하에서, 적절한 촉매에 노출되게 한다)와 같은 공정에 의해 수행될 수 있다. 중질의 정제 스트림 수소화분해는 전형적으로 높은 압력 및 온도에서 수행되고, 이에 따라 높은 자본비용(capital cost)을 가진다.
잔류물과 같은 중질의 정제 스트림의 통상적인 수소화분해의 다른 양태는, 이것이 전형적으로, 원하는 전체의 전환을 달성하기 위해 선택된 절충(compromise) 조건 하에서 수행된다. 상기 피드 스트림이 다양한 분해의 용이함을 갖는 종들의 혼합물을 함유하기 때문에, 이것은 상대적으로 용이하게 수소화분해된 종들의 수소화분해에 의해 형성된 증류가능한 생성물의 일부 분획이 수소화분해가 보다 어려운 종들을 수소화분해할 필요가 있는 조건 하에서 추가로 전환되게 한다. 이것은 수소 소비 및 공정과 관련된 열 관리의 어려움을 증가시키고, 또한, 보다 가치있는(valuable) 종들의 희생으로 메탄과 같은 경질 분자의 수율을 증가시킨다.
US 특허 출원 2012/0125813, US 2012/0125812 및 US 2012/0125811은, 증발 단계, 증류 단계, 코킹(coking) 단계, 수소화처리 단계, 및 수증기 분해 단계를 포함하는 중질 탄화수소 피드를 분해하는 공정에 관한 것이다. 예를 들면, US 특허 출원 2012/0125813은, 에틸렌, 프로필렌, C4 올레핀, 열분해(pyrolysis) 가솔린 및 기타 생성물을 생성하기 위해, 중질 탄화수소 피드를 수증기 분해하기 위한 공정에 관한 것으로, 탄화수소, 즉 에탄, 프로판, 나프타, 가스 오일 또는 다른 탄화수소 분획물과 같은 탄화수소 피드의 혼합물의 수증기 분해는, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 부타디엔 및 방향족, 예를 들면 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과 같은 올레핀을 생성하기 위해 널리 사용되는 비촉매(non-catalytic) 석유화학 공정이다.
US 특허 출원 2009/0050523은, 수소화분해 조작(operation)과 통합된 방식으로 천연 가스로부터 유래된 응축물 및/또는 액체 전체(whole) 원유의 열분해 노 내에서의 열분해에 의한 올레핀의 형성에 관한 것이다.
US 특허 출원 2008/0093261은, 원유 정제와 통합된 방식으로 천연 가스로부터 유래된 응축물 및/또는 액체 전체 원유의 열분해 노 내에서의 탄화수소 열분해에 의한 올레핀의 형성에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 고비점(high-boiling) 탄화수소 공급원료를 보다 저비점의 탄화수소 생성물로 전환하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고비점 탄화수소 공급원료를 BTX 방향족 분획 및 LPG 분획으로 전환하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 LPG 분획은 경질 올레핀을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 추가의 화학 처리를 위한 공급원료로서 사용될 수 있는 저비점 탄화수소 생성물을 생성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고비점 탄화수소 공급원료를 고가(high value)의 생성물로 전환하는 방법을 제공하는 것으로, 메탄 및 C9+ 방향족 종과 같은 저가 생성물의 생성은 최소화된다.
본 발명은 고비점 탄화수소 공급원료를 보다 저비점의(lighter boiling) 탄화수소 생성물로 전환하는 공정에 관한 것으로, 상기 보다 저비점의 탄화수소 생성물은 석유 화학 공정을 위한 공급원료로서 적합하고, 상기 전환하는 공정은 다음의 단계를 포함한다:
중질의 탄화수소 공급원료를 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드로 공급하는 단계;
수소화분해 유닛에서 상기 공급원료를 분해하는 단계;
이러한 분해된 공급원료를 수소를 포함하는 스트림, 저비점 탄화수소 분획을 포함하는 스트림 및 보다 중질의 탄화수소 분획을 포함하는 탑저 스트림으로 분리하는 단계;
상기 수소화분해 유닛의 상기 탑저 스트림을 상기 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드 내에서 이어지는(subsequent) 수소화분해 유닛을 위한 공급원료로서 공급하는 단계, - 각각의 수소화분해 유닛(들) 내에서 공정 조건은 서로 상이하고, 제 1 수소화분해 유닛부터 이어지는 수소화분해 유닛(들)까지의 수소화분해 조건은 가장 덜 가혹한 것(least severe)에서부터 가장 가혹한 것(most severe)까지 증가하며, 상기 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드에서 최종 수소화분해 유닛의 반응기 형태 디자인은 슬러리상 형태임 -, 및
각각의 수소화분해 유닛(들)로부터의 저비점 탄화수소 분획을, 적어도 수증기 분해 유닛과, 펜탄 탈수소화 유닛, 프로판 탈수소화 유닛, 부탄 탈수소화 유닛 및 혼합된 프로판-부탄 탈수소화 유닛의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 유닛을 포함하는 석유화학 공정으로 보내는 단계.
상기 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드에서 모든 수소화분해 유닛들로부터의 보다 저비점의 탄화수소 분획은 시클로부탄, 바람직한 구현예에서는 메틸프로판(이소부텐)보다 낮은 끓는점을 가지는 탄화수소이다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드에서 모든 수소화분해 유닛들로부터의 보다 저비점의 탄화수소 분획은 C5보다 낮은, 보다 바람직하게는 C6보다 낮은 끓는점을 가지는 탄화수소이다.
또 다른 구현예에 따르면, 수소화분해 유닛들의 캐스케이드 내에 존재하는 각각의 수소화분해 유닛은, 보다 경질의 생성물의 특정 수율 분포를 위해 최적화되고, 예를 들면 주로 프로판을 만들기 위한 하나의 수소화분해 유닛 및 주로 부탄을 만들기 위한 또 다른 수소화분해 유닛이다. 저비점 탄화수소 분획의 조성이 상이한 이러한 구현예에서, 저비점 탄화수소 분획을 별도로 더 처리하는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 사용된, 용어 "수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드"는 일련의 수소화분해 유닛들을 의미한다. 상기 수소화분해 유닛들은, 분리 유닛, 즉 분해된 공급원료가 저비점 탄화수소 분획을 포함하는 탑정 스트림 및 중질의 탄화수소 분획을 포함하는 탑저 스트림으로 분리되는 유닛에 의해 서로 분리된다. 그리고 이러한 수소화분해 유닛의 중질 탄화수소 분획을 포함하는 탑저 스트림은, 이어지는 수소화분해 유닛을 위한 공급원료이다. 이러한 구조는, 여러 촉매층이 수직으로 배열되고 하나의 층으로부터의 유출물이 다른 층으로, 즉 상부층으로부터 하부층으로 캐스케이드되는 구조와는 상이하며, 이러한 캐스케이드는 완전한(complete) 유출물의 회수(withdrawal)의 중간 단계 및 저비점 탄화수소 분획을 포함하는 탑정 스트림 및 중질 탄화수소 분획을 포함하는 탑저 스트림(중질 탄화수소 분획을 포함하는 상기 탑저 스트림은 이어지는 수소화분해 유닛을 위한 공급원료이다)으로의 분리를 적용하지 않기 때문이다. 본 명세서에서 분리 유닛은 여러개의 분리 영역을 포함할 수도 있다.
석유화학 공정은 추가로 바람직하게는 알킬화 공정, 높은 가혹도(severity)의 접촉 분해(catalytic cracking)(높은 가혹도의 FCC를 포함), 경질 나프타 방향족화(light naphtha aromatization, LNA), 개질(reforming) 및 온화한(mild) 수소화분해의 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
상기 언급된, 석유화학 공정의 선택은, 저비점 탄화수소 분획의 조성에 의존한다. 만일, 예를 들어 C5를 주로 포함하는 스트림이 얻어진다면, 펜탄 탈수소화 유닛이 바람직하다. 또한 C5를 주로 포함하는 이러한 스트림은, 또한 프로필렌 및 에틸렌을 만들기 위해, 높은 가혹도의 접촉 분해(높은 가혹도의 FCC를 포함)로 보내어질 수 있다. 만일 예를 들어 C6을 주로 포함하는 스트림이 얻어진다면, 경질 나프타 방향족화(LNA), 개질 및 온화한 수소화분해와 같은 공정이 바람직하다.
바람직한 구현예에 따르면, 본 공정은 상기 저비점 탄화수소 분획을 C1을 포함하는 스트림, C2를 포함하는 스트림, C3을 포함하는 스트림 및 C4를 포함하는 스트림으로 분리하는 단계 및 바람직하게는 상기 C3을 포함하는 스트림을 프로판 탈수소화 유닛으로 공급하는 단계 및 바람직하게는 상기 C4를 포함하는 스트림을 부탄 탈수소화 유닛으로 공급하는 단계를 각각 더 포함한다.
C2를 포함하는 스트림은 바람직하게는 가스 수증기 분해기 유닛으로 공급된다.
따라서, 본 방법은 혼합된 생성물 스트림을 생성하기 위해, 가스 수증기 분해기 유닛과, 부탄 탈수소화 유닛, 프로판 탈수소화 유닛, 결합된 프로판-부탄 탈수소화 유닛 또는 이들 유닛의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 유닛의 조합을 포함한다. 이 유닛들의 조합은 높은 수율의 원하는 생성물, 즉 올레핀 및 방향족 석유화학제품을 제공하고, LPG로 전환되는 원유의 부분은 상당히 증가된다.
바람직한 구현예에 따르면, 저비점 탄화수소 분획을 포함하는 스트림은 하나 이상의 스트림으로 분리되고, 수소를 포함하는 스트림은 바람직하게는 수소화분해 목적을 위한 수소원으로서 사용되고, 메탄을 포함하는 스트림은 바람직하게는 연료원으로서 사용되고, 에탄을 포함하는 스트림은 바람직하게는 가스 수증기 분해 유닛을 위한 피드로서 사용되고, 프로판을 포함하는 스트림은 바람직하게는 프로판 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용되고, 부탄을 포함하는 스트림은 바람직하게는 부탄 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용되고, C1-마이너스를 포함하는 스트림은 바람직하게는 연료원으로서 및/또는 수소원으로서 사용되고, C3-마이너스를 포함하는 스트림은 바람직하게는 프로판 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용되지만 다른 구현예에 따르면 또한 가스 수증기 분해 유닛을 위한 피드로서 사용되고, C2-C3을 포함하는 스트림은 바람직하게는 프로판 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용되지만, 다른 구현예에 따르면, 또한 가스 수증기 분해 유닛을 위한 피드로서 사용되고, C1-C3을 포함하는 스트림은 바람직하게는 프로판 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용되지만, 다른 구현예에 따르면, 또한 가스 수증기 분해 유닛을 위한 피드로서 사용되고, C1-C4 부탄을 포함하는 스트림은 바람직하게는 부탄 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용되고, C2-C4 부탄을 포함하는 스트림은 바람직하게는 부탄 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용되고, C2-마이너스를 포함하는 스트림은 바람직하게는 가스 수증기 분해 유닛을 위한 피드로서 사용되고, C3-C4를 포함하는 스트림은 바람직하게는 프로판 또는 부탄 탈수소화 유닛을 위한, 또는 결합된 프로판 및 부탄 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용되고, C4-마이너스를 포함하는 스트림은 바람직하게는 부탄 탈수소화 유닛을 위한 피드로서 사용된다.
본 공정에 따르면, 상기 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드에서 모든 수소화분해 유닛들로부터의 보다 저비점의 탄화수소 분획은 메탄보다는 크고 시클로부탄보다는 동등하거나 낮은 끓는점을 가지는 탄화수소이다.
본 발명에 따르면 탄화수소 공급원료, 예를 들면 원유는 분별 증류 컬럼(fractional distillation column, ADU)으로 공급되고, 12℃(시클로부탄의 끓는점)보다 높은 온도에서 끓는 물질은, 또 다른 단계의 수소화분해의 필요 없이, (수증기 분해기 또는 탈수소화 유닛과 같은) 다른 석유화학 공정을 위해 적합한 물질의 수율을 최대화하기 위해 선택된, (점점 가혹한) 조작 조건 범위/촉매 등과 함께 일련의(또는 캐스케이드) 수소화분해 공정 반응기들로 공급된다. 각각의 단계의 수소화분해 후, 잔존하는 중질 물질(끓는점>12℃)은 보다 경질의 생성물로부터 분리되고, 오직 보다 중질의 물질이 다음의, 보다 가혹한, 수소화분해의 단계로 공급되는 한편, 보다 경질의 물질은 분리되고 이에 따라 추가의 수소화분해에 노출되지 않는다. 이 보다 경질의 물질(끓는점<12℃)은 수증기 분해, 탈수소화 공정 또는 이들 공정의 조합과 같은 다른 공정으로 공급된다. 본 발명은 본 출원의 실시예 영역에서 보다 구체적으로 논의될 것이다.
본 발명자들은, 원하는 생성물(메탄보다는 높고 시클로부탄보다는 낮은 끓는점을 갖는 물질)의 최종 수율이 최대화되고, 자본 및 관련 조작 비용이 최소화되도록, (선택된 조작 조건, 촉매 형태 및 반응기 디자인을 통해) 수소화분해 캐스케이드의 각 단계를 최적화한다.
모든 수소화분해 유닛으로부터의 보다 저비점의 탄화수소 분획을 결합하고 이들을 석유화학 공정을 위한 공급원료로서 처리하는 것이 바람직하다.
본 공정은 보다 저비점의 탄화수소 생성물로부터 수소를 분리하는 단계 및 이에 따라 분리된 수소를 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드에서 수소화분해 유닛으로 공급하는 단계를 더 포함하고, 이에 따라 분리된 수소는 바람직하게는 수소화분해 유닛(들)의 캐스케이드에서 선행하는 수소화분해기 유닛으로 공급된다.
탄화수소 공급원료는, 원유 상압 증류 유닛(atmospheric distillation unit, ADU)으로부터의 컷, 예를 들면 나프타, ADU 탑저 스트림, 상압 가스 오일, 및 정제 공정으로부터의 생성물, 예를 들면 FCC 유닛으로부터의 순환유(cycle oil) 또는 중질 분해된 나프타일 수 있다.
본 수소화분해 유닛들의 캐스케이드는 바람직하게는 적어도 2개의 수소화분해 유닛을 포함하고, 상기 수소화분해 유닛은 바람직하게는 수소화처리(hydrotreating) 유닛에 이어지고, 상기 수소화처리 유닛의 탑저 스트림은 상기 제 1 수소화분해 유닛을 위한 공급원료로서 사용되고, 특히 상기 수소화처리 유닛에서의 일반적인(prevailing) 온도는 상기 제 1 수소화분해 유닛에서 보다 더 높다.
추가로, 제 1 수소화분해 유닛의 온도는 제 2 수소화분해 유닛에서의 온도 보다 낮은 것이 바람직하다.
추가로, 수소화분해 유닛들의 캐스케이드 내에 존재하는 촉매의 입자 크기는 제 1 수소화분해 유닛부터 이어지는 수소화분해 유닛(들)까지 감소하는 것이 또한 바람직하다.
바람직한 구현예에 따르면, 수소화분해 유닛들의 캐스케이드에서 온도는 증가하고, 상기 제 2 수소화분해 유닛에서의 일반적인 온도는 상기 수소화처리 유닛에서보다 높다.
본 수소화분해 유닛(들)의 반응기 형태 디자인은, 고정층 형태, 에뷸레이티드 베드(ebullated bed) 반응기 형태 및 슬러리상 형태의 그룹으로부터 선택된다. 이것은, 우선 고정층 수소화처리기로서, 이어서 고정층 수소화분해기, 이어서 에뷸레이티드 베드 수소화분해기, 이어서 슬러리 수소화분해기인 최종 수소화분해기와 같은 일련의 다른 공정을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 상기 수소화처리 유닛의 반응기 형태 디자인은 고정층 형태이고, 상기 제 1 수소화분해 유닛의 반응기 형태 디자인은 에뷸레이티드 베드 반응기 형태이고, 상기 제 2 수소화분해 유닛의 반응기 형태 디자인은 슬러리상 형태이다.
본 공정에서, 최종 수소화분해 유닛의 탑저 스트림을 상기 최종 수소화분해 유닛의 유입구로 환류하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 공정의 구현예의 개략 설명도이다.
본 발명은, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 번호에 의해 나타내어진 첨부된 도면과 연결하여 하기에서 보다 상세히 기술할 것이다.
이제, 유일한 도 1에서 개략적으로 묘사된 공정 및 장치를 참조하면, 원유 피드(1), 원유를 시클로부텐의 끓는점, 즉 12℃ 및 이보다 낮은 끓는점을 갖는 탄화수소들을 포함하는 스트림(29)로 분리하기 위한 상압 증류 유닛(2)를 보여준다. 증류 유닛(2)를 떠나는 탑저 스트림(3)은 수소화공정(hydro processing) 유닛(4), 예를 들면 수소화처리(hydro treating) 유닛으로 공급되고, 이에 따라 처리된 탄화수소들(5)은 기체 스트림(8), 수소를 포함하는 스트림(10) 및 시클로부탄 및 그 이상의 끓는점을 갖는 탄화수소들을 포함하는 탑저 스트림(13)을 생성하는 분리 유닛(6)으로 보내진다. 비록 분리 유닛(6)은 단일 분리 유닛으로서 식별되지만, 실제 이러한 분리 유닛은 몇개의 분리 유닛들을 포함할 수도 있다. 스트림(13)은 수소화분해 유닛(15)로 공급되고 그 유출물(16)은 기체 스트림(18), 수소를 포함하는 스트림(10) 및 시클로부탄 및 그 이상의 끓는점을 갖는 탄화수소들을 포함하는 탑저 스트림(20)을 생성하는 분리 유닛(17)로 보내어진다. 수소 보충은 참고 번호 41로 표시된다. 분리 유닛(17)로부터의 유출물(20)은 추가의 수소화분해 유닛(22)로 보내어지고, 그 유출물(23)은 기체인 탑정 스트림(28), 수소를 포함하는 스트림(10) 및 탑저 스트림(27)을 생성하는 분리 유닛(24)로 보내어진다. 탑저 스트림(27)은 수소화분해 유닛(22)의 유입구로 스트림(25)로서 부분적으로 환류될 수 있다. 탑저 스트림(27)은 분리 유닛들에서 추가로 분리될 수 있다(여기에 도시되지 않음). 분리 유닛(24)를 떠나는 수소를 함유하는 스트림(10)은 압축기(compressor)로 보내어지고, 수소화분해 유닛(22)의 유입구로 되돌려진다. 이 도면에서 수소화분해 유닛(22)는 캐스케이드 내에서 최종 수소화분해 유닛이기 때문에, 이 수소화분해 유닛(22)의 반응기 형태 디자인은 슬러리상 형태이다.
증류 유닛(2)로부터 오는 탑정 스트림(29) 및 스트림(8),(18) 및 (28)은 많은 공정 유닛들로 보내어진다. 바람직한 구현예에 따르면, 결합된 스트림(29),(8),(18) 및 (28), 즉 저비점 탄화수소 분획들은 분리기 영역(30)에서 분리되고, 영역(30)은 몇개의 분리 유닛들을 포함할 수도 있다. 도면에서 3개의 분리된 스트림(31),(32),(33)이 나타내어졌지만, 본 발명은 임의의 수의 스트림으로 제한되지 않는다. 스트림(33), 예를 들면 C2를 포함하는 스트림은 가스 수증기 분해기 유닛(34)로 보내어지고, 그 유출물(36)은 추가의 분리 영역(38)로 보내어지고, 영역(38)은 몇개의 분리 유닛들을 포함할 수도 있다. 스트림(31),(32)는, 하나 이상의 펜탄 탈수소화 유닛, 프로판 탈수소화 유닛, 부탄 탈수소화 유닛 및 혼합된 프로판-부탄 탈수소화 유닛과 같은, 탈수소화 유닛(35)로 보내어진다. 예를 들면 C3을 포함하는 스트림은 프로판 탈수소화 유닛(35)로 보내어지고, C4를 포함하는 스트림은 부탄 탈수소화 유닛(35)로 보내어진다. 유출물(37)은 추가의 분리 영역(38)로 보내어지고, 영역(38)은 몇개의 분리 유닛들을 포함할 수도 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 석유화학공정의 다른 실시예는, 가스 수증기 분해 유닛(34) 및 탈수소화 유닛(35) 이외에, 방향족화(aromatization) 유닛, 알킬화 공정, 높은 가혹도의 접촉 분해(catalytic cracking)(높은 가혹도의 FCC를 포함), 경질 나프타 방향족화(light naphtha aromatization, LNA), 개질 및 온화한(mild) 수소화분해로 부터 선택된 하나 이상이다. 분리 영역(38)은 개별적인 스트림(39),(40),(41)을 생성한다. 개별적인 스트림(39),(40),(41)로부터 올레핀 및 방향족이 회수될 수 있다. 비록 오직 3개의 개별적인 스트림(39),(40),(41)만이 나타내어졌지만, 본 발명은 임의의 수의 개별적인 스트림으로 제한되지 않는다.
여기에서 나타낸 바와 같이, 결합된 스트림(29),(8),(18),(28)을 C1을 포함하는 스트림, C2를 포함하는 스트림, C3을 포함하는 스트림 및 C4를 포함하는 스트림으로 분리하고, 상기 C3을 포함하는 스트림을 프로판 탈수소화 유닛(35)로 공급하고, C4를 포함하는 스트림을 부탄 탈수소화 유닛(35)로 공급하고, C2를 포함하는 스트림을 가스 수증기 분해기 유닛(34)로 공급하는 것이 바람직하다.
추가로, 스트림(8),(18) 및 (28)의 조성이, 전술된 바와 같이 스트림(8),(18) 및 (28) 각각이 하나 이상의 상이한 공정 유닛으로 보내어지도록 하는 그러한 공정 조건 하에서 수소화공정 유닛(4), 수소화분해 유닛(15) 및 수소화분해 유닛(22)를 운영하는 것이 또한 바람직하다. 비록 도면은 스트림(8),(18) 및 (28)이 결합되고 하나의 단일 피드로서 유닛(30)에 보내어지는 것을 나타내지만, 일부 구현예는 개별적인 공정 유닛으로 보내어지는 별도의 스트림(8),(18) 및 (28)을 가지는 것이 바람직하다. 이것은 분리기 영역(30)이 우회(by-passed)될 수 있음을 의미한다.

Claims (14)

  1. 고비점 탄화수소 공급원료를 보다 저비점의 탄화수소 생성물로 전환하는 공정으로서, 상기 보다 저비점의 탄화수소 생성물은 석유 화학 공정을 위한 공급원료로서 적합하고, 상기 전환하는 공정은 다음의 단계를 포함하는 공정:
    중질의 탄화수소 공급원료를 수소화분해 유닛의 캐스케이드로 공급하는 단계로, 상기 수소화분해 유닛의 캐스케이드는 적어도 2개의 수소화분해 유닛을 포함하는 단계;
    수소화분해 유닛에서 상기 공급원료를 분해하는 단계;
    상기 분해된 공급원료를 수소를 포함하는 스트림, 저비점 탄화수소 분획을 포함하는 스트림 및 보다 중질의 탄화수소 분획을 포함하는 탑저 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 수소화분해 유닛의 상기 탑저 스트림을, 상기 수소화분해 유닛의 캐스케이드 내에서 이어지는 수소화분해 유닛을 위한 공급원료로서 공급하는 단계, - 각각의 수소화분해 유닛 내에서 공정 조건은 서로 상이하고, 제 1 수소화분해 유닛부터 이어지는 수소화분해 유닛까지의 온도 조건은 증가하며, 상기 수소화분해 유닛의 캐스케이드에서 최종 수소화분해 유닛의 반응기 형태 디자인은 슬러리상 형태임 -, 및
    각각의 수소화분해 유닛으로부터의 저비점 탄화수소 분획을, 적어도 수증기 분해 유닛과, 펜탄 탈수소화 유닛, 프로판 탈수소화 유닛, 부탄 탈수소화 유닛 및 혼합된 프로판-부탄 탈수소화 유닛의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 유닛을 포함하는 석유화학 공정으로 보내는 단계,
    상기 저비점 탄화수소 분획을, C1을 포함하는 스트림, C2를 포함하는 스트림, C3을 포함하는 스트림 및 C4를 포함하는 스트림으로 분리하는 단계, 및 상기 C3을 포함하는 스트림을 프로판 탈수소화 유닛으로 공급하는 단계, 및 상기 C4를 포함하는 스트림을 부탄 탈수소화 유닛으로 공급하는 단계, 및
    상기 C2를 포함하는 스트림을 가스 수증기 분해기 유닛으로 공급하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소화분해 유닛의 캐스케이드에서 모든 수소화분해 유닛들로부터의 보다 저비점의 탄화수소 분획은, 메탄보다는 높고 시클로부탄보다는 동등하거나 낮은 끓는점을 가지는 탄화수소인 공정.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 석유화학 공정은, 방향족화 유닛, 알킬화 공정, 높은 가혹도의 FCC를 포함하는 높은 가혹도의 접촉 분해, 경질 나프타 방향족화(LNA), 개질 및 온화한 수소화분해의 그룹 중 하나 이상을 더 포함하는 공정.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수소화분해 유닛의 캐스케이드에서, 수소를 포함하는 스트림을, 수소화분해 유닛으로 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 수소를 수소화분해 유닛의 캐스케이드에서 선행하는 수소화분해기 유닛으로 공급하는 단계를 더 포함하는 공정.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중질 탄화수소 공급원료는, 원유 상압 증류 유닛(ADU), 나프타, ADU 탑저 스트림, 상압 가스 오일, 정제 공정으로부터의 생성물, FCC 유닛으로부터의 순환유(cycle oil) 또는 중질 분해된 나프타인 공정.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수소화분해 유닛은 수소화처리 유닛에 이어지고, 상기 수소화처리 유닛의 탑저 스트림은 상기 제 1 수소화분해 유닛을 위한 공급원료로서 사용되고, 상기 수소화처리 유닛에서의 일반적인 온도는 상기 제 1 수소화분해 유닛에서 보다 더 높은 공정.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    수소화분해 유닛의 캐스케이드 내에 존재하는 촉매의 입자 크기는, 제 1 수소화분해 유닛부터 이어지는 수소화분해 유닛까지 감소하는 공정.
  8. 제 6 항에 있어서,
    수소화분해 유닛의 캐스케이드에서 온도는 증가하고, 제 2 수소화분해 유닛에서의 일반적인 온도는 상기 수소화처리 유닛에서보다 높은 공정.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    수소화분해 유닛의 반응기 형태 디자인은, 고정층 형태, 에뷸레이티드 베드 반응기 형태 및 슬러리상 형태의 그룹으로부터 선택되는 공정.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 수소화처리 유닛의 반응기 형태 디자인은 고정층 형태인 공정.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 수소화분해 유닛의 반응기 형태 디자인은 예뷸레이티드 베드 반응기 형태인 공정.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    최종 수소화분해 유닛의 탑저 스트림은 상기 최종 수소화분해 유닛의 유입구로 환류되는 공정.
  13. 삭제
  14. 삭제
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