KR102551521B1

KR102551521B1 - 탄화수소 증기를 생성하기 위한 공정 및 시스템

Info

Publication number: KR102551521B1
Application number: KR1020197013123A
Authority: KR
Inventors: 조리스 반 일리젠벅
Original assignee: 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2023-07-04
Also published as: US20190241819A1; CN109863230B; JP7104030B2; US10975316B2; KR20190069463A; JP2019537639A; EA201990880A1; WO2018065922A1; CN109863230A; EP3523397A1; SA519401480B1

Abstract

탄화수소 공급원표 펌프를 이용하여 탄화수소 공급원료에 압력을 가하는 단계, 제1 열교환기에서 탄화수소 공급원료를 예열하는 단계 및 제1 열교환기에 연결된 중압 증류 컬럼에서 예열된 탄화수소 공급원료를 증류하는 단계를 포함하고, 상기의 중압 증류 컬럼은 0.7-1.2MPa 범위의 압력에서 작동되는 탄화수소 공급원료를 증기화하는 공정. 탄화수소 공급원료에 압력을 가하기 위한 탄화수소 공급원료 펌프, 탄화수소 공급원료 펌프에 연결된 제1 열 교환기, 및 0.7-1.2MPa 범위의 중압에서 가열된 탄화수소 공급원료를 증류하기 위한 열교환기에 연결된 중압 증류 컬럼을 포함하는 탄화수소 증기를 생성하기 위한 시스템.

Description

탄화수소 증기를 생성하기 위한 공정 및 시스템

이 발명은 탄화수소 증기를 생성하기 위한 공정 및 시스템에 관한 것이다.

원유는 원유증류유닛에서 증류되고 분별된 뒤, 다양한 탄화수소 혼합물을 담고 있는 나프타 분획(naphtha fraction)은 다양한 파생상품의 생산을 위한 탄화수소 공급원료로 사용될 수 있다. 그러한 파생물들은 예를 들어, 스팀 크래킹(steam cracking)과 연속 촉매 개질(continuous catalytic reforming)로 알려진 방법으로 생산될 수 있다.

스팀 크래킹은 여기에서 긴 분자구조를 가지는 포화 탄화수소들이 더 작은 포화 탄화수소나 불포화 분자들로 쪼개지는 석유화학 공정이다.

또한 열분해(pyrolysis)로 참조되는 스팀 크래킹은 다양한 탄화수소 공급원료를 올레핀(olefin), 가급적이면 에틸렌(ethylene), 프로필렌(propylene), 그리고 부틸렌(butylene) 같은 가벼운 올레핀들로 크랙하는데 오랫동안 사용되어 왔다. 전통적인 스팀 크래킹은 두 개의 주요 구간을 가지는 열분해 로(pyrolysis furnace)를 이용하고, 이 주요 구간들은 대류구간과 복사구간이다. 상기 탄화수소 공급원료는 전형적으로 액체상태(기체상태로 들어가는 가벼운 공급원료를 제외하고)로 로의 대류구간에 들어가는데, 여기에서 상기 액체상태는 복사구간으로부터 열전도가스(hot flue gas)와 간접적인 접촉 및 스팀과의 직접적인 접촉에 의해 전형적으로 가열되고 증기화된 것이다. 상기 증기화된 공급원료와 스팀 혼합물은 그 후 크래킹이 일어나는 곳인 복사구간으로 들어가게 된다.

상기 스트림은 그 후 가열된 관형 반응기(복사 튜브 또는 복사 코일)로 들어가는데, 이 원자로는 보통 0.1 내지 0.5초의 범위에서 지속시간 동안 통제된 체류시간, 온도 프로필, 그리고 부분압력 하에서 500-650℃에서부터 750-875℃까지 정상적으로 가열된 곳이다. 이 짧은 반응시간 동안 상기 공급연료내의 탄화수소는 더 작은 분자로 크랙되고, 에틸렌, 다른 올레핀들, 그리고 다이올레핀들은 주요한 생성물이 된다. 복사 튜브에서 포화 탄화수소로부터 올레핀으로의 전환은 매우 흡열성이기 때문에, 높은 에너지 입력 비율을 필요로 한다. 800-850℃에서 복사 튜브를 벗어나는 상기 반응 생성물들은 2차 반응에 의한 반응성 높은 생성물의 분해를 방지하기 위해 0.02-0.1초 내에 550-650℃로 냉각될 수 있다. 올레핀들을 포함하여 상기 결과의 생성물들은 급랭(quenching)을 포함한 더 아래쪽 스트림 공정(further downstream processing)을 위해 열분해 로를 벗어난다.

상기 결과물 혼합물들은 공급원료와 크래킹 작업의 격렬한 정도에 의존하여 광범위하게 다양화할 수 있고, 이 후 분리 및 화학처리 단계의 복잡한 시퀀스를 거침으로서 원하는 생성물로 분리된다. 상기 크랙된 가스의 냉각은 고압 보일러 급수(high-pressure boiler feed water, BPW, 6-12MPa)의 증기화에 의해 전송 라인 교환기에서 수행되는데, 상기 크랙된 가스는 스팀드럼에서 분리된 것이고, 그 뒤에 고압 과열된 스팀을 위한 대류 구간(the convection section to high-pressure superheated steam, VHP), 5-12PMa)에서 과열된다.

스팀 크래킹은 에너지 집약적인 석유화학 공정이다. 상기 크래킹 로들은 스팀 크래킹 공장에서 가장 많은 연료를 소비하는 것들이다. 나프타 같은 액체 탄화수소 공급원료를 크래킹하는 스팀 크래커의 경우에, 상기 로에서 방출된 열의 약 10%정도가 상기 연료를 예열하고 증발시키는데 사용된다.

CCR(Continuous Catalytic Reformers)은 원유로부터 증류된 탄화수소 공급원료를 소위 리포메이트(reformate)로 변형시킨다. 이것들은 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene) 그리고 자일렌(xylene) 같은 방향성 탄화수소를 포함한다.

스팀 크래킹과 CCR 모두는 공동으로 탄화수소 증기 또는 나프타를 다른 화합물로 변형시킨다.

상기 탄화수소 공급원료는 대기압의 증류타워, 수소첨가분해장치(hydrocracker), 중질류 분해 공정(FCC), 코커(coker), 잔유 수소첨가분해장치(resid hydrocracker)같은 위쪽 스트림(upstream)의 원유처리공정에서 유래하고 있다. 이런 공정들은 한 단계에서 증기 스트림으로서 나프타를 가지는 분별 공정들이거나 또는 상기 분별 공정들을 함유한다. 상기의 분별 공정들은 전형적으로 나프타 분획이 있는 증기인 스팀과 스펙상 나프타(on-spec naphtha)를 가지도록 분리될 필요가 있는 스팀을 이용한다.

그러나, 이런 분별 공정들은 주변압력 부근에서 작동하지만, 반면에 잔류대류저장소(the remaining convection banks), 크래킹 코일, 등에 걸친 압력 강하를 극복하기 위해, 나프타 증기를 위한 스팀 크래킹 로에서 약 0.6-0.8MPa 범위의 압력으로 요구된다.

이것은 분리에 영향을 줄 것이고 또는/그리고 바닥에서 더 높은 온도를 요구할 것이기 때문에, 이들 분별 공정들의 압력을 높이는 것이 꼭 가능하지도 않으며, 이는 별 공정들에서 탄화수소의 원하지 않는 열적 크래킹을 초래할 수 있다.

본 발명의 목적은 화학적 파생상품에서 사용하기에 충분한 압력에서 탄화수소 공급원료 증기를 생산하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 탄화수소 공급원료 펌프를 사용하여 탄화수소 공급원료를 가압하는 단계, 제1 열교환기에서 상기 탄화수소 공급원료를 예열하는 단계, 및 상기 제1 열교환기에 연결된 중압 증류 컬럼(medium pressure distillation column)에서 상기 예열된 탄화수소 공급원료를 증류하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 중압 증류 컬럼은 0.7-1.2MPa 범위의 압력에서 작동되는, 탄화수소 공급원료를 증기화시키는 공정에 의하여 달성된다.

상기 열교환기 및 상기 열교환기에 연결된 중압 증류 컬럼은 탄화수소 공급원료(이 경우에는 원유를 포함한다)로부터 더 가벼운 구성성분, 즉 나프타를 분리하는데 사용될 수 있다. 이것은 가압된 나프타 증기가 탄화수소 공급원료부터 분리되도록 하는데, 예를 들어 전환공정에서 유용하게 사용될 수 있고, 여기에서 탄화수소 공급원료 증기는 파생 상품으로 변형된다. 그러한 공정의 하나의 예로는 스팀 크래킹 로에서 수행되는 스팀 크래킹이 있고, 상기의 기술은 탄화수소 공급원료를 증기화하기 위해 구성된다. 상기 스팀 크래킹 로의 외부로부터 탄화수소 공급원료 증기를 공급하는 것은 스팀 크래킹 로에서 기화대류저장소(vaporizing convection bank)를 불필요하게 만든다. 이는 예를 들어 과열된 초고압 스팀을 생산하기 위한 스팀 크래킹 로의 용량을 더 증가시킨다. 또 다른 예로, 탄화수소 공급원료 증기를 연속 촉매 개질 공정에 공급하는 것은 또한 이와 같은 공정에서 상기 파생물의 더 에너지 효율인 생산이 가능하게 한다.

기술하는 압력 범위에서, 상기 탄화수소 공급원료 또는 나프타는 설명한 바와 같이 전환 공정에서 사용하기에 충분한 압력을 가지고 증기화된 탄화수소 공급원료가 되어 증류 컬럼을 벗어난다.

일 실시예로, 본 공정은 0.8-2.0MPa 범위의 절대 압력을 갖는 중압 스트리핑 스팀(medium pressure stripping steam)을 이용하는 중압 증류 컬럼에서 탄화수소 공급원료를 증류하는 단계를 더 포함한다.

이것은 상기 증류 공정을 수행하기 위해 낮은 정도의 에너지를 제공한다.

일 실시예로, 상기 중압 스팀은 180-350℃ 범위의 온도를 갖는다. 이 온도 범위는 상기 중압 스트리핑 스팀에 대하여 기술된 상기의 압력 범위에 부합한다.

일 실시예로, 상기 제1 열교환기는 160-350℃ 범위의 온도를 갖는 열전달매체를 이용하여 가열된다. 상기 제1 열교환기를 위한 열은 중압 스팀, 중압 스트리핑 스팀, ??치 오일(quench oil), 기타 등과 같은 다양한 공급원들으로부터 얻어질 수 있다. 이것은 또한 중압 증류 컬럼을 가열하는 경우에도 적용되며, 상기와 유사한 방법으로 가열될 수 있다.

일 실시예로, 상기 공정은 제2 열교환기에서 열교환을 통해 탄화수소 공급원료를 예열하는 단계, 및 상기 탄화수소 스트림을 저압 증류 컬럼에서 제2 열전달 매체를 사용하여 경량 증류 분획(light distillate fraction), 중간 증류 분획(middle distillate fraction) 및 중량 증류 분획(heavy distillate fraction) 중 적어도 하나로 증류하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 저압 증류 컬럼은 0.1-0.6MPa 범위의 절대 압력에서 작동된다.

일 실시예로, 상기 공정은 0.1-0.7MPa 범위의 절대 압력을 갖는 저압 스트리핑 스팀을 사용하여 저압 증류 컬럼(C-302)에서 탄화수소 스트림을 증류하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예로, 상기 공정은 가스 성분을 저압 증류 컬럼으로부터 중압증류 컬럼으로 재순환하는 단계를 더 포함한다.

이것은 탄화수소 증기 구성성분들과 액체 구성성분들의 분리가 더 잘 이루어지도록 하고, 이와 같이 전환 공정을 위한 탄화수소 공급원료 증기 생산성을 향상시킨다. 본 발명의 목적은 또한 탄화수소 공급원료를 가압하기 위한 탄화수소 공급원료 펌프, 탄화수소 공급원료 펌프에 연결된 제1 열교환기, 및 0.7-1.2MPa 범위의 중압에서 상기 가열된 탄화수소 공급원료를 증류하기 위해 상기 열교환기에 연결된 중압 증류 컬럼을 포함하는, 탄화수소 증기를 생산하기 위한 시스템에 의해 달성된다.

일 실시예로, 상기 중압 증류 컬럼은 중압 스트리핑 스팀을 공급하기 위한 투입구를 가지고, 여기에서 상기 중압 스트리핑 스팀은 0.8-2.0MPa 범위의 절대압력을 가진다.

일 실시예로, 상기 중압 스트리핑 스팀은 180-350℃의 범위의 온도를 갖는다.

일 실시예로, 상기 제1 열교환기는 160-350℃ 범위의 온도를 갖는 열전달매체를 사용하여 가열된다.

일 실시예로, 상기 시스템은 열교환기를 통해 상기 탄화수소 공급원료를 예열하기 위한 상기 중압 증류 컬럼에 연결된 제2 열교환기, 및 탄화수소 스트림을 경량 증류 분획, 중간 증류 분획 및 중량 증류 분획 중 적어도 하나로 증류하기 위해 상기 제2 열교환기에 연결된 저압 증류 컬럼을 더 포함하고, 여기서 상기 저압 증류 컬럼은 0.1-0.6MPa 범위의 절대 압력에서 작동되도록 구성된다.

일 실시예로, 상기 저압 증류 컬럼은 0.1-0.7MPa 범위의 절대 압력을 갖는 저압 스트리핑 스팀을 위한 투입구를 갖는다.

일 실시예로, 상기 저압 증류 컬럼으로부터 응축된 구성성분을 재순환하기 위해, 상기 시스템 저압 증류 컬럼으로부터 상기 중압 증류 컬럼까지의 재순환 경로를 갖는다.

이하, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 다양한 용어 및 구문을 정의한다.

용어 “약” 또는 “대략”은 당업자가 이해하는 것과 유사한 의미로 정의된다. 이에 제한되는 것은 아니나, 일 실시예로, 상기 용어는 10% 이내, 바람직하게는 5% 이내, 보다 바람직하게는 1% 이내, 가장 바람직하게는 0.5% 이내로 정의된다.

용어 “중량%(wt.%)”, “부피%(Vol.%)” 또는 “몰%(mol.%)”는 각각 해당 성분을 포함하는 물질의 총 중량, 총 부피 또는 총 몰에 기초하여 해당 성분의 중량, 부피 또는 몰 퍼센트를 나타낸다. 이에 제한되는 것은 아니나, 일 실시예로, 100 몰의 물질 중 10 몰의 성분은 10 몰%의 성분이다.

용어 “유효한”은 본 명세서 및/또는 본 청구항에서 사용된 바와 같이, 원하는, 예상된 또는 의도된 결과를 달성하기에 적절하다는 것을 의미한다.

본 청구항 또는 본 명세서에서 “포함하는”이라는 용어와 함께 사용되는 경우 “하나”라는 용어의 사용은 “하나”를 의미할 수도 있으나, “하나 또는 그 이상”, “적어도 하나” 및 “하나 또는 하나보다 더 많은”을 의미할 수도 있다.

용어 “포함하는(comprising)”( 및 “포함하다” 및 “포함한다”와 같은 임의의 형태), “갖는(having)”( 및 “갖다” 및 “가진다”와 같은 임의의 형태), “포함하는(including)”( 및 “포함하다” 및 “포함한다”와 같은 임의의 형태) 또는 “함유하는(containing)”( 및 “함유하다” 및 “함유한다”과 같은 임의의 형태)는 포괄적이거나 또는 제한이 없으며(open-ended), 언급되지 않은 추가 구성 요소 또는 방법의 단계를 제외하지 않는다.

본 발명의 공정은 명세서 전체에 걸쳐 개시된 특정 성분, 구성요소, 조성물, 단계 등을 “포함”하거나 “본질적으로 구성”되거나 또는 “구성”될 수 있다. 또한 특정 구성성분을 포함하는 생성물/조성물/공정/시스템에 대한 설명은 이들 구성성분들로 구성되는 생성물/조성물/공정/시스템을 개시하는 것으로 이해되는 것이다. 이들 구성성분들로 구성되는 생성물/조성물/공정/시스템은 예를 들어 상기 생성물/조성물의 제조를 위한 더 단순하고, 더 경제적인 공정을 제공한다는 점에서 유리할 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 특정 단계들을 포함하는 공정에 대한 설명은 또한 이 단계들로 구성되는 공정을 개시하는 것으로 이해되는 것이다. 이런 단계들로 구성되는 상기 공정은 더 단순하고 더 경제적인 공정을 제공한다는 점에서 유리할 수 있다.

파라미터에 대하여 하한 및 상한에 대한 값이 언급한 경우, 상기 하한값 및 상한값의 조합에 의해 형성되는 범위들은 또한 개시된 것으로 이해된다.

본 발명의 문맥상에서, 이제 14개의 실시예가 설명된다. 실시예 1은 탄화수소 공급원료 펌프를 이용하여 탄화수소 공급원료를 가압하는 단계; 가압된 탄화수소 공급원료를 제1 열교환기에서 예열하는 단계; 및 상기 제1 열교환기에 연결된 중압 증류 컬럼에서 예열된 탄화수소 공급원료를 증류하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 중압 증류 컬럼은 0.7-1.2MPa 범위의 절대 압력에서 작동되는, 탄화수소 공급원료 증기를 생성하기 위한 공정이다. 실시예 2는 실시예 1에 따른 공정으로, 0.8-2.0MPa 범위의 절대 압력을 갖는 중압 스트리핑 스팀을 이용하여 중압 증류 컬럼에서 탄화수소 공급원료를 증류하는 단계를 더 포함하는 것이다. 실시예 3은 실시예 1 또는 2에 따른 공정으로, 여기에서 상기 중압 스트리핑 스팀은 180-350℃ 범위의 온도를 갖는다. 실시예 4는 실시예 1 내지 3 중 어느 하나를 따른 공정으로, 여기에서 상기 열교환기는 160-350℃ 범위의 온도를 갖는 열교환매체를 사용하여 가열된다. 실시예 5는 실시예 1 내지 4 중 어느 하나를 따른 공정으로, 상기 중압 증류 컬럼의 상기 탄화수소 공급원료의 유체 구성성분을 제2 열교환기에서 열교환기를 거쳐 예열하는 단계, 및 상기 탄화수소 공급원료를 저압 증류 컬럼에서 경량 증류 분획, 중간 증류 분획 및 중량 증류 분획 중 적어도 어느 하나로 증류하는 단계를 더 포함하고, 여기에서 상기 저압 증류 컬럼은 대기압에서 작동되도록 구성된 것이다. 실시예 6은 실시예 5에 따른 공정으로, 0.1-0.7MPa 범위의 절대 압력을 갖는 저압 스트리핑 스팀을 이용하여 저압 증류 컬럼에서 상기 탄화수소 스트림을 증류하는 것을 더 포함하는 것이다. 실시예 7은 실시예 5 또는 6 중 적어도 어느 하나에 따른 공정으로, 상기 증류된 탄화수소 공급원료의 응축된 구성성분을 저압 증류 컬럼부터 중압 증류 컬럼까지 재순환시키는 단계를 더 포함하는 것이다.

실시예 8은 탄화수소 공급원료를 가압하기 위한 탄화수소 공급원료 펌프; 상기 탄화수소 공급원료 펌프에 연결된 제1 열교환기, 및 0.7-1.2MPa 범위의 중압에서 상기 가열된 탄화수소 공급원료를 증류하기 위해 상기 열교환기에 연결된 중압 증류 컬럼을 포함하는, 탄화수소 증기를 생성하기 위한 시스템이다. 실시예 9는 실시예 8에 따른 시스템으로, 여기에서 상기 중압 증류 컬럼은 중압 스트리핑 스팀를 공급하기 위한 투입구를 가지고, 여기에서 상기 중압 스트리핑 스팀은 0.8-2.0MPa 범위의 절대압력을 갖는다. 실시예 10은 실시예 8 또는 9에 따른 시스템으로, 여기에서 상기 중압 스트리핑 스팀은 180-350℃ 범위의 온도를 갖는다. 실시예 11은 실시예 8 내지 10 중 어느 하나에 따른 시스템으로, 여기에서 상기 제1 열교환기는 160-350℃ 범위의 온도를 갖는 열교환매체를 이용하여 가열된다. 실시예 12는 실시예 8 내지 11 중 어느 하나에 따른 시스템으로, 상기 중압 증류 컬럼에 있는 상기 탄화수소 공급원료의 액체 구성성분을 예열하기 위하여 상기 중압 증류 컬럼에 연결된 제2 열교환기; 및 상기 탄화수소 공급원료를 경량 증류 분획, 중간 증류 분획 및 중량 증류 분획 중 적어도 어느 하나로 증류하기 위해 상기 제2 열교환기에 연결된 저압 증류 컬럼을 더 포함하고, 여기에서 상기 저압 증류 컬럼은 대기압에서 작동되도록 구성된다. 실시예 13은 실시예 12에 따른 시스템으로, 여기에서 상기 저압 증류 컬럼은 0.1-0.7MPa 범위의 절대 압력을 갖는 저압 스트리핑 스팀을 위한 투입구를 갖는다. 실시예 14는 실시예 12 또는 13 중 적어도 하나에 따른 시스템으로, 상기 저압 증류 컬럼부터 상기 중압 증류 컬럼까지의 재순환 경로를 더 포함하는 것이다.

본 발명은 본 명세서에 설명된 특징들의 모든 가능한 조합들에 관한 것이며, 청구범위에 존재하는 특징들의 조합이 특히 바람직하다는 것을 명시한다. 그러므로 본 발명에 따른 구성, 공정, 시스템에 관련된 특징들의 모든 조합들이 인정될 것이고; 본 발명에 따른 상기 공정에 관련된 특징들의 모든 조합과 본 발명에 따른 상기 시스템에 관련된 특징들의 모든 조합 및 본 발명에 따른 상기 공정에 관련된 특징들이 본 명세서에 설명된다. 그러나 도면, 상세한 설명, 및 예들은 본 발명의 특정 실시예를 나타내는 반면에 단지 실례(way of illustration)로써 주어진 것이고 제한되기 위한 의미는 아닌 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 진정한 의미와 범위 내에서의 변경과 수정은 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이라는 것이 고려되어야 한다. 추가 실시예들에서, 특정 실시예들로부터의 특징들은 다른 실시예의 특징들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예의 특징들은 임의의 다른 실시예들의 특징과 결합될 수 있다. 추가 실시예들에서, 추가적인 특징들은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 추가될 수 있다.

도 1은 미정제의 탄화수소 공급원료 스트림으로부터 증기 탄화수소 공급원료 생산물을 생산하기 위한 공정과 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 이 발명의 구체화에 따라 증기 탄화수소 공급원료 생산물을 생산하기 위한 공정의 적용을 나타낸다.

탄화수소 공급원료로서 나프타는 아래에 설명되는 바와 같이 0.6-0.8Pa 범위의 압력에서, 증기화될 수 있고 스팀 크래킹 로, CCR(Continuous Catalytic Reformer) 또는 나프타 증기를 구성요소로 전환하는 임의의 다른 공정 같은 전환 공정으로 공급될 수 있다.

도 1은 원유처리공정(300)을 나타내고, 상기 공정은 원유, 수소첨가분해장치 생성물(hydrocracker product), 촉매분해장치 생성물(catalytic cracker product) 또는 코커 생성물(coker product) 같은 미정제의 탄화수소 공급원료로부터 도 2의 상기 스팀 크래킹 로로 충분히 높은 온도와 압력에서 탄화수소 공급원료 증기, 즉 나프타를 제공할 수 있다.

이 바람직한 해결책에서, 탄화수소 공급원료를 상기 전환공정에 제공하는 상기 정류 유닛들은 독립한 스트림(202)와 혼합되기에 충분한 압력에서 그것들의 생성물을 생산하고 그 생성물을 UMP(도 2)로 직접 전달한다. 이러한 정류 유닛들의 상기 탄화수소 분별 시스템은 효율적으로 그런 공정을 수행하기 위해 적절하게 설계되어야 한다. 미정제의 탄화수소 공급원료 증류기의 예가 도 3에 제공되었다.

미정제의 탄화수소 공급원료를 탈염(desalted)시키고, 스트림(301)으로 가는 원유증류기술(생성물에 대한 예열까지 연장된 것을 포함)의 상태를 위해 일반적으로 하는 것처럼 예열시키고, 상기 스트림은 중압에서 미정제의 탄화수소 공급원료 펌프를 이용하여 열 교환기(H-301)로 퍼올려지며, 상기 스트림은 스트림(302)에서 220-350℃ 범위의 온도가 되도록 열교환기(H-301) 안에서 더 가열되며, 상기 스트림(302)은 원유의 구성요소, 스팀 크래커에 대한 나프타의 원하는 차단점(cut point) 및 상기 스팀 크래커 로의 필요요건들에 의해 좌우되는 컬럼의 압력에 의존한다. 상기 열교환기(H-301)는 로, 스팀 가열기 또는 다른 유형의 가열기일 수 있으며, 이런 가열기는 예를 들어 일반적으로 사용가능한 상기 스팀 크래킹 로에서부터 중압 스팀 또는 ??치 오일(quench oil) 같은 임의의 다른 적합한 열원에 의해 가열되는 것이다. 상기 중압(MP) 스팀은 일반적으로 0.8-2.0MPa 범위의 절대압력을 가진다.

상기 예열된 탄화수소 공급원료 스트림(302)은 중압 증류 컬럼(C-301)으로 보내지고, 0.7-1.2MPa 범위의 절대 압력에서 작업이 수행된다. 이것의 압력은 전송 라인에서 상기 스팀 크래커 및 상기 압력 감소(pressure drop)에 의해 요구되는 상기 증기 나프타의 압력에 의해 주로 좌우된다. 상기 미정제의 탄화수소 공급원료가 상기 열교환기(H-301)까지 끌어올려지는 압력은 상기 열교환기에서의 상기 압력 강하를 견디기에 충분해야 하고, 중압 증류 컬럼(C-301)에서 0.7-1.2MPa 범위 압력로 요구되는 압력을 얻기에 충분해야 한다. 이 끌어올려지는 압력은 열교환기 유형에 따라 다양화될 수 있다.

증류 컬럼(C-301) 안에서 상기 미정제의 탄화수소 공급원료는 추가의 열교환기, 뒤끓임 장치(reboiler) 또는 스트리핑 스팀을 사용하여 가열될 수 있다. 중압 스트리핑 스팀(342)은 상기 중압 증류 컬럼(C-301)의 하부에서, 180-350℃ 범위의 온도 하에 상기 미정제의 탄화수소 공급원료에 추가될 수 있다. 대기압 증류 컬럼(C-302)의 액체의 탄화수소 공급원료 스트림(325)은 후술되는 바와 같이 그 다음 단계, 즉 증류 컬럼(C-302)으로부터 추가될 수 있다.

상기 중압 증류 컬럼(C-301)의 하부(314)에서, 생성물은 주로 스트림(314) 안에 원유의 중간 증류액과 더 무거운 분획을 함유하도록 얻어진다. 상부에서, 상기 스트림(303) 안에 포함된 나프타와 더 가벼운 구성요소들이 얻어진다. 상기 스트림(303)의 일부분(304)은 열교환기(H-302) 안에서 응축되고, 분리기(V-301) 안에서 액체(306) 상태에서 분리되며, 펌프(P-301)를 이용하여 컬럼(C-301)으로 향하는 액체 환류기(307)에 의해 다시 끌어올려진다.

분리기(V-301)에서 나온 상기 증기 생성물(309)은 더 가벼운 탄화수소 공급원료 스트림(331)과 유사한 탄화수소 공급원료 스트림(332)으로서 상기 전환 공정으로 직접 보내질 수 있고, 이 전환공정은 다른 조건하에서 그것들은 크랙하기 위해 상기 더 무거운 탄화수소 공급원료 스트림(302)을 저장하는 것에 약간의 이점이 있다. 탄화수소 공급원료 스트림(331) 안의 상기 더 가벼운 구성요소들 때문에, 예를 들어 더 무거운 탄화수소 공급원료 스트림(332)보다 더 가혹한 조건 하에서 상기 더 가벼운 탄화수소 공급원료 스트림(331)을 스팀 크랙하는 이점이 있을 수 있다. 또한 상기 전환 공정에서 상기 에너지 용량을 더 잘 이용하기 위해 상기 탄화수소 공급원료(331, 332)를 전체적으로 또는 부분적으로 혼합하는 것이 가능하다.

또한 액체 나프타를 생산하는 것도 가능하다. 이를 위해 상기 더 가벼운 나프타 스트림(310)의 물이 응축기(H-303)에서 응축되어 스트림(311)으로 나갈 수 있다. 높은 압력 때문에 이 장치는 종래의 원유 증류기와 비교해서 더 높은 압력에서 작동되고, 상기 온도는 그 후 전통적인 원유 증류기(<100℃)에서 회복할 가치가 있는 더 가치있는 열을 방출하는, 더 높은 온도(130-180℃ 범위)를 가진다. 증기화 유닛(V-302)은 스트림(311)을 산성수 분획(313)으로 분리하는데 이 산성수는 V-301로부터 온 상기 스트림(308)내의 산성수와 함께 처리를 위해 보내지고, 나프타 안정제 컬럼까지 P-303에 의해 끌어올려질 수 있는 불안정한(불안정해진) 나프타 분획(312)과 LPG 분획(333)은 가스 플랜트 또는 연료 가스 네트워크로 보내질 수 있다. 중압 증류 컬럼(C-301)에서 나온 스트림(314)내의 상기 하부 생성물은 열교환기(H-304)에 의해 320-360℃ 범위의 온도까지 더 가열되고, 저압 스트림(343) 또는 저압 스트리핑 스팀과 함께 대기압 증류 컬럼(C-302)에 추가된다. 저압 스팀은 일반적으로 0.1-0.7MPa 범위의 절대압력을 가진다. 대기압 증류 컬럼(C-302)은 절대압력 0.6MPa 이하와 대기압(0.1MPa) 이상에서 작동한다. 대기압 증류 컬럼(C-302)은 상부에서 중간 증류 분획(316)을 생산한다. 증류액 수집 용기(V-303)의 증기는 디캔터(V-304)로 보내지고, 상기 증기는 응축기(H-305)에 의해 응축된 것이다. 디캔터(V-304)는 상기 증기를 가스처리 플랜트로 보내지기 위해 증기 분획(326) 및 다른 산성수 스트림(313, 308)과 함께 처리를 위해 보내진 산성수(328)로 분리한다. 상기 액체 분획(324)은 설명된 바와 같이 펌프(P-305)에 의해 스트림(325)을 통과하여 중압 증류 컬럼(C-301)까지 끌어올려진다.

스트림(321)내에 있는 대기압 증류 컬럼(C-302)의 하부 생성물(321)은 중간증류 증기(337)와 가벼운 진공 경유(LVGO), 무거운 진공 경유(HVGO) 그리고 진공 잔류물(340)을 생산하기 위해 원유 증류 유닛(모든 장치가 도시되지는 않음)에서 통상적인 것과 같이 종래의 진공 증류 컬럼(C-303)에 의해 처리된다.

상기 증류 컬럼(C-302)으로부터 온, 휘발성 구성성분들은 증류액 수집 용기(V-303)에서 분리되고, 응축기(H-306)과 디캔터(V-304)를 거쳐 324에 공급되며, 스트림(325)를 거쳐 중압 증류 컬럼(C-301)에 이르기까지 P-305로 가압된다.

따라서 상기 탄화수소 공급원료의 휘발성 성분들 대부분은 설명된 바와 같이 중압의 상기 전환 공정에서 처리하기 위해 상기 탄화수소 공급원료 증기 내에 보유될 수 있다.

상기의 모든 것들은 도 2에 나타낸 전환 공정에서 상기 전환 공정이 가압되고, 증기화된 나프타/탄화수소 공급원료 스트림을 처리할 수 있다는 것을 보장한다.

수소첨가분해로와 중질류분해공정(FCC) 유닛들은 일반적으로 주된 분류기 컬럼을 가지는데, 이는 중압 증류 컬럼(C-301)과 대기압 증류 컬럼(C-302)으로 대체될 수 있으며, 상기 대체된 컬럼들은 도 2에 나타낸 바와 같이 가압되고 증기화된 탄화수소 공급원료를 또한 전환 공정에 제공하기 위해 관련된 모든 그들의 장치를 가진다.

도 2는 탄화수소 공급원료 증기를 생산하기 위한 공정과 시스템의 적용을 나타낸다. 미정제의 탄화수소 공급원료(201), 즉 원유는 상기 공정(300)에 공급되는데, 이는 탄화수소 공급원료를 생산하는 곳이다. 상기 탄화수소 공급원료 증기(331)는 파생 구성성분들(205)을 생성하기 위한 전환 공정의 탄화수소 증기 투입구(203)로 공급된다. 탄화수소 공급원료를 증기화시키는 것이 더 이상 필요하지 않기 때문에, 상기 전환 공정은 더 효율적으로 수행될 수 있다.

300 탄화수소 공급원료 증기를 생성하기 위한 공정 및 시스템
301 원유
302 가열된 원유
303 나프타 증류액
304 응축과 환류를 위한 나프타 분획
305 응축과 환류를 위해 가열된 나프타 분획
306 액체
307 환류
308, 313, 334 산성수
309 증기 생성물
310 더 가벼운 나프타 스트림
311 응축된 물 스트림
312, 335 액체 나프타
314 더 무거운 분획
315 가열된 더 무거운 분획
316 중간 증류 분획
317 가스 구성성분
325 액체 중간 증류
328 산성수
331 나프타
332 가벼운 나프타
333, 326 액체 석유가스
336 중간 증류, 등유, 경유
337 중간 증류 증기
340 진공 잔류물
342 중압 스트리핑 스팀
343 저압 스팀
C-301 중압 증류 컬럼
C-302 대기압 증류 컬럼
C-303 종래의 진공 증류 컬럼
H-301 열교환기
H-302 열교환기
H-303 응축기
H-305 응축기
P-303 펌프
P-305 펌프
V-301 증기화 유닛
V-302 증기화 유닛
V-303 증류액 수집 용기
V-304 디캔터
200 탄화수소 공급원료 파생물을 생성하기 위한 공정
300 탄화수소 공급원료 증기를 생성하기 위한 공정
204 탄화수소 전환 공정
203 탄화수소 공급원료 투입구
205 탄화수소 공급원료 파생물

Claims

탄화수소 공급원료 증기를 생산하고 변환하는 공정으로서, 상기 공정은,
탄화수소 공급원료 펌프를 이용하여 탄화수소 공급원료(301)로서의 원유를 가압하고;
상기 가압된 탄화수소 공급원료(301)를 제1 열교환기(H-301) 내 예열하되, 상기 열 교환기는 노(furnace) 또는 증기 가열기(steam heater)이고;
상기 제1 열교환기(H-301)에 연결된 중압 증류 컬럼(medium pressure distillation column; C-301)에서 상기 가압된 예열된 탄화수소 공급원료(302)를 증류함을 포함하고,
여기서, 상기 중압 증류 컬럼(C-301)은 1.2MPa의 절대 압력에서 작동되고,
여기서, 상기 탄화수소 공급원료 증기(303, 331)는 가압된 나프타 증기이고,
여기서 상기 제1 열교환기(H-301) 및 상기 제1 열교환기에 연결된 상기 중압 증류 컬럼(C-301)은 상기 탄화수소 공급원료로부터 나프타의 분리에 사용되어, 상기 가압된 나프타 증기(303, 331)은 상기 탄화수소 공급원료로부터 분리되고,
상기 공정은, 변환 공정 내 상기 가압된 나프타 증기(303, 331)를 파생 상품(derivative products)으로 전환하는 것을 더 포함하고,
여기서 상기 변환 공정은 증기 분해로(steam cracker furnace) 또는 연속 촉매 개질 공정(continuous catalytic reforming process)에서 수행되는 증기 분해(steam cracking)이고
상기 열 교환기(H-301)은 160 내지 350℃ 범위의 온도를 가지는 열전달매체를 이용하여 가열되는,
탄화수소 공급원료 증기를 생산하고 변환하는 공정.
제1항에 있어서,
상기 공정은 2.0MPa의 절대압력을 가지는 중압 스트리핑 스팀(medium pressure stripping steam; 342)을 이용하여 상기 중압 증류 컬럼(C-301)에서의 상기 탄화수소 공급원료를 증류함을 더 포함하고,
여기서 상기 열교환기(H-301)는 350℃의 온도를 가지는 열전달매체를 이용하여 가열되는,
탄화수소 공급원료 증기를 생산하고 변환하는 공정.
제1항에 있어서,
상기 공정은, 0.8 내지 2.0 MPa의 범위의 절대 압력을 가지는 중압 스트리핑 스팀(342)를 사용하여 상기 중압 증류 컬럼(C-301) 내 탄화수소 공급원료를 증류하는 것을 더 포함하는,
탄화수소 공급원료 증기를 생산하고 변환하는 공정.
제3항에 있어서,
상기 중압 스트리핑 스팀(342)은 180-350℃ 범위의 온도를 가지는,
탄화수소 공급원료 증기를 생산하고 변환하는 공정.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 공정은, 상기 중압 증류 컬럼(C-301)으로부터의 상기 탄화수소 공급원료(301)의 유체성분(314)을 제2 열교환기(H-304)에서 열교환을 통해 예열하고;
상기 탄화수소 공급원료(301)의 예열된 유체성분(315)을 저압 증류 컬럼(low pressure distillation column; C-302)에서 경량 증류 분획(light distillate fraction), 중간 증류 분획(middle distillate fraction; 316) 및 중량 증류 분획(heavy distillate fraction; 312) 중 적어도 하나로 증류함을 추가로 더 포함하고,
여기서 상기 저압 증류 컬럼(C-302)은 대기압에서 작동되도록 구성되는,
탄화수소 공급원료 증기를 생산하고 변환하는 공정.
제5항에 있어서,
상기 저압 증류 컬럼(C-302)에서 0.1 내지 0.7 MPa 범위의 절대 압력을 가지는 저압 스트리핑 스팀(343)을 사용하여 상기 탄화수소 스트림을 증류하는 것을 더 포함하는,
탄화수소 공급원료 증기를 생산하고 변환하는 공정.
제5항에 있어서,
상기 공정은, 상기 증류된 탄화수소 공급원료의 응축된 성분을 상기 저압 증류 컬럼(C-302)에서 상기 중압 증류 컬럼(C-301)으로 재순환하는 것을 더 포함하는,
탄화수소 공급원료 증기를 생산하고 변환하는 공정.
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