KR102441667B1 - Method for oil upgrading and slurry bubble column reactor - Google Patents

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KR102441667B1 KR1020200074635A KR20200074635A KR102441667B1 KR 102441667 B1 KR102441667 B1 KR 102441667B1 KR 1020200074635 A KR1020200074635 A KR 1020200074635A KR 20200074635 A KR20200074635 A KR 20200074635A KR 102441667 B1 KR102441667 B1 KR 102441667B1
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노남선
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본원은 홀을 포함하는 제 1 분배기 및 제 2 분배기가 연결된 반응기 상에 석유를 충진하는 단계; 상기 석유 상에 상기 제 1 분배기에 의해 미세기포를 주입하는 단계; 및 상기 석유 상에 상기 제 2 분배기에 의해 중형기포를 주입하는 단계; 를 포함하고, 상기 제 1 분배기는 하기 화학식 1 로 표시되는 운동에너지율(

Figure 112020063082106-pat00050
)을 0.45 J/S 이상으로 조절하여 상기 미세기포를 주입하는 것인, 석유의 개질 방법에 대한 것이다:
[화학식 1]
Figure 112020063082106-pat00051

(식 중,
Figure 112020063082106-pat00052
는 홀의 크기,
Figure 112020063082106-pat00053
는 주입되는 기체의 밀도,
Figure 112020063082106-pat00054
은 홀을 빠져 나가는 기체의 유속,
Figure 112020063082106-pat00055
은 홀의 개수임).The present application comprises the steps of filling the first distributor and the second distributor comprising a hole on the reactor connected to the reactor; injecting microbubbles by the first distributor on the petroleum; and injecting medium-sized bubbles by the second distributor onto the petroleum. Including, the first distributor is a kinetic energy rate represented by the following formula (1) (
Figure 112020063082106-pat00050
) is to inject the microbubbles by adjusting to 0.45 J / S or more, it relates to a reforming method of petroleum:
[Formula 1]
Figure 112020063082106-pat00051

(During the meal,
Figure 112020063082106-pat00052
is the size of the hall,
Figure 112020063082106-pat00053
is the density of the injected gas,
Figure 112020063082106-pat00054
the velocity of the gas exiting the hole,
Figure 112020063082106-pat00055
is the number of holes).

Description

석유의 개질 방법 및 슬러리 기포탑 반응기{METHOD FOR OIL UPGRADING AND SLURRY BUBBLE COLUMN REACTOR}Oil reforming method and slurry bubble column reactor

본원은 석유의 개질 방법 및 슬러리 기포탑 반응기에 관한 것으로서, 예를 들어, 중질유, 등유 등의 개질 방법을 제공한다. The present application relates to a method for reforming petroleum and a slurry bubble column reactor, and for example, provides a method for reforming heavy oil, kerosene, and the like.

슬러리 기포탑 반응기는 안정적인 온도제어로 등온 반응을 유지할 수 있고, 열 및 물질 전달 효율이 우수하며, 연속반응기로서 높은 전환율을 제공할 수 있기 때문에 산업적으로 중요한 다양한 화학 및 생물 반응에 널리 사용되고 있다. 그 중, 석유산업에서 중질유의 수첨분해 반응에 대한 많은 이목이 집중되고 있는데, 그 이유는 저 비점의 액상 제품, 예를 들어 휘발유, 등유, 나프타 등에 대한 소비자의 수요가 꾸준히 증가하고 있기 때문이다. 이런 중질유의 고도화를 위해서 근래에 많이 사용하는 기술은 슬러리 기포탑 반응기에서 중질유에 수소를 주입하여 반응을 시키는 수첨반응을 이용한 기술이다. The slurry bubble column reactor is widely used in various industrially important chemical and biological reactions because it can maintain an isothermal reaction with stable temperature control, has excellent heat and mass transfer efficiency, and can provide a high conversion rate as a continuous reactor. Among them, a lot of attention is focused on the hydrocracking reaction of heavy oil in the petroleum industry, because consumer demand for low-boiling liquid products, such as gasoline, kerosene, naphtha, etc., is steadily increasing. A technology that has been widely used in recent years for upgrading such heavy oil is a technology using a hydrogenation reaction in which hydrogen is injected into the heavy oil in a slurry bubble column reactor for reaction.

기체-액체 반응에서 반응 및 물질 전달의 정도는 기체와 액체가 접촉하는 계면의 면적 비례하여 증가한다. 동일한 부피의 기체를 주입하면서 접촉하는 계면의 면적을 증대시키는 방법은 크기가 작은 기포, 즉 미세기포를 분사시키는 방법이다. 미세기포는 수 마이크로미터부터 수백 마이크로미터까지의 기포로 정의된다. 미세기포는 기체-액체 계면의 면적이 넓을 뿐만 아니라, Stokes’ 법칙에 따라 기포의 상승 속도는 입자 크기의 제곱근에 비례하므로, 미세기포는 중형 기포에 비해 상대적으로 상승 속도가 느리다. 이에, 반응 체류시간을 증가시킬 수 있어 높은 반응 전환율을 기대할 수 있다. 이와 같이 기포의 크기를 조절함으로써 기체-액체 반응의 효율을 증대시킬 수 있을 것으로 기대되어 이와 관련한 연구가 수행되어왔다.In gas-liquid reactions, the degree of reaction and mass transfer increases in proportion to the area of the gas-liquid interface. A method of increasing the area of the interface in contact while injecting the same volume of gas is a method of injecting small-sized bubbles, that is, microbubbles. Microbubbles are defined as bubbles ranging from a few micrometers to hundreds of micrometers. Microbubbles have a large gas-liquid interface area, and according to Stokes' law, the rising rate of the bubble is proportional to the square root of the particle size. Accordingly, the reaction residence time can be increased, so that a high reaction conversion rate can be expected. As such, it is expected that the efficiency of the gas-liquid reaction can be increased by controlling the size of the bubble, and thus related research has been conducted.

이에, 본원은 석유, 예를 들어 중질유 상에 크기가 조절된 중형기포 및 미세기포의 수소를 주입하여 석유를 개질하는 기술을 제공하고자 한다. 본원의 배경이 되는 기술인 대한민국 특허출원번호 제 10-2017-0112008호는 슬러리 기포탑 반응기를 이용하여 석탄을 석탄기체화한 후 촉매상에서 휘발유 및 디젤유 등의 액체연료로 전환시키는 기술로서, 중질유를 개질하기 위하여 중형기포 및 미세기포로서 수소를 주입하는 방법에 대해서는 전혀 인식하지 못하고 있다.Accordingly, the present application intends to provide a technology for reforming petroleum by injecting hydrogen of medium-sized bubbles and micro-bubbles whose size is controlled on petroleum, for example, heavy oil. Republic of Korea Patent Application No. 10-2017-0112008, which is the background technology of this application, is a technology for converting coal into coal gas using a slurry bubble column reactor and then converting it into liquid fuel such as gasoline and diesel oil on a catalyst, and reforming heavy oil In order to do this, the method of injecting hydrogen as medium-sized bubbles and micro-bubbles is not recognized at all.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 석유의 개질 방법을 제공하며, 예를 들어, 중질유, 등유 등의 개질 방법을 중심으로 설명한다.The present application provides a method for reforming petroleum as to solve the problems of the prior art described above, and for example, a method for reforming heavy oil, kerosene, etc. will be mainly described.

또한, 본원은 상기 개질을 위한 슬러리 기포탑 반응기를 제공한다.In addition, the present application provides a slurry bubble column reactor for the reforming.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 홀을 포함하는 제 1 분배기 및 제 2 분배기가 연결된 반응기 상에 석유를 충진하는 단계;As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application, the first distributor and the second distributor including a hole filling the reactor on the connected reactor;

상기 석유 상에 상기 제 1 분배기에 의해 미세기포를 주입하는 단계; 및 상기 석유 상에 상기 제 2 분배기에 의해 중형기포를 주입하는 단계; 를 포함하고, 상기 제 1 분배기는 하기 화학식 1 로 표시되는 운동에너지율(

Figure 112020063082106-pat00001
)을 0.45 J/S 이상으로 조절하여 상기 미세기포를 주입하는 것인, 석유의 개질 방법을 제공한다.injecting microbubbles by the first distributor on the petroleum; and injecting medium-sized bubbles by the second distributor onto the petroleum. Including, the first distributor is a kinetic energy rate represented by the following formula (1) (
Figure 112020063082106-pat00001
) to control the 0.45 J / S or more to inject the microbubbles, it provides a reforming method of petroleum.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020063082106-pat00002
Figure 112020063082106-pat00002

(식 중,

Figure 112020063082106-pat00003
는 홀의 크기,
Figure 112020063082106-pat00004
는 주입되는 기체의 밀도,
Figure 112020063082106-pat00005
은 홀을 빠져 나가는 기체의 유속,
Figure 112020063082106-pat00006
은 홀의 개수임).(During the meal,
Figure 112020063082106-pat00003
is the size of the hall,
Figure 112020063082106-pat00004
is the density of the injected gas,
Figure 112020063082106-pat00005
the velocity of the gas exiting the hole,
Figure 112020063082106-pat00006
is the number of holes).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 미세기포 및 상기 중형기포는 상기 석유 상에 불균일하게 분포하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the microbubbles and the medium bubbles may be non-uniformly distributed in the petroleum phase, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 분배기 및 상기 제 2 분배기 상에 수소 기체가 주입되어 기포를 형성하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, hydrogen gas may be injected into the first distributor and the second distributor to form bubbles, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 미세기포는 0.3 mm 이하의 크기를 가지는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the microbubbles may have a size of 0.3 mm or less, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 미세기포는 구형인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the microbubbles may be spherical, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중형기포는 5 mm 이상의 크기를 가지는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the medium-sized bubble may have a size of 5 mm or more, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중형기포는 구형-모자(Spherical-cap) 형상인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the medium-sized bubble may have a spherical-cap shape, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 석유의 개질 방법은 등온 반응에 의해 수행되는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the petroleum reforming method may be performed by an isothermal reaction, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 홀을 포함하는 제 1 분배기; 홀을 포함하는 제 2 분배기; 및 상기 제 1 분배기 및 상기 제 2 분배기와 연결되고, 석유가 충진된 반응기를 포함하고, 상기 제 1 분배기에 의해 기체가 주입되어 상기 석유 상에 미세기포가 형성되고, 상기 제 2 분배기에 의해 기체가 주입되어 상기 석유 상에 중형기포가 형성되고, 상기 제 1 분배기는 하기 화학식 1 로 표시되는 운동에너지율(

Figure 112020063082106-pat00007
)을 0.45 J/S 이상으로 조절하여 상기 미세기포를 형성하는 것인, 슬러리 기포탑 반응기를 제공한다:A second aspect of the present application, a first distributor including a hole; a second distributor including a hole; and a reactor connected to the first distributor and the second distributor and filled with petroleum, wherein gas is injected by the first distributor to form microbubbles on the petroleum, and the gas by the second distributor is injected to form medium-sized bubbles in the petroleum phase, and the first distributor is a kinetic energy rate (
Figure 112020063082106-pat00007
) is adjusted to 0.45 J / S or more to form the microbubbles, to provide a slurry bubble column reactor:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020063082106-pat00008
Figure 112020063082106-pat00008

(식 중,

Figure 112020063082106-pat00009
는 홀의 크기,
Figure 112020063082106-pat00010
는 주입되는 기체의 밀도,
Figure 112020063082106-pat00011
은 홀을 빠져 나가는 기체의 유속,
Figure 112020063082106-pat00012
은 홀의 개수임).(During the meal,
Figure 112020063082106-pat00009
is the size of the hall,
Figure 112020063082106-pat00010
is the density of the injected gas,
Figure 112020063082106-pat00011
the velocity of the gas exiting the hole,
Figure 112020063082106-pat00012
is the number of holes).

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의해 개질된 석유를 제공한다.A third aspect of the present application provides petroleum reformed by the method according to the first aspect of the present application.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 석유의 개질 방법 및 슬러리 기포탑 반응기를 제공한다.The present application provides a method for reforming petroleum and a slurry bubble column reactor in order to solve the problems of the prior art.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 부가가치가 낮은 중질유분을 피드로 부가가치가 높은 휘발유, 등유, 경유 등 경질유분으로 전환하는 고도화 처리를 할 수 있다.The oil reforming method according to the present application may perform an advanced treatment of converting a heavy oil fraction with low added value into a light oil fraction such as gasoline, kerosene, and diesel oil with high added value as a feed.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 상기 미세기포 및/또는 상기 중형기포에 의해 상기 석유의 표면적과 혼합 (mixing)을 크게 하여 상기 석유를 개질할 수 있다.The petroleum reforming method according to the present invention may reform the petroleum by increasing the surface area and mixing of the petroleum by the micro-bubbles and/or the medium-sized bubbles.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 석유 상에 미세기포를 주입함으로써 반응 체류시간을 증가시킬 수 있어 높은 반응 전환율을 기대할 수 있으며, 물질 전달에 효과적이다.The petroleum reforming method according to the present invention can increase the reaction residence time by injecting microbubbles into the petroleum, so that a high reaction conversion rate can be expected, and it is effective for mass transfer.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 석유 상에 중형기포를 주입함으로써 열 전달에 효과적이다.The petroleum reforming method according to the present application is effective for heat transfer by injecting medium-sized bubbles into the petroleum phase.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 상기 석유 상에 미세기포 및 중형기포를 불균일하게 분포하도록 형성시킴으로서 미세기포(단위체적당 표면적의 증가시키는 형태)가 반응기체인 수소의 물질전달을 향상시키고, 중형기{액상물질 내에서 구형-모자 (spherical-cap) 형태}가 하부에 와류 (wake)를 형성시켜, 발열 반응에 의해 발생한 열을 반응기 전체에 전달하여 슬러리 기포탑 반응기의 전환율을 향상시키는 효과를 달성할 수 있다.The petroleum reforming method according to the present application improves the mass transfer of hydrogen as a reactive substance in which microbubbles (in the form of increasing surface area per unit volume) are formed so that microbubbles and medium bubbles are non-uniformly distributed on the petroleum, The spherical-cap shape in the material forms a wake at the bottom, transferring the heat generated by the exothermic reaction to the entire reactor to achieve the effect of improving the conversion rate of the slurry bubble column reactor. have.

본원에 따른 슬러리 기포탑 반응기는 안정적인 온도제어를 통해 등온 반응을 유지할 수 있고, 열 및 물질 전달 효율이 우수하며, 연속 반응기로서 높은 전화율을 제공할 수 있다.The slurry bubble column reactor according to the present invention can maintain an isothermal reaction through stable temperature control, has excellent heat and mass transfer efficiency, and can provide a high conversion rate as a continuous reactor.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1 는 본원의 일 구현예에 따른 석유의 개질 방법의 순서도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 슬러리 기포탑 반응기의 모식도이다.
도 3 은 본원의 일 실시예에 따른 중질유의 개질 방법에 따라 개질된 중질유분의 분석 결과이다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 슬러리 기포탑 반응기에서, 기체 가압조건 및 기체 유속에 따른 기포의 수력학적 특성을 시각화한 것이다.
도 5 는 여러 실험에서 취득한 기체 체류량을 운동에너지율에 따라 도시한 그래프를 보여준다. 1 is a flowchart of a method for reforming petroleum according to an embodiment of the present application.
2 is a schematic diagram of a slurry bubble column reactor according to an embodiment of the present application.
3 is an analysis result of a heavy oil fraction reformed according to the heavy oil reforming method according to an embodiment of the present application.
4 is a visualization of the hydrodynamic properties of bubbles according to the gas pressurization condition and the gas flow rate in the slurry bubble column reactor according to an embodiment of the present application.
5 shows a graph showing the amount of gas retention obtained in various experiments according to the kinetic energy rate.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" with another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is located on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used herein, the terms “about,” “substantially,” and the like, to the extent used herein, are used in or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure unfairly. Also, throughout this specification, "step to" or "step for" does not mean "step for".

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It is meant to include one or more selected from the group consisting of.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, reference to “A and/or B” means “A, B, or A and B”.

이하, 본원의 석유의 개질 방법 및 슬러리 기포탑 반응기에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the petroleum reforming method and the slurry bubble column reactor of the present application will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 홀을 포함하는 제 1 분배기 및 제 2 분배기가 연결된 반응기 상에 석유를 충진하는 단계; 상기 석유 상에 상기 제 1 분배기에 의해 미세기포를 주입하는 단계; 및 상기 석유 상에 상기 제 2 분배기에 의해 중형기포를 주입하는 단계; 를 포함하고, 상기 제 1 분배기는 하기 화학식 1 로 표시되는 운동에너지율(

Figure 112020063082106-pat00013
)을 0.45 J/S 이상으로 조절하여 상기 미세기포를 주입하는 것인, 석유의 개질 방법을 제공한다:As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application, the first distributor and the second distributor including a hole filling the reactor on the connected reactor; injecting microbubbles by the first distributor on the petroleum; and injecting medium-sized bubbles by the second distributor onto the petroleum. Including, the first distributor is a kinetic energy rate represented by the following formula (1) (
Figure 112020063082106-pat00013
) to control the 0.45 J / S or more to inject the microbubbles, it provides a reforming method of petroleum:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020063082106-pat00014
Figure 112020063082106-pat00014

(식 중,

Figure 112020063082106-pat00015
는 홀의 크기,
Figure 112020063082106-pat00016
는 주입되는 기체의 밀도,
Figure 112020063082106-pat00017
은 홀을 빠져 나가는 기체의 유속,
Figure 112020063082106-pat00018
은 홀의 개수임).(During the meal,
Figure 112020063082106-pat00015
is the size of the hall,
Figure 112020063082106-pat00016
is the density of the injected gas,
Figure 112020063082106-pat00017
the velocity of the gas exiting the hole,
Figure 112020063082106-pat00018
is the number of holes).

도 1 는 본원의 일 구현예에 따른 석유의 개질 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a method for reforming petroleum according to an embodiment of the present application.

도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 슬러리 기포탑 반응기의 모식도이다. 2 is a schematic diagram of a slurry bubble column reactor according to an embodiment of the present application.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 도 1 에서 예시적으로 나타낸 바와 같은 구조를 가지는 슬러리 기포탑 반응기 상에서 상기 석유의 개질 방법이 수행된다.In the petroleum reforming method according to the present application, the petroleum reforming method is performed on a slurry bubble column reactor having a structure as exemplarily shown in FIG. 1 .

먼저, 홀을 포함하는 제 1 분배기 및 제 2 분배기가 연결된 반응기 상에 석유를 충진한다 (S100).First, petroleum is filled on the reactor in which the first distributor and the second distributor including the hole are connected (S100).

상기 석유는 중질유, 등유 등의 저급유를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 석유는 중질유일 수 있다.The petroleum may include low fuel oil such as heavy oil and kerosene, and preferably, the petroleum may be heavy oil.

원유는 생산지와 산출되는 유층에 따라 그 성상이 다른데, 미국석유협회(API)가 제정한 화학적 석유비중표시 방법에 따르면 API도가 30 도 내지 33 도 인 것을 중질유로 분류한다.Crude oil has different properties depending on the production area and the oil layer produced. According to the method of indicating the chemical weight of petroleum established by the American Petroleum Association (API), those having an API degree of 30 to 33 degrees are classified as heavy oil.

원유 증류탑에서는 끓는점이 가장 낮은 LPG 와 나프타가 가장 먼저 나오고 중간 범위에서 경유와 등유가 나오며, 마지막으로 끓는점이 360℃ 이상으로 증류되지 않고 가장 아래에 남는 무거운 유분이 중질유(heavy oil, 重油) 유분이다.In the crude oil distillation column, LPG and naphtha, which have the lowest boiling points, come out first, and diesel and kerosene in the middle range. Lastly, the heavy oil remaining at the bottom without distilling the boiling point above 360℃ is the heavy oil fraction. .

원유의 분별증류 시에 LPG 와 나프타 다음에 나오는 등유는 상온에서는 액체상태이며, 영어 표현으로는 케로젠(kerosen)을 사용한다. 등유는 대체로 가정용 연료나, 교통기관의 연료로 쓰이며, 살충제, 산업용 솔벤트, 의료용으로도 쓰이고 있다.In the fractional distillation of crude oil, kerosene after LPG and naphtha is in a liquid state at room temperature, and kerosen is used in English. Kerosene is generally used as a household fuel or fuel for transportation, and is also used as an insecticide, an industrial solvent, and for medical purposes.

한편, 경유를 연료로 쓰도록 설계된 디젤 엔진 탑재차량에 등유를 쓰는 경우가 있어서 문제가 되고 있는데, 등유가 경유보다 가격이 싸다는 이유로 일부 버스 회사, 트럭 운송 사업자들이 등유를 사용하고 있으나, 이 경우 운행 중 차량 화재가 발생할 위험이 높다는 문제가 있다.On the other hand, there are cases where kerosene is used in vehicles equipped with diesel engines designed to use diesel as fuel, which is a problem. There is a problem that there is a high risk of a vehicle fire occurring while driving.

상술한 중질유와 등유는 저가의 질이 낮은 석유의 일종으로서, 본원은 이와 같이 부가가치가 낮은 중질유 또는 등유를 피드로 부가가치가 높은 휘발유, 경유 등 경질유분으로 전환하는 고도화 처리를 위한 석유의 개질 방법을 제공할 수 있다.The above-mentioned heavy oil and kerosene are a kind of low-priced and low-quality petroleum, and the present application provides a method for upgrading petroleum for advanced treatment of converting heavy oil or kerosene with low added value into light oil such as gasoline and diesel with high added value as a feed. can provide

그리고, 석유 상에 제 1 분배기에 의해 미세기포를 주입한다 (S200).Then, microbubbles are injected by the first distributor on the petroleum (S200).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 분배기 상에 수소 기체가 주입되어 미세 기포를 형성하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, hydrogen gas may be injected onto the first distributor to form microbubbles, but is not limited thereto.

상기 제 1 분배기는 상기 홀을 포함하며, 상기 제 1 분배기 상에 상기 수소 기체의 운동에너지율(

Figure 112020063082106-pat00019
)이 약 0.45 J/S 이상으로 조절되어 상기 홀을 통해 주입되면 상기 반응기 상에 충진된 석유 상에 상기 미세기포가 주입될 수 있다.The first distributor includes the hole, and the kinetic energy rate of the hydrogen gas on the first distributor (
Figure 112020063082106-pat00019
) is adjusted to about 0.45 J/S or more and injected through the hole, the microbubbles may be injected into the petroleum phase filled on the reactor.

상기 운동에너지율(

Figure 112020063082106-pat00020
)은 하기 화학식 1 로 표시되는 수식에 의해 결정될 수 있다.The kinetic energy rate (
Figure 112020063082106-pat00020
) may be determined by the formula represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020063082106-pat00021
Figure 112020063082106-pat00021

식 중,

Figure 112020063082106-pat00022
는 홀의 크기,
Figure 112020063082106-pat00023
는 주입되는 기체의 밀도,
Figure 112020063082106-pat00024
은 홀을 빠져 나가는 기체의 유속,
Figure 112020063082106-pat00025
은 홀의 개수이다.during the meal,
Figure 112020063082106-pat00022
is the size of the hall,
Figure 112020063082106-pat00023
is the density of the injected gas,
Figure 112020063082106-pat00024
the velocity of the gas exiting the hole,
Figure 112020063082106-pat00025
is the number of holes.

상기 미세기포가 형성되는 것과 과정에서, 큰 기포가 불안정하여 깨지는 조건은 1) 가압된 기체, 2) 기체의 빠른 유속, 3) 액체가 작은 표면장력의 연속상일 경우이다. 이와 같은 큰 기포가 깨지는 조건은 미세기포가 형성되는 조건과 동일한 것으로서, 상기 수소 기체가 가압되고, 빠른 유속으로 주입될수록 작은 크기의 미세기포가 형성될 수 있다. 중질유의 경우 반응온도에 따라 5 dynes/cm 에서 10 dynes/cm의 표면장력을 갖고 있는데, 이는 물의 표면장력 (72.8 dynes/cm)의 약 1/10에 해당하는 값으로써, 중질유는 미세기포를 발생시키는데 유리한 연속상이라고 할 수 있다.In the process of forming and forming the microbubbles, the conditions in which the large bubbles are unstable and break are 1) a pressurized gas, 2) a fast flow rate of the gas, and 3) a continuous phase of the liquid with a small surface tension. The conditions for breaking such large bubbles are the same as the conditions for forming microbubbles, and as the hydrogen gas is pressurized and injected at a high flow rate, small-sized microbubbles may be formed. In the case of heavy oil, it has a surface tension of 5 dynes/cm to 10 dynes/cm depending on the reaction temperature, which is about 1/10 of the surface tension of water (72.8 dynes/cm). It can be said that the continuous phase is advantageous for

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 미세기포는 0.3 mm 이하의 크기를 가지는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 운동에너지율(

Figure 112020063082106-pat00026
)을 0.45 J/S 이상으로 조절하여 미세 기포를 형성하는 경우, 상기 미세기포의 크기가 0.3 mm 이하 일 수 있다.According to one embodiment of the present application, the microbubbles may have a size of 0.3 mm or less, but is not limited thereto. The kinetic energy rate (
Figure 112020063082106-pat00026
) is adjusted to 0.45 J/S or more to form microbubbles, the size of the microbubbles may be 0.3 mm or less.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 미세기포는 구형인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 미세기포가 작은 크기를 가질수록 더욱 구형에 가까운 모양을 가질 수 있다.According to one embodiment of the present application, the microbubbles may be spherical, but is not limited thereto. As the microbubbles have a smaller size, they may have a more spherical shape.

기체-액체 반응에서 반응 및 물질 전달의 정도는 기체와 액체가 접촉하는 계면의 면적에 비례하여 증가한다. 동일한 부피의 기체를 주입하면서 접촉하는 계면의 면적을 증대시키는 것은 상기 미세기포를 상기 석유 상에 분사시킴으로써 달성할 수 있다. 상기 미세기포는 기체-액체 계면의 면적이 넓을 뿐만 아니라, 스토크스의 법칙(stokes' law) 에 따라(기포의 상승 속도는 입자 크기의 제곱근에 비례하므로), 미세기포는 큰 기포에 비해 상대적으로 상승 속도가 느리다. 이에, 반응 체류시간을 증가시킬 수 있어 높은 반응 전환율을 기대할 수 있다. In gas-liquid reactions, the degree of reaction and mass transfer increases in proportion to the area of the gas-liquid interface. Increasing the area of the interface in contact while injecting the same volume of gas can be achieved by spraying the microbubbles onto the petroleum. The microbubbles have not only a large gas-liquid interface area, but also according to Stokes' law (since the rising rate of the bubble is proportional to the square root of the particle size), the microbubbles are relatively large compared to large bubbles. ascent is slow Accordingly, the reaction residence time can be increased, so that a high reaction conversion rate can be expected.

[스토크스의 법칙][Stokes' Law]

Figure 112020063082106-pat00027
Figure 112020063082106-pat00027

(

Figure 112020063082106-pat00028
는 입자의 종단속도, r 은 입자의 스토크스 반경, g 는 중력가속도,
Figure 112020063082106-pat00029
는 입자의 밀도,
Figure 112020063082106-pat00030
는 유체의 밀도, η 은 유체의 점성 계수)(
Figure 112020063082106-pat00028
is the terminal velocity of the particle, r is the Stokes radius of the particle, g is the gravitational acceleration,
Figure 112020063082106-pat00029
is the particle density,
Figure 112020063082106-pat00030
is the density of the fluid, η is the viscosity coefficient of the fluid)

본원에 따른 석유의 개질 방법은 상기 석유 상에 상기 미세기포를 주입함으로써 물질전달 효과를 증가시킬 수 있다.The petroleum reforming method according to the present application may increase the mass transfer effect by injecting the microbubbles onto the petroleum.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 미세기포는 상기 석유 상에 불균일하게 분포하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the microbubbles may be non-uniformly distributed in the petroleum phase, but is not limited thereto.

그리고, 석유 상에 제 2 분배기에 의해 중형기포를 주입한다 (S200).Then, medium-sized bubbles are injected by the second distributor on the petroleum (S200).

상기 미세기포를 주입하는 단계(S100) 및 상기 중형기포를 주입하는 단계(S200)은 순서대로 수행되거나, 동시에 수행되거나, 또는 역순으로 수행될 수 있다.The step of injecting the microbubbles ( S100 ) and the step of injecting the medium bubbles ( S200 ) may be performed sequentially, simultaneously, or in the reverse order.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 상기 석유 상에 상기 중형기포를 주입함으로써 등방성 난류운동이 증가하여 열전달 효과를 증가시킬 수 있다.In the petroleum reforming method according to the present application, by injecting the medium-sized bubbles into the petroleum, the isotropic turbulent motion increases, thereby increasing the heat transfer effect.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중형기포는 상기 석유 상에 불균일하게 분포하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the medium-sized bubbles may be non-uniformly distributed in the petroleum phase, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 분배기 상에 수소 기체가 주입되어 기포를 형성하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, hydrogen gas may be injected onto the second distributor to form bubbles, but is not limited thereto.

상기 제 2 분배기는 상기 홀을 포함하므로 상기 제 2 분배기 상에 수소 기체가 주입될 경우 상기 반응기 상에 충진된 석유 상에 중형기포를 형성할 수 있다.Since the second distributor includes the hole, when hydrogen gas is injected into the second distributor, medium-sized bubbles may be formed in the petroleum phase filled on the reactor.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중형기포는 5 mm 이상의 크기를 가지는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the medium-sized bubble may have a size of 5 mm or more, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 중형기포는 구형-모자(Spherical-cap) 형상인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 중형기포의 크기가 커질수록 구형상을 벗어나 모자 형상으로 변화한다.According to one embodiment of the present application, the medium-sized bubble may have a spherical-cap shape, but is not limited thereto. As the size of the medium-sized bubble increases, it changes to a hat shape out of a spherical shape.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 상기 석유 상에 수소를 첨가하여 반응시키는 수첨반응을 이용하여 상기 석유를 개질할 수 있다.The petroleum reforming method according to the present application may reform the petroleum using a hydrogenation reaction in which hydrogen is added to the petroleum to react.

본원에 따른 석유의 개질 방법은 상기 미세기포 및/또는 상기 중형기포에 의해 상기 석유의 표면장력을 크게 하여 상기 석유를 개질할 수 있다.The petroleum reforming method according to the present application may reform the petroleum by increasing the surface tension of the petroleum by the micro-bubbles and/or the medium-sized bubbles.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 석유의 개질 방법은 등온 반응에 의해 수행되는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the petroleum reforming method may be performed by an isothermal reaction, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 홀을 포함하는 제 1 분배기; 홀을 포함하는 제 2 분배기; 및 상기 제 1 분배기 및 상기 제 2 분배기와 연결되고, 석유가 충진된 반응기를 포함하는 슬러리 기포탑에 있어서, 상기 제 1 분배기에 의해 기체가 주입되어 상기 석유 상에 미세기포가 형성되고, 상기 제 2 분배기에 의해 기체가 주입되어 상기 석유 상에 중형기포가 형성되고, 상기 제 1 분배기는 하기 화학식 1 로 표시되는 운동에너지율(

Figure 112020063082106-pat00031
)을 0.45 J/S 이상으로 조절하여 상기 미세기포를 형성하는 것인, 슬러리 기포탑 반응기를 제공한다:A second aspect of the present application, a first distributor including a hole; a second distributor including a hole; And in the slurry bubble column comprising a reactor connected to the first distributor and the second distributor and filled with petroleum, gas is injected by the first distributor to form microbubbles on the petroleum, 2, gas is injected by the distributor to form medium-sized bubbles in the petroleum phase, and the first distributor is a kinetic energy rate (
Figure 112020063082106-pat00031
) is adjusted to 0.45 J / S or more to form the microbubbles, to provide a slurry bubble column reactor:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020063082106-pat00032
Figure 112020063082106-pat00032

(식 중,

Figure 112020063082106-pat00033
는 홀의 크기,
Figure 112020063082106-pat00034
는 주입되는 기체의 밀도,
Figure 112020063082106-pat00035
은 홀을 빠져 나가는 기체의 유속,
Figure 112020063082106-pat00036
은 홀의 개수임).(During the meal,
Figure 112020063082106-pat00033
is the size of the hall,
Figure 112020063082106-pat00034
is the density of the injected gas,
Figure 112020063082106-pat00035
the velocity of the gas exiting the hole,
Figure 112020063082106-pat00036
is the number of holes).

본원의 제 2 측면에 따른 슬러리 기포탑 반응기에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the slurry bubble column reactor according to the second aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first aspect of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application The same can be applied to the side.

도 2 를 참조하면, 상기 슬러리 기포탑 반응기는 제 1 분배기, 제 2 분배기, 및 플레넘 챔버를 포함하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be seen that the slurry bubble column reactor includes a first distributor, a second distributor, and a plenum chamber.

상기 플레넘 챔버는 본원에 따른 슬러리 기포탑 반응기에서 상기 석유가 연속적으로 균일하게 이송될 수 있는 일종의 완충공간에 해당한다.The plenum chamber corresponds to a kind of buffer space in which the petroleum can be continuously and uniformly transferred in the slurry bubble column reactor according to the present invention.

본원에 따른 슬러리 기포탑 반응기는 안정적인 온도제어를 통해 등온 반응을 유지할 수 있고, 열 및 물질 전달 효율이 우수하며, 연속 반응기로서 높은 전환율을 제공할 수 있다.The slurry bubble column reactor according to the present invention can maintain an isothermal reaction through stable temperature control, has excellent heat and mass transfer efficiency, and can provide a high conversion rate as a continuous reactor.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의해 개질된 석유를 제공한다.A third aspect of the present application provides petroleum reformed by the method according to the first aspect of the present application.

본원의 제 3 측면에 따른 석유에 대하여, 본원의 제 1 측면 및/또는 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면 및/또는 제 2 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to petroleum according to the third aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first and/or second aspects of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the first and/or second aspects of the present application The contents described in the aspect may be equally applied to the third aspect of the present application.

상기 개질된 석유는 휘발유, 나프타 등의 경질화된 석유를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The reformed petroleum may include, but is not limited to, light petroleum such as gasoline and naphtha.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.

[실시예 1] 중질유의 개질 방법[Example 1] Heavy oil reforming method

슬러리 기포탑 반응기 크기는 직경 0.05 m 높이 2.3 m이며, 스테인레스 스틸 재질로 제작되었다. 제1분배기는 천공된 플레이트 타입의 직경 1.0 mm 인 노즐 3개가 설치되었고 제2분배기는 도2에서 보는 바와 같이 직경 2.5 mm 인 노즐 1개가 설치되었다.The slurry bubble column reactor has a diameter of 0.05 m and a height of 2.3 m, and is made of stainless steel. In the first distributor, three nozzles having a diameter of 1.0 mm were installed in the perforated plate type, and in the second distributor, one nozzle having a diameter of 2.5 mm was installed as shown in FIG. 2 .

중질유분 (감압잔사유분)을 오일(oil)상의 몰리브데넘(molybdenum) 촉매 전구체(오일대비 몰리브데넘 농도는 50 wt. ppm 내지 5000 wt. ppm)와 약 100℃ 내지 200℃ 조건에서 충분히 섞어 피드 탱크(feed tank)에 준비하고 펌프를 통해 150 기압 내지 200기압 정도로 가압하고 추가로 300℃ 까지 예열하여 반응기로 공급하였다.Mix the heavy oil (reduced pressure residue) with the oil phase molybdenum catalyst precursor (molybdenum concentration relative to oil is 50 wt. ppm to 5000 wt. ppm) at about 100 ° C to 200 ° C. It was prepared in a feed tank, pressurized to about 150 to 200 atm through a pump, and further preheated to 300° C. and supplied to the reactor.

압축된 수소는 유량 제어기(Mass Flow Controller)를 통해 원료대비 1,000 Nm3(수소)/kl(중질유) 내지 3,000 Nm3(수소)/kl(중질유) 비율로 일정 유량을 공급하였다. 이때, 수소는 제1분배기와 제2분배기의 공급비를 2:1로 유지하면서 공급되어 원료인 중질유와 만나게 된다. 이후 반응기 내 반응영역(온도 400℃ 내지 450℃)을 대략 1 시간 내지 10시간 머물며 경질화 반응이 진행되고 전환된 액상 생성물은 기/액분리기를 거쳐 프로덕트 탱크(product tank)으로 보내지고, 기상 생성물은 추가 냉각된 뒤 가스 계량기(Gas Meter)를 통해 유량을 확인하고 유출된다. 이어, 액상 생성물의 증류분포와 황 함량의 변화를 American Society for Testing and Materials (ASTM) 기준으로 분석하여 경질화 정도를 판단하였다. The compressed hydrogen was supplied at a constant flow rate at a ratio of 1,000 Nm 3 (hydrogen)/kl (heavy oil) to 3,000 Nm 3 (hydrogen)/kl (heavy oil) compared to the raw material through a mass flow controller. At this time, hydrogen is supplied while maintaining the supply ratio of the first distributor and the second distributor at 2:1 to meet the heavy oil as a raw material. After that, the lightening reaction proceeds while staying in the reaction zone (temperature 400° C. to 450° C.) in the reactor for approximately 1 to 10 hours, and the converted liquid product is sent to a product tank through a gas/liquid separator, and a gaseous product After cooling, the flow rate is checked and discharged through a gas meter. Then, the distillation distribution of the liquid product and the change in sulfur content were analyzed according to the American Society for Testing and Materials (ASTM) to determine the degree of hardening.

[실험예 1] [Experimental Example 1]

도 3 은 본원의 일 실시예에 따른 중질유의 개질 방법에 따라 개질된 중질유분의 분석 결과이다. 3 is an analysis result of a heavy oil fraction reformed according to the heavy oil reforming method according to an embodiment of the present application.

도 3 을 참조하면, 총 생성물은 수소화 반응을 통해 원료대비 중량비가 약 2.88% 증가한 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 개질된 중질유인 경질화생성물에서 Gas oil 과 middle distillate (177-343 oc)의 비율이 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that the weight ratio of the total product to the raw material is increased by about 2.88% through the hydrogenation reaction. Specifically, it can be seen that the ratio of gas oil and middle distillate (177-343 oc) is increased in the light product, which is a reformed heavy oil.

[실험예 2][Experimental Example 2]

기포 생성에 대한 수력학적 특징을 파악하기 위해 등유(케로젠)에 공기를 주사하는 실험을 진행하였다. In order to understand the hydrodynamic characteristics of bubble formation, an experiment in which air was injected into kerosene (kerogen) was conducted.

도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 슬러리 기포탑 반응기에서, 기체 가압조건 및 기체 유속에 따른 기포의 수력학적 특성을 시각화한 것이다.4 is a visualization of the hydrodynamic properties of bubbles according to the gas pressurization condition and the gas flow rate in the slurry bubble column reactor according to an embodiment of the present application.

도 4 를 참조하면, 해당 실험을 다양한 유속 및 가압조건 하에서 진행하였을 때의 결과를 시각화한 것이다. 실험은 내경 0.097 m, 높이 1.8 m 의 슬러리 기포탑에서 진행되었고, 사용한 분배기는 천공 플레이트(perforated plate)이고, 홀의 크기는 1mm, 해당 홀이 12개로서 총 0.128% 의 개구율을 갖고 있다. 도 3 에서 나타난 결과는 예상한 바와 같이 기체에 가압되는 정도가 높을수록, 유속이 빠를수록 점차적으로 보이는 형상이 혼탁해지면서 미세기포가 형성되고 있음을 시사한다. 미세기포를 생성하는 조건은 결과적으로 기체의 밀도를 상승시켜 기체 포집율까지 증대시킬 수 있을 것이라 기대할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the results are visualized when the experiment is performed under various flow rates and pressure conditions. The experiment was carried out in a slurry bubble column with an inner diameter of 0.097 m and a height of 1.8 m. The distributor used was a perforated plate, the size of the hole was 1 mm, and the corresponding hole was 12, with a total opening ratio of 0.128%. The results shown in FIG. 3 suggest that, as expected, the higher the pressure to the gas and the faster the flow rate, the more turbid the visible shape gradually becomes and the formation of microbubbles. As a result, it can be expected that the conditions for generating microbubbles will increase the density of the gas to increase the gas collection rate.

[실험예 3] [Experimental Example 3]

도 5 는 여러 실험에서 취득한 기체 포집율을 운동에너지율에 따라 도시한 그래프를 보여준다. 5 shows a graph showing the gas capture rate obtained in various experiments according to the kinetic energy rate.

구체적으로 도 5 는 등유(케로젠)에서 기체유속, 시스템 압력, 분배기의 홀의 크기, 분배기의 개구비 (opening fraction), 홀의 개수 에 따른 기체 체류량을 측정한 후 화학식 1 을 이용하여

Figure 112020063082106-pat00037
을 계산하여 도시하였다.Specifically, FIG. 5 shows the gas flow rate, system pressure, the size of the holes in the distributor, the opening fraction of the distributor, and the gas retention according to the number of holes measured in kerosene (kerogen), and then using Chemical Formula 1
Figure 112020063082106-pat00037
was calculated and shown.

도 5 의 좌측은 기포와 미세기포 그리고 포밍 (foaming, 유속이 매우 빨라 불안정하게 기포탑 밖으로 액체가 넘어가 정상상태를 유지 못하는 상태) 에 따라 인덱스를 구분한 것이고, 도 5 의 우측은 분배기의 종류에 따라 인덱스를 구분한 것이다. 도 5 의 좌측을 보면, 미세기포와 중형 기포는 0.45 J/s의 운동에너지율에서 구분이 가능하다는 것을 파악할 수 있다. 즉, 분배기를 설계할 때, 본 실험예에서는 운동에너지율이 0.45 J/s 이상인 경우에는 미세기포가 형성될 것임을 시사한다. The left side of FIG. 5 shows the indexes according to bubbles, microbubbles, and foaming (foaming, a state in which the liquid flows out of the bubble column unstable and cannot maintain a steady state because the flow rate is very fast), and the right side of FIG. 5 shows the type of distributor. indexes are classified accordingly. Looking at the left side of FIG. 5 , it can be seen that microbubbles and medium bubbles can be distinguished at a kinetic energy rate of 0.45 J/s. That is, when designing the distributor, this experimental example suggests that if the kinetic energy rate is 0.45 J/s or more, microbubbles will be formed.

운동에너지율의 공식을 참고할 때, 동일한 분배기라면, 기체의 밀도가 클수록 (가압이 될수록) 또는 유속이 빠를수록 값이 커지므로, 이는 미세기포가 발생될 조건과 일치한다. 도 5 의 우측의 도표를 보면, 운동에너지율이 0.45 J/s 이하의 큰 기포가 발생되는 영역에서는 분배기의 영향을 크게 받지 않지만, 운동에너지율이 0.45 J/s를 넘어가 미세기포가 형성될 때는 기체 포집율이 분배기의 형상에 유의미하게 영향을 받음을 시사한다.When referring to the formula of the kinetic energy rate, if it is the same distributor, the higher the gas density (the higher the pressure) or the faster the flow rate, the larger the value becomes, so this is consistent with the conditions for microbubbles. Referring to the chart on the right side of FIG. 5 , it is not significantly affected by the distributor in the region where large bubbles of kinetic energy rate of 0.45 J/s or less are generated, but when the kinetic energy rate exceeds 0.45 J/s and fine bubbles are formed This suggests that the gas collection rate is significantly affected by the shape of the distributor.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

Claims (11)

홀을 포함하는 제 1 분배기 및 제 2 분배기가 연결된 반응기 상에 석유를 충진하는 단계;
상기 석유 상에 상기 제 1 분배기에 의해 미세기포를 주입하는 단계; 및
상기 석유 상에 상기 제 2 분배기에 의해 중형기포를 주입하는 단계;
를 포함하고,
상기 제 1 분배기는 하기 화학식 1 로 표시되는 운동에너지율(
Figure 112022049887565-pat00038
)을 0.45 J/s 이상으로 조절하여 상기 미세기포를 주입하는 것인,
석유의 개질 방법에 있어서,
상기 석유의 개질 방법은 상기 석유 상에 상기 미세기포를 주입함으로써 물질전달 효과를 증가시키고, 상기 석유 상에 상기 중형기포를 주입함으로써 등방성 난류운동이 증가하여 열전달 효과를 증가시키고,
상기 미세기포는 0.3 mm 이하의 크기를 갖고,
상기 중형기포는 5 mm 이상의 크기를 갖는 것인,
석유의 개질 방법:
[화학식 1]
Figure 112022049887565-pat00039

(식 중,
Figure 112022049887565-pat00040
는 홀의 크기,
Figure 112022049887565-pat00041
는 주입되는 기체의 밀도,
Figure 112022049887565-pat00042
은 홀을 빠져 나가는 기체의 유속,
Figure 112022049887565-pat00043
은 홀의 개수임).
Filling the first distributor and the second distributor including a hole on the reactor is connected to the oil;
injecting microbubbles by the first distributor on the petroleum; and
injecting medium-sized bubbles by the second distributor onto the petroleum;
including,
The first distributor is a kinetic energy rate represented by the following formula (1)
Figure 112022049887565-pat00038
) to inject the microbubbles by controlling it to 0.45 J / s or more,
In the reforming method of petroleum,
The petroleum reforming method increases the mass transfer effect by injecting the microbubbles into the petroleum, and increases the isotropic turbulence by injecting the medium bubbles into the petroleum to increase the heat transfer effect,
The microbubbles have a size of 0.3 mm or less,
The medium-sized bubble will have a size of 5 mm or more,
Oil reforming method:
[Formula 1]
Figure 112022049887565-pat00039

(During the meal,
Figure 112022049887565-pat00040
is the size of the hall,
Figure 112022049887565-pat00041
is the density of the injected gas,
Figure 112022049887565-pat00042
the velocity of the gas exiting the hole,
Figure 112022049887565-pat00043
is the number of holes).
 제 1 항에 있어서,
상기 석유는 중질유, 등유, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 석유의 개질 방법.
The method of claim 1,
The petroleum is heavy oil, kerosene, or a method for reforming petroleum, including a combination thereof.
 제 1 항에 있어서,
상기 미세기포 및 상기 중형기포는 상기 석유 상에 불균일하게 분포하는 것인, 석유의 개질 방법.
The method of claim 1,
The micro-bubbles and the medium-sized bubbles are non-uniformly distributed in the petroleum phase, the reforming method of petroleum.
 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 분배기 및 상기 제 2 분배기 상에 수소 기체가 주입되어 기포를 형성하는 것인, 석유의 개질 방법.
The method of claim 1,
Hydrogen gas is injected onto the first distributor and the second distributor to form bubbles.
 삭제delete 제 1 항에 있어서.
상기 미세기포는 구형인 것인, 석유의 개질 방법.
The method of claim 1 .
The microbubbles are spherical, the reforming method of petroleum.
 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 중형기포는 구형-모자(Spherical-cap) 형상인 것인, 석유의 개질 방법.
The method of claim 1,
The medium-sized bubble is a spherical-cap (Spherical-cap) shape, the reforming method of petroleum.
 제 1 항에 있어서.
상기 석유의 개질 방법은 등온 반응에 의해 수행되는 것인, 석유의 개질 방법.
The method of claim 1 .
The reforming method of the petroleum will be carried out by an isothermal reaction, the reforming method of petroleum.
 홀을 포함하는 제 1 분배기;
홀을 포함하는 제 2 분배기; 및
상기 제 1 분배기 및 상기 제 2 분배기와 연결되고, 석유가 충진된 반응기
를 포함하는 슬러리 기포탑 반응기에 있어서,
상기 제 1 분배기에 의해 기체가 주입되어 상기 석유 상에 미세기포가 형성되고,
상기 제 2 분배기에 의해 기체가 주입되어 상기 석유 상에 중형기포가 형성되고,
상기 제 1 분배기는 하기 화학식 1 로 표시되는 운동에너지율(
Figure 112022049887565-pat00044
)을 0.45 J/s 이상으로 조절하여 상기 미세기포를 형성하는 것인,
슬러리 기포탑 반응기에 있어서,
상기 슬러리 기포탑 반응기는 상기 석유 상에 상기 미세기포를 주입함으로써 물질전달 효과를 증가시키고, 상기 석유 상에 상기 중형기포를 주입함으로써 등방성 난류운동이 증가하여 열전달 효과를 증가시키고,
상기 미세기포는 0.3 mm 이하의 크기를 갖고,
상기 중형기포는 5 mm 이상의 크기를 갖는 것인,
슬러리 기포탑 반응기:
[화학식 1]
Figure 112022049887565-pat00045

(식 중,
Figure 112022049887565-pat00046
는 홀의 크기,
Figure 112022049887565-pat00047
는 주입되는 기체의 밀도,
Figure 112022049887565-pat00048
은 홀을 빠져 나가는 기체의 유속,
Figure 112022049887565-pat00049
은 홀의 개수임).
a first distributor including a hole;
a second distributor including a hole; and
A reactor connected to the first distributor and the second distributor and filled with petroleum
A slurry bubble column reactor comprising:
Gas is injected by the first distributor to form microbubbles on the petroleum,
Gas is injected by the second distributor to form medium-sized bubbles on the petroleum,
The first distributor is a kinetic energy rate represented by the following formula (1)
Figure 112022049887565-pat00044
) to form the microbubbles by controlling it to 0.45 J / s or more,
A slurry bubble column reactor comprising:
The slurry bubble column reactor increases the mass transfer effect by injecting the microbubbles into the petroleum phase, and increases the isotropic turbulence motion by injecting the medium-sized bubbles into the petroleum phase to increase the heat transfer effect,
The microbubbles have a size of 0.3 mm or less,
The medium-sized bubble will have a size of 5 mm or more,
Slurry Bubble Column Reactor:
[Formula 1]
Figure 112022049887565-pat00045

(During the meal,
Figure 112022049887565-pat00046
is the size of the hall,
Figure 112022049887565-pat00047
is the density of the injected gas,
Figure 112022049887565-pat00048
the velocity of the gas exiting the hole,
Figure 112022049887565-pat00049
is the number of holes).
 삭제delete
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