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Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.14, No.6, 689-697, October, 2003
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이산화탄소 산화제를 이용한 탄화수소의 촉매 탈수소화 기술
Catalytic Dehydrogenation of Hydrocarbons with Carbon Dioxide as Soft Oxidant
김재근†, 유형진1, 황규연1, 김경호1
  • 파츠닉(주) 연구소, 경기 435-030
  • 1중앙대학교 화학공학과, 서울 156-756
Jaekeu Kim†, Hyungjin Yu1, Kyuyeun Hwang1, and Kyoungho Kim1
  • Partsnic R&D Center, Kyonggi-Do 435-030, Korea
  • 1Department of Chemical Engineering, Chung-Ang University, Seoul 156-756, Korea
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초록
온실가스로 잘 알려진 이산화탄소의 배출을 줄이기 위한 집중적인 연구가 지난 10년간 진행되었다. 대부분의 연구는 탄소 공급원으로서의 이산화탄소를 다양한 환원제를 써서 촉매반응에 활용하는 것에 집중되었다. 특히 부가가치가 높은 화합물을 얻기 위한 촉매 반응에 있어 이산화탄소의 산소원자를 떼어내기 위해 수소가 사용되어왔는데, 이 수소화 촉매 공정이 상업화되지 못하는 원인은 기존의 수증기 개질 등의 공정에서 제조되는 수소의 비용이 수소화 반응을 거친 최종 생산물의 가격보다 비싸기 때문이다. 따라서 이에 대한 대안으로서 '온화한 산화제' 그리고 산소 전달 물질로서 이산화탄소의 활용이 주목되고 있다. 이산화탄소로부터 기인한 표면 산소은 지방족 탄화수소 뿐만 아니라 방향족 탄화수소의 산화반응에 활성이 있는 것으로 확인되었다. 이러한 접근은 이산화탄소 활용 기술의 새로운 분야를 열 것으로 기대된다. 주목할 것은 최근 이산화탄소가 산화제로 작용하여 에틸벤젠 탈수소화 반응에 적용될 때 촉매 활성과 함께 스티렌 선택성이 향상되는 것으로 알려졌다. 또한 공정에 사용되는 수증기를 이산화탄소로 대체할 경우 에너지 절감 및 열역학적 평형 전환율이 상승되는 이점을 얻을 수 있다. 본 총설에서는 탄화수소의 산화적인 전환을 위한 이산화탄소 산화제 활용에 대한 시도들에 대해 살펴보겠다.
For the mitigation of global warming due to carbon dioxide, catalytic conversions of CO2 with hydrogen has been extensively studied for the last decade. Most of studies in this field have been concentrated on the utilization of carbon dioxide as a carbon source through catalytic reduction processes with various kinds of reductants. However, catalytic hydrogenation has confronted with some limitations to be commercialized because of the use of expensive hydrogen as a reductant. As an alternative way, the utilization of CO2 as a soft oxidant and an oxygen transfer agent is attracting considerable attention. The oxygen species have been proven to be active in the oxidative conversions of aromatic hydrocarbons as well as aliphatic hydrocarbons. This approach may be expected to open new technology for CO2 utilization. In particular, it was found that carbon dioxide plays a role as an oxidant to increase catalytic activity and selectivity to styrene in dehydrogenation of ethylbenzene. In addition, the use of CO2 with replacement of steam gave beneficial advantages such as energy saving and increase in equilibrium conversion. In this short review, we attempt to integrate recent efforts on CO2 utilization as a soft oxidant for oxidative conversions of hydrocarbons.
Keywords:carbon dioxide;soft oxidant;dehydrogenation;ethylbenzene;styrene
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