| 초록 |
EDC 열분해 공정은 여타 열분해 공정에 비해 낮은 온도인 750K부근에서 이루어지며, 반응 과정 중에 생성되는 Cl Radical은 분해 반응의 촉매 역할을 하기 때문에 별도의 촉매를 투여하지 않는 기상 반응으로 이루어진다. EDC열분해 반응은 10K 정도의 미세한 온도 변화에도 전체 반응 수율이 달라질 정도로 온도에 민감하게 반응한다. Coke의 형성 정도는 에탄이나 납사 열분해 반응에 비해 비교적 적으나, Graphite 혹은 소결 현상을 보인 후 나타나는 원형의 Coke가 다량 얻어지며 에탄 열분해로에서 보이는 필라멘트 형태의 Coke는 거의 관찰되지 않았다. Isao Mochida등은 열분해로와 열교환기 등을 포함한 반응기 전체의 Coke 샘플에 대한 SEM 사진을 촬영하여 분석한 결과 EDC 열분해 반응과 관계된 Coke에서 필라멘트 형태를 나타내는 Coke는 어디서도 검출되지 않아 본 연구와 흡사한 결과를 나타내었다. Coke형성이 반응기 자체에 미치는 영향은 열전달 계수의 감소로 나타났으며, 반응기의 열저항은 반응기 Coil의 열저항과 동시에 계산하였을 때 조업 시간에 따라 1차식으로 회귀할 수 있었다. EDC 분해 반응은 Cl Radical이 가장 핵심적인 역할을 하고 있으며, Cl Radical은 반응 첨가물에 의해 제어가 가능하였다. Cl Radical의 농도를 높게 유지시키는 첨가제를 투입하면 분해 효율이 좋아지면서 부산물이 증가하였다. 반면에, Cl Radical의 농도를 낮게 유지시키는 물질을 첨가제로 사용할 경우, 분해 효율과 부산물의 양 모두가 감소하였다. EDC 분해 반응에 가장 큰 영향을 주는 또 다른 요소는 반응 온도였으며, 반응 온도를 높게 유지할수록 EDC의 분해 효율은 증가하였다. 그러나 반응 온도가 높게 유지되면 부산물 생성량이 급격히 증가하였다. EDC 열분해로에서 관측된 Coke는 단면이 소결 현상을 보인 것과 같은 둥근 구형으로 나타났으며, 표면은 Graphite의 형상를 띠고 있었다. 또한, Coke의 형성은 반응기 벽면이나 상부 공정에서 유입된 금속 성분에 의한 촉매 작용이 매우 큰 것으로 나타났다. 반응기 벽면에서보다 유체 안에 포함된 Coke에 촉매 작용을 하는 Ni, Cr 등의 금속 성분이 훨씬 더 많이 포함되어 있는 것을 알 수 있었다. 반응 조건의 최적화는 반응기 온도 제어로 가장 큰 효과를 볼 수 있다. 전체 반응 온도를 760K 미만으로 유지하면서 반응기 입구에서 순간적으로 반응 온도를 740K 이상으로 높여 주는 조업 조건을 제시할 수 있다면, 부산물은 적게 하면서 반응 수율을 높일 수 있다. 이는 Coke의 형성 전 단계의 물질인 Acetylene이나 Butadiene 등의 활발한 생성 온도가 760K 이상으로 예측되었기 때문이다.
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