| 학회 | 한국공업화학회 |
| 학술대회 | 2015년 봄 (04/29 ~ 05/01, BEXCO (부산)) |
| 권호 | 19권 1호 |
| 발표분야 | (석유화학윤활유) 석유화학 촉매 및 환경친화형 소재 개발동향 |
| 제목 | 바이오 항공유 제조를 위한 수소화업그레이딩 반응용 촉매 |
| 초록 | 석유로 대표되는 화석연료의 고갈로 인하여 에너지 자원의 안정적 확보와 지구온난화 문제에 대응할 수 있는 미래형 청정합성연료의 개발이 필요하다. 유사시 국가적 안보를 위해서 반드시 필요하며, 국가적 에너지 위기에 대응할 수 있는 민간 및 군용항공기에 적용 가능한 청정 항공유를 제조하는 기술의 필요성이 최근에 크게 대두되고 있다. 바이오항공유는 대표적인 석유대체자원 중 하나인 비식용 바이오매스로부터 생산 할 수 있으며, 팜, 자트로파, 카멜라유 등의 비식용 유지작물, palm fatty acid distillates 및 dark oil 등의 산업폐유지, 그리고 미세조류 등의 차세대 유지가 이에 속한다. 또는 biomass 로부터 합성가스를 생산하고 이를 다시 Fischer-Tropsch공정을 통해서 액상 탄화수소를 생산한 후, 이로 부터 항공유를 제조할 수 있다. 바이오매스 유래 오일은 대부분 직쇄상 탄화수소로 이루어 졌으며, 저온 유동성등 항공유로서의 물성을 만족시키기 위해서는 수소화 분해 반응이나 수첨 이성화 반응을 통해서 개질하는 것이 필수적이다. 수소화 분해 반응을 통한 개질은 고품질의 연료생산에 필요한 물질에 대한 선택도가 상대적으로 낮은 단점이 있으므로 분해반응을 최소화 하면서 선택적으로 이성화시킬 수 있는 반응에 필요한 촉매 등을 개발하는 것이 중요하다. 고품질의 항공유를 얻기 위해 필수적인 수첨 업그레이딩 반응은 일반적으로 이원 기능 촉매를 통해서 진행된다. 본 연구는 바이오매스 유래 오일의 모델 반응물로서 n-dodecane 및 n-octadecane 을 사용하였다. n-Dodecane의 수첨이성화에 적합한 지지체로는 중간 세기의 산점을 보유한 미세기공 제올라이트 및 메조기공 물질이 적합하였다. n-Dodecane의 수첨이성화을 위한 촉매 screening 연구 결과, Pt/(SAPO-11+Pseudoboehmite) 촉매를 최적 촉매 후보군으로 선정하였다. 고정층 촉매 반응기를 사용한 반응 실험에서 360 ℃, 1 atm, WHSV 1/h 조건에서 65.4 wt%의 이성질체 유분 수율을 달성할 수 있었다. 수첨이성화 반응을 120 시간동안 연속 반응을 수행한 결과, 촉매 비활성화가 관찰되지 않았다. 또한 n-octane, n-decane, n-dodecane 및 n-hexadecane 각각에 대한 수첨이성화 반응을 수행한 결과, 탄화수소 사슬의 길이와 이성화 수율은 반비례 경향을 보인다는 것을 알 수 있었다. F-T 증류 유분의 hydroisomerization 반응 실험을 수행한 결과, jet-fuel 의 물성에 필수적인 freezing point를 크게 낮출 수 있었다. Model 반응물인 n-octadecane의 수첨 upgrading 반응용 Pt/제올라이트 촉매를 screening 하여 Pt/HY 촉매를 최적 촉매로 선정하였다. Pt/HY 촉매를 기반으로 Mg 증진제와 Pseudobohemite 첨가 효과를 분석하였다. 조촉매로서 Mg를 첨가하면 Brӧnsted 산점이 감소하여 산점의 세기가 감소하고 약한 산점의 양이 증가함. Cracking에 의한 light fraction 생성이 감소하여 Jet-fuel yield가 증가하였다. 지지체에 Pseudoboehmite 를 첨가하면 산점 세기가 더욱 감소하여, isomer selectivity 증가 효과가 나타났다. |
| 저자 | 전종기1, 정은아1, 김철웅2, 정순용2 |
| 소속 | 1공주대, 2한국화학(연) |
| 키워드 | 바이오매스; 항공유; 수첨업그레이딩; 촉매 |
