[논문]구형 철-알루미나 입자 제조 및 피셔-트롭시 반응을 위안 전처리 조건 확립

유계상; 이동준; 정광덕

구형 철-알루미나 입자 제조 및 피셔-트롭시 반응을 위안 전처리 조건 확립
Development of Fe/$Al_2O_3$ Composite Granules and Activation Conditions for Fischer-Tropsch Synthesis 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.19 no.6, 2008년, pp.545 - 551

유계상 (서울산업대학교 화학공학과) , 이동준 (고려대학교 화공생명공학과) , 정광덕 (한국과학기술연구원 청정에너지연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Fe/$Al_2O_3$ composite granules were prepared by combining sol-gel/oil drop method. The shape of granules were mainly determined by composition and concentration of aluminum precursor. The composite granule with the lowest aluminum concentration was synthesized with 0.75M boehmite solution. The prepared granules were tested as a catalyst in the plug-flow reactor for Fischer-Tropsch synthesis. Before the reaction, catalysts were activated by hydrogen reduction and synthesis gas treatment. The activation conditions and aluminum concentration have affected catalytic performance significantly.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Fe/6 Cu/200 Al) 촉매를 제조하였다. 본 연구에서 철계 촉매에 구리를 소량 첨가하는 것은 철 촉매의 환원온도를 낮추어 주고 FT반응의 활성도를 향상시켜 주기 때문이다'8⑲. 이 촉매를 이용하여 FT반응을 위한 전 처리 조건을 구하는 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 슬러리 반응에 상업적으로 사용 가능한 촉매를 합성하기 위해 기계적 강도가 우수한 구형 철-알루미나 입자를 제조하였다. 졸-겔 법 및오일 법을 사용하여 구형의 촉매입자 (Fe/Al2O3)> 제조하고, 각 조성에 따른 FT 반응성능을 비교하였다.
올레핀 선택도는 생성물 중 경질 합성가스(C■广(京)내에 포함되어 있는 올레핀의 농도로 계산하였다. 이는 최근 석유수급과 에너지 효율 문제로 납사 크레킹 공정에서 생산된 올레핀 가격의 상승으로 인하여 FT반응을 이용한 올레핀 제조공정에 본 촉매의 적용 가능성을 알아보기 위함이다. 구형 촉매의 알루미나 함량이 감소할수록 일산화탄소의 전환율이 급속도로 증가하였다.

제안 방법

건을 확립하기 위하여 환원 시간의 변화에 따른 반응 활성을 구하였다. 환원 온도 400℃ 에서 수소를 이용하여 여러가지 시간에서 환원을 시킨 후, 26 이에서 합성가스로 동일하게 6시간 동안 전처리를 진행하였다.
하였다. 구형 촉매에 미량의 구리를 첨가한 후 최적화된 이단계 전 처리 과정을 거친 후동일한 반응조건 하에서 실험을 수행하였다. 반응 결과는 일산화탄소의 전환율과 올레핀 선택도를 분석하여 Fig.
다양한 농도의 boehmite 용액(0.1 M, 0.5 M, 0.75 M, 1 M)을 aluminum tri-sec-butoxide (ALTSB, 97%, Acres Organics) 의 가수분해와 축합반응을 이용하여 제조하였다. ALTSB 시약을 증류수에 혼합한 후 80~85℃에서 1시간정도 교반 하였다.
다양한 알루미늄 함량을 가지는 구형입자의 특성분성을 실시하였다. 구형입자의 철/알루미나의 농도비에 따른 비 표면적과 기공 부피에 대한 분석 결과를 표 1에 나타내었다.
졸-겔 법 및오일 법을 사용하여 구형의 촉매입자 (Fe/Al2O3)> 제조하고, 각 조성에 따른 FT 반응성능을 비교하였다. 또한 최적의 조성을 가지는 구형 촉매를 이용하여 전처리 조건에 대한 연구도 병행하였다.
이 때 수증기 및 고분자 탄화수소는 트랩에 남게돈1다. 미반응 일산화탄소와 수소는 GC에 의해 정량되며 내부 표준물질(N₂)을 이용하여 전환율을 계산하였다.
5에 나타내었다. 올레핀 선택도는 생성물 중 경질 합성가스(C■广(京)내에 포함되어 있는 올레핀의 농도로 계산하였다. 이는 최근 석유수급과 에너지 효율 문제로 납사 크레킹 공정에서 생산된 올레핀 가격의 상승으로 인하여 FT반응을 이용한 올레핀 제조공정에 본 촉매의 적용 가능성을 알아보기 위함이다.
본 연구에서 철계 촉매에 구리를 소량 첨가하는 것은 철 촉매의 환원온도를 낮추어 주고 FT반응의 활성도를 향상시켜 주기 때문이다'8⑲. 이 촉매를 이용하여 FT반응을 위한 전 처리 조건을 구하는 실험을 수행하였다. 먼저 수소를 이용하여 촉매를 환원시킨 후, 합성가스로 활성화 시키는 이 단계 전처리조건을 확립하였다.
동안 동일하게 수소 환원을 시켰다. 이후 260℃ 에서 합성가스를 이용한 전처리 시간을 변화시키면서 반응활성을 측정하였다. Fig.
이용하였다. 정량한 구형 입자를 30 0℃에서 4시간 동안 전처리한 후, 질소 흡착장치 (ASAP 2010 Micromerities Co)를 사용하여 77 K 에서 비표면적과 기공 부피를 계산하였다.
제조된 과립형 입자의 모양과 크기는 광학 현미경 (Nikon C-PS)을 사용하여 분석하였다.
제조된 구형 입자의 형상을 정밀하게 분석하기 위하여 광학현미경을 이용하여 측정하였다. 제조된 구형입자 가운데 철의 농도가 가장 높은 경우와 가장 낮은 경우의 결과를 Fig.
졸-겔 법 및오일 법을 사용하여 구형의 촉매입자 (Fe/Al2O3)> 제조하고, 각 조성에 따른 FT 반응성능을 비교하였다. 또한 최적의 조성을 가지는 구형 촉매를 이용하여 전처리 조건에 대한 연구도 병행하였다.
졸-겔 법과 오일 법을 결합하여 FT 반응을 위한 구형 금속산화물 촉매를 합성하였다. 특히 0.
철-알루미나 구형 촉매의 알루미나 함량이 FT 반응 활성에 미치는 영향에 대하여 실험을 수행 하였다. 구형 촉매에 미량의 구리를 첨가한 후 최적화된 이단계 전 처리 과정을 거친 후동일한 반응조건 하에서 실험을 수행하였다.
촉매의 FT 반응 성능 실험은 Plug flow 반응기안에서 수행하였다. CO(99.
최적의 전처리 조건을 찾기 위해 수소 환원 및 합성가스 전처리 시간을 달리하여 반응성을 비교하였다. 환원 조건 비교를 위해 4arc에서 氏를 (广12시간 흘려주었으며, 합성가스 전처리 조건을 비교하기 위해 수소 환원시킨 후, 합성가스를 26 0℃에서 (广8시간 흘려주었다.
구하였다. 환원 온도 400℃ 에서 수소를 이용하여 여러가지 시간에서 환원을 시킨 후, 26 이에서 합성가스로 동일하게 6시간 동안 전처리를 진행하였다. 동일한 반응조건 하에서 수소 환원 시간에 따른 일산화탄소의 전환율을 구하여 Fig.

대상 데이터

다양한 조성의 구형 촉매 중 Al/Fe 함량비가 가장 적은 촉매에 조촉매로 미량의 구리를 첨가하여 (100 Fe/6 Cu/200 Al) 촉매를 제조하였다. 본 연구에서 철계 촉매에 구리를 소량 첨가하는 것은 철 촉매의 환원온도를 낮추어 주고 FT반응의 활성도를 향상시켜 주기 때문이다'8⑲.

이론/모형

촉매의 표면적과 기공 부피를 측정하기 위해 질소흡착법을 이용하였다. 정량한 구형 입자를 30 0℃에서 4시간 동안 전처리한 후, 질소 흡착장치 (ASAP 2010 Micromerities Co)를 사용하여 77 K 에서 비표면적과 기공 부피를 계산하였다.

성능/효과

철의 농도가 증가할수록 구형 도가 감소하는 것이 관찰되었다. 특히 "e의 비가 2보다 적을 경우에 입자의 형상이 불규칙 적인 구형으로 합성됨을 관찰할 수 있었다. 이는 철 원소 하나에 최소한 두 개 이상의 알루미늄 입자가 산소원자들과 결합하여야 안정된 금속 산화물 구조를 형성하는 것을 의미한다.
이는 최근 석유수급과 에너지 효율 문제로 납사 크레킹 공정에서 생산된 올레핀 가격의 상승으로 인하여 FT반응을 이용한 올레핀 제조공정에 본 촉매의 적용 가능성을 알아보기 위함이다. 구형 촉매의 알루미나 함량이 감소할수록 일산화탄소의 전환율이 급속도로 증가하였다. 이는 FT 반응의 활성점인 iron-carbide를 형성하는 철의 상대적 함량이 증가했기 때문이다.
최적의 전처리 조건은 12시간 동안 수소로 환원시킨 이후 4시간 동안 합성가스로 전처리하는 것이다. 동일한 반응 조건하에서의 FT 반응활성은 알루미늄의 함량이 감소할수록 우수하였다.
이는 FT 반응의 활성점인 iron-carbide를 형성하는 철의 상대적 함량이 증가했기 때문이다. 또한 알루미나의 함량이 감소할수록 올레핀 선택도도 증가하였다. 이와 같이 본 연구에서 사용된 철-알루미나 구형 촉매의 경우 알루미나의 함량이 적어질수록 높은 FT 반응성을 보임을 알 수 있다.
또한 알루미나의 함량이 감소할수록 올레핀 선택도도 증가하였다. 이와 같이 본 연구에서 사용된 철-알루미나 구형 촉매의 경우 알루미나의 함량이 적어질수록 높은 FT 반응성을 보임을 알 수 있다.
2에 나타내었다. 철의 농도가 증가할수록 구형 도가 감소하는 것이 관찰되었다. 특히 "e의 비가 2보다 적을 경우에 입자의 형상이 불규칙 적인 구형으로 합성됨을 관찰할 수 있었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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