F-T 반응이 공업적으로 활용되기 위해서는 촉매의 대량 합성 및 성형체의 기계적 강도가 매우 중요한 변수로 적용될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 F-T 합성반응용 촉매로 잘 알려진 Fe 계열 촉매의 성형체 제조를 위한 바인더의 영향을 알아보기 위한 연구를 수행하였다. 촉매 바인더로는 무기바인더와 유기바인더를 사용하여 촉매 성형체를 제조하였다. 무기바인더 및 유기바인더의 종류와 함량에 따른 성형촉매의 물리화학적 특성을 XRD, BET, PSD, TPR, UTM으로 분석하였으며, F-T 합성 반응성에 대한 영향을 관찰함으로써 최적의 성형 촉매 제조 조성을 확립할 수 있었다.
F-T 반응이 공업적으로 활용되기 위해서는 촉매의 대량 합성 및 성형체의 기계적 강도가 매우 중요한 변수로 적용될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 F-T 합성반응용 촉매로 잘 알려진 Fe 계열 촉매의 성형체 제조를 위한 바인더의 영향을 알아보기 위한 연구를 수행하였다. 촉매 바인더로는 무기바인더와 유기바인더를 사용하여 촉매 성형체를 제조하였다. 무기바인더 및 유기바인더의 종류와 함량에 따른 성형촉매의 물리화학적 특성을 XRD, BET, PSD, TPR, UTM으로 분석하였으며, F-T 합성 반응성에 대한 영향을 관찰함으로써 최적의 성형 촉매 제조 조성을 확립할 수 있었다.
The technology enabling the large-scale production of catalysts by extrusion is very important for the commercialization of the Fischer-Tropsch process. In this study, the influence of the binder on the extrudate of Fe-based catalyst well known as FT catalysts has been studied. Inorganic binders suc...
The technology enabling the large-scale production of catalysts by extrusion is very important for the commercialization of the Fischer-Tropsch process. In this study, the influence of the binder on the extrudate of Fe-based catalyst well known as FT catalysts has been studied. Inorganic binders such as kaolin, bentonite, alumina sol and silica sol and organic binders were added during extrudate preparation. The extrudates have been prepared with various compositions, and the physicochemical properties of the extrudates have been examined by XRD, BET, PSD, TPR and UTM. The optimum binder composition of extrudate was established by comparing the FT reaction activity.
The technology enabling the large-scale production of catalysts by extrusion is very important for the commercialization of the Fischer-Tropsch process. In this study, the influence of the binder on the extrudate of Fe-based catalyst well known as FT catalysts has been studied. Inorganic binders such as kaolin, bentonite, alumina sol and silica sol and organic binders were added during extrudate preparation. The extrudates have been prepared with various compositions, and the physicochemical properties of the extrudates have been examined by XRD, BET, PSD, TPR and UTM. The optimum binder composition of extrudate was established by comparing the FT reaction activity.
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문제 정의
본 연구에서는 CO2^ 영향을 크게 받지 않으며 낮은 H2/CO의 비에도 적용이 가능한 철 계열 촉매에 다양한 바인더를 사용한 성형 촉매에 대한 연구를 수행하였다. 촉매를 성형하는 다양한 방법 중 본연구에서는 압줄 성형기 (twin-screw extruder)를 이용한 펠릿 형태의 촉매를 제조하고 바인더 종류와 함량에성형 촉매들의촉매들의 물리 화학적 물성 및 F-T 합성반응 특성에 대한 연구를 수행하였다.
대한 연구를 수행하였다. 촉매를 성형하는 다양한 방법 중 본연구에서는 압줄 성형기 (twin-screw extruder)를 이용한 펠릿 형태의 촉매를 제조하고 바인더 종류와 함량에성형 촉매들의촉매들의 물리 화학적 물성 및 F-T 합성반응 특성에 대한 연구를 수행하였다.
촉매 성형 연구를 위하여 본 연구에서는 사용되는 다양한 바인더의 개별적인 영향을 먼저 관찰하였다. 우선 성형 전 각 바인더를 적절한 물과 함께 혼합하고 훈련만 하여 압출 성형하지 않은 반죽 체를 만들어 물성과 반응성을 관찰하였다.
선택도, 성형체의 물리적 성질을 변화시킨다. 따라서 본 실험에서는 성형체를 제조하기에 적합한 바인더를 선정하기 위해 고상 무기 바인더 및 액상 무기 바인더 각각의 영향을 살펴보았다. 촉매 성형 체를 제조하기 위한 고상의 무기 바인더는 카올린 및 벤토나이트를 사용하였으며, 액상의 무기 바인더는 알루미나 졸 및 실리카졸을 사용하였다.
2). 따라서 본 연구에서는 바인더에 의한 촉매의 표면적 및 세공구조와 같은 물리적 특성과 환원성의 변화를 관찰하였다.
본 연구에서는 바이오매스로부터 제조된 합성가스 조성에 가장 적합한 F-T 반응 촉매로 알려진 Fe계 촉매의 압출 성형 시 사용되는 바인더의 영향을 연구하였으며, 이로부터 최적의 바인더 종류와 조성을 제시할 수 있었다.
제안 방법
우선 공침법에 의해 Fe-Cu-Al의 전구체를 제조한 후, 이에 함침법으로 K 를 함침시켜 최종적으로 4K/100Fe-6Cu-16Al 조성의 촉매를 제조하였다. 전구체 모액의 경우 반응조에 각각 금속의 질산염 (Fe(NO3)3.
5로 조절하여 Fe-Cu-Al의 침전물을 생성하였으며, 2시간 동안 숙성한 후 여과 및 세척을 하였다. 여러 번의 세척 과정을 거친 침전물을 다시 함침조에 넣고 K2CO3 수용액을 첨가하여 교반 시키면서 감압하여 용매를 증발 시켜 겔 상태가 되도록 하였다. 겔 상태의 촉매는 건조기에서 110 ℃, 24시간 동안 건조시켰다.
개별적인 영향을 먼저 관찰하였다. 우선 성형 전 각 바인더를 적절한 물과 함께 혼합하고 훈련만 하여 압출 성형하지 않은 반죽 체를 만들어 물성과 반응성을 관찰하였다. 이후 선정된 각각의 바인더를 사용하여 압출 성형기를 이용한 직경 3 mm 크기의 펠릿 형태로 성형 촉매를 제조하였다.
우선 성형 전 각 바인더를 적절한 물과 함께 혼합하고 훈련만 하여 압출 성형하지 않은 반죽 체를 만들어 물성과 반응성을 관찰하였다. 이후 선정된 각각의 바인더를 사용하여 압출 성형기를 이용한 직경 3 mm 크기의 펠릿 형태로 성형 촉매를 제조하였다. 성형을 위한 바인더로는 카올린(삼전화학(주)) 및 벤토나이트(동해화학공업 (주))와 같은 고상 무기 바인더, 알루미나 졸(풍림무약(주), AS-520, 20 wt% Al2O3) 및 실리카졸(Sigma- Aldrich, HS-40, 40 wt% SiO2)과 같은 액상 무기 바인더, 메틸셀룰로오스(삼성정밀화학, MC-40H), 폴리비닐알코올(동양화학공업(주), PVA-500)과 같은 유기 바인더를 사용하였다.
질소 흡탈착 등온선은 액체질소 온도 -196 ℃ 에서 분석되었고, 분석 전에 모든 시료들은 300 ℃ 온도를 유지하면서 3 시간 동안 전처리하여 촉매 내부에 흡착되어 있는 물과 오염원을 제거한 후에 분석을 수행하였다. 분석기기로는 ASAP 2420(Micromeritics) 을 사용하였으며 얻어진 흡.
분석기기로는 ASAP 2420(Micromeritics) 을 사용하였으며 얻어진 흡.탈착 등온선으로부터 BET(Brunauer, Emmett, Teller)와 BJH(Barret, Joyner, Halenda) 식을 이용하여 BET 비표면적, 세공의 부피 및 크기 분포를 측정하였다.
촉매에 함유된 Fe 및 Cu 성분의 환원성을 관찰하기 위해 승온 환원실험 (TPR, Thermal-programmed reduction)을 실시하였다. 0.
05 g의 촉매를 석영관에 넣고 400 ℃ 에서 3시간 동안 헬륨으로 전처리하였으며, 100 ℃부터 5% H2/Ar을 30 cc/min으로 흘려주면서 온도를 5 ℃/min 속도로 700 ℃까지 승온시켰다. 이때 각 온도에서 시료가 환원되면서 소모되는 수소의 양을 열전도도 검출기 (TCD)로 감지하여 온도의 함수로 TPR 곡선을 구하였다.
제조된 성형 촉매의 압축강도를 측정하기 위해 만능재료 시험기 (Universal testing machine, Instron model 4482)를 이용하였다. 성형 촉매의 압축강도는 상온에서 1 mm/min의 속도로 측정하였으며, 분석 시료 5개의 평균값으로 나타내었다.
환원 반응이 끝난 이후 불활성 가스인 아르곤을 넣어주며 환원 가스를 완전 제거하며 동시에 반응기를 상온, 상압까지 낮추었다. 그다음 H2/CO=2로 조성된 합성가스를 공간속도 2, 000 cc/gc/h로 공급하며 역 압조 절기 (BPR, back pressure regulator) 를 이용하여 반응압력 10 bar로 상승시켰으며, 반응온도인 280 oC까지 승온하여 반응을 수행하였다.
반응물 및 생성물은 기체크로마토그래프 (GC, Donam DS 6200)를사용하여 분석하였다. 반응기와 GC 사이에 고온(150 oC) 및 상온의 포집기를 설치하여 생성물인 수분 및 분자량이 큰 화합물들을 분리, 제거하고 포집기를 통과한 생성물들은 BPR을 통과하여 온라인 GC 에서 분석하였다.
분석하였다. 반응기와 GC 사이에 고온(150 oC) 및 상온의 포집기를 설치하여 생성물인 수분 및 분자량이 큰 화합물들을 분리, 제거하고 포집기를 통과한 생성물들은 BPR을 통과하여 온라인 GC 에서 분석하였다. Ar, CO, CH4 및 CO2는 충진컬럼 (Carbosphere, 1/8 inch 乂 6 m)과 열전도도 검 줄기 (thermal conductivity detector, TCD)를이용하여 분석하였으며, 저분자 탄화수소 화합물(C1-C4)은 모세관컬럼 (GS-Gaspro, 0.
반응기와 GC 사이에 고온(150 oC) 및 상온의 포집기를 설치하여 생성물인 수분 및 분자량이 큰 화합물들을 분리, 제거하고 포집기를 통과한 생성물들은 BPR을 통과하여 온라인 GC 에서 분석하였다. Ar, CO, CH4 및 CO2는 충진컬럼 (Carbosphere, 1/8 inch 乂 6 m)과 열전도도 검 줄기 (thermal conductivity detector, TCD)를이용하여 분석하였으며, 저분자 탄화수소 화합물(C1-C4)은 모세관컬럼 (GS-Gaspro, 0.33 mm x 15 m)과 불꽃이 온 검 줄기 (flame ionization detector, FID)를 통하여 분석하였다.
촉매 성형 체를 제조하기 위한 고상의 무기 바인더는 카올린 및 벤토나이트를 사용하였으며, 액상의 무기 바인더는 알루미나 졸 및 실리카졸을 사용하였다. 각각의 바인더 영향은 압출성형 전 80 wt%의 촉매와 20 wt% 의 바인더를 혼합 및 훈련만 한 상태에서 우선 물성 및 반응성능에 대한 영향을 관찰하였다.
따라서 무기 바인더를 순수한 촉매와 개별적으로 혼합 및 반죽한 촉매들의 F-T 반응을 수행하였다. 각 촉매의 일산화탄소 전환율 및 생성물 분포를 Table 2에 나타내었다.
촉매에 고상 무기 바인더만을 첨가할 경우 혼합물의 점성이 낮아성형체를 형성하기 어려우며 액상 무기 바인더만을 첨가할 경우에는 촉매의 기계적 강도 향상의 어려움이 있어 촉매의 활성에 덜 영향을 주는 고상 및 액상의 무기 바인더를 선정하여 촉매 성형체를 제조하고 이를 이용하여 성형 촉매의 기계적 강도 및 반응 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 앞서 살펴본 결과를 바탕으로 촉매의 일산화탄소전환율을 크게 감소시키지 않으며, C5 이상의 탄화수소 화합물 선택도가 높은 카올린과 알루미나 졸을 각각 고상과 액상의 무기 바인더로 선정하고 촉매 압출 성형 체를 제조하였다.
이를 이용하여 성형 촉매의 기계적 강도 및 반응 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 앞서 살펴본 결과를 바탕으로 촉매의 일산화탄소전환율을 크게 감소시키지 않으며, C5 이상의 탄화수소 화합물 선택도가 높은 카올린과 알루미나 졸을 각각 고상과 액상의 무기 바인더로 선정하고 촉매 압출 성형 체를 제조하였다.
압출 성형 조성은 Table 3에 제시된 것처럼 고상, 액상 무기 바인더의 비율은 동일하게 유지하고 전체 바인더의 함량을 30, 40, 50 wt%로 조절하였으며, 또한 전체 바인더의 함량을 40 wt%로 고정하고 액상, 고상 무기 바인더의 비율을 조절하여 성형 촉매를 제조하였다. 전체 바인더의 함량이 증가할수록 비 표면적과 세공부피 및 크기는 조금씩 감소하였으며, 같은 바인더 함량에서 알루미나졸의 함량이 증가할수록 비 표면적과 세공부피가 증가하는 경향을 보였다.
앞서 언급된 최적의 무기 바인더 조성을 기준으로 추가적인 촉매 강도 및 물성 개선을 위하여 유기 바인더를 1 wt% 추가하여 성형 촉매를 제조하였으며, 이의 영향을 관찰하였다. 일반적으로 유기 바인더는 압출 성형체의 가소성을 증가시켜주고 점성을 향상시켜주므로압출 가공성과 촉매 강도 개선에 효과가 있을 수 있으며, 또한 소성 과정에서 유기바인더가 존재하였던 곳이 새로운 세공으로 발달되어촉매의 비표면적과 세공구조를 개선할 수 있다고 알려져 있다.
대상 데이터
이후 선정된 각각의 바인더를 사용하여 압출 성형기를 이용한 직경 3 mm 크기의 펠릿 형태로 성형 촉매를 제조하였다. 성형을 위한 바인더로는 카올린(삼전화학(주)) 및 벤토나이트(동해화학공업 (주))와 같은 고상 무기 바인더, 알루미나 졸(풍림무약(주), AS-520, 20 wt% Al2O3) 및 실리카졸(Sigma- Aldrich, HS-40, 40 wt% SiO2)과 같은 액상 무기 바인더, 메틸셀룰로오스(삼성정밀화학, MC-40H), 폴리비닐알코올(동양화학공업(주), PVA-500)과 같은 유기 바인더를 사용하였다. 성형 순서는 촉매, 고상 무기 바인더 및 유기 바인더를 균일하게 혼합한 후 액상 바인더와 물을 첨가하여 혼합기에서 1차 혼합하고 이를 반복적으로 훈련하고 마지막으로 원하는 크기의 펠릿 형태로 압출한다.
XRD 분석에 사용된 radiation source는 CuKa 이었으며, 40 kV, 40 mA 조건 하에서 5.0°/min 속도로 1.5° < 20 < 80° 범위에서 측정하였다.
따라서 본 실험에서는 성형체를 제조하기에 적합한 바인더를 선정하기 위해 고상 무기 바인더 및 액상 무기 바인더 각각의 영향을 살펴보았다. 촉매 성형 체를 제조하기 위한 고상의 무기 바인더는 카올린 및 벤토나이트를 사용하였으며, 액상의 무기 바인더는 알루미나 졸 및 실리카졸을 사용하였다. 각각의 바인더 영향은 압출성형 전 80 wt%의 촉매와 20 wt% 의 바인더를 혼합 및 훈련만 한 상태에서 우선 물성 및 반응성능에 대한 영향을 관찰하였다.
데이터처리
본 연구에서 제조된 촉매들의 결정 구조 확인을 위해 X-선 회절 분석 실험 (X-ray diffraction, Rigaku Model, D/MAX-2200V)을 실시하였다. XRD 분석에 사용된 radiation source는 CuKa 이었으며, 40 kV, 40 mA 조건 하에서 5.
이론/모형
촉매의 물리적인 특성을 측정하기 위한 방법으로서 촉매의 비 표면적 및 세공 크기와 세공 크기 분포 등은 질소 흡탈착 법에 의하여 측정하였다. 질소 흡탈착 등온선은 액체질소 온도 -196 ℃ 에서 분석되었고, 분석 전에 모든 시료들은 300 ℃ 온도를 유지하면서 3 시간 동안 전처리하여 촉매 내부에 흡착되어 있는 물과 오염원을 제거한 후에 분석을 수행하였다.
성능/효과
촉매에 고상 및 액상의 무기 바인더를 혼합함에 따른 촉매의 주요 활성 성분인 Fe의 결정성에 대한 영향은 XRD 결과로부터 크지 않음을 알 수 있었다 (Fig. 2). 따라서 본 연구에서는 바인더에 의한 촉매의 표면적 및 세공구조와 같은 물리적 특성과 환원성의 변화를 관찰하였다.
3에서 볼 수 있는 것처럼 고상 무기 바인더가 첨가된 경우 고상 무기 바인더 자체의 낮은 비표 면적과 고상 무기바인더에 의한 작은 세공의 막힘 현상으로 인하여 비 표면적이 감소하고 평균 세공 크기는 증가하는 경향을 보였다. 특히 고상 무기 바인더 중 벤토나이트가 카올린보다 더 높은 비표면적 감소를보였으며, 평균세공크기도 더 커짐을 알 수 있었다. 이로부터 카올린보다 벤토나이트가 촉매의 표면 물성과 세공구조의 변화에 더 많은 영향을 주는 것으로 판단할 수 있다.
이로부터 카올린보다 벤토나이트가 촉매의 표면 물성과 세공구조의 변화에 더 많은 영향을 주는 것으로 판단할 수 있다. 그러나 액상 무기바인더를 첨가한 경우에는 알루미나와 실리카 자체의 높은 비 표면적과 많은 세 공으로 인하여 비 표면적과 세공 부피 및 크기 모두 증가하였으며, 알루미나 졸을 사용한 경우가 상대적으로 높은 비 표면적과 큰 세공을 가짐을 알 수 있었다.
4에서 보여지는 것처럼, 고상 무기바인더는 Cu 산화물의 환원성에 더 큰 영향을 줌을 알 수 있다. 특히 벤토나이트를 사용한 경우 CuO에서 Cu로의 환원 피크가 크게 감소하며, 카올린보다 촉매의 환원 특성에 더 영향을 주었다. 액상 무기바인더의 경우 종류에 따라서 Fe와 Cu 산화물의 환원성에 서로 상반된 효과를 보여주었다.
액상 무기바인더의 경우 종류에 따라서 Fe와 Cu 산화물의 환원성에 서로 상반된 효과를 보여주었다. 알루미나졸을 사용한 경우 Fe와 Cu 산화물의 환원 피크 온도가 낮은 온도로 이동하는 반면에 실리카 졸을 사용한 경우는실리카가 Fe와 Cu 산화물의 환원 능력을 낮 줌을 알 수 있었다. 이러한 바인더에 의한 촉매의 환원 특성 변화는 F-T 반응 활성에 큰 영향을 미칠 것으로 사료된다.
고상의 무기바인더를 첨가한 경우 순수한 촉매와 유사한 일산화탄소 전환율을 나타내었다. 그러나 고상 무기 바인더의 혼합은 C5 이상의 탄화수소에 대한 수율을 다소 감소시키고 올레핀보다는 파라핀의 선택성을 크게 증가시킴을 알 수 있었다. 특히 고상 무기 바인더 중에서 카올린과 벤토나이트는 F-T 반응 활성에서 큰 차이를 보이지 않으나 올레핀에 대한 선택성은 완연한 차이를 나타내었다.
벤토나이트를 고상 무기바인더로 사용한 경우 올레핀에 대한 선택도가 카올린보다 많이 낮아짐을 알 수 있었다. 이에 대한 이유를 확인하기 위해서 Table 2에 제시된 것처럼 벤토나이트와 카올린을 각각 독립적으로 촉매 층 위에 두어 F-T 반응성을 관찰하였으나 벤토나이트와 카올린 자체는 거의 반응 활성과 선택성에 영향을 주지 않음을 알 수 있었다. 이로부터 고상 무기 바인더의 반응에 대한 영향은 고상 무기 바인더 자체가 반응활성과 선택성에 영향을 미치는 것이 아니라 앞서 언급된 것처럼 바인더에 의한 촉매의 비 표면적과 세공구조와 같은 물리적 특성의 변화와 촉매 표면 덮음 효과에 의해서 활성 성분인 Fe와 Cu의 환원도 감소에 의한 것임을 알 수 있었다.
이에 대한 이유를 확인하기 위해서 Table 2에 제시된 것처럼 벤토나이트와 카올린을 각각 독립적으로 촉매 층 위에 두어 F-T 반응성을 관찰하였으나 벤토나이트와 카올린 자체는 거의 반응 활성과 선택성에 영향을 주지 않음을 알 수 있었다. 이로부터 고상 무기 바인더의 반응에 대한 영향은 고상 무기 바인더 자체가 반응활성과 선택성에 영향을 미치는 것이 아니라 앞서 언급된 것처럼 바인더에 의한 촉매의 비 표면적과 세공구조와 같은 물리적 특성의 변화와 촉매 표면 덮음 효과에 의해서 활성 성분인 Fe와 Cu의 환원도 감소에 의한 것임을 알 수 있었다. 액상 무기 바인더의 경우 알루미나졸을 사용한 촉매의 경우에는 순수한 촉매와 유사한 일산화탄소 전환율을 보인 반면 실리카 졸을 사용한 촉매의 경우에는 일산화탄소 전환율이 매우 낮아짐을 알 수 있었다.
이로부터 고상 무기 바인더의 반응에 대한 영향은 고상 무기 바인더 자체가 반응활성과 선택성에 영향을 미치는 것이 아니라 앞서 언급된 것처럼 바인더에 의한 촉매의 비 표면적과 세공구조와 같은 물리적 특성의 변화와 촉매 표면 덮음 효과에 의해서 활성 성분인 Fe와 Cu의 환원도 감소에 의한 것임을 알 수 있었다. 액상 무기 바인더의 경우 알루미나졸을 사용한 촉매의 경우에는 순수한 촉매와 유사한 일산화탄소 전환율을 보인 반면 실리카 졸을 사용한 촉매의 경우에는 일산화탄소 전환율이 매우 낮아짐을 알 수 있었다. 이는 TPR 분석 결과에서와 같이 환원 피크가 저온으로 이동하였으나 전체적인 환원량이 적어져 전환율이 낮게 나타난 것으로 판단된다.
또한 고상 무기바인더와 마찬가지로 액상 무기바인더가 첨가된 경우 C1~C4의 저분자 탄화수소 선택도는 다소 증가한 반면 C5 이상의 고분자 탄화수소는 감소하였다. 또한 올레핀의 선택도도 낮아지는 결과를 얻을 수 있었으며, 특히 알루미나 졸을 사용한 경우에는 올레핀에 대한 선택도가 21% 정도로 낮아져 대부분 파라핀이 생성됨을 알 수 있었다.
[9, 12]. 따라서 본 연구에서도 이러한 효과를 통하여 Table 5 및 Fig. 5에 제 시된 것처럼 낮은 비 표면적을 가지는 성형 촉매의 물성을 개선하고 기계적 강도를 개선할 수 있었다. 특히 유기 바인더가 첨가된 성형 촉매의 경우 소성 과정에서 약 4 nm의 세공이 크게 발달되었으며 이로 인한 비 표면적이 50% 이상 증가되었음을 알 수 있었다.
전체 바인더의 함량이 증가할수록 비 표면적과 세공부피 및 크기는 조금씩 감소하였으며, 같은 바인더 함량에서 알루미나졸의 함량이 증가할수록 비 표면적과 세공부피가 증가하는 경향을 보였다. 이는 앞서 Table 1에서와같이 알루미나가 첨가됨에 따라 비 표면적이 증가하는 것과 같은 결과를 나타낸 것으로 사료된다.
과 4에 각각 나타내었다. 본 연구에서 실험한 바인더 함량과 카올린 및 알루미나 졸 조성 범위에서는 성형 촉매들의 F-T 반응 성능에서는 큰 차이를 보이지 않았으나, 기계적 강도의 경우 뚜렷한 차이가 있음을 알 수 있었다. 전체 바인더 함량의 경우 40 wt%가 가장 높은 기계적 강도를 보였으며, 또한 알루미나 졸의 함량이 증가할수록 기계적 강도는 증가하다가 더 많아지는 경우 알루미나졸에 포함된 물의 함량이 증가하여 다소 감소하는 경향을 보였다.
본 연구에서 실험한 바인더 함량과 카올린 및 알루미나 졸 조성 범위에서는 성형 촉매들의 F-T 반응 성능에서는 큰 차이를 보이지 않았으나, 기계적 강도의 경우 뚜렷한 차이가 있음을 알 수 있었다. 전체 바인더 함량의 경우 40 wt%가 가장 높은 기계적 강도를 보였으며, 또한 알루미나 졸의 함량이 증가할수록 기계적 강도는 증가하다가 더 많아지는 경우 알루미나졸에 포함된 물의 함량이 증가하여 다소 감소하는 경향을 보였다. 알루미나 졸의 알루미나 함량과 카올린 함량의 비가 7 : 33의 경우가 가장 최적의 강도를 나타내었다.
특히 유기 바인더가 첨가된 성형 촉매의 경우 소성 과정에서 약 4 nm의 세공이 크게 발달되었으며 이로 인한 비 표면적이 50% 이상 증가되었음을 알 수 있었다. 이러한 개선된 물성에 의해서 F-T 반응성능에서도 C5 이상의 탄화수소에 대한 선택성이 다소 증가하는 효과를 확인할 수 있었다 (Table 6). 본 연구에서 사용된 유기 바인더 중에서는 메틸셀룰로오스를 사용한 경우가 85 N 이상의 가장 우수한 기계적 강도를 보여 주었다.
이러한 개선된 물성에 의해서 F-T 반응성능에서도 C5 이상의 탄화수소에 대한 선택성이 다소 증가하는 효과를 확인할 수 있었다 (Table 6). 본 연구에서 사용된 유기 바인더 중에서는 메틸셀룰로오스를 사용한 경우가 85 N 이상의 가장 우수한 기계적 강도를 보여 주었다.
고상 무기 바인더로 사용된 카올린과 벤토나이트는 그 자체는 F-T 반응에 전혀 영향을 주지 않으나, 성형 시 혼합, 훈련과정을 통하여 촉매의 물성과 환원성이 영향을 줌으로써 F-T 반응에서 C5 이상의 탄화수소 수율과 올레핀 선택도를 낮춤을 알 수 있었다. 카올린보다는 벤토나이트가 촉매의 물성 저하에 더 많은 영향을 주었으며, F-T 반응에서는 벤토나이트를 사용한 경우 파라핀이 주로 생성됨을 알 수 있었다.
카올린보다는 벤토나이트가 촉매의 물성 저하에 더 많은 영향을 주었으며, F-T 반응에서는 벤토나이트를 사용한 경우 파라핀이 주로 생성됨을 알 수 있었다.
F-T 반응성도 크게 떨어뜨림을 알 수 있었다. 따라서 본연구에서 알루미나졸과 카올린을 사용하여 다양한 조성에서 성형 촉매를 제조한 결과 총 무기 바인더 함량은 40 wt%, 무기바인더에서 카올린과 알루미나졸의 알루미나 비율은 33 : 7에서 가장 최적의 촉매 강도를 얻을 수 있었다.
마지막으로 유기 바인더를 사용함으로써 기계적 강도와 성형 촉매의 물성을 크게 개선할 수 있었다.
참고문헌 (12)
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