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Fe계 Fischer-Tropsch 반응에서 촉매활성에 대한 Cu와 K의 첨가 효과
Effects of Cu and K Addition on Catalytic Activity for Fe-based Fischer-Tropsch Reaction 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.25 no.1, 2019년, pp.1 - 6  

이찬용 (서울시립대학교 화학공학과) ,  김의용 (서울시립대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 Fischer-Tropsch 반응에서 Fe계 촉매의 환원조건과 Cu, K의 첨가에 대한 영향을 연속흐름 반응기를 통하여 살펴보았다. 반응을 위해 촉매는 균일상 침전에 의한 초기 습식함침법으로 제조하였으며 XRD, TPR, SEM 등의 기기를 통해 $Al_2O_3$에 담지 된 Fe 촉매에 대한 물리화학적 특성을 분석하였다. 216 h의 장시간 반응운전을 통해 Fe/Cu/K 촉매의 활성과 안정성에 대하여 조사하였다. $H_2$와 CO의 혼합물로 촉매를 환원시키면 촉매의 활성이 향상되었는데, 이는 촉매의 표면에 iron carbides가 형성되기 때문인 것으로 XRD 분석을 통해 확인되었다. 촉매에 Cu가 첨가되면 촉매의 환원성 향상으로 인하여 반응이 빠르게 안정되어 정상상태에 일찍 도달하였다. K를 첨가하게 되면 CO의 전화율은 향상되지만 함량을 5%까지 올리면 촉매의 물리적 안정성이 감소되었다. Fe/Cu (5%)/K (1%) 촉매로 Fischer-Tropsch 반응을 수행한 결과 120 h 이후에 약 15% 정도 CO의 전화율이 감소되었으나 장기간 안정된 반응을 수행할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Effects of the Cu and K addition and the reduction condition of Fe-based catalysts for Fischer-Tropsch reaction are studied in a continuous flow reactor in this research. The catalysts for the reaction were prepared by homogeneous precipitation followed by incipient wetness impregnation. Physicochem...

주제어

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 금속산화물들이 지지체와 혼합되어 새로운 특성을 띄게 되면 이들 상호간 작용이 촉매의 활성에 어떤 영향을 미칠지 단정적으로 파악하기 힘들 뿐 아니라, 반응조건에 따라서도 촉매활성이 크게 차이를 보이게 된다. 본 연구에서는 Fe계 촉매에 의한 Fischer-Tropsch 반응에서 활성도 좋으면서 장시간 사용할 수 있는 촉매를 찾고자 기초적인 연구를 수행하였다. Fe/Al2O3 촉매를 기본으로 촉매의 환원처리 조건에 따른 촉매의 활성변화를 고찰하였으며, Cu와 K의 농도를 달리하여 Fe 촉매에 첨가하였을 때 촉매의 활성이 받는 영향을 살펴보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Fischer Tropsch 공정은 무슨 공정인가요? 고온 고압 하에서 철, 코발트, 니켈, 루테늄 등의 촉매를 이용하여 합성가스로부터 탄화수소계 화합물을 합성하는 Fischer Tropsch 공정은 촉매의 종류와 반응 조건에 따라 디젤과 같은 수송용 청정연료로부터 고부가가치의 산소화합물 등 다양한 종류의 화학물질을 생산할 수 있다[1,2]. Fischer-Tropsch 공정에서 가장 핵심적인 역할을 하는 것은 촉매분야로 이에 대해 많은 연구들이 진행되고 있다[3,4].
Fischer-Tropsch 공정에서 사용되는 촉매의 장단점은? Fischer-Tropsch 공정에서 가장 핵심적인 역할을 하는 것은 촉매분야로 이에 대해 많은 연구들이 진행되고 있다[3,4]. 니켈 촉매반응에서는 메탄이 주로 합성되는 단점이 있고, 루테늄 촉매는 가격이 비싸기 때문에 철이나 코발트 촉매가 주로 사용된다. 코발트 촉매는 수명이 길고 활성이 높지만 철 촉매에 비하여 가격이 비싸다. 반면 철 촉매는 가격이 저렴할 뿐 아니라 반응을 효율적으로 수행하기 위한 합성가스의 조성범위가 넓고, 수성반응에 대한 활성뿐 아니라 고온에서 반응이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 코발트 촉매보다는 철 촉매에 대한 연구가 많이 진행되고 있는데, 주로 촉매활성이 높으면서 장시간 사용할 수 있는 안정된 촉매를 개발하는데 집중되고 있다[5-8].
Fischer-Tropsch 반응실험을 위해 사용한 것은? Fischer-Tropsch 반응실험을 위해 연속 흐름식 충진층 고압반응기를 사용하였는데 이를 Figure 1에 나타내었다. 반응기 내 촉매 층에 촉매를 충진한 후 합성가스와 질소를 정량펌프를 이용하여 시스템 내부로 주입하였으며 MFC (mass flow controller)를 이용하여 유량을 조절하였으며 BPR (back pressure regulator)을 이용하여 반응기 내부의 압력을 조절하였다.
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