온도가 조절되는 회분식 반응기에서 온도와 접촉금속이 Exo-tricyclo[$5.2.1.0^{2,6}$]decane (tricyclodecane, 이하 exo-THDCP로 표기함)의 열안정도에 미치는 영향을 GC/MS로 조사하였다. 그리고 Exo-THDCP와 접촉하는 금속의 특성은 SEM-EDX로 분석하였다. 보관 연료온도 증가 실험에서 exo-THDCP의 분해는 $350^{\circ}C$에서 시작되는 것으로 밝혀졌다. 연료접촉 금속의 경우, 스테인리스 스틸보다 티타늄이 exo-THDCP의 분해에 미치는 영향이 작은 것으로 나타났다.
온도가 조절되는 회분식 반응기에서 온도와 접촉금속이 Exo-tricyclo[$5.2.1.0^{2,6}$]decane (tricyclodecane, 이하 exo-THDCP로 표기함)의 열안정도에 미치는 영향을 GC/MS로 조사하였다. 그리고 Exo-THDCP와 접촉하는 금속의 특성은 SEM-EDX로 분석하였다. 보관 연료온도 증가 실험에서 exo-THDCP의 분해는 $350^{\circ}C$에서 시작되는 것으로 밝혀졌다. 연료접촉 금속의 경우, 스테인리스 스틸보다 티타늄이 exo-THDCP의 분해에 미치는 영향이 작은 것으로 나타났다.
In temperature controlled batch reactor, the effect of temperature and contact metals on the thermal stability of Exo-tricyclo[$5.2.1.0^{2,6}$]decane (tricyclodecane, exo-THDCP) were investigated by use of GC/MS. And the characteristic of metal in contact with tricyclodecane were analyzed...
In temperature controlled batch reactor, the effect of temperature and contact metals on the thermal stability of Exo-tricyclo[$5.2.1.0^{2,6}$]decane (tricyclodecane, exo-THDCP) were investigated by use of GC/MS. And the characteristic of metal in contact with tricyclodecane were analyzed by SEM-EDX. In fuel temperature variation test, thermal decomposition of exo-THDCP was occurred at $350^{\circ}C$. In case of fuel contact metals, Titanium was less effective to decomposition of exo-THDCP than stainless steel 304, 316.
In temperature controlled batch reactor, the effect of temperature and contact metals on the thermal stability of Exo-tricyclo[$5.2.1.0^{2,6}$]decane (tricyclodecane, exo-THDCP) were investigated by use of GC/MS. And the characteristic of metal in contact with tricyclodecane were analyzed by SEM-EDX. In fuel temperature variation test, thermal decomposition of exo-THDCP was occurred at $350^{\circ}C$. In case of fuel contact metals, Titanium was less effective to decomposition of exo-THDCP than stainless steel 304, 316.
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문제 정의
연료를 냉각제로 이용하기 위해서는 고온에서도 화학적으로 안정해야 연료와 냉각제 역할을 할 수 있으므로 이를 확인하는 것이 중요하며, 또한 연료와 접촉하는 금속에 따른 연료의 안정성과 금속의 특성변화를 확인하는 것이 필요하다[3]. 따라서 본 연구에서는 비행체의 연료로 사용 가능한 exo-tricyclo[5.2.1.02,6]decane (tricyclo -decane, 이하 exo-THDCP로 표기함)의 열안정성에 대해 보관온도와 접촉금속이 미치는 영향과 연료 접촉금속의 특성변화를 실험하고자 하였다.
온도와 접촉금속에 의한 exo-THDCP의 열안정성에 대해 조사하였다. Exo-THDCP의 열분해는 45 bar, 10 hr 조건하에서 온도가 350℃일때 시작하였고 410℃에서 25.
제안 방법
성분분석시 질량검출기(Mass Detctor)에 나타난 해당성분의 스펙트럼 피크가 질량검출기 라이브러리의 주 피크와 두 개 이상 상응하지 않는 것은, 성분 규명이 불분명하여 잔여성분으로 간주하였다. 금속접촉 영향에 사용된 금속시편은 SEM, XRD를 이용하여 특성분석을 시행하였다.
반응물과 생성물의 성분 및 조성은 GC-MS(Agilent 5975C, column : HP5-ms)를 이용하여 분석하였다. 성분분석시 질량검출기(Mass Detctor)에 나타난 해당성분의 스펙트럼 피크가 질량검출기 라이브러리의 주 피크와 두 개 이상 상응하지 않는 것은, 성분 규명이 불분명하여 잔여성분으로 간주하였다.
5에 나타내었다. 분해 생성물 중 exo-THDCP와 성분이 불분명한 잔여 성분을 제외하고 나머지 성분들의 총합을 100%로 정규화(Normalization)한 뒤 분해생성물의 탄소수에 따른 분포를 확인하였다.
온도 및 금속에 의한 Exo-THDCP의 열안정성 실험을 위해 회분식반응기를 사용하였다. 내부의 부피가 160 ml인 스테인리스 스틸 316 반응기 재질에 의한 영향을 배제하기 위해 반응기 내부에 석영 재질의 관을 투입한 뒤 exo-THDCP 48 ml를 주입하였다.
를 사용하여 45 bar로 가압한 상태에서, 일정온도하에 10 시간 동안 보관하여 진행되었다. 접촉금속이 exo-THDCP의 분해에 끼치는 영향은 티타늄, SS304, SS316 금속시편을 투입하여 410℃에서 실험을 수행하였다. 사용된 금속시편의 조성(wt%)은 SEM-EDX를 이용하여 측정하였으며 각각의 조성비는 Table 1과 같다.
대상 데이터
접촉금속이 exo-THDCP의 분해에 끼치는 영향은 티타늄, SS304, SS316 금속시편을 투입하여 410℃에서 실험을 수행하였다. 사용된 금속시편의 조성(wt%)은 SEM-EDX를 이용하여 측정하였으며 각각의 조성비는 Table 1과 같다.
사용된 티타늄은 ⅣA족 전이금속으로 d오비탈 전자궤도가 비어있어 루이스 산성(Lewis Acidity)이 강하다. 이로 인해 흡착세기, 즉 탄소원자와의 결합력이 강하므로 탄화수소와 반응하여 안정한 티타늄카바이드(TiC)를 형성하고 탄화수소의 탈착을 방해는 특성이 있다.
내부의 부피가 160 ml인 스테인리스 스틸 316 반응기 재질에 의한 영향을 배제하기 위해 반응기 내부에 석영 재질의 관을 투입한 뒤 exo-THDCP 48 ml를 주입하였다. 실험에 사용된 exo-THDCP는 (주)풍산 제품으로 순도는 97.878%이다.
성능/효과
Exo-THDCP의 금속접촉시 금속의 영향은 티타늄이 가장 작고 SS316, SS304 순서로 영향이 커지는 것으로 나타났다(Fig. 2).
그리고 실제 비행체 등의 연료접촉 재질인 금속이, 연료로 사용되는 exo-THDCP의 열안정성에 미치는 영향을 알아보기 위해 티타늄, 스테인리스 스틸 SS316, SS04 시편을 투입한 결과 티타늄이 TiC 카바이드를 형성하면서 exo-THDCP의 분해에 미치는 영향이 가장 적은 것으로 나타났다.
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