초록 ▼

1차 년도에 이산화탄소로부터 Modified Fischer-Tropsch(MFT)반응을 통하여 $C_{20}$이상의 wax 생성물의 선택성이 높은 촉매를 개발하기 위하여 철촉매계(Fe-Cu-K/$Al_2O_3$와 Fe-K/$Al_2O_3$)와 코발트촉매계 (Co, Co-Ru, Co-Ru-Zr, Co-Ru-La)를 검토하였고 담지체로서 활성탄, 실리카, 알루미나, 제올라이트 등을 검토한 결과 wax의 수율이 만족스럽지 못하였다. 따라서 Wax의 수율을 높이기 위하여 이산화탄소

1차 년도에 이산화탄소로부터 Modified Fischer-Tropsch(MFT)반응을 통하여 $C_{20}$이상의 wax 생성물의 선택성이 높은 촉매를 개발하기 위하여 철촉매계(Fe-Cu-K/$Al_2O_3$와 Fe-K/$Al_2O_3$)와 코발트촉매계 (Co, Co-Ru, Co-Ru-Zr, Co-Ru-La)를 검토하였고 담지체로서 활성탄, 실리카, 알루미나, 제올라이트 등을 검토한 결과 wax의 수율이 만족스럽지 못하였다. 따라서 Wax의 수율을 높이기 위하여 이산화탄소에서 일 산화탄소를 거쳐 (역수성 가스전환반응) wax를 제조하는 공정개발(2단계 반응)을 도입하여 고수율로 wax를 제조하는 촉매(Co-Ru-Zr/$Al_2O_3$)를 개발하였다. 또한, 이 촉매의 환원, 수소화반응 특성과 속도론적 연구와 반응기 특성을 연구하여 FBR반응기를 선정하였다.
2차 년도에는 상기 촉매의 성형, 피독 연구를 통하여 상용화 촉매의 개발연구와 벤치반응기를 제작, 운전을 통하여 wax제조 공정의 상용화 연구를 수행하였다. 또한, 다량으로 제조한 wax로부터 wax의 분리정제를 통하여 윤활기유를 생성하기 위한 이성화원료를 제공하였다.
3차 년도에는 이 공정의 최적화를 통하여 상용화 시 수율의 극대화, 문제점 해결, 물질수지 확보를 통하여 상용플랜트 기초설계를 하였고 wax로부터 윤활기유제조를 위한 이성화공정 개발연구를 수행하였다.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개 발의 개요...12
• 제 1 절 연구개 발의 목적...12
• 제 2 절 연구개발의 필요성 및 범위...12
• 1. 기술적 측면...12
• 2. 경제적 측면...13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...14
• 제 1 절 국내의 경우...14
• 제 2 절 국외의 경우...15
• 제 3 절 국내외 특허 및 현존 기술과의 관련성...16
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과...18
• 제 1 절 합성 윤활기유 제조를 위한 촉매 탐색 연구...18
• 1. 촉매 개발...18
• 가. 촉매요소기술개발...18
• (1) 촉매의 제조...20
• (2) 촉매의 특성...22
• (3) 촉매 반응 특성...27
• 나. 환원 반응 속도론적 고찰...32
• 다. 2단계 반응 고찰...42
• 라. 반응기별 특성 고찰...43
• 제 2 절 촉매 개량과 활성 평가 및 Bench 시스템 구축...47
• 1. 반응별 촉매의 개량...47
• 가. 2단계 반응용 촉매 개량...47
• (1) 개량촉매제조...47
• (2) 개량 촉매의 특성...48
• (3) 개량 촉매 반응 특성...50
• (가) CoRu 및 FeCo bimetallic 촉매의 활성비교...50
• (나) 승온 수소화 방법에 의한 CoRu 촉매의 특성 분석...52
• (다) $H_2S$에 의한 CORU 촉매의 피독 특성...57
• (라) CoRuZr/$SiO_2$ 성형 촉매의 활성...59
• 제 3 절 Bench 운전을 통한 시스템 최적화 및 기본설계...60
• 1. 반응별 최적 촉매 개발...60
• 가. 1단계 RWGS 반응용 촉매 및 2단계 FT 반응용 고효율 촉매...61
• (1) RWGS 반응용 촉매...61
• (2) FT 반응용 고효율 촉매...70
• 2. Bench (2.5cm-ID ${\times}$ 100 cm-High) 운전조건 최적화...76
• 가. 반응열의 온도 조절...76
• 나. GHSV 최적화...77
• 다. 반응 온도 최적화...77
• 라. 압력 최적화...79
• 마. $H_2$/CO 비율의 최적화...81
• 바. 최적조건의 설정 (전환을 80%이상, Wax 생성물 선택성이 50%)...84
• 3. 이성화 공정개발...85
• 가. 동향...85
• (1) 초고점도지수 윤활기유...87
• (2) VHVI 기유의 생산 기술 분석...90
• (가) Hydrocracking에 의한 VHVI기유 제조...90
• (나) Slack wax 이성화 반응에 의한 VHVI 기유 제조...93
• (다) 합성법 에 의한 VHVI기유 제조...95
• 나. 본 연구의 공정 구성...95
• 다. 실험...96
• 라. 결과 및 고찰...97
• 마. 시제품 규격 평가...99
• 4. Pilot 검증 실험 및 상용 공정 기본 설계...103
• 가. Pilot 검증 실험...103
• (1) Pilot의 점검 및 반응 수행 점검...106
• (2) HMI Program 최적화 작업...106
• (3) Pilot 검증 실험...109
• 5. 상용 공정 기본 설계...110
• 가. Process Flow Diagram (PFD)...110
• 나. Material Balance...114
• 다. Process description...117
• 라. Conceptional Control Schematic Drawing...122
• 제 4 장 결론...125
• 참고문헌...126