초록 ▼

고점도, 고비중의 중질원유를 고속 촉매 열분해를 통하여 저분자량의 탄화수소로 전환하는 기술에 대한 연구를 수행하였다. 순환유동층 반응기의 설계 조건 도출을 위해 당해년도에는 급속 열분해 반응기를 구축하고 시운전을 수행하였으며, 시운전을 통하여 순환유동층 반응기의 각 부분에 대한 개조 및 개선 작업을 수행하였다. 개선된 반응기를 이용하여 B-C유, 감압잔사유에 대한 열분해 실험을 수행하였다. 또한, 순환유동층 반응기 설계를 위해 순환유동층 cold model을 제작하였으며, 공급가스의 유속에 따른 고체순환량 변화, 그에 따른 반응기

고점도, 고비중의 중질원유를 고속 촉매 열분해를 통하여 저분자량의 탄화수소로 전환하는 기술에 대한 연구를 수행하였다. 순환유동층 반응기의 설계 조건 도출을 위해 당해년도에는 급속 열분해 반응기를 구축하고 시운전을 수행하였으며, 시운전을 통하여 순환유동층 반응기의 각 부분에 대한 개조 및 개선 작업을 수행하였다. 개선된 반응기를 이용하여 B-C유, 감압잔사유에 대한 열분해 실험을 수행하였다. 또한, 순환유동층 반응기 설계를 위해 순환유동층 cold model을 제작하였으며, 공급가스의 유속에 따른 고체순환량 변화, 그에 따른 반응기 내부의 고체 분포에 대한 실험을 수행하였다. 이로부터 얻어진 결과를 바탕으로 열분해 반응기 하부 구조 개조에 응용하였다.
급속열분해 잔사 가스화 기술개발 연구에서는 중질유의 고품위화 과정에서 발생되는 부산물을 이용하여 열분해 장치로 열을 공급하고 합성가스를 생산하는데 그 목적이 있다. 급속열분해 잔류물 가스화 장치에서 가스 유속, 당량 비 (ER: Equivalence Ratio), 반응기의 온도에 따른 코크스의 Air, Oxygen 가스화 반응 특성을 살펴보았다.
경질 나프타 합성 반응 공정 개발 연구는 크게 3 가지로서, 첫째 Fischer-Tropsch 합성반응을 위한 고활성 Co 촉매 개발과, 둘째 Co 촉매 박막 코팅을 통한 메탈 구조체 촉매 개발, 그리고 셋째 Fischer-Tropsch 합성 반응의 심한 발열 반응열 조절과 향후 반응기 scale-up을 고려한 고효율 열교환형 반응기 개발에 있다. 고활성 Co 촉매 개발 전략으로 고안정성 알루미나 담지 촉매와 고기공성 실리카 담지 촉매를 개발 하였으며, 기존 Co 촉매와 제올라이트 혼성화를 통해 경질 나프타 생성에 대한 선택성을 높였다. 또한 이렇게 얻어진 용융함침법 기반의 Co 촉매를 바탕으로 메탈 구조체 촉매를 제조하기 위해 신규로 분사형촉매 코팅 장치를 이용하여 촉매 코팅 조건을 최적화 하였다.

Abstract ▼

Catalytic rapid thermal pyrolysis to convert the heavy oil of high viscosity and gravity to low molecular hydrocarbons has been investigated To obtain a design factor of circulating fluidized bed reactor, a proto-type fast pyrolysis reactor was constructed and test-runs with the apparatus has been p

Catalytic rapid thermal pyrolysis to convert the heavy oil of high viscosity and gravity to low molecular hydrocarbons has been investigated To obtain a design factor of circulating fluidized bed reactor, a proto-type fast pyrolysis reactor was constructed and test-runs with the apparatus has been performed. The parts of the reactor which showed problems during the test-run have been revamped. With the improved reactor, thermal pyrolysis of B-C oil and vacuum residue have been performed. For the design of circulation fluidized bed reactor, a cold model has been constructed. The effects of gas velocity on the solid circulation rate and solid volume fraction in the reactors has been investigated. The results obtained from cold model experiments have been applied to improve the bottom section of the riser reactor.
The gasification technology of rapid thermal pyrolyzed residue aims to produce syngas as well as supply heat to pyrolyzer The gasification performances such as product gas composition, carbon conversion, gas yield, higher heating value of product gas are determined with variance of reactor temperature, residence time, ER(Equivalence Ratio) and gas velocity in the gaisifier.
There were 3 research aims for the development of light naphtha synthesis process. One was to develop highly active Co catalyst and another was to produce metallic structured catalyst. The other was to invent highly effective heat-exchanger typed reactor. As a new strategy for the high performance cobalt catalyst, highly stable alumina and highly porous silica supports were applied as well as commercial zeolite ZSM-5 to selectively produce light naphtha with high productivity. Furthermore, spray coating method of the catalyst sol was newly introduced as the best method for catalyst coating in order to produce the metallic structured catalyst.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 11
• CONTENTS ... 17
• 목 차 ... 21
• 그 림 목 차 ... 25
• 표 목 차 ... 31
• 세부과제 Ⅰ 초 중질유분의 급속 열분해 기술 개발 ... 33
• 제 1 장 서 론 ... 35
• 제 1 절 기술의 개요 ... 35
• 제 2 절 기술개발의 필요성 ... 41
• 1. 기술적 측면 ... 41
• 2. 경제 산업적 측면 ... 45
• 3. 정책적 측면 ... 45
• 제 2 장 국내외 기술개발 동향 ... 47
• 제 1 절 국외 기술개발 동향 ... 47
• 제 2 절 국내 기술개발 현황 ... 53
• 제 3 장 급속 열분해 기초 실험 ... 55
• 제 1 절 모델 오일을 이용한 열분해 특성 실험 ... 55
• 1. 모델 오일 및 연속식 열분해 반응 시스템 ... 55
• 2. 모델 오일의 촉매 열분해 특성 ... 56
• 제 2 절 감압잔사유의 촉매 열분해 특성 실험 ... 62
• 1. 반응 원료 및 연속식 열분해 장치 ... 62
• 2. 감압잔사유의 촉매 열분해 특성 ... 63
• 제 4 장 초 중질유분의 급속열분해 공정 개발 ... 67
• 제 1 절 순환유동층 RTP공정 설계 및 기초 실험 ... 67
• 1. 급속 열분해 반응기 설계 ... 69
• 2. 사이클론 설계 ... 72
• 3. 열분해 반응기 전체 설계 ... 74
• 4. 순환 유동층 반응기 설계를 위한 cold model 실험 ... 76
• 제 2 절 순환유동층 cold-model 실험 결과 ... 80
• 1. 버블 유동층 재생기의 유동 특성 실험 ... 80
• 제 3 절 순환유동층 열분해 기초 특성 ... 87
• 1. 순환유동층 열분해 기초 특성 ... 87
• 2. 순환유동층 열분해 반응기 개조 ... 91
• 제 4 절 열분해 반응 실험 결과 ... 108
• 1. B-C 열분해 반응 실험 결과 ... 108
• 2. VR 열분해 반응 실험 결과 ... 112
• 제 5 절 결 론 ... 114
• 제 5 장 재생기 반응 공정 개발 ... 115
• 제 1 절 재생기 반응 기초실험 ... 115
• 1. 실험장치 및 방법 ... 115
• 2. 소형 연소기를 이용한 열분해 잔류물 연소 실험 ... 117
• 3. 결론 ... 125
• 제 2 절 연속식 유동층 재생기 반응 기초실험 ... 126
• 1. 실험장치 및 방법 ... 126
• 2. 연속식 연소기를 이용한 모래-코크스 혼합물 연소 실험 ... 130
• 제 6 장 결론 및 향후 연구 계획 ... 137
• 세부과제 Ⅱ 급속열분해 코크스 가스화 기술 개발 ... 139
• 제 1 장 서 론 ... 141
• 제 1 절 연구개요 및 동향 ... 141
• 1. 연구개요 ... 141
• 2. 중질유 upgrading 공정기술동향 ... 143
• 제 2 절 연구목표 및 내용 ... 156
• 1. 연구목표 ... 156
• 2. 연구내용 ... 156
• 3. 개발 결과의 기대효과 및 활용방안 ... 156
• 제 2 장 이 론 ... 157
• 제 1 절 가스화 개념 ... 157
• 제 2 절 가스화 반응성 ... 159
• 1. 반응모델 ... 159
• 2. 반응속도식 계산 ... 160
• 제 3 장 실험장치 및 방법 ... 162
• 제 1 절 실험장치 ... 162
• 제 2 절 실험방법 ... 164
• 제 4 장 실험결과 및 고찰 ... 165
• 제 1 절 석유코크스 혼합물의 Air-blown 가스화 특성 ... 165
• 1. 온도의 영향 ... 165
• 2. 당량비의 영향 ... 168
• 제 2 절 석유코크스 혼합물의 O2-blown 가스화 특성 ... 172
• 제 5 장 결 론 ... 176
• 참고문헌 ... 177
• 세부과제 Ⅲ 경질 나프타 합성 반응 공정 기술 개발 ... 179
• 제 1 장 서 론 ... 181
• 제 1 절 개 요 ... 181
• 제 2 절 연구목표 및 내용 ... 183
• 1. 연구목표 ... 183
• 2. 연구내용 ... 183
• 제 3 절 연구동향 ... 184
• 제 2 장 경질 나프타 합성용 촉매 개발 ... 185
• 제 1 절 용융함침법을 이용한 코발트 촉매 제조 ... 185
• 1. 용융함침 기반 촉매 제조 기술 개발 ... 185
• 2. 고다공성 실리카 기반 코발트 고담지 촉매 제조 ... 188
• 3. 산화코발트 촉매의 외부 환원 기술 개발 ... 192
• 제 2 절 메탈폼 구조체 촉매 제조 ... 194
• 1. 촉매 졸 분산 기술 개발 ... 194
• 2. 분사형 촉매 코팅 장치 개발 ... 196
• 제 3 절 촉매 성형 및 혼성화 기술 개발 ... 200
• 1. 촉매 과립화 기술 개발 ... 200
• 2. 제올라이트 혼성화 기술 개발 ... 201
• 제 3 장 촉매 반응 공정 개발 ... 204
• 제 1 절 열교환형 반응기 개발 ... 204
• 1. 반응 장치 자동화 운전/분석 기술 개발 ... 204
• 제 2 절 F-T 합성 반응을 통한 경질 나프타의 선택적 생성 ... 206
• 1. 산화코발트/알루미나 펠렛형 촉매를 이용한 F-T 합성 반응 ... 206
• 2. 산화코발트/알루미나/ZSM-5 촉매를 이용한 F-T 합성 반응 ... 208
• 제 4 장 결 론 ... 210
• 참고문헌 ... 211
• 끝페이지 ... 215