초임계 메탄올을 이용한 초중질유 고도화 반응속도 연구

Abstract

촉매의 전구체로서 질산 아연 유무에 따라 초임계 메탄올 내에서의 초중질유 고도화 반응속도론을 연구하였다. 고도화 반응은 회분식 반응기에서 380와 400, 420 ℃에서 진행하였다. 반응속도 상수는 four-lumped kinetic model을 근거로 하여 계산하였고, 이를 아레니우스 식에 대입하여 각 반응 경로에서의 활성화 에너지와 빈도 인자를 구하였다. 전구체가 존재하는 조건에서 아스팔텐으로부터 기체가 생성되는 반응 경로의 활성화 에너지가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 구한 반응속도 상수로부터 380와 400, 420 ℃에서 원료의 아스팔텐 함량이 1.00%에 도달할 때의 말텐과 코크, 기체의 함량과 반응 시간을 구하였다. 전구체가 존재하지 않는 조건에서 초중질유 고도화 반응을 진행하였을 때 높은 반응 온도에서 코크의 생성이 억제되고 기체의 함량이 증가하였으나, 전구체가 존재하는 조건에서는 고도화 반응 온도가 낮을 때 코크 생성이 억제되고 기체의 함량이 증가하였다. 초임계 메탄올 내에서 고도화 반응과 동시에 합성된 아연 산화물의 일차 입자는 구형에 가까운 형태이며 뭉쳐있는 것을 FESEM과 XRD에 의해 확인할 수 있었다. 또한 전구체인 질산 아연 입자와 초중질유 고도화 반응 초기의 아연 산화물 입자, 고도화 반응이 어느정도 진행된 입자의 크기를 분석한 결과 반응이 진행됨에 따라 10 μm 이상의 크기를 가지는 비율이 증가하고 10 μm 이하의 비율은 감소하는 것을 laser particle sizer를 통해 확인할 수 있었다.