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아스팔텐 응집체의 크기와 모양의 관찰

전문가 제언: ○ 먼저 아스팔텐(Asphaltene)은 무엇이며, 이것이 어떤 문제를 일으키는가, 그리고 왜 아스팔텐 응집체의 거동을 연구할 필요가 있는가에 대한 기본적 상식에 대한 설명이 있다면 이 글을 이해하는데 큰 도움이 될 것이다. 아스팔텐은 원유에서 가장 무겁고 극성(極性)의 성분이며 용액에서 응집되며, 복집한 콜로이드 구조를 갖는다. 그리고 이 응집체는 정유공정과 수송 등에서 다음의 문제를 일으킨다.

○ 정유과정에서 아스팔텐은 다음의 문제를 일으킨다. (1) 열분해, 촉매에 의한 분류, 수소화분류과정에서 과잉 코크스를 생산한다. (2) 아스팔텐의 낮은 반응도로 인하여 촉매효율이 낮아진다. (3) 코크스의 축적으로 촉매가 급속히 비활성화 된다. 그리고 원유의 수송과정에서 침전물이 생겨 파이프라인의 벽에 파울링(Fouling)을 형성한다.

– 이들 문제는 응집된 아스팔텐의 열분해에 의해 일어난다. 아스팔텐 분자 내 방향족 클러스터는 서로 끌어당기고 있으며, 다른 아스팔텐 분자에 의해 촉매와의 부착을 방해하고 있다. 만일 응집체를 반응 전에 풀어놓는다면, 방향족 클러스터 간의 결합은 감소되고, 아스팔텐 분자와 촉매간의 결합의 기회는 증가하며, 따라서 코크스의 발생은 감소되고 액체연료의 양은 증가할 것이다.

○ 이러한 문제점 때문에 아스팔텐 응집체의 성질을 열역학적 조건의 함수로서 이해하기 위해 연구가 필요하게 되었다. 연구의 목적은 원유처리를 위한 최적 반응설계를 달성하기 위해 X선 회절장치 등을 사용하여 아스팔텐의 응집현상과 그 분자구조분포 등을 조사하는 것이다.

○ 이 글에서 중요한 연구결과는 다음과 같다. 응집체의 크기와 아스팔텐의 종류와 용매와의 관계를 조사하기 위해 회전타원체의 평행반축 길이의 온도에 따른 변화를 그려보았다. 그 결과 Maya 아스팔텐이 Decalin 용매 중에서 비교적 큰 응집체가 형성되었다. 또 Maya 아스팔텐과 Decalin 용매와의 조합에서는 수백Å 정도의 응집체뿐만 아니라 서브 미크론 정도의 거대한 응집체도 관측되었으며, 이것으로 프랙탈 응집구조가 형성되었다고 생각되었다.

저자: Ryuzo TANAKA
자료유형: 학술정보