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아스팔텐 응집 완화 거동의 평가

전문가 제언: ○ 아스팔텐(asphaltene)은 분자량이 400～1,200정도로 추계되는 다환방향족(多環芳香族) 화합물로, 석유 정제 과정에서 감압 잔유물체로 회수된다. 이들은 방향환 끼리 π-π 상호작용 등에 의해 응집구조를 형성하여 겉보기에 높은 원자량으로 평가될 가능성이 있다.

○ 현재는 석유 가격의 급등과 자원의 고갈로 아스팔텐의 효용을 높여야 할 때이며, 도로포장 등에 사용할 것이 아니라 경질의 증류 분으로 전환하여 효용성을 높이는 것이 중요하다. 보다 경질인 성분으로 전환시키기 위해서는 우선 그와 같은 응집구조를 어떻게 완화시켜 촉매나 수소와의 접근성을 향상시킬 수 있는지가 중요한 과제가 된다.

○ 이 논문에서는 아스팔텐의 응집에너지를 평가하기 위하여 H-NMR완화시간 측정법(Pulse H-NMR) 및 열분석을 적용하고 있으며, 그 결과로부터 아스팔텐 응집체의 구조적 및 열적 변화에 대하여 기술하고 있다. 각종 용매 중에서 아스팔텐의 용해열, 희석열의 측정에서부터, 용매 중에서 아스팔텐과 용매의 상호작용에 대하여 고찰하고 있다.

○ H-NMR법은 응집력이 강한 응집 핵에 적용된 방법으로, 양자 간의 평균 거리에 의존하는 스핀 스핀 완화시간을 파라미터로 이용함으로써, 아스팔텐 응집 핵의 완화 거동의 정성적 및 정량적 평가가 가능하게 되었다. 또한 여기서 얻은 결과에 vant Hoff 평형법을 적용함으로써, 응집구조 완화나 용융 및 용제로 용해하는 데에 따르는 열량을 산출하는 것이 가능하며, 유종(油種)의 차이나 용제의 효과를 정량적으로 평가할 수 있다.

○ 감압 잔유에서 얻은 아스팔텐은 열적으로 약 120～130℃에서 유리전이점이 관측되고, 그 후 150℃ 부근에서는 연화를 개시하여, 반복 측정으로 이들의 상전이를 가역적으로 볼 수 있다. 이와 같은 변화는 아스팔텐 중간 응집체 중의 응집 핵을 연결하는 약한 상호작용이 열적으로 완화되어 그 응집 핵의 운동성이 증가하는 과정에 해당하는 것이다.

○ 석유자원의 효율적인 활용을 위해서는 아스팔텐을 경질유로 전환하는 비율을 높여나갈 것을 기대한다.

저자: Harm KUMAGAI, Toshimasa TAKANOHASHI
자료유형: 학술정보