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초임계 매체 중에서의 Fischer-Tropsch 합성

전문가 제언: ○ 압력과 온도가 열역학적 임계점을 초과하는 초임계유체를 이용하는 기술은 환경에 친화적인 그린기술로서 기름, 식품, 의약품, 생화학 산업분야에서 화학반응의 용제로 사용이 증대되고 있는 등 다방면에 이용되는 첨단 기술이다.

○ Fischer-Tropsch 합성반응(FTS)은 고전적인 비균질 반응으로서, 합성가스 분자가 금속 자리(Co, Fe, Ru 등) 표면에서 반응하여 더 중질의 탄화수소 연료(휘발유, 디젤연료, 제트 연료), 올레핀, 왁스, 함산소 화합물(알코올)을 생성하는 반응이다. 가스상에서 FTS 합성반응은 촉매 표면이 국지적으로 과열되고 촉매 구멍에서 왁스의 응축이 일어나서 촉매수명이 단축되고 전환율이 떨어진다는 문제가 있다.

○ FTS반응에서 매체에 요구되는 이상적인 특성은 가스와 유사한 이동 특성과 액체와 유사한 열용량, 열전도도, 용해도 특성이다. 이러한 점을 고려하여 반응매체로서 초임계유체를 이용하면 가스상 FTS의 문제점을 극복할 수 있을 것이다. 가스상 FTS에서 벌크의 물질전달속도는 초임계상 FTS보다 빠르지만, 초임계매체에서 CO전환율은 가스상 FTS보다 높거나 유사하다. 이는 초임계 FTS에서는 촉매 구멍 중의 중질 탄화수소의 탈착과 용해가 용이하여 반응에 필요한 반응자리를 더 많이 제공하기 때문이다.

○ 국내외에서 다수 과학자들이 FTS에 초임계유체를 채용하려는 연구를 수행하고 있으나 아직은 이 기술은 실험실 수준에 머물고 있다. 국내에서도 KIST의 초임계유체 연구실에서 초임계 유체를 사용하는 비균질 반응에 관한 연구 그리고 한국화학연구원에서 초임계 조건에서 FTS 코발트 촉매 담체에 관한 연구를 수행하고 있다.

○ 초임계 매체를 FTS 반응에 실제로 적용하기 위해서는 프로세스 설계와 반응의 최적화가 주요한 과제이며, 용제와 합성가스의 혼합과 압축, 용제의 분리와 리사이클 등에 대한 상업운전에 최적화된 설계가 요망된다. 본고는 초임계상 FTS(SC-FTS)에 관해 그간에 발표된 보고와 간행물을 검토한 것으로, 이 분야 연구에 유용한 자료를 제공하고 있다.

저자: Reza M. Malek Abbaslou, et al
자료유형: 학술정보