수첨탈산소 반응을 이용한 차세대 바이오디젤 제조
Production of Renewable Diesel by Hydroprocessing of Soybean oil
- 주제(키워드) biodiesel , hydroprocessing , soybean oil
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 임종성
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047198
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
차세대 바이오디젤을 제조하기 위해서 사용 전 대두유의 hydroprocessing에 대한 다양한 종류의 촉매의 효과를 회분식 반응기를 이용하여 연구하였다. 촉매는 57.6 wt% Ni/SiO2-Al2O3, 4.29 wt% Pd/ γ-Al2O3, 4.95 wt% Pt/γ-Al2O3, 3.06 wt% Ru/Al2O3등의 금속촉매와 NiMo/γ-Al2O3, CoMo/γ-Al2O3 등의 황화촉매를 사용하였다. 또한 hyroprocessing공정에 초임계유체의 효과를 관찰하기 위해 propane, hexane, carbon dioxide등의 초임계유체를 연속흐름식 반응기에 도입하여 그 결과를 분석했다. 연속흐름식 반응기에 사용된 촉매는 황화 촉매인 CoMo/γ-Al2O3를 사용하였다. 사용 전 대두유로부터 hydroprocessed된 생성물에 대하여 전환율, 선택도(gaoline, kero/jet, diesel), 산소 제거율, paraffin성분들을 분석하였다. 회분식 반응기에서 촉매/사용 전 대두유 중량비율 0.044를 이용한 연구에서 hydroprocessing의 전환율의 순서는 NiMo (92.9%) > Pd (91.9%) > CoMo (78.9%) > Ni (60.8%) > Pt (50.8%) > Ru (39.7%)이고, 촉매/사용 전 대두유 중량비율 0.088를 이용한 연구에서 hydropercessing의 전환율은 Ni (95.9%) > NiMo (91.9%) > Pd (90.9%) > CoMo (79.9%)이다. 금속 촉매인 Ni과 Pd을 사용하였을 때 생성물에서 가장 많이 들어 있는 성분으로는 paraffin성분중 n-C15와 n-C17성분이 80%이상을 차지하였다. 반면 CoMo촉매는 isomerization와 cracking reaction반응이 다른 촉매에 비하여 활발하였다. Pd촉매를 사용하였을 경우 decarboxylation반응이 활발하게 일어났다. 또한 CoMo촉매의 경우 hydrodeoxygenation반응이 활발하게 일어남을 알 수 있었다. 연속흐름식 반응기를 이용한 연구에서는 초임계유체를 도입하기 전에는 생성물이 액상과 고상으로 생성되며 전환율이 60% 인 것에 반해, 초임계유체를 도입하였을 경우 전환율은 90~80%이고, 생성물에는 고상의 왁스 성분이 검출되지 않았다. 이로써 초임계유체를 연속흐름식hydroprocessing 공정에 도입하였을 때, 바이오디젤을 효과적으로 생산 할 수 있음을 실증하였다.
more초록/요약
The effects of various supported catalysts on the hydroprocessing of soybean oil were studied in a batch reactor at 400 °C, a hydrogen pressure of 92 bar, and a reaction time of 2 h. The catalysts tested included 57.6 wt% Ni/SiO2-Al2O3, 4.29 wt% Pd/γ-Al2O3, 4.95 wt% Pt/γ-Al2O3, 3.06 wt% Ru/Al2O3, sulfided NiMo/γ-Al2O3, and sulfided CoMo/γ-Al2O3. The effects of supercritical fluid on the hydroprocessing of soybean oil were studied in a continuous reactor at 300 ℃, a hydrogen pressure of 50 bar. The supercritical fluid used in this study was propane, hexane and carbon dioxide. The sulfided CoMo/γ-Al2O3 was usd as catalyst. Several parameters were taken into account when evaluating the hydroprocessed products, including the conversion, selectivity (naphtha, kero/jet, and diesel), oxygen removal, and saturation of double bonds. The hydroprocessing conversion order was found to be NiMo (92.9%) > Pd (91.9%) > CoMo (78.9%) > Ni (60.8%) > Pt (50.8%) > Ru (39.7%) at a catalyst/oil weight ratio of 0.044, and Ni (95.9%) > NiMo (91.9%) > Pd (90.9%) > CoMo (79.9%) at a higher catalyst/oil weight ratio of 0.088. The most abundant composition in the liquid product was straight chain n-C17 and n-C15 alkanes when the Ni or Pd catalysts were used. Enhanced isomerization and cracking reaction activity on the CoMo catalyst may produce lighter and isomerized hydrocarbons. By liquid product analyses, decarboxylation was a dominant reaction pathway when the Pd catalyst was used, while hydrodeoxygenation was favored when the NiMo or CoMo catalyst was used. In the case of using continuous type reactor, the hydroprocessing conversion was found to be 60% and the products were obtained as liquid and solid phases without introduction of supercritical fluid. However, supercritical fluid was introduced with soybean oil, the conversion was increased to be 80~90% and the products were obtained as only liquid phase regardless of the kind of supercritical fluid. The major contents of liquid products were paraffins including n-alkanes and iso-alkanes. Accordingly, it was demonstrated the introduction of supercritical fluid to the continuous reactor is effective to produce hydroprocessed biodiesel.
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