포화/불포화 경질 탄화수소 혼합물의 방향족화 반응에 Zn/ZSM-5의 영향
Effects of Zn/ZSM-5 on aromatization of saturated and unsaturated light hydrocarbon mixture
- 주제어 (키워드) 방향족화 , 경질 탄화수소 , ZSM-5 , 아연 , 산점 , aromatization , light hydrocarbon , ZSM-5 , Zn , acid site
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 하경수
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066457
- UCI I804:11029-000000066457
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
포화/불포화 경질 탄화수소 혼합물을 피드로 사용하여 방향족화 반응을 수행하였다. 경질 탄화수소의 혼합물은 천연가스 혹은 메탄과 합성가스 전환 반응에서의 중간체 분자들로 고려할 수 있다. 따라서 이러한 경질 탄화수소 혼합물을 방향족 화합물로의 전환을 위하여 아연을 담지한 ZSM-5 촉매를 제조하였다. 담지량을 다르게 하는 방법과 두 종류의 촉매를 물리적으로 혼합하여 촉매 베드를 구성하는 방법으로 반응을 진행하여 성능을 평가하였다. NH3-TPD 결과에 따르면, 아연을 담지하였을 때 중간 세기의 산점이 크게 증가하며 약산점과 강산점이 상대적으로 줄어드는 것을 알 수 있었다. 반응 결과에서는 0.5Zn/ZSM-5가 가장 높은 전체 방향족 수율을 보였다. 하지만 1 wt. %까지 담지량을 증가시켰을 때는 방향족의 수율이 줄어들었다. 촉매 베드에 아연을 담지하지 않은 일반 ZSM-5와 Zn/ZSM-5의 물리적 혼합물을 충전하여 실험한 결과 전체 방향족 수율에서는 0.5Zn/ZSM-5에 비해 소폭 적은 수율을 보였지만, BTX만의 수율에서는 가장 높은 수율을 보였다. 이는 산점의 종류가 균형되게 분표된 것이 원인인 것으로 보인다. 또한 담지된 아연의 상태와 각각 C2 화합물들의 전환이 방향족 수율에 기여한 정도를 파악하기 위해 에탄, 에틸렌, 아세틸렌을 각각 단일 반응물로 ZSM-5 및 Zn/ZSM-5 상에서 방향족화 반응을 수행하였다. 상대적으로 고농도의 수소가 있는 환경에서, 에탄과 아세틸렌의 전환보다 에틸렌의 전환이 방향족 화합물 수율에 큰 영향을 미친 것으로 확인되었다.
more초록 (요약문)
A mixture of saturated and unsaturated light hydrocarbon was used as feed gas for the production of aromatics. Natural gas liquids (NGL) and intermediate molecules in the middle of conversion processes from methane and synthesis gas could be considered a kind of light hydrocarbon mixture. Therefore, for the conversion of the mixture into aromatics compounds, Zn-impregnated ZSM-5 catalysts were prepared and evaluated by employing different loading of Zn and charging physically mixed two different kinds of catalysts in the bed. The NH3-TPD result showed that the impregnation of Zn led to increase in number of medium strength acid sites, whereas those of weak and strong acid sites were decreased. From the results of catalytic activity tests, 0.5Zn/ZSM-5 showed the highest aromatics yield. As the amount of Zn loading was further increased to 1 wt. %, yield of aromatics decreased. Test result with catalyst bed composed of physically mixed Zn/ZSM-5 and un-impregnated ZSM-5 showed slightly lower yield in terms of total aromatics but the highest BTX yield was obtained compared with the result of 0.5Zn/ZSM-5 due to balanced distribution of acid site species. To reveal the relative contribution of each hydrocarbon conversion to aromatics yield, each C2 compound was separately tested for aromatization over Zn/ZSM-5. With hydrogen, the effect of ethylene conversion was found more pronounced than in the cases of ethane and acetylene.
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