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Ceria 촉매상에서 탈수가 DMC 합성에 미치는 영향
유지인(Jiin You),우제민(Je-Min Woo),김현욱(Hyunuk Kim),박영철(Young Cheol Park),박종호(Jong-Ho Park),문종호(Jong-Ho Moon) 한국청정기술학회 2016 청정기술 Vol.22 No.3
DMC (dimethyl carbonate)를 합성하기 위하여 ceria 계열의 촉매를 이용하여 반응 조건을 확인하는 연구를 수행하였다. 촉매의 합성 조건을 찾기 위하여 소성 온도와 Cu(II)의 함량을 조절하였고, 완성된 촉매는 NH3-TPD를 이용하여 반응성(산점)을 확인하였다. DMC를 합성하기 위하여, 산화카르보닐화법(oxidative carbonylation, 일산화탄소와 산소를 메탄올과 반응)과 직접합성법(direct synthesis, 이산화탄소를 메탄올과 반응)을 적용하였다. 르샤틀리에의 원리에 따라, 반응 중 생성되는 물을 제거하여 반응성(메탄올 전환율)을 향상시키고자 하였으며, 이를 위해 화학적 탈수제(chemical dehydration agent)인 2-cyanopyridine를 사용하였다. 화학적 탈수 반응을 산화카르보닐화법에 적용하였을 경우, 메탄올 전환율은 15.1%에서 38.7%, DMC 선택도는 0%에서 98.8%까지 향상되었다. 이를 직접합성법에 적용하였을 경우, 메탄올 전환율은 1.0%에서 77.8%, DMC 선택도는 41.2%에서 100.0%까지 향상되었다. In this study, ceria- based catalysts were prepared for dimethyl carbonate (DMC) synthesis and reaction conditions were evaluated for finding the optimal reaction route. In order to find optimal catalysts for DMC synthesis, calcination temperature and Cu(II) impregnation amount were evaluated. The oxidative carbonylation using methanol, carbon monoxide and oxygen and the direct synthesis using methanol and carbon dioxide were introduced for producing DMC. Following the law of Le Chatelier, the dehydration reaction was applied for enhancing the reactivity (methanol conversion) as removing water during the reaction. 2-cyanopyridine, as a chemical dehydration agent, was used. In the case of the oxidative carbonylation, methanol conversion rate increased from 15.1% to 38.7% and the DMC selectivity increased from 0% to 98.8%. In the case of the direct synthesis, methanol conversion rate increased from 1.0% to 77.8% and the DMC selectivity increased from 41.2% to 100.0%.
벤치급 CO<sub>2</sub> 포집공정에서 흡수반응기의 내부구조에 따른 K-계열 고체흡수제의 성능평가
김재영 ( Jae-young Kim ),임호 ( Ho Lim ),우제민 ( Je Min Woo ),조성호 ( Sung-ho Jo ),문종호 ( Jong-ho Moon ),이승용 ( Seung-yong Lee ),이효진 ( Hyojin Lee ),이창근 ( Chang-keun Yi ),이종섭 ( Jong-seop Lee ),민병무 ( Byoung-moo Mi 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.3
본 연구에서는 벤치급 건식 CO<sub>2</sub> 포집 성능평가 장치에서 흡수반응기 내부의 구조와 형태에 따른 K-계열 흡수제(KEP-CO2P2, 한국전력공사 전력연구원)의 성능특성을 확인하였다. 흡수반응기 혼합영역(mixing-zone)에 구조와 형태가 다르게 제작된 두 종류의 열교환기가 적용되었으며, 각각 CASE 1과 CASE 2로 나뉘어 동일한 조업조건으로 연속운전을 수행하였다. 연속운전동안 흡수반응 온도는 75~80 ℃, 재생반응 온도는 190~200 ℃, 그리고 반응기체(CO<sub>2</sub>) 농도는 12~14 vol%으로 설정하였다. 특히 흡수제의 흡수능 비교를 위해 흡수반응기 혼합영역의 차압을 400~500 mmH<sub>2</sub>O로 유지하며 운전하였다. 또한 반응 후 채집한 시료는 반응성 비교를 위해 TGA를 이용하여 물성분석을 하였다. CASE 1 실험에서 CO<sub>2</sub> 제거효율과 동적흡수능은 각각 64.3%, 2.40 wt%으로 산출 되었고, CASE 2 실험에서 CO<sub>2</sub> 제거효율과 동적흡수능은 각각 81.0%, 4.66 wt%으로 산출되었다. 또한 반응 후 흡수제에 대한 TGA 측정 결과의 무게감량을 이용하여 흡수제의 동적흡수능을 계산한 결과, CASE 1과 CASE 2 실험에서 반응 후 흡수제의 동적흡수능은 각각 2.51 wt%와 4.89 wt%으로 산출되었다. 결론적으로 동일한 조업조건에서 흡수반응기 내부에 삽입되는 열교환기의 구조와 형태에 따라 흡수제의 성능 차이가 있는 것을 확인하였다. In this study, the performance characteristics of the K-based sorbents (KEP-CO2P2, KEPCO RI, Korea) has been studied in relation with the heat exchanger structure and shape in a mixing zone of the carbonator in the benchscale dry CO<sub>2</sub> capture process. Two types of heat exchangers (different structure and shape) were used in the carbonator as CASE 1 and CASE 2, in which the experiment has been continuously performed under the same operating conditions. During the continuous operation, working temperature of carbonator was 75 to 80 ℃, that of regenerator was 190 to 200 ℃, and CO<sub>2</sub> inlet concentration of the feed gas was 12 to 14 vol%. Especially, to compare the dynamic sorption capacity of sorbents, the differential pressure of the mixing zone in the carbonator was maintained around 400 to 500 mm H<sub>2</sub>O. Also, solid samples from the carbonator and the regenerator were collected and weight variation of those samples was evaluated by TGA. The CO<sub>2</sub> removal efficiency and the dynamic sorption capacity were 64.3% and 2.40 wt%, respectively for CASE 1 while they were 81.0% and 4.66 wt%, respectively for CASE 2. Also, the dynamic sorption capacity of the sorbent in CASE 1 and CASE 2 was 2.51 wt% and 4.89 wt%, respectively, based on the weight loss of the TGA measurement results. Therefore, It was concluded that there could be a difference in the performance characteristics of the same sorbents according to the structure and type of heat exchanger inserted in the carbonator under the same operating conditions.
Potassium계열 흡수제를 이용한 50 Nm³/h급 연소 후 건식 CO₂ 포집 공정: 재생 조건 최적화
원유섭(Yooseob Won),김재영(Jae-Young Kim),박영철(Young Cheol Park),이창근(Chang-Keun Yi),남형석(Hyungseok Nam),우제민(Je-Min Woo),진경태(Gyoung-Tae Jin),박재현(Jaehyeon Park),이승용(Seung-Yong Lee),조성호(Sung-Ho Jo),신명식(Myung-Sik 한국에너지기후변화학회 2020 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2020 No.11