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용매 첨가에 따른 Cyclopentadiene계 화합물의 이성화 반응성 연구 (II)
성민준(Minjun Seong),서동욱(Donguk Seo),주형욱(Hyeonguk Joo),권태수(Taesoo Kwon),한정식(Jeong-sik Han) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12
Tetrahydrotricyclopentadiene(이하 THTCPD)의 이성질체는 높은 밀도와 높은 발열량을 가지고 있어 고성능 액체 연료의 주요성분물질로 활용이 가능하다. 하지만 상온에서 고체로 존재하기 때문에 유동성을 개선하기 위해 이성화 반응을 수행해야 한다. 본 연구에서는 재사용이 가능하며 생성물과의 분리가 용이한 제올라이트 촉매 적용 하에 압력 변화에 따른 THTCPD 이성화 반응을 수행한 결과, 압력이 이성화 반응에 영향을 주지 않았다. 또한, 적용 용매를 변화하며 THTCPD 이성화 반응을 수행한 결과, 수산기를 갖는 Benzyl Alcohol 용매를 반응에 적용했을 때 THTCPD 이성화 반응이 크게 향상됨을 확인할 수 있었다. Tetrahydrotricyclopentadiene(below THTCPD) isomer is a main materials for the high performance liquid fuel component because of its high density and heat of combustion value. However, to improve liquidity, the isomerization reaction will have to be carried out because THTCPD exist as a solid at room temperature. In this study, zeolite catalyst which can be reused and easily separated from product is applied. And THTCPD isomerization reaction was performed with varying pressure. As a result, the pressure did not affect the isomerization reaction. Also, THTCPD isomerization reaction was performed with varying addition solvents. As a result, when a benzyl alcohol solvent having a hydroxyl group was used in the reaction, THTCPD isomerization reaction was greatly improved.
Tetrahydrotricyclopentadiene(THTCPD) 유도체의 이성화 반응 연구
성민준(Minjun Seong),주형욱(Hyeong Uk Joo),서동욱(Donguk Seo),권태수(Teasoo Kwon),정병훈(Byeonghun Jeong),한정식(Jeongsik Han) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12
본 연구는 고에너지 액체 추진제인 Tetrahydrotricyclopentadiene(THTCPD) 유도체에 대한 이성화 반응 효과를 알아보기 위한 것으로 THTCPD 이성화 반응시간을 인자로 하여 이성화 거동 및 이성화 전환율이 물성 특성(점도, 발열량, 비중 및 어는점)에 미치는 영향을 살펴보았다.. Aluminum Chloride(AlCl₃)를 이성화 촉매로 사용하여 THTCPD의 이성화 반응을 수행한 결과 THTCPD major isomer(endo-exo-endo형)의 이성화 전환율이 증가할수록 다른 이성질체(endo-exo-exo형 및 exo-exo-exo형)로 변화되는 수율이 증가하는 것을 확인하였고, 이성화 전환율이 증가할수록 THTCPD의 점도 특성이 향상되는 것을 확인하였다. The study was to find out the isomerization reaction effect for the high-energy liquid propellant, Tetrahydrotricyclopentadiene(THTCPD) derivative. When the THTCPD isomerization reaction variable is reaction time, isomerization change and isomerization conversion were investigated to confirm that affect the physical properties(specific gravity, heat of combustion, Freezing point and Viscosity) of THTCPD. THTCPD isomerization reaction was investigated over Aluminum Chloride(AlCl₃) catalyst. Isomerization conversion of THTCPD major isomer(endo-exo-endo type) was increased with increase of other isomers(endo-exo-exo type and exo-exo-exo type) yield. Also, the viscosity property(-18 ℃: 179.8 cst, 20 ℃: 25.4 cst, 50 ℃: 8.9 cst) of THTCPD were confirmed to be improved.
제올라이트 Y 촉매 상에서 Tetrahydrotricyclopentadiene(THTCPD) 유도체의 이성화 반응에 대한 저온 특성 연구
성민준(Minjun Seong),서동욱(Donguk Seo),주형욱(Hyeong Uk Joo),권태수(Teasoo Kwon),한정식(Jeongsik Han) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
Tetrahydrotricyclopentadiene(이하 THTCPD)의 이성질체는 높은 밀도와 높은 발열량을 가지고 있어 고성능 액체 연료의 주요성분물질로 활용이 가능하다. 본 연구에서는 상온에서 고체 상태로 유동성이 좋지 않은 THTCPD를 저온(-18℃)에서도 유동성이 우수한 액체 상태로 전환할 수 있는 이성화 반응조건을 탐색하고 THTCPD의 주요 성분인 endo-THTCPD의 전환율과 저온 점도특성의 상관관계를 알아보기 위하여 HY 제올라이트 촉매 상에서 반응온도와 촉매/반응물 비를 변화시키며 이성화반응을 수행하였다. 반응온도와 촉매/반응물 비가 증가할수록 endo-THTCPD의 전환율과 adamantane계 탄화수소가 증가하여 유동성에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. Tetrahydrotricyclopentadiene(below THTCPD) isomer is a good candidate materials for using as the high performance liquid fuel component because of its high density and heating value. The purpose of this study was to investigate the isomerization reaction conditions to change over from THTCPD which is solid state at room temperature to THTCPD of high liquid fluidity at low temperature(-18 ℃). To find out the correlation of low-viscosity property and endo-THTCPD conversion, the isomerization reaction was performed by changing the reaction conditions like reaction temperature and catalyst/reactant ratio over HY zeolite catalyst. As the reaction temperature and catalyst/reactant ratio increases, the increase of endo-THTCPD conversion and adamantane type hydrocarbon was confirmed to affect the fluidity.
불균일계 촉매 상에서 Cyclopentadiene계 화합물의 이성화 반응 연구
성민준(Minjun Seong),서동욱(Donguk Seo),주형욱(Hyeong Uk Joo),권태수(Teasoo Kwon),정병훈(Byeonghun Jeong),한정식(Jeongsik Han) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
본 연구는 불균일계 촉매 상에서 단위부피당 에너지 함량이 높은 액체 연료인 Cyclopentadiene (CPD)계 화합물의 이성화 반응을 통하여 적용 촉매에 따른 이성화 거동 및 물성(밀도, 발열량, 점도 및 인화점) 변화 연구를 수행하였다. 동일한 반응조건(온도, 압력, 교반속도 등)에서 CPD계 화합물의 이성화 반응을 수행한 결과, Y zeolite 촉매를 사용했을 때 CPD계 화합물의 각 구간에 대하여 높은 전환율을 보였으며 가장 향상된 점도(저온 및 상온) 특성을 나타내었고 Beta zeolite 및 MCM-41 촉매를 사용할 경우에는 반응이 거의 일어나지 않음을 확인할 수 있었다. 또한 이성화 반응에 의해 점도와 밀도/발열량/인화점이 서로 반비례 관계를 보인다는 것을 알 수 있었고, 각 구간의 전환율이 CPD계 화합물의 물성 변화에 미치는 영향을 유추할 수 있었다. Isomerization reaction of cyclopentadiene(CPD) compound liquid fuel with high energy content per unit volume was investigated over heterogenous catalysts to confirm the effect for isomer motion according to the applied catalyst and physical properties(density, heating value, viscosity, flash point) change. Isomerization reaction of CPD compound at the same conditions(temperature, pressure, stirring rate etc.) was showed the high conversion and the most improved viscosity(low and high temperature) property over the Y zeolite. Otherwise, the isomerization reaction of CPD compound was almost not occur when using the Beta zeolite and MCM-41 catalyst. The study confirmed the inverse relationship of viscosity and density/caloric value/flash point through the isomerization reaction of CPD compound. Also, the isomer conversion of CPD compound was able to infer that affects the physical properties change.
니켈 촉매 상에서 에탄으로부터 수소생산을 위한 반응기 사이징
성민준(Minjun Seong),이경은(Kyungeun Lee),조정호(Jung-Ho Cho),이영철(Young-Chul Lee),전종기(Jong-Ki Jeon) 한국청정기술학회 2013 청정기술 Vol.19 No.1
니켈 촉매 상에서 에탄의 수증기 개질 반응과 수성가스 전환반응 반응에 대한 반응속도 데이터를 얻기 위하여 반응온도와 반응물의 분압을 변화시키면서 반응 실험을 수행하였다. 반응속도 데이터를 사용하여 거듭제곱 속도식 모델(power law kinetic model)과 랭미어-힌쉘우드 모델(Langmuir-Hinshelwood model)의 매개변수를 구하였다. 또한 반응 속도 모델식을 적용하여 PRO/II를 이용한 공정 모사를 통해서 에탄의 수증기 개질 반응기 사이징(sizing)을 수행하였다. 에탄을 반응물로 하여 수증기 개질 반응을 수행한 결과, 단순한 거듭제곱 속도식 모델보다 표면반응에 의하여 반응속도가 결정되는 랭미어-힌쉘우드 모델이 보다 적합하였고, 수성가스 전환반응에 대한 반응속도식은 거듭제곱 속도식 모델이 적합함을 보였다. PRO/II 시뮬레이션을 통해서 수소 생산량에 필요한 반응기의 크기를 결정할 수 있었다. In this study, kinetics data was obtained for steam reforming reaction of ethane over the nickel catalyst. The variables of steam reforming reaction were reaction temperature, partial pressure of ethane, and mole ratio of steam and ethane. Parameters for the power rate law kinetic model and the Langmuir-Hinshelwood model were obtained from the kinetic data. Also, sizing of steam reforming reactor was performed by using PRO/II simulator. For the steam reforming reaction of ethane, Langmuir- Hinshelwood model determining the reaction rate by the surface reaction was better suited than a simple power rate law kinetic model. On water-gas-shift reaction, power rate law kinetic model was well fitted to the kinetic data. Reactor size can be calculated for production of hydrogen through PRO/II simulation.
제올라이트 Y 촉매를 이용한 Cyclopentadiene계 화합물의 이성화 반응 특성 연구
서동욱(Donguk Seo),성민준(Minjun Seong),주형욱(Hyeonguk Ju),권태수(Taesoo Kwon),정병훈(Byeonghun Jeong),한정식(Jeongsik Han) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
Multi-cyclic hydrocarbon은 치밀한 구조가 밀도를 높게 하고 추가적인 변형에너지를 야기하기 때문에 이상적인 고밀도 고에너지 연료의 후보이다. 본 연구에서는 다양한 Multi-cyclic Hydrocarbon을 포함한 Cyclopentadiene계 화합물을 Y Zeolite 촉매를 이용하여 회분식 반응기에서 이성화 반응을 수행하고, 전환율과 물질 특성의 상관관계에 대해 알아보았다. 연구결과 이성화 전환율이 증가 할수록 Major로 존재하는 endo형 이성질체가 exo형으로 변환되면서 점도 특성은 향상되고, 밀도, 발열량, 인화점, 색도 특성은 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. Multi-cyclic hydrocarbon is a candidate for a high-density-energy fuel because a high density and compact structure results in additional strain energy. The purpose of in this study is evaluating a correlation between conversion rates and material properties of cyclopentadiene compounds containing multi-cyclic hydrocarbon through carrying out isomerization reaction using a Y zeolite catalyst in a batch reactor. The results represent that as the isomerization conversion rate increase, major isomer(endo type) is converted into exo isomer form whose viscosity properties are improved whereas density, total heat of combustion, flash point and saybolt color are decreased.