[A+레포트] MTG PROCESS / Low carbon species를 통한 Gasoline 개질 - 반응공학1

소개

"[A+레포트] MTG PROCESS / Low carbon species를 통한 Gasoline 개질 - 반응공학1"에 대한 내용입니다.

목차

1. 가솔린 변환과정 1

2. 반응기 설정 2

3. 운전 조건 2
3-1. Adiabatic CSTR 3
3-2. Isothermal PFTR 5
3-3. Isothermal PFTR (Autocatalytic reaction) 6
3-4. Methanol/Dimethylether Equilibrium 8
3-5. Pre-heater 8

4. 에너지 요소 고려 9
4-1. 첫 번째 Isothermal PFTR의 열 발생량 9
4-2. 두 번째 Isothermal PFTR의 열 발생량 10
4-3. 에너지 요소 종합 10

5. 전체 반응기 모식도 요약 11

6. Feed / Energy Cost 12
6-1. Feed cost information 12
6-2. Energy cost information 12
6-3. Total feed and cost information 13

7. Conclusion 13

8. Reference 14

본문내용

1. 가솔린 변환과정
메탄올로부터 가솔린을 생성하는 공정 반응은 다양하게 조사되었으나 그 중 다룰 수 있을만한 다음과 같은 간단한 반응식을 통해 반응기 설계를 하였다.

Methanol 이 용해되어 Methanol 과 Dimethylether 와 평형을 이루고 이 평형 혼합물이 저탄소의 Light Olefin이 된다. 그 후 Light Olefin 이 서로 반응하여 Product(Hydrocarbon) 을 만들고 이때 생성된 Hydrocarbon 이 또 Light Olefin과 반응하여 또 다른 Hydrocarbon을 형성하는 반응이다. 우리가 필요로 하는 Gasoline 은 Hydrocarbon 중 약 90%가 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.

또한 논문을 바탕으로 한 상기 반응식의 반응속도상수k 값은 아래와 같다.

각 반응은 위와 같은 반응속도상수를 가지며 활성화에너지E 는 J의 단위, k는 시간(hour)의 역수 단위를 갖는다.

또한 이 반응은 Si/Al ratio 24 로 이루어진 ZSM-5 zeolite 촉매를 사용하는 반응이다. 본 디자인에서는 촉매의 deactivation 을 고려하지 않으므로 앞으로의 수지식에서 촉매에 관한 항은 고려하지 않는다.

2. 반응기 설정
위와 같은 반응식을 하나의 반응기 안에서 운전할 경우 계산식이 복잡해지고 해를 구할 수 없는 형태로 나오기 때문에 학습범위 내에서 운전조건을 조성하기 위해 아래와 같이 크게 4단계의 과정을 거치고 3개의 Reactor를 사용하는 조건으로 수행하였다.

반응온도가 고온이기 때문에 pre-heater를 통해 필요한 열량만큼을 보충해주고 반응기로 feed를 보낸다. Adiabatic CSTR은 발열반응을 통한 열량을 반응기가 그대로 흡수할 수 있게 되어 반응온도를 높이는 효과를 가져올 수 있다. 그 후 두 개의 Isothermal PFTR 이 있는데 실제 PFTR은 직렬연결이 무의미하나 계산의 편의를 위해서 두 개로 나누었다. 또한 등온반응이기 때문에 Cooling 장치를 반응기 외부에 설치한 모습을 표현했다.

참고자료

· Ana G. Gayubo, Pedro L. Benito, Andres T. Aguayo, Itziar Aguirre, Javier Bilbao, “Analysis of kinetic models of the methanol-to-gasoline (MTG) process in an intergral reactor”, The Chemical Engineering Journal 63 (1996) 45-51
· Ki-sup Choi, Kyung-lim Kim, “Methanol-to-Gasoline Process over Zeolite Catalysts”, Samsung Petrochemical (1982) 20
· Ana G. Gayubo, Andres T. Aguayo, Marta Castilla, Martin Olazar, Javier Bilbao, “Catalyst reactivation kinetics for methanol transformation into hydrocarbons. Expressions for designing reaction-regeneration cycles in isothermal and adiabatic fixed bed reactor”, Chemical Engineering Science 56 (2001) 5059-5071
· Nobuo Tajima, Takao Tsuneda, Fuminori Toyama, and Kimihiko Hirao, “A New Mechanism for the First Carbon-Carbon Bond Formation in the MTG Process: A Theoretical Study”, J.Am. Chem. Soc (1998) 120 8222-8229
· Exxonmobil, 2005, Research and Engineering