화학공학 반응기 설계 및 디자인, 올레핀 촉매 개질 반응기 공정 설계, Reactor Design Project, Catalytic cracking of higher olefins

목차

1. Introduction

2. Process
1) Assumption
2) Catalyst
3) Process design
4) Calculation

3. Economic evaluation

4. Conclusion

5. References

본문내용

1. Introduction
Olefin은 원유에 자연적으로 존재하지 않기 때문에 별도의 전환 과정이 필요하다. 다양한 중합체의 합성에 이용되는 경질 Olefin은 고온에서 Naphtha의 증기분해를 통하여 얻을 수 있다. 이 과정에서 상당한 양의 CO2 가 배출된다. 이를 대체할 방법으로 탄화수소를 ZSM-5와 같은 형상 선택적 zeolite 촉매를 사용하는 catalytic olefin cracking이 주목받고 있다.
이 프로젝트는 higher olefin을 cracking하여 더 낮은 carbon number의 olefin을 생산하는 공정을 설계하고 평가해보는 것이 목적이다. 460°C의 반응기에서 HZSM-5를 촉매로 사용한 C3-C7 olefin의 전환에 중점을 두었고, olefin 공급에 대한 product를 분석하였다.
1-Hexanol에서 dehydration을 통해 1-Hexene으로 바꾸었고, 우리는 이 1-Hexene을 HZSM-5을 이용하여 cracking할 Higher olefin으로서 사용했다. Cracking과정이 매우 복잡하지만, 분석을 완벽히 할 수 없기 때문에 모든 과정이 동일한 비율로 진행된다고 가정하여 계산을 단순화시켰다. Cracking을 통해 ethene, propene, butene, pentene이 생산되며, 이들의 전환율을 계산하고 경제성을 평가하였다.

2. Process
1) Assumption
1 Cracking process에 사용되는 반응기는 PFTR이며, 반응이 일어나는 온도는 733.15K으로 설정하고, residual time을 24시간으로 한다.
2 반응에 참여하는 모든 gas는 ideal gas로 가정되어 모든 마찰과 분자간 상호작용이 무시된다.
3 반응기 내에서 일어나는 반응을 네 가지로 국한한다.
그리고, 네 종류의 반응은 서로 경쟁하지 않고 동일한 mole 수의 hexene이 반응한다고 가정한다. 또한, 4가지의 반응 이외의 부반응은 고려하지 않는다.

참고자료

· Xun Huang (2015), Chemical Engineering Journal, ‘Reaction pathway and kinetics of C3–C7 olefin transformation over high-silicon HZSM-5 zeolite at 400–490°C’
· http://www.zeolitechemistry.com/photo/pl12244388-nano_zsm_5_zeolite_with_particle_size_50_100nm_for_catalyst_adsorbent.jpg
· Pit Losch (2017), Journal of Catalysis, ‘H-ZSM-5 zeolite model crystals: Structure-diffusion-activity relationship in methanol-to-olefins catalysis’
· https://www.sigmaaldrich.com/
· https://www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd=1144