Pt/HY 촉매를 이용한 n-Octadecane의 Hydroupgrading 반응

오승교; 정은아; 이중엽; 전종기

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자료유형: 학술저널

저자정보: 오승교 (국립공주대학교) 정은아 (국립공주대학교) 이중엽 (국립공주대학교) 전종기 (국립공주대학교)

저널정보: 한국청정기술학회 청정기술 청정기술 제31권 제1호

발행연도: 2025.3

수록면: 24 - 32 (9page)

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본 연구에서는 n-octadecane을 모델 화합물로 사용하여 HY 제올라이트를 지지체로 한 Pt 촉매를 제조하고, 촉매의 Si/ Al₂ 비율을 변화시켜 촉매 특성과 반응성을 평가했다. 촉매 특성 분석을 위해 BET, NH₃-TPD, Pyridine FT-IR을 활용했 으며, 수첨분해 및 이성화 반응을 동시에 진행하는 hydroupgrading 반응을 연구했다. 이를 통해 Pt/HY 촉매의 구조와 산점이 n-octadecane의 hydroupgrading 반응 성능에 미치는 영향을 규명하고, 최적의 촉매 조건을 제시하는 것이 연구의 목표이다. 본 연구에서 제조한 Pt/HY 촉매의 Si/Al₂ 몰비가 5.2부터 60까지 증가할수록 mesopore가 더 많이 발달한다는 것을 알 수 있다. Pt/HY 촉매의 NH₃-TPD 분석 결과, Si/Al₂ 비가 증가할수록 산점의 양과 산 세기가 동시에 감소하며, 약산점/강산점의 비도 점차 낮아졌다. 또한, Pt/HY 촉매의 Si/Al₂ 비가 증가할수록 Brönsted 산점이 감소하는 것을 확인할 수 있다. Pt/HY 촉매를 이용한 n-octadecane의 hydroupgrading 반응은 연속식 고정층 반응기에서 상압, 350 ~ 500 ℃의 온도 범위 및 공간속도(WHSV)가 2 h-1 조건에서 수행하였다. Pt/HY(60) 촉매가 가장 높은 전환율을 보이고 Si/Al₂ 몰비가 감소하면 전환율이 감소하는 경향을 보였다. Pt/HY(60) 촉매를 사용한 경우 항공유에 해당하는 유분(C8 ~ C17)의 선택도 및 수율이 가장 우수하였고, isomer 선택도도 우수하였다. 이러한 결과는 n-octadecane의 hydroupgrading 반응에서 항공유 유분으로의 적당한 분해반응과 이성화반응에 Pt/HY(60) 촉매의 산점의 양과 산 세기가 가장 적합하기 때문으로 판단된다. Pt/HY(60) 촉매를 사용하여 반응압력이 n-octadecnae의 hyroupgrading 반응에 미치는 영향을 시험한 결과, 반응 압력이 10 bar인 조건에서 최대의 항공유 수율을 얻을 수 있었으며, 이성화선택도는 반응 압력에 큰 영향을 받지 않았다.

The objective of this study is to investigate the characteristics and reaction properties of Pt/HY catalysts for hydro-upgrading reaction to produce bio-jet fuel from bio-oil. Pt catalysts supported on HY zeolite were synthesized, and their Si/Al₂ ratio was varied to evaluate catalyst properties and reactivity. BET, NH₃-TPD, and pyridine FT-IR analyses were conducted to characterize the catalysts. The hydro-upgrading reaction, which involves simultaneous hydrocracking and isomerization, was studied using n-octadecane as a model compound. This study aims to elucidate the influence of the structure and acid sites of Pt/HY catalysts on the hydro-upgrading performance of n-octadecane and to propose optimal catalyst conditions. It was observed that as the Si/Al₂ molar ratio of the synthesized Pt/HY catalysts increased from 5.2 to 60, the development of mesopores became more pronounced. NH₃-TPD analysis revealed that as the Si/Al₂ ratio increased, both the number and strength of acid sites decreased, and the ratio of weak to strong acid sites gradually declined. Furthermore, an increase in the Si/Al₂ ratio led to a reduction in Brønsted acid sites. The hydro-upgrading reaction of n-octadecane using Pt/HY catalysts was conducted in a continuous fixed-bed reactor. Pt/HY(60) exhibited the highest conversion, while a decreasing Si/Al₂ molar ratio resulted in lower conversion. The Pt/HY(60) catalyst also showed the highest selectivity and yield for jet fuel-range hydrocarbons (C8 ~ C17), as well as excellent isomer selectivity. These results suggest that in the hydro-upgrading reaction of n-octadecane, the acid site density and strength of the Pt/HY(60) catalyst are optimal for achieving a suitable balance between cracking and isomerization to produce jet fuel fractions. Additionally, when evaluating the effect of reaction pressure on the hydro-upgrading of n-octadecane using Pt/HY(60), the highest jet fuel yield was obtained at 10 bar, while isomer selectivity was not significantly affected by pressure.

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