혼합 개질 반응 및 메탄올 합성 반응기 모사 및 최적화

Abstract

본 연구의 목적은 메탄올 합성 공정의 전단계인 메탄의 개질 혼합 개질 반응의 속도식을 개발, 속도상수를 추정하고 메탄올 합성 반응기의 scale-up과 촉매의 비활성화에 대한 연구를 진행하는 것이다. 메탄의 혼합 개질 반응은 H2/CO비를 조절하는데 유용하다. 평형에서의 실험 조건을 이용하여 반응 평형상태를 계산하고 비평형상태의 시험 데이터를 이용하여 정반응 속도상수를 추정하였다. 실험 결과와 추정한 값을 비 교 하였을 때 만족할만한 수준으로 예측된 것을 알 수 있었다. 효과적인 운전 조건을 찾기 위해 메탄 전환율과 H2/CO비에 대한 파라미터 민감도를 알아보았다. 그 결과 평형에서는 벽온도와 유입CO2비가 영향이 컸으며 비평형상태에서는 촉매 희석비율이 체류시간보다 영향력이 크다는 것을 알 수 있었다. 메탄올 합성 반응기의 경우 파일럿 반응기(ID=1in, L=1m)에서의 실험 데이터를 이용하여 scale-up을 진행하였다. 이전에 개발된 속도상수를 수정하여 사용하여 파일럿 반응기의 실험결과에 맞는 모델을 개발할 수 있었고 이를 이용하여 3ton/day의 생산량을 갖기 위한 반응기를 설계할 수 있었다. 또한, 메탄올 합성 촉매의 비활성화 속도식을 개발하였다. 다양한 실험 조건에 따른 결과에 만족하는 적절한 비활성화 속도식을 개발하였고 이 결과를 3ton/day의 반응기에 적용하여 촉매의 비활성화 정도를 예측하였다.