프로판의 탈수소화 반응 결과 레포트

소개글

프로판의 탈수소화 반응 결과 레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목차
1. 서론

2. 이론
1) 미분 반응기
2) 미분반응기 설계식
3) GC의 농도분석

3. 실험방법
1) 실험장치
2) 실험방법

4. 결과 및 토론

5. 결론

6. 참고문헌

본문내용

0 = 18.712
90분 : ( 1 - ( 670142.5 / 811627.1 ) X 100 = 17.432
120분 : ( 1 - ( 720081.7 / 879915.6 ) X 100 = 18.165
선택도
( propylene / ( total - propane ) ) X 100
1분 : ( 294097 / ( 674068 - 368202.1) X 100 = 96.152
4분 : ( 244838.4 / ( 606726.8 - 351560.4) X 100 = 95.952
7분 : ( 353948.5 / ( 950636.4 - 583771.2) X 100 = 96.479
10분 : ( 224567.7 / ( 895513.8 - 662245.9) X 100 = 96.270
20분 : ( 1378.016 / ( 3482.47 - 1496.818) X 100 = 69.399
30분 : ( 245603.7 / ( 1212838 - 957900.4) X 100 = 96.339
40분 : ( 110720.1 / ( 586558.8 - 471004.7) X 100 = 95.817
60분 : ( 169703.8 / ( 943915.7 - 767291.5) X 100 = 96.206
90분 : ( 136117 / ( 811627.1 - 670142.5) X 100 = 96.205
120분 : ( 154047.5 / ( 879915.6 - 720081.7) X 100 = 96.380
이번 실험은 알루미나를 담체로 한 Pt 촉매상에서의 연속식 미분반응기를 사용한 결과를 이용하여 프로판의 반응속도, 농도, 반응차수, 활성화 에너지 등을 구하는 것이었다. 미분 반응기는 일반적으로 농도 또는 분압의 함수로서 반응속도를 구하는데 사용되고, 전화율을 낮추기 위하여 촉매를 연속 부가반응을 방지하기 위하여 반응기에 얇게 깔아 사용한다고 한다. 미분 반응기가 되기 위한 조건은 반응물의 전화율을 아주 낮춘 상태로서 촉매 층에서의 반응물의 농도 변화가 극히 작은 경우이다. 그 결과 반응기 전반에 걸친 반응물의 농도 는 거의 일정하며 근사적으로 초기 농도와 비슷한 값을 갖는다. 즉, 반응기의 농도구배 는 없다고 가정할 수 있으며, 반응속도는 촉매층내에서 축방향으로 일정하다고 볼 수 있 다. 반응기에서의 낮은 전화율로 단위 부피당 열 발생율이 극히 낮아 반응기를 등온 반응 상태로 유지하기가 수월하다.
실험은 GC를 이용해서 프로필렌의 peak area를 구하였다. GC분석에서 시간에 대해 적분한 값이 면적이 되며, 면적이 제일 큰 것을 프로판으로 잡고 그 주변의 값을 이용하였다.
제일 작은 순서로 메탄 에탄 에틸렌 프로필렌 프로판이었다. 프로판이 반응해서, 프로판의 초기농도와 프로판의 반응 후 생성물들의 농도 합이 같다고 가정하면, (Y축 - 프로필렌 Area, X축 - 프로필렌의 농도)로 그래프를 그릴 수 있다. 이것을 이용해 lnC3H8 VS lnr'C3H6를 plot하면 식의 기울기인 반응차수 와 y절편 값인 반응속도상수 k값이 구해진다. 여기서 프로필렌의 반응속도는 촉매 0.1g을 고려해 준 것이다. 동일한 lnC3H8값 때문에 이를 무시 할 수가 있었다. k값을 이용해 Arrhenius식을 사용하면 활성화 에너지(E)를 구할 수 있다. 우리가 구한 활성화 에너지는 E= 392968.092J/mol 이다. 촉매를 사용하면 활성화 에너지값을 낮출 수 있기 때문에 반응속도를 높일 수 있다. 우리는 수소화 반응에 높은 활성을 나타내는 Pt/alumina 촉매를 사용하여 프로판의 수소화 반응특성에 대해 알아 보았으며, 프로판의 속도론적 해석을 수행하여 촉매의 역할을 알게 되었다. 여기서 한가지 고려해야 할 점이 표준상태에서는 반응이 잘 이루어지지 않으므로 Pt와 같은 촉매를 사용하여 활성화 에너지를 낮추어 반응속도를 높일 수 있다는 것이다. 결과적으로 반응속도를 높이기 위해서는 높은 온도와 촉매를 사용하면 된다.
실험을 하기전 전처리 과정은 U자형반응기에 Pt/alumina 촉매를 0.10g 채우고 600℃에서 180분 동안 Hydrogen gas를 유속(20㎖/min)를 흘리며 시행한다. 예민한 GC기기 때문에 GC 주입구에 프로판 가스를 넣을때 조심스러웠다. 사람마다 손의 움직임이 다르니 한사람이 모든 시간동안 주입하는 것이 낫다. 시간 맞추기도 쉽지 않다. 컴퓨터에 흘러가는 시간, 주입시간을 정확하게 맞추지는 못했다. 중간에 기기가 한번 꺼졌기 때문에 어느정도 결과값에 영향이 있었다.
프로필렌은 세계 화학 산업에서 중요한 기초 원료이다. 현재까지는 대부분 에탄, 프로판, 나프타(naphtha)를 원료로 하여 상당히 높은 온도인 800~900℃에서 스팀 크래킹(steam cracking)으로 상업 생산되고 있다. 프로판, 부탄 등 가벼운 파라핀(light paraffin)을 직접 탈수소시키면 프로필렌, 부텐, 라이트 올레핀 등을 상업적으로 생산할 수 있다. 그러나 에탄을 직접 탈수소시키는 것은 아직까지는 상업적으로 가능하지 않다. 왜냐하면 에탄의 탈수소에는 800℃ 이상의 반응온도가 필요한 데, 이 가혹한 온도 조건에서는 분해(cracking), 촉매와 반응기의 코킹(cocking) 등 문제가 있어 상업적으로 유용한 선택도나 전환율을 얻을 수가 없다. 현재 상업화하여 운전되고 있는 알칸(alkane) 탄화수소는 탄소수가 3개인 프로판까지이다. 한국에도 울산에 프로판을 탈수소하여 프로필렌을 만드는 공장이 1990년 완성되어 현재 정상 운전 중에 있다. 현재까지는 에탄으로부터 에틸렌을 만드는 방법은 스팀 크래킹(steam cracking)법으로 행해지고 있으나 여러 부산물 문제 등이 있어 그 효율면에서 만약 에탄 탈수소화가 가능해진다면 획기적인 기술이 될 것으로 기대된다.
5. 결론
반응차수 : -0.1184
활성화 에너지 : 392968.092 J/mol
반응속도상수 : 1.845412348
Pt/alumina 촉매는 프로판의 탈수소화반응에 유효한 작용을 하는 것을 확인할 수 있었 다.
6. 참고문헌
Danial C. Harris, 분석화학, 자유아카데미, 1999, p758-763
-GC

키워드

촉매,   미분반응기,   탈수소화반응