플라스틱의 폐기물 및 화학원료로의 재활용 분야에 대한 사회적 관심이 급격히 높아지고 있는 상황에서, 폐플라스틱 열분해유를 이용한 납사 생산은 가장 기술 장벽을 낮춰 시대적 요구에 가장 빠르게 대응할 수 있는 방법이다. 따라서 본 연구에서는 폐플라스틱 열분해유를 이용한 수첨처리, 수첨분해에 대한 연구를 진행하였다. 자세하게는 수첨처리를 통한 불순물 제거, 수첨분해를 통한 납사 수율 증대를 목적으로 연구를 진행하였다. 그 결과 폐플라스틱 열분해유 중 200 ℃ 이하의 비점을 가지는 납사유분은 황화물계 촉매를 이용한 370 ℃, 2시간 조건에서의 수첨처리를 통해 90 wt% 이상의 황 및 질소 전환율, 염소의 경우 거의 100 wt%에 가까운 전환율을 확인하였고, 200 ℃ 이상 비점을 가지는 폐플라스틱 열분해 중질유분은 NiMo/ZSM-5 촉매를 이용한 400 ℃, 2시간의 수첨분해를 통해 35.7 wt%의 납사 수율을 얻을 수 있음을 확인하였다.
폐플라스틱으로부터 만든 재생연료유의 연료특성 향상을 위하여 수첨 열분해 실험을 수행하였다. 주요 실험인자로 반응온도($300^{\circ}C{\sim}700^{\circ}C$), 촉매(알루미나-실리카, 활성탄, 제올라이트)를 선정하였고 이들이 액상 생성물의 인화점, 동점도, 고형물 함량에 미치는 영향을 조사하였다. $300^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$ 온도에서 수첨 열분해는 재생연료유의 연료특성을 개선하는 효과가 있었다. $500^{\circ}C$ 이상 온도에서는 열분해반응이 활발하게 진행되어 생성물의 인화점이 급격히 낮아졌다. 촉매를 도입하여 생성물의 인화점을 높일 수 있었는데 이는 촉매가 수첨반응을 활성화하였기 때문으로 사료된다. 동점도는 무촉매 반응에서 가장 낮은 값을, 제올라이트 촉매 반응에서 가장 높은 값을 보였다. 고형물 제거율은 모든 반응조건에서 70 % 이상이었다. 조사한 촉매들 중에서 활성탄이 재생연료유의 수첨 열분해 반응에 가장 안정적이며 높은 활성을 보였다.
감압잔사유를 고압 회분식 반응기에 넣고, 상용 Ni-Mo/$Al_2O_3$ 촉매를 이용하여 $450^{\circ}C$, $500^{\circ}C$에서 수첨분해하였다. 그리고 반응 생성물을 단증류 혹은 GC-SIMDIS 방법으로 각각 분석하였다. 먼저 수첨분해반응에서는 두 온도 조건 모두 촉매 반응뿐만 아니라 열분해 반응도 같이 일어나고 있음을 확인하였고, 온도가 증가할수록 전환율이 증가하고, 생성물 중 가솔린 및 납사 비율이 높아졌다. 생성물 분석 결과, $500^{\circ}C$ 반응에서는 단증류와 GC-SIMDIS 분석 결과의 차이가 없었지만, $450^{\circ}C$ 반응에서는 단증류에서는 디젤이, GC-SIMDIS에서는 vacuum gas oil이 주 생성물로 드러났다. 이는 $450^{\circ}C$ 반응에서의 단증류 분석은 단증류에 의한 열분해 반응으로 인해 생성물의 선택도가 정확하지 않음을 알려준다.
피셔트롭스반응은 합성가스 ($H_2+CO$) 로부터 액체연료를 생산하기 위한 목적으로 연구되고 있으며 최근 한정된 석유자원으로 인하여 그 중요성이 증대하고 있다. 이 반응을 통해 생산된 왁스는 수첨분해 반응을 통해 원하는 액체연료 (디젤, 항공유, 윤활유 등) 영역의 수율을 높일 수 있다. 수첨분해반응을 위해선 수소화/탈수소화 기능을 가지는 금속을 포함하고 크래킹 반응을 일으키는 산점을 가지는 양기능성 촉매가 선호된다. 본 연구에서는 수소첨가분해 반응에 이용하는 일반적인 촉매를 알아보고 왁스종류, 반응온도, 반응압력 등 공정변수에 따라 사용가능한 촉매를 조사, 비교하였다.
최근 신 고유가 시대를 맞이하여 천연가스를 이용한 합성석유 제조기술 개발의 중요성이 점차로 부각되고 있는 상황이다. GTL(Gas-to-Liquids) 공청은 현재의 고유가 상황에서 경쟁력 있는 사업 분야를 제공 할 것으로 분석되고, GTL 제품은 환경오염물질이 거의 없어 21 세기의 환경규제 강화 추세에 효과적으로 대응할 수 있는 청정연료이다. GTL 공정은 크게 천연가스의 주성분인 메탄의 리포밍 반응을 거쳐 합성가스 ($CO+H_{2}$)를 제조하는 단계, 이 합성가스로부터 FT 합성반응을 통하여 액체 합성원유를 제조하는 단계, 합성원유를 개질하는 단계 (수첨분해/수첨이성질화)로 이루어진다. 본 총설에서는 GTL 기술의 개요와 세계적인 개발 동향을 천연가스 reforming 기술과 FT 합성유 제조 기술에 중점을 두고서 소개하고자 한다.
VHVI 수첨분해 기유는 자동차와 산업분야에서 시장을 형성하고 있다. VHVI 기유에 대한 응용분야로 큰 시장으로서 산업용 초 고점도지수 유압작동유로의 응용분야가 있긴 하지만 본고에서는 모터오일에 집중하여 설명하였다. 고점도지수 유압작동유는 현재 전통적인 파라핀계 기유에 점도지수 향상제로서 배합, 제조되고 있다. BP사와 Shell사는 윤활유 시장에 VHVI를 배합하여 제조된 이런 유형의 제품을 시판하고 있다. 이런 경우에 초 고점도지수 윤활기유의 사용으로 한가지 잇점을 찾을 수 있다. 생산 원가에 있어서의 제한된 상승에 기인하여 마찰안정도를 향상시키기 위한 점도지수 향상제의 사용에 있어서의 한계가 있다는 점이다. 과연 정말로 Union-Fuchs사는 이런 형태의 응용목적을 위한 분야의 대부분의 그들의 제품에 이러한 VHVI기유를 사용하고 있다. VHVI기유의 다른 분야로의 응용은 기술적으로 관심은 있으나 그 시장점유율이 매우 낮다. VHVI기유의 주된 생산자인 Shell사와 BP사는 최근 경쟁 윤활유 제조사에 이 VHVI기유를 제공, 공급하고 있다. 이것은 확립된 합성유 시장에 대한 도전이 될것으로 사료되며 도전이 되어야 한다.
본 연구에서는 감압잔사유를 원료로 몰리브덴 계열 분산촉매와 수소를 첨가한 슬러리상 수첨분해 반응(반응온도 $425^{\circ}C$, 초기 $80^{\circ}C$ 수소압력 80 bar, 반응시간 4시간, 촉매농도 500 ppm)에 아로마틱 성분을 포함하며 각기 다른 쌍극자 모멘트를 가지는 Toluene, FCC Light Cycle Oil (LCO), Resin을 반응 초기 및 중간에 첨가하여 이때의 코크 저감효과와 아스팔텐 반응특성 변화를 살펴보았다. 실험 결과 아로마틱 유분을 첨가한 경우 코크 저감효과는 모두 유사했던 반면, 상대적으로 쌍극자 모멘트가 큰 LCO와 Resin을 첨가한 경우 아스팔텐이 가스와 말텐 성분으로 더 전환되었음을 확인하였다. 또한 반응 중간에 아로마틱 유분을 첨가한 결과 코크 저감능력에서 차이를 보이지 않았으나, LCO를 반응 2시간 지점에 첨가한 경우 오히려 코크 수율이 증가하였고 오일상 내 아스팔텐의 aromaticity 가 증가하여 상대적으로 분산되기 어려운 구조로 존재함을 알 수 있었다.
최근 전 세계적으로 석유 유래 합성 화장품 원료의 사용을 배제한 천연 화장품을 찾는 고객들이 계속적으로 증가하고 있지만 이러한 천연 화장품 중에서도 기능성을 소구하는 제품은 거의 없는 상황이다. 이는 천연 유래 원료중에서 기능성이 검증된 원료가 거의 없을 뿐 아니라, 그러한 천연 기능성 원료들이 있다고 하더라도 그것들을 천연 원료만으로 안정한 제형을 유지하기가 매우 힘들기 때문이다. 본 연구는 난용성 천연 주름 기능성 물질인 올레아놀릭산을 천연 유래 수첨 레시틴을 이용하여 안정하게 가용화시키는 것에 관한 것이며, 유기농 화장품 인증이 가능한 가용화 제형의 처방을 개발하는 것을 목표로 하였다. 다른 합성 가용화제를 사용할 경우 $45^{\circ}C$에서 2 ~ 3일 내에 올레아놀릭산의 석출이 관찰되었지만, 천연 유래 수첨 레시틴을 이용한 제형에서는 4주 동안 입자 크기의 큰 변화 없이 안정하게 유지되었다. 제형 내 올레아놀릭산의 함량은 $25^{\circ}C$ 및 $40^{\circ}C$에서 보관중인 샘플을 대상으로 24주간 측정하였는데, 두 온도에서 모두 90 % 이상을 보여주어 올레아놀릭산이 제형 내 분해 없이 안정하게 유지되는 것을 확인하였다. 또한 보습력 및 주름 개선 등의 임상시험을 통해 제품의 피부 효능과 안전성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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