게시판 > 질답게시판 > 촉매에 관한 질문입니다.

스테파노 Stefano

07-05-08 23:53

(0)화공분야 중에서도 가장 어려운 분야가 촉매인 것 같습니다. 이곳 게시판에 올라온 질문 중에서도 이 질문이 가장 어려운 질문같은 느낌입니다. 스테파노도 촉매반응기를 연구해보고 반응장치를 설계하고 운전해 보기는 했어도 아직도 뭐가 뭔지 모르는 상태입니다.

촉매전공을 하지않은 필자를 포함한 화공엔지니어들은 촉매를 그냥 "Art"로만 간주하고 반응기에 대해서 매크로적 관점에서만 조망하려고 하는 경향이 많습니다. 따라서 Macro 관점에서 답변하는 것이므로 혹시 촉매와 반응공학을 전공신 분이 계시면 도움을 주시기 바랍니다.

(1) 촉매의 활성
촉매 활성의 높고 낮음의 판단은 같은 량의 촉매라도 단위 시간 동안에 제품이 생성되는 양의 많고 적음으로 판단합니다.
촉매의 활성이 높으려면 촉매의 표면적이 넒고 반응 활성을 일으킬 수 있는 크기의 Pore의 비율이 많아야 할 것입니다.

촉매의 활성은 활성을 가진 물질에 따라 달라지기도 하지만 Suppor에 따라서도 크게 달라집니다. 또 적용하는 반응물과 생성물의 종류에 따라 달라집니다.

결국, 특정 반응 공정에 사용하는 촉매의 활성은 온도, 농도, 압력, 반응물의 혼합비율등이 동일할 때 같은 촉매량 (질량 혹은 부피)에 대해 생성물을 얼마나 만들어 내느냐 (혹은 얼마나 빨리 반응 평형에 도달하느냐)로 결정됩니다.

그러나 아쉽게도 이를 이론적으로 추정할 수 있는 방법은 아직 없는듯합니다. 동일한 Support, Active Material, Particle Size, Pore Size Distribution, Loading(활성물질 함량)이라고 해도 활성이 달라서 비교 실험해 보는 도리 밖에 없는 것 같습니다 .

(2) Molecular Sieve(MS)의 흡착성능
MS의 경우에도, 흡착 및 탈착량 간의 차이 즉 유효흡착량이라던가 Selectivity(흡착선택성), 흡탈착 속도 등에 관한 Catalyst Vendor 자료를 참조할 수 밖에 없지 않나 생각됩니다. Catalyst Vendor의 자료를 찾아 보도록 하세요

(3) Precursor
Precursor라고 하면 반응을 일어나는 도중에 생성되는 물질일 터인데 이것이 "안정한" 물질이고 반응원료나 생성물로부터 분리하기 쉬운 특성"을 가진 것이라고 하면 "경제성"을 고려하여 분리하여 재이용하는 방법을 찾아봐야 하겠지요.

만일 Precursor가 생성물중에 남아 있을 때 생성물의 품질을 떨어뜨리거나 생성물의 보관 혹은 사용도중 변질이 우려되는 경우에는 반드시 이들을 제거해야만 하겠지요.

CSTR(Continuous Stirred Reactor) 인경우 혹은 Recycle Reactor 인 경우 미반응 물이 남아있게 되기 마련인데 반응기를 떠나는 반응혼합물을 다시 Tubular Reactor를 통과하도록 하여 반응을 추가로 완결시킴으로써 "중간물질"혹은 Precursor의 함량을 크게 떨어 뜨릴 수도 있는데 이와같이 (CSTR+Tubular Reactor)와 같은 반응기의 조합으로 간단히 해결할 수도 있습니다.

질문의 예에서의 공정을 소개해 올려 놓으면 좋은 생각이 떠오를 지도 모르겠습니다.
질문의 배경을 소개해 주세요.

(0)화공분야 중에서도 가장 어려운 분야가 촉매인 것 같습니다.   이곳 게시판에 올라온 질문 중에서도 이 질문이 가장 어려운 질문같은 느낌입니다.  스테파노도 촉매반응기를 연구해보고 반응장치를 설계하고 운전해 보기는 했어도 아직도 뭐가 뭔지 모르는 상태입니다.

촉매전공을 하지않은 필자를 포함한 화공엔지니어들은 촉매를 그냥 "Art"로만 간주하고 반응기에 대해서 매크로적 관점에서만 조망하려고 하는 경향이 많습니다.   따라서 Macro 관점에서 답변하는 것이므로 혹시 촉매와 반응공학을 전공신 분이 계시면 도움을 주시기 바랍니다.

(1) 촉매의 활성
촉매 활성의 높고 낮음의 판단은 같은 량의 촉매라도 단위 시간 동안에 제품이 생성되는 양의  많고 적음으로 판단합니다. 
촉매의 활성이 높으려면 촉매의 표면적이 넒고 반응 활성을 일으킬 수 있는 크기의 Pore의 비율이 많아야 할 것입니다.

촉매의 활성은  활성을 가진 물질에 따라 달라지기도 하지만 Suppor에 따라서도 크게 달라집니다.  또 적용하는 반응물과 생성물의 종류에 따라  달라집니다.

결국, 특정 반응 공정에 사용하는 촉매의 활성은 온도, 농도, 압력, 반응물의 혼합비율등이 동일할 때 같은 촉매량 (질량 혹은 부피)에 대해 생성물을 얼마나 만들어 내느냐 (혹은 얼마나 빨리 반응 평형에 도달하느냐)로 결정됩니다.

그러나 아쉽게도 이를 이론적으로 추정할 수 있는 방법은 아직 없는듯합니다.  동일한 Support, Active Material, Particle Size, Pore Size Distribution, Loading(활성물질 함량)이라고 해도 활성이 달라서 비교 실험해 보는 도리 밖에 없는 것 같습니다 .

(2) Molecular Sieve(MS)의 흡착성능
MS의 경우에도, 흡착 및 탈착량 간의 차이 즉 유효흡착량이라던가 Selectivity(흡착선택성), 흡탈착 속도 등에 관한 Catalyst Vendor 자료를 참조할 수 밖에 없지 않나 생각됩니다.   Catalyst Vendor의 자료를 찾아 보도록 하세요

(3) Precursor
Precursor라고 하면 반응을 일어나는 도중에 생성되는 물질일 터인데 이것이 "안정한" 물질이고 반응원료나 생성물로부터 분리하기 쉬운 특성"을 가진 것이라고 하면 "경제성"을 고려하여 분리하여 재이용하는 방법을 찾아봐야 하겠지요.

만일 Precursor가 생성물중에 남아 있을 때 생성물의 품질을 떨어뜨리거나 생성물의 보관 혹은 사용도중 변질이 우려되는 경우에는 반드시 이들을 제거해야만 하겠지요.

CSTR(Continuous Stirred Reactor) 인경우 혹은 Recycle Reactor 인 경우 미반응 물이 남아있게 되기 마련인데 반응기를 떠나는 반응혼합물을 다시 Tubular Reactor를 통과하도록 하여 반응을 추가로 완결시킴으로써 "중간물질"혹은 Precursor의 함량을 크게 떨어 뜨릴 수도 있는데  이와같이 (CSTR+Tubular Reactor)와 같은 반응기의 조합으로 간단히 해결할 수도 있습니다.

질문의 예에서의 공정을 소개해 올려 놓으면 좋은 생각이 떠오를 지도 모르겠습니다. 
질문의 배경을 소개해 주세요.

현준군 lsyok

07-05-09 08:53

친절한 답변 감사드립니다. ^^

질문의 배경은 반도체 가스의 정제에 있습니다.

Purifier에서 실재로 Column속에 충진되어 있는 촉매와 흡착제가 100% 효율을 지니지 못하기 때문에 실재 효율이 얼마나 되는지 알고 싶어서 질문을 드린겁니다.^^

보통 촉매로 사용하는 백금좀 원소들과 흡착제로 많이 사용하는 M/S 의 효율을 알고 싶습니다.

말씀하신데로 온도 농도 압력 반응물의 혼합비율등이 변인이 될 수 있겠지만 저는 평균적이고 일반적인 효율을 알고 싶은 겁니다.

특히, 수분및 산소, 이산화탄소 제거에 각 촉매와 흡착제가 얼마나 효율이 있는지 궁금했습니다.

이러한 배경에 의해 질문을 드린거지요..^^

프리커서에 관한 질문도 혹시나 프리커서를 회수할 수 있는 장치에 대해 알고 계신지 궁금해서 질문했던 거였어요^^

답변 감사드리고요~

오늘은 약간 비가 온다네요~ 황사비 맞지 마시고 조심하세요^^

수고하십시오.

감사합니다.