【일문일답 제009문】2016.04.29
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이 게시글은 마지막으로 liuquan1100이 2017-8-7 22:14에 수정했습니다. 【일문일답 제009문】 2016.04.29 추가: 수소를 공급할 때 일산화탄소와 이산화탄소의 함량을 왜 조절해야 할까요? 답변한 후 참고 답안을 확인할 수 있으며, 핵심 요점만 맞추어도 점수를 얻을 수 있습니다. 메탄화 반응은 강한 발열 반응으로, 반응기 내 촉매에 과열 지점이 생기기 쉬우며, 심각한 경우 과온 사고를 유발할 수 있다.。
판구에 계신 한 선배님이 말씀하시길, 일산화탄소는 수소가 존재할 때 촉매 표면의 활성 위치에서 메탄화 반응을 일으킬 수 있다고 합니다.메탄화 반응은 다른 정상적인 반응들에 대해 촉매 경쟁을 일으킨다.따라서 일산화탄소의 축적을 그대로 두면 촉매의 온도를 높여야 합니다.극단적인 상황에서 대량의 일산화탄소가 장치로 유입되면 강한 발열 반응이 일어나고, 심지어 온도가 급격히 상승할 수도 있습니다. 또 다른 선배님이 말씀하시길, 일산화탄소와 이산화탄소는 시스템에 다음과 같은 영향을 미친다고 합니다: ① 이산화탄소가 수소와 반응하여 일산화탄소로 변환됩니다.이 반응은 흡열 반응이며, 수소화 조건 하에서는 정방향으로 진행되기 쉬워서, 그 결과 순환 수소 내의 일산화탄소 농도가 이산화탄소 농도보다 높아집니다.②니켈이나 코발트 촉매의 작용으로, 일산화탄소와 이산화탄소가 수소와 200℃～350℃의 조건에서 반응하여 메탄을 생성하며, 동시에 많은 양의 열이 발생합니다.메탄화 반응으로 발생하는 열로 인해 반응기 내 촉매층의 온도가 과도하게 상승하여 온도 분포가 불균일해지고, 이로 인해 설비의 운전이 악화됩니다.③일산화탄소와 이산화탄소, 수소는 촉매의 활성 중심에서 경쟁적으로 흡착되어 수소화 활성 중심의 활용에 영향을 미친다.일산화탄소는 촉매상의 금속 성분과 결합하여 독성이 있고 휘발성이 높은 카르보닐 화합물을 형성함으로써 촉매가 부식되게 하고, 촉매의 활성을 저하시킬 수 있습니다. 솔직히 저는 공정 담당자가 아니라서 공정에 대해 잘 모릅니다. 그래서 이전 선배들의 답변을 찾아보고 답변을 드릴 수밖에 없습니다.당신의 문제를 해결할 수 있기를 바랍니다.
메탄화 반응이 일어나는 것을 방지하기 위함입니다.
CO와 CO2가 수소와 200℃～350℃ 조건에서 반응하여 메탄을 생성하면서 대량의 열이 방출되기 때문입니다.메탄화 반응으로 발생하는 열로 인해 반응기 내 촉매층의 온도가 과도하게 상승하여 온도 분포가 불균일해지고, 이는 장치의 운전을 악화시킵니다. 또한 일산화탄소와 이산화탄소, 수소가 촉매의 활성 중심부에서 서로 경쟁적으로 흡착되어 수소화 반응에 필요한 촉매의 활성 중심부가 제대로 활용되지 못합니다.일산화탄소는 촉매상의 금속 성분과 결합하여 유독하고 휘발성이 높은 카르보닐 화합물을 형성함으로써 촉매가 부식되게 하고, 그 결과 촉매의 활성이 저하됩니다
메탄화 반응과 **카르보닐 니켈 생성
알킬화 반응 및 촉매 중독 제어
CO와 CO2는 수소가 존재하는 상태에서 촉매 표면의 활성 위치에서 메탄과 물로 전환될 수 있다.이것을 메탄화 반응이라고 합니다.CO와 CO2의 이 메탄화 반응은 일반적인 탄화수소 반응물의 반응과 경쟁하여 촉매를 차지하게 된다.따라서 CO와 CO2의 축적을 그대로 두면 촉매의 온도를 높여야 합니다.극단적인 상황에서, 매우 짧은 시간 내에 대량의 CO와 CO2가 수소화 분해 장치로 유입될 경우, 메탄화 반응은 강한 발열 반응이기 때문에 이론적으로 온도가 급격히 상승할 가능성이 있습니다.실제 운전 시에는, CO와 CO2의 함량이 최대 설계 허용치를 초과할 경우, 그로 인해 발생하는 전환율의 감소를 보상하기 위해 촉매의 온도를 높여서는 안 됩니다.촉매의 온도는 CO + CO2 함량 증가 문제가 해결될 때까지 유지하거나 낮춰야 합니다.이렇게 해야만 촉매의 활성이 온도 상승으로 인해 손상되는 것을 막을 수 있으며, 메탄화 반응으로 인해 발생할 수 있는 과열 사고도 예방할 수 있습니다.
일산화탄소와 이산화탄소가 수소화 반응에 미치는 영향: 1. 이산화탄소가 수소화되어 일산화탄소가 되는 이 반응은 흡열 반응이며, 수소화 조건에서는 정방향으로 진행되기 쉬워서 순환수소 내의 일산화탄소 농도가 이산화탄소 농도보다 높아진다； 2. 니켈이나 코발트를 함유한 촉매의 작용으로, 일산화탄소와 이산화탄소가 수소와 200~350℃의 조건에서 반응하여 메탄을 생성합니다. 이 과정에서 많은 열이 발생하며, 메탄화 반응으로 인해 발생하는 열로 인해 반응기 내의 촉매층의 온도가 과도하게 상승하여 온도 분포가 불균일해지고, 이로 인해 장치의 운영이 악화됩니다； 3. 일산화탄소와 이산화탄소, 수소는 촉매의 활성 중심에서 경쟁적으로 흡착되어, 수소화 반응에 필요한 활성 중심의 활용에 영향을 미칩니다.일산화탄소는 촉매의 금속 성분과 결합하여 독성이 있고 휘발성이 높은 카르보닐 화합물을 형성함으로써 촉매가 부식되고, 그 결과 촉매의 활성이 저하됩니다.저온에서 일산화탄소와 촉매상의 니켈 성분이 반응하여 니켈 카르보닐이 생성되며, 온도가 상승하면 니켈 카르보닐이 증발하여 사라지고, 그 결과 촉매 표면에 금속 니켈이 드러나게 됩니다. 금속 니켈은 수소분해 활성이 매우 높아서 쉽게 침전되어 촉매의 활성을 저하시킵니다.
수소의 순도를 보장하여 적절한 수소 분압을 확보합니다
일산화탄소와 이산화탄소는 시스템에 다음과 같은 영향을 미칩니다: ①이산화탄소가 수소와 반응하여 일산화탄소로 전환됩니다.이 반응은 흡열 반응이며, 수소화 조건 하에서는 정방향으로 진행되기 쉬워서, 그 결과 순환 수소 내의 일산화탄소 농도가 이산화탄소 농도보다 높아집니다.②니켈이나 코발트 촉매의 작용으로, 일산화탄소와 이산화탄소가 수소와 200℃～350℃의 조건에서 반응하여 메탄을 생성하며, 동시에 많은 양의 열이 발생합니다.메탄화 반응으로 발생하는 열로 인해 반응기 내 촉매층의 온도가 과도하게 상승하여 온도 분포가 불균일해지고, 이로 인해 설비의 운전이 악화됩니다.③일산화탄소와 이산화탄소, 수소는 촉매의 활성 중심에서 경쟁적으로 흡착되어 수소화 활성 중심의 활용에 영향을 미친다.일산화탄소는 촉매상의 금속 성분과 결합하여 독성이 있고 휘발성이 높은 카르보닐 화합물을 형성함으로써 촉매가 부식되게 하고, 촉매의 활성을 저하시킬 수 있습니다.
일산화탄소와 이산화탄소가 수소화 반응에 미치는 영향: 1. 이산화탄소가 수소화되어 일산화탄소가 되는 이 반응은 흡열 반응이며, 수소화 조건에서는 정방향으로 진행되기 쉬워서 순환수소 내의 일산화탄소 농도가 이산화탄소 농도보다 높아진다； 2. 니켈이나 코발트를 함유한 촉매의 작용으로, 일산화탄소와 이산화탄소가 수소와 200~350℃의 조건에서 반응하여 메탄을 생성합니다. 이 과정에서 많은 열이 발생하며, 메탄화 반응으로 인해 발생하는 열로 인해 반응기 내의 촉매층의 온도가 과도하게 상승하여 온도 분포가 불균일해지고, 이로 인해 장치의 운영이 악화됩니다； 3. 일산화탄소와 이산화탄소, 수소는 촉매의 활성 중심에서 경쟁적으로 흡착되어, 수소화 반응에 필요한 활성 중심의 활용에 영향을 미칩니다.일산화탄소는 촉매의 금속 성분과 결합하여 독성이 있고 휘발성이 높은 카르보닐 화합물을 형성함으로써 촉매가 부식되고, 그 결과 촉매의 활성이 저하됩니다.저온에서 일산화탄소와 촉매상의 니켈 성분이 반응하여 니켈 카르보닐이 생성되며, 온도가 상승하면 니켈 카르보닐이 증발하여 사라지고 촉매 표면에 금속 니켈이 드러나게 됩니다. 금속 니켈은 수소분해 활성이 매우 높아 결착으로 인한 비활성화를 쉽게 유발합니다.
수소를 보충할 때는 일산화탄소와 이산화탄소의 함량을 조절해야 합니다
수소를 보충할 때 일산화탄소와 이산화탄소의 함량을 왜 조절해야 할까요? 답: 메탄화 반응은 강한 발열 반응이어서, 반응기 내 촉매에 과열 지점이 생기기 쉽습니다. 심각한 경우에는 온도가 급격히 상승하는 사고가 발생할 수 있습니다.그러므로 일산화탄소와 이산화탄소의 함량을 조절해야 합니다
일산화탄소와 이산화탄소, 수소는 촉매의 활성 중심에서 경쟁적으로 흡착되어 수소화 활성 중심의 활용에 영향을 미친다.일산화탄소는 촉매상의 금속 성분과 결합하여 독성이 있고 휘발성이 높은 카르보닐 화합물을 형성함으로써 촉매가 부식되게 하고, 촉매의 활성을 저하시킬 수 있습니다.
수소가 존재하는 상태에서, 촉매 표면의 활성 위치에서 CO와 CO2는 메탄과 물로 전환될 수 있습니다. 이 반응은 강한 발열 반응이며, CO와 CO2의 양이 규정치를 초과하면 과열이 발생할 수 있습니다
수소에 포함된 일산화탄소와 이산화탄소가 반응기 내로 들어오면 촉매 표면에서 메탄화 반응이 일어나며 대량의 열이 발생합니다. 이로 인해 석유가스와 촉매의 활성 중심부와의 접촉이 방해받아 반응의 깊이에 영향을 미칩니다
수소 제조에 사용되는 수소화 촉매는 일반적으로 코발트형 또는 몰리브덴형 수소화 촉매입니다. 원료 내의 CO와 CO2를 반드시 조절해야 하며, 그렇지 않으면 메탄화 반응이 일어나 수소화 촉매층의 온도가 급격히 상승합니다. 이러한 온도 상승 속도는 매우 빠르며, 다시 낮추기도 어렵습니다
이 게시물은 마지막으로 wangld가 2016-4-30 08:02에 수정했습니다. 메탄화 반응을 방지하기 위함이지만, 강한 발열 현상으로 인해 반응기 내의 촉매에 과열이 생길 수 있으며, 심각한 경우 사고로 이어질 수 있습니다.
메탄화 반응을 억제하여 촉매와 장비를 보호합니다.