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Separation of Isoprene from C_(5) Hydrocarbon Mixtures via π-Complexation 원문보기

  • 저자

    손승준

  • 학위수여기관

    고려대학교 대학원

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    화공생명공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    ⅹ, 82p.

  • 키워드

    Separation of Isoprene π-Complexation Hydrocarbon;

  • 언어

    eng

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10074227&outLink=K  

  • 초록

    화학 및 석유 화학 산업에서 사용되는 에너지의 약 50%가 분리 공정에 사용되고 있으며 또한 분리 공정에 사용되는 에너지의 80% 이상이 증류 공정에 사용되고 있다. 그러나 이러한 증류법에 의해서 olefin/paraffin의 혼합물을 분리하기 위해서는 이론단수가 100단 이상인 탑을 설치해야 하는 등 설치 공간 및 장치비가 많이 필요할 뿐만 아니라 이의 운전에 막대한 에너지가 소요된다. 따라서 이러한 에너지 다소비형 증류 분리 공정을 에너지 소비를 크게 줄일 수 있는 새로운 분리 공정으로 대체하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 C_(5) 계열의 olefin/paraffin 혼합물에서 olefin 일종인 isoprene을 분리하기 위해서 π-complexation 원리를 적용한 액상 흡수 분리법을 사용하였다. 액상 흡수 분리 방법으로 Cu(Ⅰ) 이온을 결합체로 사용하였고, Cu(Ⅰ) 이온의 형성 증거를 XRD 분석으로 확인하였다. Isoprene을 분리하는데 있어서 Cu(Ⅰ) solution의 최적의 비율은 2M Cu(Ⅰ)NO_(3)/2.7 eq. Pyridine/1 eq. HNO_(3) 이었으며, isoprene 분리 실험에서 약 46.5%의 isoprene이 분리 되는 것을 확인하였다. Ligand로서 사용되는 pyridine의 경우 높은 온도에서의 탈착과 흡착을 반복할 경우 증기압이 높기 때문에 재생 능력이 실험이 거듭될수록 떨어졌다. Isoprene 분리에 대한 용매의 영향성을 알아보기 위하여 다양한 Cu(Ⅰ) solution을 제조하여 실험하였다. 여타 다른 용매에 비해서 증류수일 경우에 가장 좋은 효과를 보였다. 증류수의 경우 50% 미만의 결합 비율을 보였으나 혼합 용액 층에서 파라핀 계열이 검출되지 않아서 선택도가 매우 좋았다. 또한 isoprene을 흡수한 Cu(Ⅰ) 용액에서 온도와 압력 변화를 이용한 탈착 실험 결과 65℃, 0.35bar 에서 최적의 탈착 조건임을 알 수 있었다. Line mixer를 적용한 연속 공정에서는 초자 및 batch 반응 실험의 결과의 약 80% 수준인 37% 정도 만이 흡수, 분리 되었다. 전반적으로 π-complexation 원리에 의한 액상 추출방법은 C_(5) 혼합물에서 isoprene을 분리하는 방법으로서 적용하기에 적절한 공정으로 여겨진다.


    In chemical and petrochemical industries, the separation processes are known as enormous energy consuming steps(about 50%), and most of energy in separation steps was used for distillation process. Separations such as ethane/ethylene, propane/propylene and ethylbenzene/stylene are important processes in industrial aspect. Unfortunately, the efficient process for these separations is not developed yet. Since 1930s, the cryogenic distillation has been used for separations of light olefin/paraffin mixtures. Although this method is applied over 70 years, this method was found to be an inadequate process for industrial process due to the high cost to install equipments and energy loss to operate them. The liquid absorption methods could be considered as alternative methods for traditional separation methods which had a low energy efficiency. In these methods, separations are performed via the formation of π-complexes. In this study, isoprene was isolated from the mixture of C_(5) fractions. Cu(Ⅰ) cation was applied for the formation of π-complex, and the existence of Cu(Ⅰ) cation was established by using XRD analysis. There was an optimum molar ratio for the preparation of Cu(Ⅰ) solution to maximize the efficiency. When 2M Cu(Ⅰ)NO_(3)/2.7eq. pyridine/1eq. HNO_(3) were applied, isoprene was separated from the isoprene/n-pentane mixture with an effective value(about 46.5%). When the absorption and desorption were repeated, the regeneration ability of Cu(Ⅰ) solution was decreased. This could be explained by the loss of distilled water (solvent) and pyridine (ligand) due to high vapor pressure. To investigate the effect of solvent on the separation, various Cu(Ⅰ) solutions were considered and tested. Among the solvents tested, distilled water showed the highest solvent effect for the separation of isoprene. In this case, the complexation ratio was lower than 50 %, however, the selectivity was remarkably increased. Desorption experiments of isoprene which was absorbed in Cu(Ⅰ) solution at various temperatures and pressures revealed the existence of optimum conditions for desorption.(65℃, 0.35bar) In continuous process, 37% of isoprene was absorbed and separated. This was only 80 % of separating capacity in a batch type experiment. Overall, the liquid extraction method via π-complexation would be considered to be an adequate process for the separation of isoprene from C_(5) mixtures.


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