액상반응을 이용한 디메틸에테르 합성

소개글

액상반응을 이용한 디메틸에테르 합성에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론 1

2. 이론적 배경 7
2-1. 촉매 재료 7
2-2. DME의 일반적 물성 8
2-3. 연료로서의 DME 특성 10
2-4. DME 연소 및 활용특성 13
2-5. DME의 시장성 16

3. 실험 19
3-1. 촉매재료 19
3-2. 실험장치 19
3-3. 실험방법 21

4. 분석 22
4-1. 분석장치 22
4-2. 검량선 그리기 24

5. 결과 및 고찰 29
5-1. cerium 처리에 의한 반응 전환율 변화 29
5-2. 촉매량에 따른 전환율 변화 32
5-3. 원료 메탄올의 순도에 따른 전환율 변화 34
5-4. 반응시간에 따른 전환율 변화 36
5-5. 반응 kinetic 38

6. 결론 43

참고문헌 44

본문내용

작한 것은 LG화학이 일본 미쯔비시 가스와 기술 제휴로 1983년 여천공장 내의 공장을 준공한 이후부터이다. 해외에서 수입한 메탄올을 탈수하여 DME를 생산하거나 에탄올을 원료로 DEE(Diethyl Ether)를 생산하는 공정으로 일일 12톤의 규모이다. 2001년에는 대흥산업 주식회사가 울산에 일일 12톤 동일 규모의 공장을 가동하여 생산을 개시하였다. 역시 메단올을 원료로 탈수 반응을 통하여 DME를 생산하는 공정이다. 생산된 DME의 약 50%는 농약의 원료인 디메틸 설페이트(DMS, Dimethyl Sulfate)를 제조하는 원료로 사용되고 있다.최근들어 대흥산업에서 연간 4000통규모의 공장을 건설하여 생산을 시작했다, 현재 국내에서 생산되는 DME는 Dimethyl Sulfate의 생산과 락카 페인트 분사제에 사용되고 있다. 분사제로서의 장점 때문에 국내에서의 DME수요가 증가할것으로 예상된다.
DME의 기술개발 필요성을 언급하자면 가장 먼저 대두되는 것이 청정연료로서의 디젤 및 LPG 대체 연료로서의 역할일 것이다. 디젤 엔진연료의 특징은 낮은 세탄가를 가지고 있어서 낮은 온도에서 자기발화를 한다는 것이다. 이러한 점에서 DME는 디젤연료와 거의 같은 온도에서 발화하며 그 특성은 LPG와 비슷하고 윤활성은 디젤연로에 비해 떨어지지만, 첨가제를 통해 해결 가능하다. 더욱이 DME는 산소 함유율이 높고 탄소 결합이 없기 때문에 디젤엔지에서 문제가 되는 매연을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 DME의 발열량은 프로판, 부탄, 메탄보다 낮지만, 메탄올보다 높으면 프로판, 부탄에 비해 누출 시 폭발 위험성이 낮다. 또한 종래의 액체연료에 비해 LPG의 특성을 가지고 있어서 가정용, 수송용 및 발전용으로까지의 광범위한 이용이 가능하다.
현재까지의 DME 사용량은 그리 대단한 것이 아니었으나 최근에 DME가 디젤엔진의 대체 청정연료로 사용이 가능하다는 것이 알려 지면서 가까운 미래에 DME가 청정연료로서의 대량 활용될 것이라는 전망이 나오고 있다. 국내의 경우만 고려할 때 기존 수송용 디젤의 20%를 DME로 대체할 경우 약 연간 300만톤을 상회하는 수요가 생길 것으로 산출된다. 또한 DME로 대체할 경우 약 연간 300만톤을 상회하는 수오가 생길 것으로 산출된다. 또한 DME는 기존의 LPG와 같이 상온에서도 쉽게 액화가 가능하기 때문에 천연가스를 운반 및 저장이 용이한 형태로 바꾸어 연료로 사용할 수 잇는 수단을 제공할 수 있다. 이러한 이유로 리모트 천연가스의 활용에 DME 생산을 이용하는 것도 많이 고려되고 있는 추세이다. 그러나 DME를 연료급으로 생산할 때는 기존의 방법보다 대량생산에 적합하고 훨씬 경제적인 방법이 필요할 것이다.
DME는 프로탄과 부탄의 중간 정도의 증기압을 지니고 있어 저장 및 이용에 있어서 LNG와 매우 유사하다. DME는 동일 부피에서 LPG보다 적은 열량을 지니고 있으나 메탄올보다는 많은 열량을 지니고 있.
DME는 55이상의 높은 세탄가는 지녀 압축착화방식의 지젤엔진의 연료로 사용할 수 잇다. 디젤엔진을 스파트 점화방식의 휘발유, LPG, CNG 차향에 비해서 매우 높은 에너지 효율을 지니고 있어 경제적일 뿐만 아니라 온실사스 등의 배출이 적다.
특히 DME엔진에서 배출되는 배기가스는 매우 청정한 수준을 보이고 있어 강화되는 배출가스 규제수준을 적은 비용으로 충족시키고 있다. 단지 NOx 발생억제를 위하여 배기사스재순환기술(EGR)의 적용이 필요하다.
DME의 용도는 디젤엔진뿐만 아니라 다른 여러 가지 용도가 있다. DME를 LPG의 대체 에너지로 사용하는 것이 이중의 하나인데 이는 중국 및 인도 등에 LPG 가격의 지속적인 상승 경향이 있어 DME로의 대체 가능성이 있다
DME는 수입가격면에서 LNG와도 경쟁할 수 있는 조건으로 생산할 수 있다. 특히 LNG는 수입 인수 기지의 건설 투자비가 DME 인수 기지에 비해 3~5배가 소요되고 -165℃이하의 초저온 냉동기지 운영에 높은 비용이 소요되며, 공급에 필요한 배관망 건설비용 등을 감안 할 때 발전소 연료로서도 DME가 특정조건에서 LNG보다 경쟁력을 가질수 있다고 분석되고 있다.
또한 DME는 합성 연료의 특성인 고순도 물질로서 유황이 전혀 포함되어 있지 않기 때문에 fuel cell 연료로서도 적합하다. 특히 reforming 이 메탄에 비해 낮은 온도에서 이루어질수 있기 때문에 CO, H2로 구성된 합성가스 생산에 매우 적합하다. 이에 따라서 수소, 암모니아, 초산, 포름알데히드 등의 산업용 원료로서, DME를 유용한 원료 물질로 사용할 수있다. 또한 미래의 수소 에너지 시기에도 DME는 수소에너지를 저장 및 보급하는 매체로서의 장점이 예상되고 있다.
DME는 금속 계통에 대한 부식성은 없으나 DME가 지니고 있는 유일한 문제점으로 지적되고 있는 일부 고무 계통에 대한 부식성을 지니고 있는 점이 LPG와 다른점이다. 이에 따라서 LPG 보습 시스템을 이용하는 경유 일부 설비의 고무류는 적정한 재질로 교환되어야 한다.
DME를 에너지로서 사용하기 위해서는 대량생산에 의한 가격의 저하가 필수적이나 DME자동차 등이 수요처가 개발되어 있지 않은 점이 향후 DME 에너지의 상업화에 있어서 가장 큰 고민거리이며 이를 해결하기 위해서는 우선적으로 산업용이나 발전용 용도로서 대규모 소비처를 발굴하는 것이 초기 DME 에너지의 양산을 위해서 가장 중요한 선결조건이다.
CO2 와 천연가스로부터 높은 에너지 밀도를 갖는 DME 제조 기술개발을 통하여 경제성이 없는 소규모 가스전이 복잡한 공정과 과다한 에너지 소비 없이 수송 및 활용이 가능하게 되었다. 따라서 DME 제조 기술개발은 천연가스 운송 효율 향상 및 청정한 수송연료의 대체 에너지 전환하는 계기가 될것으로 기대된다.
반면, 우리나라의 경우 천연가스의 하절기 과부하 해소 방안으로 하절기 잉여 물량을 상온 상압하에서 액체화된 DME로 제조 보관하여 가정용 연료도시가스의 대체에너지로서의 활용이 기대된다. 또한, 디젤의 대체 수송연료로 상용한다면 도심의 환경 개선효과에 상당한 기여를 할 것으로 보여진다. 이외에도 LNG 수송대신에

키워드

DME,   디메틸에테르,   액상반응,   친환경,   대체에너지,   Dimethyl Ether,   청정에너지