《전략수행기간 석탄가스화에 의한 탄소하나화학공업을 창설하고 갈탄을 리용하는 석탄건류공정을 꾸리며 회망초를 출발원료로 하는 탄산소다공업을 완비하여 메타놀과 합성연유, 합성수지를 비롯한 화학제품생산의 주체화를 높은 수준에서 실현하여야 합니다.》
SAPO-34분자채는 에틸렌과 프로필렌에 대한 선택성이 높기때문에 메타놀에 의한 올레핀제조에서 가장 좋은 촉매로 인정되고있다. SAPO-34분자채의 미세기공구조, 중정도의 산성 및 좋은 수열안정성은 이 분자채가 메타놀에 의한 올레핀제조에 관해 좋은 촉매성능을 가지게 하는 기본인자들이다.
전통적으로 에틸렌과 프로필렌은 주로 원유분해에 의해 얻어지는데 석탄이 풍부한 우리 나라의 실정에서 석탄가스화에 의한 합성가스로부터 메타놀을 제조하고 다시 메타놀분해에 의해 에틸렌과 프로필렌 등 저급올레핀을 합성하는 기술(MTO기술)은 원유를 대신하여 올레핀을 제조하는 가장 전망성있는 기술이다.
SAPO-34분자채는 MTO반응에 대한 좋은 촉매성능으로 하여 널리 리용되고있다. MTO기술에서 기본은 활성이 높고 선택성이 좋으며 사용수명이 길고 제조비용이 낮은 촉매를 연구개발하는것이다. 여러가지 금속원소들을 SAPO-34분자채골격에 도입하여 SAPO-34분자채를 변태시키고 저급올레핀의 선택성을 높이는것이 현재 연구중점으로 되고있다.
우리는 MTO반응조건에서 SAPO-34 및 Fe, Co, Ni금속을 치환시킨 SAPO-34분자채에서의 흡착 및 확산과정을 모의하고 분자채의 형태선택성능에 대한 연구사업을 진행하였다.
우리는 몽떼까를로(MC)모의방법에 기초하여 SAPO-34 및Fe와 Co, Ni금속치환SAPO-34분자채모형을 작성하고 그에 대해 구조최적화를 진행하여 계가 안정상태에 도달하게 한 다음 메타놀과 에틸렌, 프로필렌 등의 분자채에서의 흡착행동을 모의하고 각이한 분자채에서의 흡착질분자의 흡착량과 흡착열을 계산하였다.
또한 분자채의 립체배치확산리론에 따라 MD모의방법을 리용하여 과도금속 Fe, Co, Ni치환SAPO-34분자채모형을 작성하고 변태분자채에서 반응물 및 생성물의 확산포텐샬장벽을 모의계산하여 각이한 분자채에서의 반응물 및 생성물의 확산특성을 분석하였으며 나아가서 금속변태분자채가 MTO반응선택성에 미치는 영향을 고찰하였다.
우리는 MTO과정에서 SAPO-34분자채촉매의 저급올레핀선택성을 높이기 위해 분자모의방법으로 SAPO-34분자채 및 Fe, Co, Ni금속치환SAPO-34분자채의 흡착과 확산성능에 대한 기초리론적연구를 진행하여 다음과 같은 문제들을 해결하였다.
첫째로, SAPO-34 및 금속치환SAPO-34분자채에서의 흡착과정과 확산과정을 모의하기 위한 합리적인 분자모의방법을 확정하였다.
둘째로, SAPO-34 및 금속치환SAPO-34분자채에서의 메타놀과 에틸렌, 프로필렌, n-부틸렌의 흡착특성을 모의하고 흡착특성에 대한 여러 인자들의 영향을 해석하였다.
셋째로, SAPO-34 및 금속치환SAPO-34분자채에서의 확산특성을 모의하고 확산특성에 대한 여러 인자들의 영향을 해석하였으며 흡착모의결과와 결합하여 최적변태분자채촉매를 확정하였다.
흡착과 확산에 대한 모의결과에 의하면 Fe, Co, Ni금속으로 SAPO-34분자채를 치환시키는것이 MTO반응에서 저급올레핀선택성을 높이는데 유리하며 특히 에틸렌선택성을 높이는데 유리하다는것을 보여준다. 특히 Ni치환SAPO-34분자채의 효과가 가장 좋다.
