유기성 탄화수소 연료 분해를 위한 관벽 코팅 촉매의 흡열 반응에 관한 연구

A Study on the Endothermic Reaction of Pipe Wall Coating Catalysts for the Cracking Of Organic Hydrocarbon Fuels

극초음속 비행체는 공기 마찰, 엔진 및 각종 장비 작동으로 인해 열에너지가 발생하며, 이는비행 시스템의 열적 부하로 이어진다. 이에 따라 장치의 효율 저하를 방지하기 위해 높은 효율의 냉각 기술이 요구되어 고분자의 액체탄화수소 연료에 촉매 분해 반응을 통해 열을 흡수하는 냉각 기술을 적용하고 있다. 저분자량의 연료가 생성될수록 많은 열을 흡수할 수 있음에 따라, 제올라이트 계열의 고체산을 이용하는 것이 효과적이라고 보고되고 있다. 최근에는 흡열량을 증진시키기 위해 촉매 산점 조절, 활성금속 담지 등의 촉매 고도화 연구가 수행되고 있으며, 반응기 내 촉매 충진으로인해 압력 강하의 문제가 지속적으로 제기됨에 따라 압력 강하를 낮출 수 있는 촉매 관벽 코팅을시도하고 있다. 본 연구에서는 흡열 촉매의 성능 증진을 위하여 연료가 흐르는 stainless steel tube 내벽에 촉매를 코팅하는 레시피를 확보하였고, 관과 촉매 사이에는 Al2O3을 코팅하여, 부착 강도를증진시킬 수 있는 방안을 고려하였다. 대상 물질로는 실제 비행체에 많이 사용되는 케로신 연료에 포함되어 있는 주요 물질들 중 n-dodecane을 모델연료로 선정하였다. 그 결과, 액체탄화수소 연료의 흡열분해 반응에서 coke 생성은 stainless steel tube reactor를 냉각채널로 사용하게 됨에 따라 Fe, Ni 금속이 filamentous coke 생성을 유발했음을 SEM분석을 통해 확인하였다. 이에 따라 stainless steel에H-ZSM-5를 코팅함으로써, Fe과 Ni 금속이 액체탄화수소 연료에 직접 노출되는 것을 방지하고filamentous coke 생성을 억제함을 확인하였다.