In recent years, incressing demand for petrocheemicel products snd declining crude oil resources has led to greet attention for synthetic oil production via natural ges, coal, and biomsss es feedstock, Generally, such raw materials were first reformed to synthesis gas (a mixture of CO and $H_2$) that can be diredly converted to diesel fuels and waxes through Fisher - Tropsch process. Also, methenol produced from synthesis gas can be converted into valuable hydrocarbons such as gasoline and light olefins, using a zeolite catalyst Among them, recently, methenol-to- olefins (MTO) prooess has attracted much attention due to direct production of polymer-grade alkenes via methanol. Compared to current naphthe cracking process, MTO also has adventeges for less emission of $Co_2$ and less required thermal energy during the process
Silicoaluminophosphate -34 (SAPO-34) with CHA microporous structures is a well-known catalyst
for MTO reaction. Due to the presence of Br$\phi$ acidity (slightly weaker strength compared to zeolite the thereof) and small pore aperlures (below 0.4 nm), this catalyst produced almost 90% selectivity to light olefins such as ethylene and propylene even under 100% conversion level. The ethylene and propylene selectivity can be also varied depending on reaction conditions (i e, reaction tempersture, feed rate, and etc). Interestingly tnui et el·reported that incorporation of Ni atoms within the SAPO-34 fremeworks led to remakable increase in ethylene selecivity over 90 % l among oletins products. However, So far, this cetelytic property of Ni-containing SAPO-.34 has not been reproduced by other groups In addition to SAPO-34, SAPO-18 with AEI topology (CHA ansiooue Structures) is chosen an another MTO cotalyst with high olefin selectivity and long catelytic lifehme.
In this thesis We studied MTO reaction using verious SAPO materials Such as SAPO-34, SAPO-18, and NISAPO-34 that are candidates for commercial MTO Catelysts in near future. Catalytic activity selectivity and Stability were examined as a function of reaction temperaturs. Particulary We focused on the synthesis of NISAPO-34 materials following the reported procedure by lnui et al, in order to obtain high ethylene selectivity and thus reproduce their works. However, from the present study, we did not observed any significant incresase in ethlene selectivity by incorporating Ni into the fremeworks.
일반적으로 합성수지의 합성에 이용되는 경질 올레핀들은 석유자원의 열분해(cracking) 과정을 통해 얻어지게 된다. 그렇지만 제올라이트나 유사 분자체 물질을 촉매로 이용하는 메탄올의 경질 올레핀 전환 반응의 경우 경질 올레핀들을 석유자원에 의종하지 않고도 다른 종류의 탄화수소로 이루어진 자원들을 이용하여 합성할 수 있어, 경질 올레핀 생산에서의 내체 공정으로 각광 받아 왔다. 이 반응에서는 석탄이나 천연가스와 같은 풍부한 자원을 증기 개칠하여 얻어지는 이산화탄소와 수소의 혼합가스를 가지고 합성한 메탄올을 반응물로 사용하여 제올라이트와 같은 분자체를 촉매로 이용한 기체상 촉매 반응을 통해 일련의 탄화수소 물질들이 생성된다.
본 실험에서 촉매로 사용된 분자체는 분자 크기의 상호 연결된 마이크로 크기(<1nm)의 기공들은 갖는 결정성 물질이다. 이러한 분자체 중 골격이 알루미노 실리케이트로 이루어진 분자체는 제올라이트라고 하며 골격이 알루미노 실리케이트 외에 물질로 이루어진 분자체는 유사 분자체라고 한다. 이러한 분자체들은 골격에 산 점을 가지기 때문에 고체 산 촉매로 이용될 수 있다.
우선 서로 비슷한 구조를 가지는 SAPO-34와 SAPO-18을 가지고 각기 다른 온도하에서 촉매 반응을 진행하였다. 실험 결과 SAPO-34에서는 400 $$ 에서 SAPO-18에서는 $350^{\circ} C$ 에서 촉매의 수명이 가장 높게 나타났으며, 촉매의 선택성은 두 모두 $400^\circ C$ 에서 가장 높게 나타났다. 또한 NISAPO-34에 대해서는 이를 이용한 촉매 반응에서 높은 에틸렌 선택성을 보인다는 결과가 있어 이를 확인해 보기 위한 실험이 진행되었다. 마찬가지로 NISAPO-34 촉매를 이용하여 촉매 반응을 진행하였으나 높은 에틸렌 선택성은 얻을 수 없었다.
이렇듯 기존에 잘 알려진 SAPO-34와 SAPO-18물질을 이용한 촉매 반응을 진행하여 사용된 촉매 반응계가 제대로 작동 함을 확인하고, 기존에 그 진위 여부를 알 수 없었던 NISAPO-34의 높은 에틸렌 선택성에 대한 실험을 진행하여 NISAPO-34이 높은 에틸렌 선택성을 보지지 않음을 알 수 있었다.
