KR100782125B1 - Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method thereof - Google Patents

Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR100782125B1
KR100782125B1 KR1020050091477A KR20050091477A KR100782125B1 KR 100782125 B1 KR100782125 B1 KR 100782125B1 KR 1020050091477 A KR1020050091477 A KR 1020050091477A KR 20050091477 A KR20050091477 A KR 20050091477A KR 100782125 B1 KR100782125 B1 KR 100782125B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
plate
carbon monoxide
reforming
gas
Prior art date
Application number
KR1020050091477A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20070036451A (en
Inventor
박종수
윤왕래
이호태
서동주
조성호
이신근
최승훈
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020050091477A priority Critical patent/KR100782125B1/en
Publication of KR20070036451A publication Critical patent/KR20070036451A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100782125B1 publication Critical patent/KR100782125B1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

본 발명은 개질가스 정제용 촉매, 이의 제조방법 및 전기의 개질가스 정제용 촉매를 함유하는 개질가스 정제용 반응기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고분자연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)의 구동원료인 수소를 얻기 위해 탄화수소 또는 알콜 개질을 통하여 제조된 개질가스를 수성반응 후에 잔존하는 일산화탄소를 10ppm 이하까지 저감하는 선택적 일산화탄소제거(preferential oxidation, PrOx)용 촉매, 이의 제조방법 및 전기의 개질가스 정제용 촉매를 함유하는 개질가스 정제용 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a reforming gas purification reactor containing a reforming gas purification catalyst, a method for preparing the same, and an electrical reforming gas purification catalyst. More specifically, selective carbon monoxide removal to reduce the carbon monoxide remaining after the aqueous reaction to 10 ppm or less after reforming the gas produced through hydrocarbon or alcohol reforming to obtain hydrogen, which is a driving material of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). It relates to a reforming gas refining reactor containing a catalyst for (preferential oxidation, PrOx), a method for producing the same and a catalyst for refining the reformed gas.

본 발명의 제1목적은 고분자연료전지(PEMFC)의 구동원료인 수소를 얻기 위해 탄화수소 또는 알콜 개질을 통하여 제조된 개질가스를 수성반응 후에 잔존하는 일산화탄소를 10ppm 이하까지 저감하는 선택적 일산화탄소제거(PrOx)용 촉매 제공이다. 본 발명의 제2목적은 상기에서 언급한 개질가스로부터 일산화탄소를 저감시킬 수 있는 일산화탄소 제거용 촉매 제조방법 제공이다. 본 발명의 제3목적은 상기에서 언급한 선택적 일산화탄소제거(PrOx)용 촉매 또는 개질가스로부터 일산화탄소를 저감시킬 수 있는 일산화탄소 제거용 촉매 제조방법에 의해 제조한 촉매를 함유하는 개질가스 정제용 반응기의 제공이다.The first object of the present invention is to selectively remove carbon monoxide (PrOx) to reduce the carbon monoxide remaining after the aqueous reaction to reformate gas produced through hydrocarbon or alcohol reforming to obtain hydrogen, which is the driving material of the polymer fuel cell (PEMFC) up to 10ppm or less To provide a catalyst. A second object of the present invention is to provide a method for producing a catalyst for removing carbon monoxide, which can reduce carbon monoxide from the above-mentioned reformed gas. A third object of the present invention is to provide a reforming gas purification reactor containing a catalyst prepared by the above-mentioned selective carbon monoxide removal (PrOx) catalyst or a method for preparing carbon monoxide removal catalyst which can reduce carbon monoxide from reforming gas. to be.

Description

개질가스 정제용 촉매 및 이의 제조방법{Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method thereof}Reformed catalyst for reforming gas and its preparation method {Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method

도 1은 종래 촉매를 이용한 개질가스 정제시스템 구성도이다.1 is a block diagram of a reforming gas purification system using a conventional catalyst.

도 2는 본 발명의 촉매를 함유한 개질가스 정제시스템 구성예이다.2 is a configuration example of a reforming gas purification system containing the catalyst of the present invention.

도 3은 혼합지지체를 이용한 촉매제조 공정도이다.3 is a process for producing a catalyst using a mixed support.

도 4는 시험예 1에서 측정한 촉매활성도이다.(A: Pt/HY 촉매 사용, B: Pt/HY-M 촉매사용, C:Pt/Bento 촉매 사용)4 is the catalytic activity measured in Test Example 1. (A: Pt / HY catalyst used, B: Pt / HY-M catalyst, C: Pt / Bento catalyst used)

도 5는 시험예 2의 촉매활성도이다.(D: Pt/MS4A-M 촉매 사용, E: Pt/MS4A 촉매 사용) 5 shows catalytic activity of Test Example 2. (D: Pt / MS4A-M catalyst, E: Pt / MS4A catalyst)

도 6은 본 발명의 일산화탄소제거용 촉매층과 메탄화반응 촉매층을 구비한 개질가스 정제용 반응기의 구성을 나타낸 분리 사시도이다.6 is an exploded perspective view showing the configuration of a reforming gas refining reactor having a carbon monoxide removal catalyst layer and a methanation catalyst layer of the present invention.

도 7은 도 6의 반응기의 촉매층 분리영역경계판의 단면도(I)이다.FIG. 7 is a cross-sectional view (I) of the catalyst bed separation zone boundary plate of the reactor of FIG. 6.

도 8은 도 6의 반응기의 촉매층 분리영역경계판의 단면면(II)이다.FIG. 8 is a cross-sectional view II of the catalyst bed separation zone boundary plate of the reactor of FIG. 6.

도 9는 도 6의 반응기의 일예를 나타낸 사진이다.9 is a photograph showing an example of the reactor of FIG.

도 10은 도 6의 반응기를 이용한 개질가스 정제 성능 측정 결과를 나타낸 그래프이다.10 is a graph illustrating a measurement result of reformed gas purification performance using the reactor of FIG. 6.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 상부플레이트 200 : 하부플레이트100: upper plate 200: lower plate

300 : 상부열분산판 400 : 촉매층형성판300: upper heat dispersion plate 400: catalyst layer forming plate

500 : 하부열분산판 700 : 상부촉매층지지판 500: lower heat dispersion plate 700: upper catalyst layer support plate

800 : 하부촉매층지지판800: lower catalyst layer support plate

본 발명은 개질가스 정제용 촉매, 이의 제조방법 및 전기의 개질가스 정제용 촉매를 함유하는 개질가스 정제용 반응기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고분자연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)의 구동원료인 수소를 얻기 위해 탄화수소 또는 알콜 개질을 통하여 제조된 합성가스인 개질가스를 수성반응 후에 잔존하는 일산화탄소를 10ppm 이하까지 저감하는 선택적 일산화탄소제거(preferential oxidation, PrOx)용 촉매, 이의 제조방법 및 전기의 개질가스 정제용 촉매를 함유하는 개질가스 정제용 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a reforming gas purification reactor containing a reforming gas purification catalyst, a method for preparing the same, and an electrical reforming gas purification catalyst. More specifically, in order to obtain hydrogen as a driving material of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), the reformed gas, which is a synthesis gas produced through hydrocarbon or alcohol reforming, is reduced to 10 ppm or less after the aqueous reaction. It relates to a reforming gas refining reactor containing a catalyst for selective carbon dioxide removal (PrOx), a method for producing the same, and a catalyst for refining the reforming gas.

탄화수소를 이용한 수소 제조공정의 개질반응(메탄의 경우 하기의 반응식 1 참조) 및 일산화탄소의 수성반응(반응식 2 참조)을 통하여 일산화탄소의 농도는 0.4∼1.0%까지 저감되나 고분자연료전지에 공급되기 위해서는 개질가스내의 일산 화탄소(CO) 농도가 10ppm 이하까지 저감되어야 한다.The concentration of carbon monoxide is reduced by 0.4 ~ 1.0% through reforming reaction of the hydrogen production process using hydrocarbon (refer to Scheme 1 below) and carbon monoxide aqueous reaction (see Scheme 2). The carbon monoxide (CO) concentration in the gas should be reduced to less than 10 ppm.

최근 100ppm까지도 영향 배제 가능한 전극촉매제의 개발이 발표되고 있으나, 개질가스내의 일산화탄소의 농도가 10ppm 이하, 바람직하기로는 1ppm 이하까지 저감될 때 출력밀도의 극대화 및 안전성을 기할 수 있다.Recently, the development of an electrode catalyst capable of excluding effects up to 100 ppm has been announced, but when the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is reduced to 10 ppm or less, preferably 1 ppm or less, it is possible to maximize output density and safety.

일산화탄소의 정제목적으로 적용 가능한 반응은 일산화탄소에 대한 선택적 산화반응(하기 반응식 3 참조)과 메탄화반응(하기 반응식 4 참조)이 소형 고분자 연료전지 시스템에 사용 가능한 정제공정이다. Reactions applicable for the purification of carbon monoxide are purification processes in which selective oxidation to carbon monoxide (see Scheme 3 below) and methanation (see Scheme 4 below) can be used in small polymer fuel cell systems.

CH4 + H2O →CO + 3H2 생성열 : +49.1kcal/mol (반응식 1)CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 Generation heat: +49.1 kcal / mol (Scheme 1)

CO + H2O →CO2 + H2 생성열 : -9.81kcal/mol (반응식 2)CO + H 2 O → CO 2 + H 2 Generated heat: -9.81 kcal / mol (Scheme 2)

CO + 1/2O2 →CO2 생성열 : -69.76kcal/mol (반응식 3)CO + 1 / 2O 2 → CO 2 Generated heat: -69.76 kcal / mol (Scheme 3)

CO + 3H2 →CH4 + H2O 생성열 : -49.1kcal/mol (반응식 4)CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O Heat generated: -49.1 kcal / mol (Scheme 4)

H2 + 1/2O2 →H2O 생성열 : -68.1kcal/mol (반응식 5)H2 + 1 / 2O2 → H2O Generated heat: -68.1 kcal / mol (Scheme 5)

수성반응 후에 개질가스 중에 포함되는 일산화탄소를 제거하기 위하여 일산화탄소제거(PrOx) 또는 메탄화반응에 대한 연구가 진행되고 있으나 상기 반응식 4에 따른 수소의 손실 최소화와 함께 특히 알콜을 원료로 사용할 경우 미반응된 알콜을 동시에 저감하기 위해서는 산화반응이 수반되는 일산화탄소제거 공정은 필수적으로 필요하다.In order to remove carbon monoxide contained in the reformed gas after the aqueous reaction, research on carbon monoxide removal (PrOx) or methanation reaction is being conducted. However, in addition to minimizing the loss of hydrogen according to Scheme 4, in particular, when alcohol is used as a raw material, In order to simultaneously reduce alcohol, a carbon monoxide removal process involving an oxidation reaction is essential.

따라서 고활성을 갖는 촉매물질에 대한 지속적인 개발 필요성에 의하여 연구 가 진행중에 있으며 대표적인 성분으로 제올라이트를 귀금속 지지체로 사용할 때 높은 선택도를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 일산화탄소의 농도에 따라서 다소 차이가 있으나 일산화탄소의 농도를 1% 반응물로 공급할 때 사용온도는 200∼250℃로 알려져 있다.Therefore, research is underway due to the need for continuous development of catalyst materials having high activity, and it is known that high selectivity can be obtained when using zeolite as a precious metal support as a representative component. Although slightly different depending on the concentration of carbon monoxide, when the concentration of carbon monoxide is supplied as a 1% reactant, the use temperature is known to be 200 to 250 ° C.

한편 종래 일산화탄소제거를 위한 반응기에 있어서, 반응기를 다단(2-4단)으로 설치하고 중간에 열교환기를 이용하여 반응물의 온도를 낮추거나 또는 반응기 내부에 냉각장치(inter cooler)를 구비하여 최대 전환율을 얻을 수 있는 범위에서 운전될 수 있도록 시스템을 구성하고 있다(도 1 참조). On the other hand, in the conventional reactor for removing carbon monoxide, the reactor is installed in multiple stages (2-4 stages) and the temperature of the reactants is reduced by using a heat exchanger in the middle, or an inter cooler is provided inside the reactor to increase the maximum conversion rate. The system is configured to operate in the range which can be obtained (see FIG. 1).

한편, 일산화탄소에 대한 선택성이 우수함과 동시에 활성 온도대역이 매우 넓은 촉매조성이 제공될 때 다단 반응시 열교환기 및/또는 내부 냉각장치가 불필요하기 때문에 공정구성의 용이성 확보와 함께 장치의 부피 및 중량감소를 달성할 수 있다(도 2 참조). 그러나 일산화탄소에 대한 선택성이 우수함과 동시에 활성 온도대역이 매우 넓은 촉매에 대한 연구가 부족하므로 일반적으로 반응기 이외에 열교환기 및/또는 내부 냉각장치가 시스템에 필요하다On the other hand, when the catalyst composition is provided with excellent selectivity to carbon monoxide and a very wide active temperature range, a heat exchanger and / or an internal cooling device are unnecessary for the multi-stage reaction, thereby reducing the volume and weight of the device while ensuring ease of process configuration. Can be achieved (see FIG. 2). However, due to the lack of research on catalysts with good selectivity to carbon monoxide and very wide active temperature ranges, heat exchangers and / or internal cooling systems in addition to reactors are generally required for the system.

본 발명의 제1목적은 고분자연료전지(PEMFC)의 구동원료인 수소를 얻기 위해 탄화수소 또는 알콜 개질을 통하여 제조된 합성가스인 개질가스를 수성반응 후에 잔존하는 일산화탄소를 10ppm 이하, 바람직하게는 1ppm까지 저감하는 선택적 일산화탄소제거(PrOx)용 촉매 제공이다.The first object of the present invention is to reduce the carbon monoxide remaining after the aqueous reaction of the reformed gas, which is a synthesis gas produced through hydrocarbon or alcohol reforming to obtain hydrogen as a driving material of the polymer fuel cell (PEMFC) up to 10ppm, preferably 1ppm It provides a catalyst for selective carbon monoxide removal (PrOx) to reduce.

본 발명의 제2목적은 상기에서 언급한 개질가스로부터 일산화탄소를 저감시킬 수 있는 일산화탄소 제거용 촉매 제조방법 제공이다.A second object of the present invention is to provide a method for producing a catalyst for removing carbon monoxide, which can reduce carbon monoxide from the above-mentioned reformed gas.

본 발명의 제3목적은 상기에서 언급한 선택적 일산화탄소제거(PrOx)용 촉매 또는 개질가스로부터 일산화탄소를 저감시킬 수 있는 일산화탄소 제거용 촉매 제조방법에 의해 제조한 촉매를 함유하는 개질가스 정제용 반응기의 제공이다.A third object of the present invention is to provide a reforming gas purification reactor containing a catalyst prepared by the above-mentioned selective carbon monoxide removal (PrOx) catalyst or a method for preparing carbon monoxide removal catalyst which can reduce carbon monoxide from reforming gas. to be.

상기에서 언급한 목적을 위해 본원의 제1발명인 개질가스 정제용 촉매는 활성성분과 활성성분을 지지하는 지지체로 이루어진 개질가스 정제용 촉매에 있어서, 활성성분을 지지하는 지지체로 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물로 이루어진 혼합지지체를 사용한다. The reformed gas purification catalyst, which is the first invention of the present application for the above-mentioned purpose, is a reforming gas purification catalyst comprising an active ingredient and a support for supporting the active ingredient, wherein the support for supporting the active ingredient is a mixture of zeolite and bentonite. A mixed support is used.

본 발명의 개질가스 정제용 촉매에서 활성성분은 종래 Pt, Rh, Ru, Au, Ir 중에서 선택된 어느 하나 이상의 귀금속을 사용할 수 있다. 이때 활성성분인 귀금속은 혼합지지체 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부 포함될 수 있다. As the active ingredient in the reforming gas purification catalyst of the present invention, any one or more precious metals selected from conventional Pt, Rh, Ru, Au, and Ir may be used. At this time, the active metal noble metal may be included 0.1 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed support.

본 발명의 개질가스 정제용 촉매에서 활성성분이 혼합지지체 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만 사용하면 개질가스 정제시 일산화탄소의 제거 효과가 미미하며, 5.0중량부 초과하여 사용하면 개질가스 정제시 일산화탄소의 제거에 대한 뚜렷한 효과의 상승이 없다. 따라서 본 발명의 개질가스 정제용 촉매에서 활성성분인 귀금속은 혼합지지체 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부 사용하는 것이 좋다. In the reforming gas refining catalyst of the present invention, if the active ingredient is used in an amount less than 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the mixed support, the removal effect of carbon monoxide is minimal when the reforming gas is purified. There is no apparent effect on the removal. Therefore, it is preferable to use 0.1 to 5.0 parts by weight of the precious metal as the active ingredient in the catalyst for reforming gas purification of the present invention based on 100 parts by weight of the mixed support.

본 발명의 개질가스 정제용 촉매에서 활성성분을 담지하는 지지체는 벤토나이트 1∼50중량%, 제올라이트 50∼99중량%로 이루어지는 혼합지지체를 사용할 수 있다. 이때 제올라이트는 개질가스에 대해 촉매층 내 체류시간 증가를 통한 선택성 향상을 위해 촉매 지지체로 사용하며, 벤토나이트는 저온에서의 산화력 확보를 위해 사용한다. 즉, 본 발명의 개질가스 정제용 촉매는 활성성분을 담지하는 지지체로서 제올라이트와 벤토나이트를 사용함으로써 넓은 온도 영역에서 개질가스 내의 일산화탄소의 고전환율 및 높은 선택도를 갖도록 할 수 있다. In the reforming gas purification catalyst of the present invention, the support supporting the active ingredient may be a mixed support comprising 1 to 50% by weight of bentonite and 50 to 99% by weight of zeolite. At this time, the zeolite is used as a catalyst support to improve the selectivity by increasing the residence time in the catalyst layer for the reformed gas, bentonite is used to secure the oxidizing power at low temperatures. That is, the reformed gas purification catalyst of the present invention can have high conversion rate and high selectivity of carbon monoxide in the reformed gas in a wide temperature range by using zeolite and bentonite as a support supporting the active ingredient.

본 발명에서 다양한 함량으로 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물을 촉매의 지지체로 사용한바 본 발명의 목적에 부합하는 촉매를 얻기 위해서는 전술한 수치 함량의 제올라이트 및 벤토나이트로 이루어진 혼합물을 촉매의 지지체로 사용할 수 있다.In the present invention, a mixture of zeolite and bentonite in various contents is used as a support for the catalyst. In order to obtain a catalyst meeting the object of the present invention, a mixture of zeolite and bentonite of the aforementioned numerical content may be used as a support for the catalyst.

본 발명에서 촉매 지지체의 일 구성성분인 제올라이트는 A형 제올라이트, Y형 제올라이트, HY형 제올라이트, 베타(β)형 제올라이트 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.In the present invention, the zeolite, which is one component of the catalyst support, may use any one or more selected from A-type zeolite, Y-type zeolite, HY-type zeolite, and beta (β) zeolite.

본 발명에서 촉매 지지체의 일 구성성분인 벤토나이트는 산지별 또는 정제 정도에 따라서 활성에서 다소의 차이는 있을 수 있으나 전체적인 성능에서 큰 차이는 없기 때문에 특별한 제한 조건은 없다. 다만 촉매의 지지체로서 사용되기 때문에 제올라이트와 함께 밀링하여 각각의 물질이 10㎛ 이하, 바람직하게는 0.5∼10㎛로 분쇄되어 균일혼합을 진행하여 입상화한 다음에 활성성분인 귀금속을 담지할 수 있다.Bentonite, which is one component of the catalyst support in the present invention, may have some differences in activity depending on acidity or degree of purification, but there is no particular limitation because there is no big difference in overall performance. However, since it is used as a support for the catalyst, each material is milled with a zeolite to be pulverized to 10 탆 or less, preferably 0.5 to 10 탆, and then uniformly mixed to granulate and carry a precious metal as an active ingredient. .

본 발명의 제2목적인 개질가스 정제용 촉매의 제조방법은 활성성분과 활성성분을 지지하는 지지체로 이루어진 촉매 제조에 있어서,According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of preparing a catalyst for refining a reformed gas, the method including preparing an active ingredient and a support for supporting the active ingredient.

제올라이트와 벤토나이트를 혼합하는 단계,Mixing zeolite and bentonite,

제올라이트와 벤토나이트의 혼합물을 압출하는 단계,Extruding a mixture of zeolite and bentonite,

제올라이트와 벤토나이트가 혼합된 압출물을 건조한 다음 소성하여 제올라이트와 벤토나이트로 이루어진 혼합지지체를 얻는 단계,Drying the extrudate mixed with zeolite and bentonite and calcining to obtain a mixed support consisting of zeolite and bentonite,

혼합지지체에 활성성분을 담지하는 단계를 포함한다.The step of supporting the active ingredient on the mixed support.

본 발명의 개질가스 정제용 촉매 제조에 있어서, 촉매의 활성성분을 지지하는 지지체는 벤토나이트 1∼50중량%, 제올라이트 50∼99중량%로 이루어지는 혼합지지체를 사용할 수 있다.In the production of the catalyst for reforming gas purification of the present invention, the support for supporting the active ingredient of the catalyst may be a mixed support consisting of 1 to 50% by weight of bentonite and 50 to 99% by weight of zeolite.

본 발명의 개질가스 정제용 촉매 제조 중에서 특히 혼합지지체 제조시 제올라이트와 벤토나이트를 혼합한 후 압출전에 이들 혼합물에 수분을 첨가하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물 100중량부에 대하여 수분을 10∼100중량부 첨가할 수 있다. 이때 수분의 첨가에 의하여 급격한 발열에 주의하면서 소량씩 점차적으로 첨가하는 것이 좋다. 수분을 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물 100중량부에 대하여 10중량부 미만 첨가하면 압출시 압출공정의 과부하를 유발시키는 문제가 있고, 100중량부 초과하여 사용하면 균일 건조가 어려움과 동시에 건조시간이 많이 걸리는 문제가 있어, 본 발명에서 수분을 첨가시 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물 100중량부에 대하여 10∼100중량부 첨가하는 것이 좋다.Particularly during the preparation of the catalyst for reforming gas purification of the present invention, the method may further include adding water to these mixtures before extrusion after mixing zeolite and bentonite in the preparation of the mixed support. In the present invention, 10 to 100 parts by weight of water may be added based on 100 parts by weight of the mixture of zeolite and bentonite. At this time, it is good to add gradually in small amounts while paying attention to the rapid heat generation by the addition of moisture. If less than 10 parts by weight of water is added to 100 parts by weight of the mixture of zeolite and bentonite, there is a problem of causing an overload of the extrusion process during extrusion, and if it is used more than 100 parts by weight, it is difficult to uniformly dry and take a lot of drying time. In the present invention, it is preferable to add 10 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixture of zeolite and bentonite when water is added.

한편, 혼합지지체 제조시 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물에 대해 입상화공정이 용이하도록 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물에 수분을 첨가한 다음 공정조제를 첨가하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 이때 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물 100중량부에 대하여 공정조제 0.05∼3중량부 첨가할 수 있다. 공정조제를 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물 100중량부에 대하여 0.05중량부 미만 첨가하면 역할이 미미한 문제가 있고, 3중량부 초과하여 사용하면 소성 공정시 공정조제 연소열에 의하여 촉매가 망실되는 문제가 있어, 본 발명에서 공정조제를 첨가시 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물 100중량부에 대하여 0.05∼3중량부 첨가하는 것이 좋다. 기에서 공정조제는 폴리비닐알콜(PVA)을 사용할 수 있다.Meanwhile, the method may further include adding water to the mixture of zeolite and bentonite and then adding a process aid to facilitate the granulation process for the mixture of zeolite and bentonite when preparing the mixed support. In this case, 0.05 to 3 parts by weight of the process aid may be added to 100 parts by weight of the mixture of zeolite and bentonite. If the process aid is added less than 0.05 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the mixture of zeolite and bentonite, the role is insignificant. If the process aid is used in excess of 3 parts by weight, the catalyst is lost due to the process aid combustion heat during the firing process. When adding the process aid in the invention it is preferable to add 0.05 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixture of zeolite and bentonite. In the process aids may be used polyvinyl alcohol (PVA).

제올라이트, 벤토나이트, 수분 및 공정조제를 12∼48시간 볼밀링하여 각 물질을 균일 혼합한 후 이들 혼합물을 압출한다. 이때 압출조건은 공정조제의 함량, 제올라이트와 벤토나이트의 혼합비, 수분의 함량에 따라 다소 차이가 있으나, 단위면적당 0.5∼20kgf/cm2으로 실시할 수 있다.Zeolite, bentonite, water and process aids are ball milled for 12 to 48 hours to uniformly mix the respective materials and then extrude these mixtures. At this time, the extrusion conditions are slightly different depending on the content of the process aid, the mixing ratio of zeolite and bentonite, and the water content, but may be performed at 0.5 to 20 kgf / cm 2 per unit area.

상기에서 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물을 압출한 다음 건조 및 소성을 실시할 수 있다. 이때 제올라이트와 벤토나이트가 혼합된 압출물의 건조는 50∼105℃에서 24∼72시간 동안 실시할 수 있으며, 소성은 400∼700℃에서 10∼24시간 동안 실시하여 공정조제를 제거할 수 있다. 본 발명에서 개질가스 정제용 촉매 제조 중에서 제올라이트와 벤토나이트로 이루어진 혼합지지제 제조시 제올라이트와 벤토나이트가 혼합된 압출물의 건조 및 소성에 대해 다양한 조건으로 실시한바 본 발명 의 목적에 부합하는 개질가스 정제용 촉매를 얻기 위해서는 전술한 건조 및 소성 조건으로 촉매의 활성성분을 지지하는 혼합지지체를 얻는 것이 좋다.The mixture of zeolite and bentonite may be extruded from the above and then dried and calcined. In this case, drying of the extrudate mixed with zeolite and bentonite may be performed at 50 to 105 ° C. for 24 to 72 hours, and firing may be performed at 400 to 700 ° C. for 10 to 24 hours to remove the process aid. In the present invention, the catalyst for reforming gas purification according to the object of the present invention was carried out under various conditions for the drying and firing of an extrudate mixed with zeolite and bentonite when preparing a mixed support consisting of zeolite and bentonite. In order to obtain the above, it is preferable to obtain a mixed support supporting the active component of the catalyst under the above-described drying and firing conditions.

건조 및 소성을 마친 제올라이트와 벤토나이트로 이루어진 혼합지지체는 원하는 크기를 지니도록 가공할 수 있다. 한편, 활성성분으로 Pt, Rh, Ru, Au, Ir 중에서 선택된 어느 하나 이상의 귀금속을 제올라이트와 벤토나이트로 이루어진 혼합지지체 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부를 혼합지지체에 담지하여 촉매를 제조할 수 있다. 이때 활성성분을 혼합지지체로의 담지방법은 종래 촉매 제조시 활성성분을 지지체에 담지할 수 있는 방법이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서는 활성성분을 혼합지지체로의 담지방법으로 초기 젖음법 또는 합침법 모두 사용할 수 있다. After completion of drying and firing, the mixed support consisting of zeolite and bentonite can be processed to have a desired size. Meanwhile, the catalyst may be prepared by supporting 0.1 to 5.0 parts by weight of any one or more precious metals selected from Pt, Rh, Ru, Au, and Ir as 100 parts by weight of the mixed support composed of zeolite and bentonite. At this time, any method of supporting the active ingredient on the mixed support may be used as long as it is possible to support the active ingredient on the support when preparing a conventional catalyst. In the present invention, both the initial wetting method or the method of impregnation may be used as a method of supporting the active ingredient in the mixed support.

상기에서 언급한 바와 같이 제올라이트와 벤토나이트의 혼합지지체를 만든 후 이 혼합지지체에 활성성분을 담지한 다음, 건조, 소성 및 환원단계를 거쳐 개질가스 정제용 촉매를 얻을 수 있다. 이때 혼합지지체에 활성성분을 담지하고 건조한 다음 활성성분의 담지와 건조를 수회 반복하여 혼합지지체에 활성성분이 담지된 촉매를 얻을 수 있다. 한편 제올라이트와 벤토나이트로 이루어진 혼합지지체에 활성성분을 담지한 다음, 건조, 소성 및 환원은 일반적인 촉매 제조시 사용하는 조건을 적용할 수 있다. 활성 성분이 담지된 혼합지지체 촉매는 상기의 혼합지지체를 제조하는 공정에서의 건조조건과 동일한 조건에서 건조가 가능하며, 소성은 400∼600℃의 온도에서 3∼12시간 동안 소성하여 촉매에 흡착되어 있는 휘발성 잔유물질을 분해하여 제거할 수 있다. 이때 소성시 400℃ 이하의 조건에서는 잔류물질을 소각하 는데 많은 시간이 소요되며, 600℃ 이상의 온도에서는 담지된 활성금속의 분산도가 저하되므로 400∼600℃의 온도범위에서 소성하는 것이 좋다. 상기의 소성된 촉매는 수소와 같은 환원성 가스를 이용하여 200∼400℃의 온도범위에서 0.5∼5시간 동안 환원처리한다. 200℃이하의 온도에서는 혼합지지체 표면과 담지된 활성금속과 산화물의 상태로 결합된 산소를 효과적으로 제거할 수 없으며, 400℃ 이상의 조건에서는 분산된 활성금속들의 재결합화 과정을 통해 분산도가 저하되므로 200∼400℃의 온도범위에서 환원시키는 것이 가장 효과적이다. As mentioned above, after preparing a mixed support of zeolite and bentonite, the active support is supported on the mixed support, followed by drying, calcining and reducing to obtain a catalyst for reforming gas purification. At this time, the active ingredient is supported on the mixed support and dried, and then the supporting and drying of the active ingredient are repeated several times to obtain a catalyst having the active ingredient supported on the mixed support. On the other hand, after supporting the active ingredient in a mixed support consisting of zeolite and bentonite, drying, firing and reduction can be applied to the conditions used in the production of a general catalyst. The mixed support catalyst on which the active ingredient is supported can be dried under the same conditions as the drying conditions in the process of preparing the mixed support, and the calcining is adsorbed on the catalyst by calcining at a temperature of 400 to 600 ° C. for 3 to 12 hours. Volatile residues can be decomposed and removed. At the time of firing, it takes a long time to incinerate the residual material under the conditions of 400 ° C. or lower, and at a temperature of 600 ° C. or higher, the dispersibility of the supported active metal decreases, and therefore, firing is performed in the temperature range of 400 ° C. to 600 ° C. The calcined catalyst is reduced for 0.5 to 5 hours at a temperature in the range of 200 to 400 ° C. using a reducing gas such as hydrogen. At temperatures below 200 ° C, the oxygen bound in the mixed support surface and the supported active metals and oxides cannot be removed effectively.At 400 ° C or higher, the dispersion degree decreases through recombination of dispersed active metals. Reducing in the temperature range of -400 degreeC is the most effective.

본 발명의 제3목적은 본 발명의 제1목적인 개질가스 정제용 촉매(본 발명의 제2목적인 개질가스 정제용 촉매 제조에 의해 얻어진 개질가스 정제용 촉매 포함)를 포함하여 열교환기 또는 중간 냉각기(inter cooler)가 불필요한 개질가스 정제용 반응기를 제공한다.The third object of the present invention is to provide a heat exchanger or an intermediate cooler including the catalyst for reforming gas reforming of the first object of the present invention (including the catalyst for reforming gas purification obtained by preparing the catalyst for reforming gas reforming for the second purpose of the present invention) It provides a reactor for reforming the reformed gas is unnecessary.

본 발명의 개질가스 정제용 반응기는 개질가스 중에 함유된 일산화탄소의 산화반응을 유도하는 촉매층과 일산화탄소의 메탄화반응을 유도하는 메탄화촉매층을 함유하는 개질가스 정제용 반응기에 있어서,In the reformed gas purification reactor of the present invention, the reformed gas purification reactor comprising a catalyst layer for inducing the oxidation reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas and a methanation catalyst layer for inducing the methanation reaction of carbon monoxide,

정제가스 흐름 홀, 일산화탄소의 산화반응을 유도하는 촉매층, 이러한 촉매를 유입하는 촉매유입구, 일산화탄소의 메탄화반응을 유도하는 메탄화촉매층, 이러한 메탄화촉매가 유입되는 메탄화촉매유입구를 구비하는 한편 분리영역경계판(407)에 의해 일산화탄소의 산화반응을 유도하는 촉매층과 일산화탄소의 메탄화반응을 유도하는 메탄화촉매층이 분리되는 촉매층형성판(400),Purification gas flow hole, catalyst layer for inducing oxidation reaction of carbon monoxide, catalyst inlet for introducing such catalyst, methanation catalyst layer for inducing methanation reaction of carbon monoxide, methanation catalyst inlet through which such methanation catalyst is introduced and separated A catalyst layer forming plate 400 separating the catalyst layer for inducing the oxidation reaction of carbon monoxide and the methanation catalyst layer for inducing the methanation reaction of carbon monoxide by the region boundary plate 407,

촉매층형성판(400) 아래에 개질가스 흐름 홀과 촉매층형성판의 촉매층 및 메탄화촉매층을 거쳐 생성된 정제가스 배출 홀을 구비하는 하부촉매지지판(800), 하부촉매지지판 아래에 개질가스 흐름 홀과 일측에 하부촉매지지판(800)의 정제가스 배출 홀과 연결되는 정제가스 배출 홀을 구비하는 하부열분산판(500), 하부열분산판 아래에 개질가스 유입구 및 흐름 홀을 구비하고 일측에 하부열분산판의 정제가스 배출 홀과 연결되는 정제가스 배출 홀을 구비하는 하부플레이트(200) 및, A lower catalyst support plate 800 having a reformed gas flow hole under the catalyst layer forming plate 400, a purified gas discharge hole formed through a catalyst layer and a methanation catalyst layer of the catalyst layer forming plate, and a reformed gas flow hole under the lower catalyst support plate; Lower heat distribution plate 500 having a purification gas discharge hole connected to the purification gas discharge hole of the lower catalyst support plate 800 on one side, and a reformed gas inlet and a flow hole under the lower heat distribution plate, and on one side of the lower heat dispersion plate A lower plate 200 having a purified gas discharge hole connected to the purified gas discharge hole,

촉매층형성판(400) 위에 개질가스 흐름 홀과 일산화탄소의 산화반응을 유도하는 촉매층에 개질가스의 흐름을 유도하는 가스 흐름 홀을 구비하는 상부촉매지지판(700), 상부촉매지지판 위에 개질 가스 흐름 홀과 상부촉매지지판(700)으로 개질가스의 흐름을 유도하는 가스 흐름 홀을 구비하는 상부열분산판(300), 상부열분산판 위에 개질 가스 흐름 홀과 상부열분산판(300)으로 개질가스의 흐름을 유도하는 가스 흐름 홀을 구비하는 상부플레이트(100)를 포함한다. An upper catalyst support plate 700 having a reformed gas flow hole on the catalyst layer forming plate 400 and a gas flow hole that induces a reformed gas flow in a catalyst layer inducing an oxidation reaction of carbon monoxide, and a reformed gas flow hole on the upper catalyst support plate; An upper heat dissipation plate 300 having a gas flow hole for inducing a flow of reformed gas to the upper catalyst support plate 700, and a reformed gas flow hole and an upper heat dissipation plate 300 to induce a flow of reformed gas on the upper heat dissipation plate 300. And an upper plate 100 having a gas flow hole.

상기에서 촉매층형성판(400)의 일산화탄소의 산화반응 촉매층 공간과 일산화탄소의 메탄화반응 메탄화촉매층 공간은 분리영역경계판(407)에 의해 5∼9 : 1∼5의 비로 분리될 수 있다.The carbon monoxide oxidation catalyst layer space and carbon monoxide methanation reaction methanation catalyst layer space of the catalyst layer forming plate 400 may be separated by a separation area boundary plate 407 in a ratio of 5 to 9: 1 to 5.

상기에서 분리영역경계판(407)은 상부 및 하부에 형성되는 흐름 홀(450)을 통해 가스가 촉매공간(402)으로부터 촉매공간(403)으로 이동하거나(도 7 참조) 또는 다층의 박판(490)으로 형성하고 각각의 박판에 형성된 흐름 홀(490)을 통해 가스가 촉매공간(402)으로부터 촉매공간(403)으로 이동하게 할 수 있다(도 8 참조). In the separation region boundary plate 407, the gas moves from the catalyst space 402 to the catalyst space 403 through the flow holes 450 formed in the upper and lower portions thereof (see FIG. 7) or the multilayer thin plate 490. ) And through the flow holes 490 formed in each thin plate, gas can be moved from the catalyst space 402 to the catalyst space 403 (see FIG. 8).

상기에서 상부열분산판(300) 및 하부열분산판(500)은 상부촉매지지판(700)과 하부촉매지지판(800)의 열분산작용과, 개질가스와 공기와의 혼합이 이루어질 수 있는 전열면을 포함할 수 있다. The upper heat dissipation plate 300 and the lower heat dissipation plate 500 includes a heat dissipation action of the upper catalyst support plate 700 and the lower catalyst support plate 800 and a mixture of reformed gas and air. can do.

상기에서 촉매층형성판(400)의 두께는 1.0∼10.0mm으로 형성할 수 있으며, 촉매층형성판(400) 내부에 충진되는 개질가스 일산화탄소를 제거용 촉매는 촉매층형성판(400)의 두께에 충진되도록 입경을 0.1∼2.0mm으로 하여 충진할 수 있다.The catalyst layer forming plate 400 may have a thickness of 1.0 to 10.0 mm, and the catalyst for removing the reformed gas carbon monoxide charged in the catalyst layer forming plate 400 may be filled in the thickness of the catalyst layer forming plate 400. The particle size can be filled with 0.1 to 2.0 mm.

상기에서 촉매층형성판(400)은 개질가스 중에 함유된 일산화탄소를 제거하기 위해 일산화탄소 제거용 촉매가 충진된 촉매 공간(402)과 메탄반응을 촉진하는 메탄화 촉매가 충진된 촉매 공간(403)을 구비하며, 촉매층형성판에 유입된 개질가스는 일산화탄소 제거용 촉매가 충진된 촉매 공간(402)과 메탄화 촉매가 충진된 촉매 공간(403)을 거쳐 개질가스 중에 함유된 일산화탄소를 제거하여 정제가스를 얻을 수 있다.The catalyst layer forming plate 400 includes a catalyst space 402 filled with a catalyst for removing carbon monoxide to remove carbon monoxide contained in the reformed gas and a catalyst space filled with a methanation catalyst for promoting a methane reaction. The reformed gas introduced into the catalyst layer forming plate removes carbon monoxide contained in the reformed gas through a catalyst space 402 filled with a carbon monoxide removal catalyst and a catalyst space 403 filled with a methanation catalyst to obtain a purified gas. Can be.

한편 본 발명의 개질가스 정제용 반응기에 공급되는 개질가스는 개질가스 내의 H2/CO의 비를 500 이상, 바람직하게는 500∼700으로 조절하는 한편, O2/CO의 비가 0.4∼2.5가 되도록 산화제로서 공기를 개질가스와 같이 개질가스 정제용 반응기로 공급하여 개질가스 내의 일산화탄소를 10ppm 이하, 보다 바람직하게는 개질가스 내의 일산화탄소가 1∼10ppm가 되도록 개질가스를 정제할 수 있다.Meanwhile, the reformed gas supplied to the reformed gas purification reactor of the present invention controls the ratio of H 2 / CO in the reformed gas to 500 or more, preferably 500 to 700, while the ratio of O 2 / CO is 0.4 to 2.5. The reformed gas may be purified as air as an oxidant to be supplied to the reactor for reforming gas purification, such as reformed gas, so that the carbon monoxide in the reformed gas is 10 ppm or less, more preferably 1 to 10 ppm of carbon monoxide in the reformed gas.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위 가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail through examples and test examples. However, these are intended to explain the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<비교예 1> Pt/HY 촉매제조Comparative Example 1 Preparation of Pt / HY Catalyst

염화백금산(H2PtCl6·xH2O, 한결골드사 제품) 5.31g을 증류수 100g에 용해한 후에 HY형 제올라이트(알드리치사) 100g에 초기젖음법으로 담지하였다. 5.31 g of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 .xH 2 O, manufactured by HanGold Gold Co., Ltd.) was dissolved in 100 g of distilled water, and then supported by 100 g of HY zeolite (Aldrich) by initial wet method.

담지한 촉매는 105℃ 공기분위기에서 24시간 건조 후에 400℃ 공기분위기에서 5시간 소성하고, 300℃ 수소 분위기에서 2시간 환원하여 제조 완료하였다. 제조된 촉매는 Pt/HY로 표기하였다.The supported catalyst was dried for 24 hours in a 105 ° C. air atmosphere, calcined for 5 hours in a 400 ° C. air atmosphere, and reduced to 2 hours in a 300 ° C. hydrogen atmosphere. The prepared catalyst was designated Pt / HY.

상기에서 HY 제올라이트는 암모늄기로 치환된 Y형 제올라이트(NH4Y)을 550℃에서 3시간 소성하고 80/120메시 입경으로 분쇄하여 사용하였다. In the above HY zeolite, Y-type zeolite (NH 4 Y) substituted with an ammonium group was calcined at 550 ° C. for 3 hours, and used by pulverizing to 80/120 mesh particle size.

<비교예 2> Pt/Bento 촉매제조<Comparative Example 2> Preparation of Pt / Bento Catalyst

촉매의 지지체로 벤토나이트(알드리치)를 사용하고, 벤토나이트에 백금을 담지한 후 500℃에서 3시간 소성하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매는 Pt/Bento로 표기하였다.Bentonite (Aldrich) was used as a support for the catalyst, and the catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the bentonite was loaded with platinum and calcined at 500 ° C for 3 hours. The prepared catalyst was designated Pt / Bento.

<비교예 3> Pt/MS4A 촉매제조<Comparative Example 3> Preparation of Pt / MS4A Catalyst

촉매의 지지체를 A형 제올라이트(알드리치)로 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매는 Pt/MS4A로 표기하였 다.A catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the support of the catalyst was used as an A-type zeolite (Aldrich). The prepared catalyst was designated Pt / MS4A.

<실시예 1> Pt/HY-M 촉매제조Example 1 Preparation of Pt / HY-M Catalyst

촉매의 지지체로 HY 제올라이트(알드리치)와 벤토나이트로 이루어진 혼합지지체를 사용하는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매는 Pt/HY-M로 표기하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that a mixed support consisting of HY zeolite (Aldrich) and bentonite was used as a support of the catalyst. The prepared catalyst was designated Pt / HY-M.

상기에서 혼합지지체는 HY 제올라이트 90중량부와 벤토나이트 10중량부를 혼합하고 24시간 동안 밀링한 후에, 0.7kgf/cm2의 압력으로 압출하여, 85℃에서 24시간 동안 건조 및 소성 500℃에서 12시간 동안 실시한 다음 80/120mesh로 분쇄하여 사용하였다(도 3 참조).The mixed support is mixed with 90 parts by weight of HY zeolite and 10 parts by weight of bentonite and milled for 24 hours, extruded at a pressure of 0.7kgf / cm 2 , dried at 85 ℃ for 24 hours and baked at 500 ℃ for 12 hours It was then used to grind to 80/120 mesh (see Figure 3).

<실시예 2> Pt/MS4A-M 촉매제조Example 2 Preparation of Pt / MS4A-M Catalyst

A형 제올라이트 80중량부와 벤토나이트 20중량부로 이루어진 혼합지지체를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매는 Pt/MS4A-M으로 표기하였다. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixed support consisting of 80 parts by weight of A-type zeolite and 20 parts by weight of bentonite was used. The prepared catalyst was designated Pt / MS4A-M.

<시험예 1> <Test Example 1>

비교예 및 실시예에서 제조된 촉매의 성능은 내경 4mm 마이크로 고정층 반응기를 사용하여 측정하였다. 반응가스의 조성은 일산화탄소(CO) 1.0부피%, 산소(O2) 0.75부피%(O/C=1.5), 수분 2.5부피%, 이산화탄소(CO2) 20.0부피% 및 나머지 잔부는 수소인 것을 사용하였다.The performance of the catalysts prepared in Comparative Examples and Examples was measured using an internal diameter 4 mm micro fixed bed reactor. The composition of the reaction gas is 1.0% by volume of carbon monoxide (CO), 0.75% by volume of oxygen (O 2 ) (O / C = 1.5), 2.5% by volume of water, 20.0% by volume of carbon dioxide (CO 2 ), and the remainder is hydrogen. It was.

반응가스는 100ml/min으로 공급하였고, 각각의 촉매는 0.15g을 충진하여 공간속도는(GHSV) 20,000hr-1이다. 일산화탄소의 제거율이 정상 상태에 도달되도록 반응물 공급 후 2시간 후에 분석하였다. 반응기 입출구 측의 일산화탄소 농도를 측정하여 하기 수학식 1과 같이 CO 전환율을 정의하였다. The reaction gas was supplied at 100 ml / min, and each catalyst was charged with 0.15 g of space velocity (GHSV) of 20,000 hr −1 . The removal rate of carbon monoxide was analyzed 2 hours after the reaction supply to reach a steady state. The carbon monoxide concentration on the reactor inlet and outlet side was measured to define the CO conversion rate as shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

CO 전환율 = [1-(반응기 출구 CO 농도/반응기 입구 CO 농도)] ㅧ100CO conversion rate = [1- (Reactor outlet CO concentration / reactor inlet CO concentration)] ㅧ 100

CO, O2 및 CO2의 분석은 TCD(thermal conductivity detector) 검출기 2개 장착된 휴렛펙커드사의 HP-6890 가스크로마토그라피(GC)를 사용하였다. 일산화탄소와 산소는 Molecular sieve 5A 캐필러리컬럼(길이 30m, 내경 500㎛), 이산화탄소는 Porapak Q로 분리하였으며, 이때 이동상 가스는 수소를 사용하였다. The analysis of CO, O 2 and CO 2 used Hewlett-Packard's HP-6890 gas chromatography (GC) equipped with two thermal conductivity detector (TCD) detector. Carbon monoxide and oxygen were separated into Molecular sieve 5A capillary column (length 30m, inner diameter 500㎛), and carbon dioxide was separated by Porapak Q, using mobile gas as hydrogen.

비교예 1에서 제조한 Pt/HY 촉매(A), 비교예 2에서 제조한 Pt/Bento 촉매(B), 실시예 1에서 제조한 Pt/HY-M 촉매(C)의 3가지 촉매에 대한 활성측정 결과는 도 4에 나타낸 바와 같다. Activity for three catalysts of Pt / HY catalyst (A) prepared in Comparative Example 1, Pt / Bento catalyst (B) prepared in Comparative Example 2, and Pt / HY-M catalyst (C) prepared in Example 1 The measurement result is as showing in FIG.

도 4에서처럼 Pt/HY 촉매(A)의 활성은 기존 제올라이트 관련 문헌에 보고 된 경향과 같이 200℃ 전후에서 최대 전환율을 보였으며, 벤토나이트를 지지체로 사용한 Pt/Bento 촉매(B)는 130℃에서 99% 이상의 일산화탄소 전환율을 보이고 온도가 증가됨에 따라서 전환율이 선형적으로 감소되는 결과를 보였다. 그러나, 혼합지 지체를 사용한 Pt/HY-M 촉매(C)의 경우 일산화탄소 제거 경향은 벤토나이트 단독을 지지체로 사용한 경우와 유사하나 고온 부분에서 큰 차이가 있었다. 90% 이상의 일산화탄소 제거율을 얻을 수 있는 온도범위도 Pt/Bento(B) 촉매의 경우 130-150℃ 구간인 반면, 혼합지지체를 사용한 촉매인 Pt/HY-M(C) 촉매는 130-190℃ 범위로 나타났다. 이러한 점으로 볼 때 지지체의 구성조건에 따라서 촉매의 활성에 차이가 있음을 알 수 있었다.As shown in FIG. 4, the activity of the Pt / HY catalyst (A) showed a maximum conversion at around 200 ° C. as shown in the existing zeolite related literature, and the Pt / Bento catalyst (B) using bentonite as a support was 99 at 130 ° C. Carbon monoxide conversion was more than% and the conversion was linearly decreased with increasing temperature. However, in the case of the Pt / HY-M catalyst (C) using the mixed support member, the carbon monoxide removal tendency was similar to that of using bentonite alone as a support, but there was a big difference in the high temperature portion. Pt / Bento (B) catalysts have a temperature range of 130-150 ° C, while Pt / HY-M (C) catalysts using mixed supports are 130-190 ° C. Appeared. From this point of view, it was found that there is a difference in activity of the catalyst depending on the constituent conditions of the support.

<시험예 2> <Test Example 2>

시험예 1과 동일한 방법으로, 실시예 2에서 제조한 Pt/MS4A-M 촉매(D), 비교예 3에서 제조한 Pt/MS4A 촉매(E)의 2가지 촉매의 활성을 측정하였다. 다만, 산화제인 산소 농도를 0.6%로 공급하여 O/C의 비율을 1.2를 유지하였으며, 반응가스의 공간속도(GHSV)는 15,000hr-1으로 하였다. In the same manner as in Test Example 1, the activities of the two catalysts of Pt / MS4A-M catalyst (D) prepared in Example 2 and Pt / MS4A catalyst (E) prepared in Comparative Example 3 were measured. However, the oxygen concentration of oxidant was supplied at 0.6% to maintain the O / C ratio of 1.2, and the space velocity (GHSV) of the reaction gas was 15,000 hr −1 .

실험결과는 도 5에 정리한 바와 같다. 촉매의 지지체로 A형 제올라이트를 사용한 촉매(E)의 경우 180∼200℃ 영역에서 높은 전환율(80%) 및 선택도를 나타내는 전형적인 제올라이트 특성을 보였다. 반면 촉매의 지지체로 A형 제올라이트와 벤토나이트를 사용한 촉매(D)의 경우 130℃에서 최대 전환율(96%)을 나타내었으며 또한 90%이상의 고전환율을 나타내는 범위 또한 A형 제올라이트를 단독 지지체로 사용한 Pt/MS4A 촉매(E)에 비해서도 월등한 성능 향상이 있음을 알 수 있었다. 이러한 점으로 볼 때 산소 및 일산화탄소에 대한 분리능이 있는 제올라이트와 벤토나 이트의 혼합물을 촉매의 지지체로 사용할 때 제올라이트 또는 벤토나이트를 각각 지지체를 사용한 촉매에 비해서 일산화탄소제거(PrOx) 반응에 대한 시너지 효과가 있음을 알 수 있다.The experimental results are summarized in FIG. The catalyst (E) using the A-type zeolite as the support of the catalyst showed typical zeolite characteristics showing high conversion (80%) and selectivity in the region of 180 to 200 ° C. On the other hand, the catalyst (D) using type A zeolite and bentonite as a support of the catalyst showed a maximum conversion rate (96%) at 130 ° C., and also a range showing a high conversion rate of 90% or more. It was found that there was a significant performance improvement compared to the MS4A catalyst (E). In this regard, when a mixture of zeolite and bentonite having a separation ability for oxygen and carbon monoxide is used as a support for the catalyst, there is a synergistic effect on the carbon monoxide (PrOx) reaction compared to the catalyst using the zeolite or bentonite, respectively. It can be seen.

<시험예 3> 일산화탄소제거용 촉매 및 메탄화반응 촉매를 함유한 개질가정 정제용 반응기<Test Example 3> Reforming home purification reactor containing a catalyst for removing carbon monoxide and a catalyst for methanation reaction

본 발명의 목적인 일산화탄소제거용 촉매 및 메탄화반응 촉매를 함유한 개질가정 정제용 반응기의 구성과 이의 성능을 도 6에 의하여 설명하고자 한다.The configuration and performance of the reforming home purification reactor containing the carbon monoxide removal catalyst and the methanation catalyst, which are the objects of the present invention, will be described with reference to FIG. 6.

도 6은 본 발명의 일산화탄소제거용 촉매층과 메탄화반응 촉매층을 구비한 개질가스 정제용 반응기의 구성을 나타낸 분리 사시도이다.6 is an exploded perspective view showing the configuration of a reforming gas refining reactor having a carbon monoxide removal catalyst layer and a methanation catalyst layer of the present invention.

본 발명의 개질가스 정제용 반응기는 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200) 사이에 하부열분산판(500), 하부촉매지지판(800), 촉매층형성판(400), 상부촉매지지판(700), 상부열분산판(300)으로 구성된다. The reactor for reforming gas purification of the present invention includes a lower heat dissipation plate 500, a lower catalyst support plate 800, a catalyst layer forming plate 400, an upper catalyst support plate 700, between the upper plate 100 and the lower plate 200. The upper heat dissipation plate 300 is configured.

하부플레이트(200)에는 개질가스와 공기가 유입되는 유입구와 개질가스와 공기가 흐르는 흐름 홀(201)을 지니며, 일측에 정제가스 배출 홀(202)을 지닌다.The lower plate 200 has an inlet through which reformed gas and air flow and a flow hole 201 through which reformed gas and air flow, and has a purified gas discharge hole 202 on one side.

하부열분산판(500)에는 하부플레이트로부터 유입된 개질가스와 공기가 흐르는 흐름 홀(506, 505)을 지니며, 흐름 홀(506)과 흐름 홀(506) 사이에는 개질가스와 공기가 혼합되며 하부촉매지지판(800)의 열분산을 유도하는 열분산판을 지니며, 일측에는 촉매층형성판(400)에서 정제된 정제가스 배출 홀(502)을 구비한다. The lower heat dissipation plate 500 has flow holes 506 and 505 through which the reformed gas and air flowing from the lower plate flow, and the reformed gas and air are mixed between the flow holes 506 and the flow holes 506. It has a heat dissipation plate to induce heat dissipation of the catalyst support plate 800, one side is provided with a purified gas discharge hole 502 purified from the catalyst layer forming plate 400.

하부촉매지지판(800)은 개질가스와 공기가 흐르는 흐름 홀(801)을 형성되어 있으며, 일측에는 촉매층형성판(400)에서 정제된 정제가스 배출 홀(805)을 형성되어 있다.The lower catalyst support plate 800 is formed with a flow hole 801 through which reformed gas and air flow, and at one side, a purified gas discharge hole 805 purified from the catalyst layer forming plate 400 is formed.

촉매층형성판(400)에는 개질가스에 함유된 일산화탄소제거용 촉매가 충진된 촉매층 공간(402)과 메탄화반응 촉매가 충진된 촉매층 공간(403)이 있으며, 이들 두 층을 분리하기 위한 분리영역경계판(407)에 의해 분리된다. 한편 각각의 촉매층 공간의 일측에는 각각의 촉매를 유입하기 위한 촉매유입구(405)(405')가 구비되어 있다. 이때 촉매층형성판의 두께에 따라서 접합 후에 홀의 가공이 가능하기 때문에 각 부품의 상태에서는 홀(405)(405')의 가공은 생략할 수 있다.The catalyst layer forming plate 400 includes a catalyst layer space 402 filled with a catalyst for removing carbon monoxide contained in the reformed gas and a catalyst layer space 403 filled with a methanation catalyst, and a separation zone boundary for separating the two layers. It is separated by the plate 407. Meanwhile, one side of each catalyst bed space is provided with catalyst inlets 405 and 405 ′ for introducing each catalyst. At this time, since the hole can be processed after joining according to the thickness of the catalyst layer forming plate, the processing of the holes 405 and 405 'can be omitted in the state of each component.

분리영역경계판(407)의 형상은 도 7과 같이 구성 가능하며, 또한 0.5mm 이하의 박판 다수를 적층한 도 8의 형태로 구성 또한 가능하다. 즉, 도 7의 경우는 단일 판의 상하부 양면에 가스흐름 홀(450)을 구비하며, 도 8과 같이 박판(490)의 평면에 미세유로를 가공하고 이를 적층하면 적층 수에 비례하여 반응물 공급 홀(480)이 증가되기 때문에 단일층에 비해서 촉매층 전면으로 반응가스가 공급된다. 따라서, 분리영역경계판(407)은 단순한 촉매층의 분할 역할 이외에 반응가스의 재 분산 역할까지 한다. The shape of the separation area boundary plate 407 can be configured as shown in FIG. 7, and can also be configured in the form of FIG. That is, in the case of FIG. 7, the gas flow holes 450 are provided on both upper and lower surfaces of the single plate, and as shown in FIG. 8, when the microchannel is processed in the plane of the thin plate 490 and stacked thereon, the reactant supply holes are proportional to the number of stacked layers. Since 480 is increased, the reaction gas is supplied to the entire catalyst layer as compared to the single layer. Therefore, the separation zone boundary plate 407 also serves to redistribute the reaction gas in addition to the simple division of the catalyst layer.

상부촉매지지판(700)에는 촉매층형성판(400)의 개질가스와 공기가 흐르는 흐름 홀(401)과 연통된 개질가스와 공기가 흐르는 흐름 홀(701)을 구비하고, 일측에 후술하는 상부플레이트(100), 상부열분산판(300)을 통해 촉매층형성판(400)으로 유입하는 개질가스와 공기가 흐르는 흐름 홀(705)를 구비하고 있다.The upper catalyst support plate 700 includes a flow hole 701 through which the reformed gas and air flow in communication with the reformed gas and the flow hole 401 through which the catalyst layer forming plate 400 flows. 100, a flow hole 705 through which reformed gas and air flow into the catalyst layer forming plate 400 through the upper heat dissipation plate 300 is provided.

상부열분산판(300)에는 상부촉매지지판(700)의 흐름 홀(705)을 통해 개질가 스와 공기가 흐르는 흐름 홀(301, 302)을 지니며, 흐름 홀(301)과 흐름 홀(302) 사이에는 개질가스와 공기가 혼합되며 상부촉매지지판(700)의 열분산을 유도하는 열분산판을 지니며, 일측에는 상부플레이트(100)의 홀(102)을 통해 개질가스와 공기가 흐르는 흐름 홀(303)을 구비한다.The upper heat dissipation plate 300 has flow holes 301 and 302 through which reformed gas and air flow through the flow holes 705 of the upper catalyst support plate 700, and between the flow holes 301 and the flow holes 302. The reformed gas and air are mixed and have a heat dissipation plate for inducing heat dissipation of the upper catalyst support plate 700, and on one side, a flow hole 303 through which the reformed gas and air flow through the hole 102 of the upper plate 100. It is provided.

상부플레이트(100)에는 상부열분산판(300)의 홀(302)를 통해 개질가스와 공기가 흐르는 홀(101)을 구비하고, 홀(101)을 통해 개질가스와 공기가 흐르는 홀(102)를 구비한다. The upper plate 100 includes a hole 101 through which reformed gas and air flow through the hole 302 of the upper heat dissipation plate 300, and a hole 102 through which reformed gas and air flow through the hole 101. Equipped.

상기의 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200) 사이에 하부열분산판(500), 하부촉매지지판(800), 촉매층형성판(400), 상부촉매지지판(700), 상부열분산판(300) 등의 각 부품은 접합하여 도 9와 같이 형성할 수 있다. 이때 촉매 투입구(405)(405')의 직경은 각각의 촉매층 공간에 유입되는 촉매의 직경에 맞추어 가공할 수 있다. 일예로 촉매의 직경이 1.5mm 이하이면 촉매의 직경은 1.5mm 이상으로 가공할 수 있다. 촉매투입구를 통해 촉매층 공간(402)에 실시예 2에서 제조한 Pt/MS4A-M 촉매(0.9g)를 촉매 투입구(405)를 통해 투입한 후에 플러그로 밀봉하였다. 또한 메탄화반응을 위해 Ru/TiO2 촉매(0.5g)를 반대 측 촉매 투입구(405')를 통해 촉매층 공간(403) 내부로 공급하고 플러그로 밀봉하였다.The lower heat dissipation plate 500, the lower catalyst support plate 800, the catalyst layer forming plate 400, the upper catalyst support plate 700, and the upper heat dissipation plate 300 between the upper plate 100 and the lower plate 200. Each component of can be joined and formed as shown in FIG. In this case, the diameters of the catalyst inlets 405 and 405 ′ may be processed to match the diameters of the catalysts flowing into the respective catalyst bed spaces. For example, when the diameter of the catalyst is 1.5 mm or less, the diameter of the catalyst may be processed to 1.5 mm or more. The Pt / MS4A-M catalyst (0.9 g) prepared in Example 2 was introduced into the catalyst layer space 402 through the catalyst inlet through the catalyst inlet 405 and then sealed with a plug. Also, for the methanation reaction, a Ru / TiO 2 catalyst (0.5 g) was supplied into the catalyst layer space 403 through the opposite catalyst inlet 405 'and sealed with a plug.

완성된 반응기를 가열기내에 장착하고 촉매층 입구와 출구의 온도를 모니터링 하였으며 반응온도는 촉매층 출구 온도로 정의하였다. The completed reactor was mounted in a heater and the temperature of the catalyst bed inlet and outlet was monitored and the reaction temperature was defined as the catalyst bed outlet temperature.

개질가스와 공기는 하부플레이트의 홀(201)로 공급하고, 하부열분산판(500) 의 홀(506)을 통하여 열분산판을 통과하면서 산화반응과 메탄화 반응에 의하여 국부적으로 가열된 촉매지지판(800)의 열적평형 상태를 유도하게 된다. 연이어 가스홀(505, 801, 401, 701, 301)을 순차적으로 통과한 후 상부열전달판(300)을 이동하면서 상부 촉매지지판(700)의 열 분산작용과 함께 공기와 개질가스의 혼합이 진행된다. 혼합된 가스는 상부플레이트(100)의 홀(101, 102)을 경유하여 열분산판(300)의 홀(303)을 통과한 후 상부촉매지지판(700) 내의 홀(705)을 통과하고 촉매가 장착된 공간(402)으로 이동되며 촉매공간(402) 내에 구비되어 있는 일산화탄소제거(PrOx)용 촉매와 접촉하여 일산화탄소의 산화반응이 진행된다. 그런 다음 분리영역경계판(407)의 홀(450)(480)을 통과하여 메탄화촉매가 장착되어 있는 촉매공간(403)으로 이동되고, 미 반응된 일산화탄소는 메탄화 반응에 의하여 정제가 완료된다. The reformed gas and air are supplied to the hole 201 of the lower plate, and locally heated by the oxidation reaction and the methanation reaction while passing through the heat dispersion plate through the hole 506 of the lower heat dissipation plate 500. Induction of thermal equilibrium. Subsequently, after passing through the gas holes 505, 801, 401, 701, and 301 sequentially, the air and the reformed gas are mixed together with the heat dissipation of the upper catalyst support plate 700 while moving the upper heat transfer plate 300. . The mixed gas passes through the holes 303 of the heat dissipation plate 300 via the holes 101 and 102 of the upper plate 100, and then passes through the holes 705 in the upper catalyst support plate 700, and the catalyst is mounted. The oxidation reaction of carbon monoxide proceeds by contacting the catalyst for removing carbon monoxide (PrOx) provided in the catalyst space 402. Then, through the holes 450 and 480 of the separation zone boundary plate 407, the catalyst is moved to the catalyst space 403 in which the methanation catalyst is mounted, and the unreacted carbon monoxide is purified by the methanation reaction. .

이후 정제가스는 하부촉매지지판(800)의 홀(805), 하부열분산판(500)의 홀(502), 하부플레이트(200)의 홀(202)을 통과하여 배출된다. 촉매층 형성에 필요한 상부촉매층지지판(700), 하부촉매층지지판(800)판에 가공된 각각의 홀(705, 805)은 촉매 입자가 지지되는 범위에서 큰 직경과 가급적 다수의 가스 이동통로를 형성시켜서 가스통과에 저항 층으로 작용되지 않도록 하였다.Thereafter, the purified gas is discharged through the hole 805 of the lower catalyst support plate 800, the hole 502 of the lower heat dissipation plate 500, and the hole 202 of the lower plate 200. Each of the holes 705 and 805 processed in the upper catalyst layer support plate 700 and the lower catalyst layer support plate 800 necessary for forming the catalyst layer forms a large diameter and preferably a plurality of gas flow passages in a range where the catalyst particles are supported. It was prevented from acting as a resistive layer in the.

반응가스는 1600ml/min으로 공급하였고(GHSV 30,000/hr), 이 때 가스의 조성은 건조기준으로 수소 79부피%, 일산화탄소 1부피%, 이산화탄소 20부피%이며, 반응 전 수분을 10부피%가 되게끔 주입하였다. 반응 진행에 앞서 250℃에서 3시간 동안 10%H2/N2 가스 200ml/min으로 공급하여 촉매의 환원 전처리를 하였다. 환원 분위기하에서 반응개시 온도인 85℃로 냉각하고 반응가스를 투입하고 안정화 되도록 1시간을 유지한 후에 가열속도 0.1℃/min로 가열을 진행을 진행하였다. 85∼275℃ 범위에서 배출가스 중에 잔존하는 산소, 메탄 및 일산화탄소를 분석하였다. 일산화탄소 및 산소의 전환율은 [수학식 1]로 계산하였다.The reaction gas was supplied at 1600ml / min (GHSV 30,000 / hr), and the composition of the gas was 79% hydrogen, 1% carbon monoxide, 20% carbon dioxide, and 10% moisture before the reaction. Infused occasionally. Prior to the reaction, a reduction pretreatment of the catalyst was performed by supplying 200 ml / min of 10% H 2 / N 2 gas at 250 ° C. for 3 hours. After the reaction was cooled to 85 ° C. under a reducing atmosphere and the reaction gas was added and stabilized for 1 hour, heating was performed at a heating rate of 0.1 ° C./min. Oxygen, methane and carbon monoxide remaining in the exhaust gas in the range of 85 to 275 ° C were analyzed. The conversion rate of carbon monoxide and oxygen was calculated by [Equation 1].

이의 실험결과를 도 10에 정리한 바와 같이, 115∼245℃영역에서는 일산화탄소 농도 1ppm 이하를 얻을 수 있었으며 245∼275℃ 영역에서는 일산화탄소 1∼10pm까지 정제할 수 있었다. 특히, 본 반응기의 사용에 따라서, 일산화탄소 1ppm 이하까지 저감될 수 있는 영역이 115∼245℃로 매우 넓은 범위로서 PEMFC에 영향을 무시할 수 있는 정제기로 평가되었다. 하기 시험예 4의 비교할 때, 본 발명 제3의 목적을 달성하기 위하여 제 1, 2의 목적에 따른 저온 고활성 PrOx 촉매의 역할이 매우 중요함을 알 수 있다. As shown in FIG. 10, the results of carbon monoxide concentration of 1 ppm or less were obtained in the region of 115 to 245 ° C., and carbon monoxide 1 to 10 pm was purified in the region of 245 to 275 ° C. In particular, according to the use of this reactor, the area which can be reduced to 1 ppm or less of carbon monoxide was evaluated as a purifier that can ignore the effect on PEMFC in a very wide range of 115 to 245 ° C. When comparing the following Experimental Example 4, in order to achieve the third object of the present invention, it can be seen that the role of the low-temperature, high activity PrOx catalyst according to the first and second objects is very important.

<시험예 4><Test Example 4>

상기 실시예 8과 동일한 순서로 반응기 성능을 평가하였다. 다만, PrOx 촉매로서 비교예 3에서 제조한 Pt/MS4A 촉매를 사용하였다. Reactor performance was evaluated in the same order as in Example 8. However, Pt / MS4A catalyst prepared in Comparative Example 3 was used as the PrOx catalyst.

실험결과 도 10에 정리한 바와 같이 정제가스 중에 잔여 일산화탄소 농도 10ppm의 범위를 만족할 수 있는 온도 대역이 224∼241℃로 매우 좁게 나타나고 있다. 또한 일산화탄소 잔여 농도를 1ppm 이하까지의 저감은 불가능 한 것으로 나타 났다. 상기 시험예 3에 따른, 일산화탄소제거 Pt/MS4A-M 촉매(▼) 채택과는 비교될 수 없는 결과이다. 이러한 현상은 Pt/MS4A 촉매(●)의 최대 활성을 보이는 온도 영역과 메탄화 반응의 주 활성범위가 동일하여 나타난 현상으로서 메탄화 반응용 촉매의 활성 범위 이하의 저온에서 일산화탄소 산화반응 활성이 충분한 Pt/MS4A-M 촉매의 중요성을 나타내는 결과이다. 즉, 단순히 반응기를 도 6과 같은 구성에 의하여 일산화탄소에 정제효율을 이룰 수 없으며 촉매의 저온활성 확보가 선행되어야할 과제임을 보여주고 있다. As a result of the experiment, as shown in FIG. 10, the temperature range that can satisfy the range of 10 ppm of residual carbon monoxide concentration in the refined gas is very narrow, 224 to 241 ° C. In addition, it was found that it is impossible to reduce the residual concentration of carbon monoxide to less than 1 ppm. According to Test Example 3, the results can not be compared with the carbon monoxide removal Pt / MS4A-M catalyst (▼) adoption. This phenomenon is a phenomenon in which the temperature range showing the maximum activity of the Pt / MS4A catalyst (●) and the main activity range of the methanation reaction are the same. The results indicate the importance of the / MS4A-M catalyst. That is, the reactor simply can not achieve the purification efficiency to the carbon monoxide by the configuration as shown in FIG. 6 shows that the low-temperature activity of the catalyst is to be preceded.

본 발명에 따른 개질가스 정제용 촉매는 넓은 온도대역에서 일산화탄소 대한 선택적 산화반응의 성능이 우수하다. 따라서, 상기 촉매를 이용한 개질가스 정제 공정의 구성시 공정의 단순화, 소형화 및 경량화를 제공한다. The reforming gas purification catalyst according to the present invention has excellent performance of selective oxidation reaction for carbon monoxide in a wide temperature range. Thus, in the configuration of the reformed gas purification process using the catalyst, the process is simplified, downsized, and lightweight.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

Claims (16)

활성성분과 활성성분을 지지하는 지지체로 이루어진 개질가스 정제용 촉매에 있어서,In the reforming gas purification catalyst comprising the active ingredient and a support for supporting the active ingredient, Pt, Rh, Ru, Au, Ir 중에서 선택된 어느 하나 이상의 활성성분을 지지하는 지지체로 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물로 이루어진 혼합지지체를 사용함을 특징으로 하는 개질가스 정제용 촉매.A catalyst for reforming gas purification, characterized in that a mixed support consisting of a mixture of zeolite and bentonite is used as a support for supporting at least one active ingredient selected from Pt, Rh, Ru, Au, and Ir. 제1항에 있어서, 활성성분은 혼합지지체 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부 포함되는 개질가스 정제용 촉매.The catalyst for reforming gas purification according to claim 1, wherein the active ingredient comprises 0.1 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed support. 제1항에 있어서, 혼합지지체는 벤토나이트 1∼50중량%, 제올라이트 50∼99중량%로 이루어지는 개질가스 정제용 촉매.The catalyst for reforming gas purification according to claim 1, wherein the mixed support comprises bentonite 1 to 50% by weight and zeolite 50 to 99% by weight. 개질가스 정제에 적용하며 활성성분과 활성성분을 지지하는 지지체로 이루어진 촉매 제조에 있어서,In the production of a catalyst applied to the reformed gas purification and consisting of an active ingredient and a support for supporting the active ingredient, 제올라이트와 벤토나이트를 혼합하는 단계,Mixing zeolite and bentonite, 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물을 압출하는 단계,Extruding a mixture of zeolite and bentonite, 제올라이트와 벤토나이트가 혼합된 압출물을 건조한 다음 소성하여 제올라이트와 벤토나이트로 이루어진 혼합지지체를 얻는 단계,Drying the extrudate mixed with zeolite and bentonite and calcining to obtain a mixed support consisting of zeolite and bentonite, 혼합지지체에 Pt, Rh, Ru, Au, Ir 중에서 선택된 어느 하나 이상의 활성성분을 담지하는 단계를 포함하는 개질가스 정제용 촉매의 제조방법.A method for producing a reforming gas purification catalyst comprising the step of supporting at least one active ingredient selected from Pt, Rh, Ru, Au, and Ir on a mixed support. 제4항에 있어서, 벤토나이트 1∼50중량%, 제올라이트 50∼99중량%를 혼합하는 개질가스 정제용 촉매의 제조방법.The method for producing a catalyst for reforming gas purification according to claim 4, wherein 1 to 50% by weight of bentonite and 50 to 99% by weight of zeolite are mixed. 제4항에 있어서, 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물 100중량부에 대하여 수분을 10∼100중량부 첨가하는 단계를 추가로 더 포함하는 개질가스 정제용 촉매의 제조방법.The method of claim 4, further comprising adding 10 to 100 parts by weight of water to 100 parts by weight of the mixture of zeolite and bentonite. 제4항에 있어서, 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물 100중량부에 대하여 공정조제로서 폴리비닐알콜(PVA) 0.05∼3중량부 첨가하는 단계를 추가로 더 포함하는 개질가스 정제용 촉매의 제조방법.The method according to claim 4, further comprising adding 0.05 to 3 parts by weight of polyvinyl alcohol (PVA) as a processing aid based on 100 parts by weight of the mixture of zeolite and bentonite. 제4항에 있어서, 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물의 건조는 50∼105℃에서 24∼72시간 동안 실시하는 개질가스 정제용 촉매의 제조방법.The method of claim 4, wherein the drying of the mixture of zeolite and bentonite is carried out at 50 to 105 ° C. for 24 to 72 hours. 제4항에 있어서, 제올라이트와 벤토나이트의 혼합물의 소성은 400∼700℃에서 10∼24시간 동안 실시하는 개질가스 정제용 촉매의 제조방법.The method of claim 4, wherein the firing of the mixture of zeolite and bentonite is performed at 400 to 700 ° C. for 10 to 24 hours. 제4항에 있어서, 활성성분은 혼합지지체 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부를 혼합지지체에 담지하는 개질가스 정제용 촉매의 제조방법.The method for producing a reforming gas purification catalyst according to claim 4, wherein the active ingredient is supported on 0.1 to 5.0 parts by weight in 100 parts by weight of the mixed support. 개질가스 중에 함유된 일산화탄소의 산화반응을 유도하는 촉매층과 일산화탄소의 메탄화반응을 유도하는 메탄화촉매층을 함유하는 개질가스 정제용 반응기에 있어서,In a reforming gas purification reactor comprising a catalyst layer for inducing an oxidation reaction of carbon monoxide contained in a reformed gas and a methanation catalyst layer for inducing a methanation reaction of carbon monoxide, 정제가스 흐름 홀, 청구항 제1항 내지 제3항 중에서 선택되는 어느 한 항의 개질가스 정제용 촉매를 포함하는 일산화탄소의 산화반응을 유도하는 촉매층, 이러한 촉매를 유입하는 촉매유입구, 일산화탄소의 메탄화반응을 유도하는 메탄화촉매층, 이러한 메탄화촉매가 유입되는 메탄화촉매유입구를 구비하는 한편 분리영역경계판(407)에 의해 청구항 제1항 내지 제3항 중에서 선택되는 어느 한 항의 개질가스 정제용 촉매를 포함하는 일산화탄소의 산화반응을 유도하는 촉매층과 일산화탄소의 메탄화반응을 유도하는 메탄화촉매층이 분리되는 촉매층형성판(400),A catalyst layer for inducing the oxidation reaction of carbon monoxide comprising a refinery gas flow hole, the catalyst for reforming gas reformed according to any one of claims 1 to 3, a catalyst inlet for introducing such a catalyst, and a methanation reaction of carbon monoxide. A catalyst for reforming gas reforming according to any one of claims 1 to 3 is provided by a separation zone bounding plate 407 having a methanation catalyst layer for inducing and a methanation catalyst inlet through which the methanation catalyst is introduced. A catalyst layer forming plate 400 in which a catalyst layer inducing an oxidation reaction of carbon monoxide and a methanation catalyst layer inducing a methanation reaction of carbon monoxide are separated; 촉매층형성판(400) 아래에 개질가스 흐름 홀과 촉매층형성판의 촉매층 및 메탄화촉매층을 거쳐 생성된 정제가스 배출 홀을 구비하는 하부촉매지지판(800), 하부촉매지지판 아래에 개질가스 흐름 홀과 일측에 하부촉매지지판(800)의 정제가스 배출 홀과 연결되는 정제가스 배출 홀을 구비하는 하부열분산판(500), 하부열분산판 아래에 개질가스 유입구 및 흐름 홀을 구비하고 일측에 하부열분산판의 정제가스 배출 홀과 연결되는 정제가스 배출 홀을 구비하는 하부플레이트(200) 및, A lower catalyst support plate 800 having a reformed gas flow hole under the catalyst layer forming plate 400, a purified gas discharge hole formed through a catalyst layer and a methanation catalyst layer of the catalyst layer forming plate, and a reformed gas flow hole under the lower catalyst support plate; Lower heat distribution plate 500 having a purification gas discharge hole connected to the purification gas discharge hole of the lower catalyst support plate 800 on one side, and a reformed gas inlet and a flow hole under the lower heat distribution plate, and on one side of the lower heat dispersion plate A lower plate 200 having a purified gas discharge hole connected to the purified gas discharge hole, 촉매층형성판(400) 위에 개질가스 흐름 홀과 일산화탄소의 산화반응을 유도하는 촉매층에 개질가스의 흐름을 유도하는 가스 흐름 홀을 구비하는 상부촉매지지판(700), 상부촉매지지판 위에 개질 가스 흐름 홀과 상부촉매지지판(700)으로 개질가스의 흐름을 유도하는 가스 흐름 홀을 구비하는 상부열분산판(300), 상부열분산판 위에 개질 가스 흐름 홀과 상부열분산판(300)으로 개질가스의 흐름을 유도하는 가스 흐름 홀을 구비하는 상부플레이트(100)를 포함하는 개질가스 정제용 반응기. An upper catalyst support plate 700 having a reformed gas flow hole on the catalyst layer forming plate 400 and a gas flow hole that induces a reformed gas flow in a catalyst layer inducing an oxidation reaction of carbon monoxide, and a reformed gas flow hole on the upper catalyst support plate; An upper heat dissipation plate 300 having a gas flow hole for inducing a flow of reformed gas to the upper catalyst support plate 700, and a reformed gas flow hole and an upper heat dissipation plate 300 to induce a flow of reformed gas on the upper heat dissipation plate 300. Reactor for reforming gas purification comprising a top plate having a gas flow hole (100). 제11항에 있어서, 촉매층형성판의 일산화탄소의 산화반응 촉매층 공간과 일산화탄소의 메틴화반응 메탄화촉매층 공간은 분리영역경계판(407)에 의해 5∼9 : 1∼5의 비로 분리되는 개질가스 정제용 반응기.12. The reformed gas purification according to claim 11, wherein the carbon monoxide oxidation catalyst layer space and carbon monoxide methionization methanation catalyst layer space of the catalyst layer forming plate are separated by a separation zone boundary plate 407 at a ratio of 5-9: 1-5. Reactor. 제11항에 있어서, 분리영역경계판(407)은 상부 및 하부에 형성되는 흐름 홀을 통해 가스가 촉매공간(402)로부터 촉매공간(403)으로 이동하거나 또는 다층의 박판으로 형성하고 각각의 박판에 형성된 흐름 홀을 통해 가스가 촉매공간(402)로부터 촉매공간(403)으로 이동하는 개질가스 정제용 반응기. 12. The separation zone boundary plate 407 has a gas flow from the catalyst space 402 to the catalyst space 403 through a flow hole formed in the upper and lower portions, or formed into a thin layer of each of the thin plate Reactor for reforming gas purification gas is moved from the catalyst space (402) to the catalyst space (403) through a flow hole formed in the. 제11항에 있어서, 상부열분산판 및 하부열분산판은 상부촉매지지판과 하부촉매지지판의 열분산작용과, 개질가스와 공기와의 혼합이 이루어질 수 있는 전열면을 포함하는 개질가스 정제용 반응기. 12. The reactor of claim 11, wherein the upper heat dissipation plate and the lower heat dissipation plate include a heat dissipation action of the upper catalyst support plate and the lower catalyst support plate and a mixture of the reformed gas and air. 제11항에 있어서, 촉매층형성판의 두께는 1.0∼10.0mm으로 형성하는 개질가스 정제용 반응기.The reactor of claim 11, wherein the catalyst layer forming plate has a thickness of 1.0 to 10.0 mm. 삭제delete
KR1020050091477A 2005-09-29 2005-09-29 Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method thereof KR100782125B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050091477A KR100782125B1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050091477A KR100782125B1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070036451A KR20070036451A (en) 2007-04-03
KR100782125B1 true KR100782125B1 (en) 2007-12-05

Family

ID=38158625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050091477A KR100782125B1 (en) 2005-09-29 2005-09-29 Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100782125B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823477B1 (en) 2006-09-11 2008-04-21 삼성에스디아이 주식회사 Reformer used in fuel cell, and fuel cell system comprising same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030075512A (en) * 2002-03-19 2003-09-26 이준엽 Catalyst for selectively removing carbon monoxide contained in reformate gas and process for removing carbon monoxide using the same
JP2004181425A (en) 2002-12-06 2004-07-02 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Selective oxidation catalyst for carbon monoxide in reformed gas
KR20050057179A (en) * 2002-09-06 2005-06-16 엥겔하드 코포레이션 Article for carbon monoxide removal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030075512A (en) * 2002-03-19 2003-09-26 이준엽 Catalyst for selectively removing carbon monoxide contained in reformate gas and process for removing carbon monoxide using the same
KR20050057179A (en) * 2002-09-06 2005-06-16 엥겔하드 코포레이션 Article for carbon monoxide removal
JP2004181425A (en) 2002-12-06 2004-07-02 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Selective oxidation catalyst for carbon monoxide in reformed gas

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070036451A (en) 2007-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1175372B1 (en) Process for converting carbon monoxide and water in a reformate stream and apparatus therefor
KR100981517B1 (en) Article for carbon monoxide removal
AU2006264047B8 (en) Compact reforming reactor
AU2006264046B2 (en) Compact reforming reactor
JP4833435B2 (en) Hydrothermal catalytic steam reforming of hydrocarbons
US20040063577A1 (en) Catalyst for autothermal reforming of hydrocarbons with increased water gas shift activity
CN101160170B (en) Precious metal water-gas shift catalyst with oxide support modified with rare earth elements
JP2005519830A (en) Steam reforming catalytic structure
WO2000048261A1 (en) Carbon monoxide converting apparatus for fuel cell and generating system of fuel cell
EP1314688B1 (en) Process for catalytic autothermal steam reforming of mixtures of higher alcohols, in particular ethanol, with hydrocarbons
Barbato et al. CuO/CeO2 based monoliths for CO preferential oxidation in H2-rich streams
Kolb et al. Water-gas shift reaction in micro-channels—Results from catalyst screening and optimisation
JP6670761B2 (en) Apparatus for producing gas mixture, method for using catalyst, method for producing gas mixture, and method for selectively removing ammonia
KR100782125B1 (en) Purificaton catalyst of reformed gas and preparation method thereof
Wang et al. Experimental investigation of axially non-uniform catalysis for methanol steam reforming
US8395009B2 (en) Catalyst for selective methanization of carbon monoxide
EP1144302A1 (en) Reactor and process for removal of carbon monoxide from hydrogen
JP3574469B2 (en) Method for oxidizing CO to CO2 and method for producing hydrogen-containing gas for fuel cell
KR100499860B1 (en) Process for high performance synthetic gas generation using the catalysts
JP2005067917A (en) Co removal catalyst system and method for selective removal of co
KR100505032B1 (en) Catalyst for selectively removing carbon monoxide contained in reformate gas and process for removing carbon monoxide using the same
JPH07309603A (en) Production of hydrogen-containing gas for fuel cell
Chen Design considerations for vapor phase heterogeneous reaction processes in methanol steam reformers
Ciambelli et al. Autothermal reforming case study
Hwang et al. Catalytic active filter for water–gas shift reaction

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121126

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131113

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141126

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151130

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161107

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171107

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180918

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191205

Year of fee payment: 13