KR100892033B1 - High surface area spinel structured nano crystalline sized ymgo (1-y) al2o3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas - Google Patents

High surface area spinel structured nano crystalline sized ymgo (1-y) al2o3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas Download PDF

Info

Publication number
KR100892033B1
KR100892033B1 KR1020070101016A KR20070101016A KR100892033B1 KR 100892033 B1 KR100892033 B1 KR 100892033B1 KR 1020070101016 A KR1020070101016 A KR 1020070101016A KR 20070101016 A KR20070101016 A KR 20070101016A KR 100892033 B1 KR100892033 B1 KR 100892033B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
reforming
nickel
carbon dioxide
natural gas
Prior art date
Application number
KR1020070101016A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
노현석
윤왕래
서용석
서동주
정운호
박상호
황영재
구기영
Original Assignee
한국에너지기술연구원
대림산업 주식회사
현대엔지니어링 주식회사
두산메카텍 주식회사
에스케이에너지 주식회사
한국석유공사
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, 대림산업 주식회사, 현대엔지니어링 주식회사, 두산메카텍 주식회사, 에스케이에너지 주식회사, 한국석유공사 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020070101016A priority Critical patent/KR100892033B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100892033B1 publication Critical patent/KR100892033B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Nano-sized nickel based reforming catalysts dipped in ymgo(1-y)Al2O3 having a nano-sized crystalline of high surface area spinel structure is provided to improve caulk resistivity, catalyst stability and catalyst activation by performing a complex reforming reaction of steam - carbon dioxide about natural gas. Nano-sized nickel based reforming catalysts dipped in ymgo(1-y)Al2O3 having a nano-sized crystalline of high surface area spinel structure is used for manufacturing synthetic gas consisting of hydrogen and carbon monoxide from natural gas by complex reforming of steam and carbon dioxide. The nickel based reforming catalysts have spinel structure of which grain size is 20 nm or less.

Description

고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al₂O₃에 나노크기로 담지된 니켈계 개질촉매 및 이를 이용한 수증기-이산화탄소 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스의 제조방법{High surface area spinel structured nano crystalline sized yMgO(1-y)Al2O3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas}Nickel-based reforming catalyst supported by nanoscale on XYMG (1-xy) As2O₃ with nanosized crystals with high surface area spinel structure and method for producing synthesis gas from natural gas by steam-carbon dioxide complex reforming using the same spinel structured nano crystalline sized MMOO (1-y) Al2O3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas}

본 발명은 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3에 나노크기로 담지된 니켈계 개질촉매 및 이를 이용한 수증기-이산화탄소 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3에 니켈을 나노크기로 담지시켜 니켈계 개질촉매를 제조하고, 이 촉매상에서 일정반응 조건하에 천연가스에 대하여 수증기-이산화탄소 복합 개질반응을 수행함으로써, 기존의 수증기 개질 촉매에 비하여 코크 저항성, 고온에서의 촉매 안정성 및 촉매 활성을 개선하여 수소 대 일산화탄소의 비를 조절하여 Fischer-Tropsch 또는 메탄올 제조 반응 등에 적용될 수 있는 합성가스의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nickel-based reforming catalyst supported by nanoscale on yMgO (1-y) Al 2 O 3 having a nanosized crystal having a high surface area spinel structure, and the synthesis gas from natural gas by steam-carbon dioxide complex reforming using the same. The present invention relates to a manufacturing method, and more particularly, to a nickel-based reforming catalyst by preparing nickel-modified catalyst on yMgO (1-y) Al 2 O 3 having a nanosized crystal having a high surface area spinel structure, and preparing a nickel-based reforming catalyst. By performing the steam-carbon dioxide reforming reaction on natural gas under certain reaction conditions, Fischer-Tropsch is controlled by controlling the ratio of hydrogen to carbon monoxide by improving the coke resistance, catalyst stability and catalytic activity compared to conventional steam reforming catalysts. Or it relates to a method for producing a synthesis gas that can be applied to the methanol production reaction.

촉매상에서 수증기와 천연가스를 반응시켜 수소와 일산화탄소의 혼합물, 즉 합성가스를 제조하는 수증기 개질공정은 화학산업의 중요한 기초공정이다. 천연가스의 수증기 개질공정에 의해 제조되는 합성가스는 C1 화학의 근간이 되는 물질로서 메탄올, 수소, 암모니아 등을 제조하는 공정에 적용된다. 최근에는 천연가스로부터 합성가스 제조를 통해 액체 연료를 합성하는 방법(Gas to liquid: GTL)이 천연가스의 중요한 활용 방법으로 등장하고 있다. 이때, 중요한 것은 합성가스 중 수소 대 일산화탄소의 비율을 조절하는 것으로 합성가스로부터 액체연료를 합성하는 Fischer-Tropsch공정에 적합한 2:1의 수소대 일산화탄소의 비율을 만드는 것이다. Steam reforming, which produces a mixture of hydrogen and carbon monoxide, that is, syngas, by reacting steam and natural gas on a catalyst, is an important basic process in the chemical industry. Synthetic gas produced by the steam reforming process of natural gas is the basis of C1 chemistry and is applied to the process of producing methanol, hydrogen, ammonia and the like. Recently, a method of synthesizing liquid fuel through synthesis gas production from natural gas (Gas to liquid: GTL) has emerged as an important method of using natural gas. At this time, it is important to control the ratio of hydrogen to carbon monoxide in the synthesis gas to make a 2: 1 ratio of hydrogen to carbon monoxide suitable for the Fischer-Tropsch process for synthesizing liquid fuel from the synthesis gas.

일반적으로 천연가스의 수증기 개질공정에서는 개질 촉매의 탄소 침적에 의한 촉매 비활성화의 방지가 가장 중요한 문제로 지적되고 있다. 따라서, 천연가스의 수증기 개질공정에서는 탄소침적에 의한 촉매 비활성화를 막기 위해 수증기를 과량 첨가한다. 그러나, 수증기를 과량 첨가하는 개질반응에서는 상대적으로 수성가스화 반응이 촉진되어 수소 대 일산화탄소비가 3 : 1 이상인 합성가스가 얻어지는 바, 높은 수소 함량을 필요로 하는 암모니아나 수소 제조를 위한 합성가스 공정 이외에 Fischer-Tropsch나 메탄올 합성 등에는 적합하지 않다. 즉, 합성가스를 제조하는 수증기 개질의 단점중의 하나는 반응양론비적으로 생성된 합성가스 혼합물의 수소 대 일산화탄소 몰비를 3 : 1 또는 그 이상으로 제한하기 때문에 수증기 개질로부터 생성되는 합성가스를 가솔린 및 디젤연료, 올레핀 등의 다양한 탄화수소를 제조할 수 있는 Fischer-Tropsch 합성반응에 적용하는데 제약이 있다. 또한, 히드로포밀화 반응, 카르보닐화 반응 등의 함산소 화합물 제조공정에 적용하는데 필요한 합성가스 혼합물을 제공하는데도 부적절하다.In general, in the steam reforming process of natural gas, prevention of catalyst deactivation by carbon deposition of reforming catalyst is pointed out as the most important problem. Therefore, in the steam reforming process of natural gas, excess steam is added to prevent catalyst deactivation by carbon deposition. However, in the reforming reaction in which excess water vapor is added, the water gasification reaction is promoted to obtain a synthesis gas having a hydrogen-to-carbon monoxide ratio of 3: 1 or more.In addition to the synthesis gas process for producing ammonia or hydrogen requiring high hydrogen content, Fischer It is not suitable for the synthesis of Tropsch or methanol. That is, one of the drawbacks of steam reforming to produce syngas is that the synthesis gas produced from steam reforming is reduced to gasoline and steam because it limits the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide of the syngas mixture produced stoichiometrically to 3: 1 or more. There are limitations in the application to Fischer-Tropsch synthesis, which can produce various hydrocarbons such as diesel fuel and olefins. It is also inadequate to provide a syngas mixture for application to oxygen-containing compound production processes such as hydroformylation and carbonylation.

이에, 합성가스를 적용시켜 필요한 화합물을 다양하게 합성하기 위해서는 일산화탄소의 함량이 높은 합성가스의 제조가 필요하고, 이와 관련된 다양한 연구결과가 보고되어 있다. 그 예로, 합성가스비를 다양화시키기 위하여 산화제로서 기존에 사용해온 수증기 대신에 이산화탄소나 산소를 사용하는 메탄의 이산화탄소 개질 과 산소 개질 반응이 1990년대 들어와서 관심을 모으고 있다[J. R. Rostrup-Nielsen, Stud. Surf. Sci. Catal., 81, 25 (1993)]. 최근에는, 수증기와 이산화탄소를 동시에 사용하는 복합개질 반응이 발표되었다[Q.-H. Zhang et al., Catal. Today 98, 601 (2004)]. Zhang 등은 이 논문에서 나노크기의 Ni/ZrO2 촉매를 수증기-이산화탄소 복합개질반응에 적용하여 수소 대 일산화탄소의 비를 1 ~ 3까지 조절하였음을 보고하였다. 논문의 반응결과에 의하면, 반응 온도 800℃에서 메탄기준 공간속도 약 12,000 ml/(gcat-h)에서 메탄전환율 80 ~ 90%를 보였으나, 공간속도 24,000에서 메탄전환율 약 60%, 공간속도 36,000에서 메탄전환율 약 40%를 나타내었다. Thus, in order to synthesize a variety of compounds required by applying the synthesis gas, it is necessary to prepare a synthesis gas having a high content of carbon monoxide, and various research results related thereto have been reported. For example, carbon dioxide reforming and oxygen reforming reactions of methane using carbon dioxide or oxygen instead of steam used as oxidants to diversify the synthesis gas ratio have attracted attention in the 1990s [J. R. Rostrup-Nielsen, Stud. Surf. Sci. Catal., 81, 25 (1993)]. Recently, a complex reforming reaction using water vapor and carbon dioxide at the same time has been published [Q.-H. Zhang et al., Catal. Today 98, 601 (2004)]. Zhang et al. Reported that nanoscale Ni / ZrO2 catalysts were applied to steam-carbon dioxide reforming to control the ratio of hydrogen to carbon monoxide from 1 to 3. According to the reaction results of the paper, methane conversion was 80-90% at methane reference space velocity of about 12,000 ml / (gcat-h) at 800 ℃, but methane conversion was about 60% and space velocity was 36,000 at space velocity of 24,000. Methane conversion was about 40%.

3CH4 + 2H2O + CO2 → 8H2 + 4CO [1]3CH4 + 2H2O + CO2 → 8H2 + 4CO [1]

상기 반응식 1에 따른 천연가스의 수증기-이산화탄소 복합개질반응의 경우, 공급물인 수증기와 이산화탄소의 비를 적절하게 조절함으로써 적절한 합성가스(H2/CO = 2)가 얻어질 수 있어 Fischer-Tropsch 또는 메탄올 제조 반응 등에 적절히 사용할 수 있는 이점을 가지고 있다.In the case of the steam-carbon dioxide reforming reaction of natural gas according to Scheme 1, an appropriate synthesis gas (H2 / CO = 2) can be obtained by appropriately adjusting the ratio of water vapor and carbon dioxide as a feed to prepare Fischer-Tropsch or methanol. It has the advantage that it can be used suitably for reaction.

특히, 상기한 천연가스의 수증기-이산화탄소 복합개질공정은 모두 흡열반응으로 공정제어가 쉬우며 스케일-업이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 이에 비하여, 산소를 반응물로 사용하는 산소개질공정 또는 자열개질공정은 발열반응이 포함되어 있어 공정제어가 어렵고 폭발위험이 있어 스케일-업이 어렵다는 단점을 가지고 있다. In particular, all of the above-described steam-carbon dioxide reforming process of natural gas has an advantage of easy process control and easy scale-up by endothermic reaction. In contrast, the oxygen reforming process or the autothermal reforming process using oxygen as a reactant includes an exothermic reaction, which makes it difficult to control the process and has a risk of explosion, making it difficult to scale up.

수증기-이산화탄소 복합개질반응의 촉매로서는 천연가스의 수증기 개질반응과 유사하게 니켈류 촉매와 귀금속류 촉매를 사용할 수 있다. 그러나, 이 경우 코크 침적에 의한 촉매 비활성화가 메탄 개질반응의 가장 큰 문제로 지적되고 있다. As a catalyst of the steam-carbon dioxide reforming reaction, a nickel catalyst and a noble metal catalyst can be used similarly to the steam reforming reaction of natural gas. However, in this case, catalyst deactivation by coke deposition has been pointed out as the biggest problem of methane reforming reaction.

특히, 수증기-이산화탄소 복합개질반응에는 수증기 개질반응과 다르게 과량의 수증기를 사용할 수 없기 때문에 수증기 개질촉매로서 상업화된 니켈 촉매를 그대로 사용할 경우 코크에 의한 촉매 비활성화가 심각하게 일어날 수 있다.In particular, since steam cannot be used in the steam-carbon dioxide reforming reaction differently than the steam reforming reaction, if a commercially available nickel catalyst is used as the steam reforming catalyst, catalyst deactivation by coke may occur seriously.

한편, 코크형성이 크게 문제가 되지 않는 고활성 촉매로서 귀금속류 담지촉매가 제시될 수 있다. 그 예로, 일본 특개2000-104078에서는 루테늄 또는 로듐 등의 귀금속 담지 촉매를 사용하고 있다. 그러나, 귀금속류 담지촉매는 니켈계 촉매에 비해 코크저항성과 활성이 좋은 반면에, 값이 비싸기 때문에 공업적으로 이용하기에는 일반적으로 부적합하다.On the other hand, a precious metal supported catalyst can be presented as a high activity catalyst in which coke formation is not a problem. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-104078 uses a precious metal supported catalyst such as ruthenium or rhodium. However, the supported precious metal catalysts have better coke resistance and activity than nickel-based catalysts, but they are generally unsuitable for industrial use because they are expensive.

따라서, 경제성이 있으면서 탄소 침적 저항성이 강한 니켈계 촉매를 새로 개발할 필요가 있다. 한편, 한국특허 (등록번호: 10-0482646)에서는 Zr, Ce 및 Ni의 원천 물질을 소정의 몰비로 혼합하고 가온 조건에서 교반한 후 알칼리 수용액을 첨가하여 생성되는 침전물을 수득하는 공침법으로 촉매를 제조하고, 이때 제조된 촉매가 이산화탄소, 산소, 수증기 또는 이들의 혼합기체를 천연가스를 개질 반응시켜 피셔 트롭쉬 합성 반응을 위한 합성가스 제조에 적합하다는 것을 보인바 있다. 그러나, Zr와 Ce의 원천물질 역시 가격이 고가이고 일반적으로 많이 사용하지 않는 담체이므로 촉매의 성형이 어렵다는 단점이 있다. Therefore, there is a need to newly develop a nickel-based catalyst that is economical and has strong carbon deposition resistance. On the other hand, the Korean patent (Registration No .: 10-0482646) is a co-precipitation method to obtain a precipitate produced by mixing the source material of Zr, Ce and Ni in a predetermined molar ratio and stirring under heating conditions and adding an aqueous alkali solution It has been shown that the prepared catalyst is suitable for producing synthesis gas for Fischer Tropsch synthesis reaction by reforming natural gas to carbon dioxide, oxygen, water vapor or a mixture thereof. However, since Zr and Ce source materials are also expensive and are not commonly used carriers, there is a disadvantage in that the formation of the catalyst is difficult.

활성성분으로 니켈을 사용하고 담체로 마그네슘과 알루미늄산화물을 사용한 예는 상업용 수증기 개질용 촉매에서 볼 수 있다. 특히, Haldor-Topsoe사에서는 Ni/MgAl2O4 촉매를 상업용 수증기 개질 촉매로 공급하고 있는 실정이다. 그러나, 앞에서도 언급했듯이 상업용 수증기 개질 촉매는 과량의 수증기를 사용하는 조건에서 최적화되어 있기 때문에 본 발명에서 추구하는 수증기와 이산화탄소 복합 개질반응에는 심한 탄소침적으로 인하여 적합하지 않다. 또한, 유사하이드로탈사이트구조의 전구체를 이용한 Nix/MgyAl으로 구성된 촉매를 액화석유가스(LPG) 수증기 개질반응에 사용한 예가 한국특허(공개번호 10-2007-0043201)에 나와 있으나, 특허 내용은 유사하이드로탈사이트구조 물질에만 한정되어 있으며 대상 반응도 액화석유가스 수증기 개발 반응에만 한정되어 있다. Examples of using nickel as the active ingredient and magnesium and aluminum oxide as the carrier can be found in commercial steam reforming catalysts. In particular, Haldor-Topsoe supplies Ni / MgAl2O4 catalysts as commercial steam reforming catalysts. However, as mentioned earlier, commercial steam reforming catalysts are not suitable for the steam and carbon dioxide complex reforming reactions pursued by the present invention because they are optimized under conditions using excess steam. In addition, an example in which a catalyst composed of Nix / MgyAl using a precursor having a pseudohydrotalcite structure is used for liquefied petroleum gas (LPG) steam reforming reaction is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2007-0043201. It is limited only to the desite structure and the target reaction is also limited to the liquefied petroleum gas steam development reaction.

따라서, 수증기-이산화탄소 복합 개질에 적합한 촉매를 담체의 물성 및 활성성분인 니켈의 물성을 최적화하여 새롭게 개발할 필요가 있다. Therefore, there is a need to newly develop a catalyst suitable for steam-carbon dioxide composite reforming by optimizing the physical properties of the carrier and the active material nickel.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기존의 상업용 개질촉매에 비하여 탄소 침적에 대한 저항성이 높고 활성 및 안정성이 우수한 나노크기의 결정크기를 가지는 개질촉매를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a reforming catalyst having a nano-sized crystal size with high resistance to carbon deposition and excellent activity and stability compared to conventional commercial reforming catalyst.

또한 본 발명의 다른 목적은 제조한 촉매를 수증기와 이산화탄소의 복합 개질반응에 적용하여 Fischer-Tropsch 및 메탄올 합성용 합성가스를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a synthesis gas for Fischer-Tropsch and methanol synthesis by applying the prepared catalyst to the combined reforming reaction of water vapor and carbon dioxide.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3 담체를 합성하여 니켈을 나노크기로 담지시켜 새로운 촉매와, 제조한 나노크기의 결정크기를 가지는 니켈 촉매를 수증기와 이산화탄소의 복합개질 반응에 적용하여 Fischer-Tropsch 및 메탄올 합성용 합성가스를 제조하는 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention, which achieves the object as described above and the problem to remove the conventional defects, synthesizes a yMgO (1-y) Al 2 O 3 carrier having a nano-sized crystal having a high surface area spinel structure to nano-nickel It is characterized in that it provides a method for producing a synthesis gas for Fischer-Tropsch and methanol synthesis by applying a new catalyst supported by size and a nickel catalyst having a nano-sized crystal size to a combined reforming reaction of water vapor and carbon dioxide. .

보다 구체적으로 설명하자면, More specifically,

본 발명은 수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는데 사용되는 니켈계 개질촉매에 있어서, The present invention is a nickel-based reforming catalyst used to prepare a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide from natural gas by a complex reforming of water vapor and carbon dioxide,

담체의 BET 표면적이 50 ~ 150 m2/g 범위이며 담체의 결정크기가 20 nm 이하인 스핀넬 구조를 가지며, 활성성분인 니켈의 결정크기가 20 nm 이하인 나노크기를 가지는 다음 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3에 나노크기로 담지된 니켈계 개질촉매를 제공함으로써 달성된다. BET surface area of the carrier is in the range of 50 ~ 150 m 2 / g and has a spinel structure having a crystal size of 20 nm or less, and a nano-size having a crystal size of 20 nm or less of the active ingredient nickel is represented by the following formula (1) It is achieved by providing a nano-sized nickel-based reforming catalyst on yMgO (1-y) Al 2 O 3 having a nanosized crystal having a high surface area spinel structure.

[화학식 1][Formula 1]

xNi/yMgO(1-y)Al2O3 xNi / yMgO (1-y) Al 2 O 3

상기 화학식 1에서, x는 촉매 중 Ni의 wt%를 나타내며, y는 담체 중 MgO의 wt%를 나타내는 것으로, x는 6 ~ 35% 범위이고, y는 15 ~ 35% 범위로 한정된다. In Formula 1, x represents wt% of Ni in the catalyst, y represents wt% of MgO in the carrier, x is in the range of 6 to 35%, and y is limited to the range of 15 to 35%.

또한 본 발명은 상기한 촉매를 400 ~1,000 ℃의 온도에서 수소 또는 수소를 함유한 혼합기체를 이용하여 환원 처리한 촉매상에서, 반응온도 600 ∼ 1000 ℃, 반응압력 0.5 ∼ 30 기압, 공간속도 1,000 ∼ 1,500,000 h-1의 조건하에서 천연가스에 대한 수증기의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위, 천연가스에 대한 이산화탄소의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위를 가지는 수증기와 이산화탄소로 구성된 개질기체로 천연가스 또는 메탄을 개질반응하여 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는 것을 특징으로 하는 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3에 나노크기로 담지된 니켈계 개질촉매를 이용한 수증기-이산화탄소 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스의 제조방법을 제공함으로써 달성된다.In the present invention, the above catalyst is reduced on a catalyst treated with hydrogen or a mixed gas containing hydrogen at a temperature of 400 to 1,000 ° C, the reaction temperature of 600 to 1000 ° C, the reaction pressure of 0.5 to 30 atmospheres, and the space velocity of 1,000 to A reformed gas composed of steam and carbon dioxide having a molar ratio of water vapor to natural gas in the range of 0.1 to 1.9 and a molar ratio of carbon dioxide to natural gas under a condition of 1,500,000 h -1 to reform the natural gas or methane Steam-carbon dioxide composite using a nickel-based reforming catalyst nanoscale-supported on yMgO (1-y) Al 2 O 3 having nanoscale crystals with a high surface area spinel structure, characterized in that it produces a synthesis gas composed of carbon monoxide and carbon monoxide. It is achieved by providing a method for producing syngas from natural gas by reforming.

또한 본 발명은 상기한 촉매상에서, 반응온도 600 ∼ 1000 ℃, 반응압력 0.5 ∼ 30 기압, 공간속도 1,000 ∼ 1,500,000 h-1의 조건하에서 천연가스에 대한 수증기의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위, 천연가스에 대한 이산화탄소의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위를 가지는 수증기와 이산화탄소로 구성된 개질기체로 천연가스 또는 메탄을 개질반응하여 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는 것을 특징으로 하는 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3에 나노크기로 담지 된 니켈계 개질촉매를 이용한 수증기-이산화탄소 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스의 제조방법을 제공함으로써 달성된다.In addition, the present invention provides a reaction molar ratio of water vapor to natural gas in the range of 0.1 to 1.9 on natural gas under the conditions of reaction temperature 600 to 1000 DEG C, reaction pressure 0.5 to 30 atm, space velocity of 1,000 to 1,500,000 h- 1 . The nano-scale crystal of the high surface area spinel structure is characterized by producing a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide by reforming natural gas or methane with a reforming gas composed of steam and carbon dioxide having a reaction molar ratio of 0.1 to 1.9. Eggplant is achieved by providing a method for producing syngas from natural gas by steam-carbon dioxide complex reforming using a nickel-based reforming catalyst nano-supported on yMgO (1-y) Al 2 O 3 .

본 발명은 상업용 개질 촉매의 성능을 능가하는 결과를 가지는데, 본 발명에 따른 니켈계 개질촉매는 새로운 개념의 고표면적 스핀넬 담체(담체 표면적 > 50 m2/g, 담체 결정 크기 < 20 nm)에 니켈이 20 nm 이하의 결정 크기로 분산된 개질촉매로서, 이를 수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는데 이용할 경우 탄소 침적에 대한 저항성이 뛰어난 특성을 나타내는 고안정성의 촉매 활성을 가지며, 저 가격에 귀금속에 비하여 저렴한 니켈 촉매를 사용하므로 경제적인 측면에서도 매우 효과적인 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.The present invention outperforms the performance of commercial reforming catalysts. Nickel-based reforming catalysts according to the present invention have a novel high surface area spinel carrier (carrier surface area> 50 m2 / g, carrier crystal size <20 nm). A reforming catalyst in which nickel is dispersed in a crystal size of 20 nm or less, and when used to produce a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide from natural gas by a complex reforming of water vapor and carbon dioxide, it exhibits excellent resistance to carbon deposition. It is an invention that has a catalytic activity of stability and uses a cheap nickel catalyst at a low price compared to precious metals, and thus is a very effective and useful invention in terms of economics, and is expected to be used industrially.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and the operation of the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는데 사용되는 니켈계 개질촉매에 있어서, 담체로 사 용되는 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3는 MgO의 함량이 15 ~ 35wt% 범위에 BET 표면적이 50 ~ 150 m2/g 범위이며 담체의 결정크기가 20 nm 이하인 스핀넬 구조를 가져야 하며, 활성성분인 니켈의 경우 결정크기가 20 nm 이하인 나노크기를 가지는 다음 화학식 1로 표시되는 촉매를 그 특징으로 한다. In the nickel-based reforming catalyst used to prepare a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide from natural gas by the combined reforming of water vapor and carbon dioxide, yMgO (1-y) Al 2 O 3 having nano-sized crystals used as a carrier. The MgO content is 15 ~ 35wt%, the BET surface area is 50 ~ 150 m 2 / g and has a spinel structure with a crystal size of 20 nm or less, the active size of nickel has a crystal size of 20 nm or less It is characterized by a catalyst represented by the following formula (1) having a nano-size.

[화학식 1][Formula 1]

xNi/yMgO(1-y)Al2O3 xNi / yMgO (1-y) Al 2 O 3

상기 화학식 1에서, x는 촉매 중 Ni의 wt%를 나타내며, y는 담체 중 MgO의 wt%를 나타내는 것으로, x는 6 ~ 35% 범위이고, y는 15 ~ 35% 범위로 한정된다. In Formula 1, x represents wt% of Ni in the catalyst, y represents wt% of MgO in the carrier, x is in the range of 6 to 35%, and y is limited to the range of 15 to 35%.

상기에서 담체로 사용되는 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3 중 MgO의 함량을 15 ~ 35wt% 범위로 한정한 이유는 다음과 같다. MgO의 함량이 15% 미만일 경우 담체 중 고체산인 알루미나에 의한 산점이 너무 많아 코크형성이 유리하기 때문이며, MgO의 함량이 35%를 초과할 경우 니켈과 담체의 상호작용을 약화시켜 결과적으로 코크형성이 잘 되기 때문이다. The reason for limiting the MgO content in the yMgO (1-y) Al 2 O 3 having a nano-size crystals used as a carrier in the range of 15 to 35wt% is as follows. If the content of MgO is less than 15%, coke formation is advantageous because the acid point of alumina, which is a solid acid, is too high in the carrier, and if the content of MgO exceeds 35%, the interaction between nickel and the carrier is weakened, resulting in coke formation Because it goes well.

상기에서 담체의 비표면적을 50 ~ 150 m2/g 범위가 되도록 한정한 이유는 비표면적이 50 m2/g 미만일 경우 니켈이 잘 분산될 수 없기 때문에 니켈의 결정크기를 20 nm 이하의 나노크기로 제어할 수 없어 결과적으로 코크형성이 유리하게 되며, 비표면적이 150 m2/g을 초과할 경우 고온의 촉매 반응중 촉매 소결에 의한 촉매비활성화 때문에 촉매의 안정성이 저해되기 때문이다. The reason for limiting the specific surface area of the carrier to 50 to 150 m 2 / g is because the nickel cannot be dispersed well when the specific surface area is less than 50 m 2 / g, so that the crystal size of nickel is less than 20 nm As a result, the formation of coke is advantageous as it is not controlled, and if the specific surface area exceeds 150 m 2 / g, the stability of the catalyst is inhibited due to catalyst deactivation by catalyst sintering during high temperature catalytic reaction.

또한 상기에서 담체 결정크기 20 nm 이하로 한정한 이유는 그러한 조건을 유지해야 니켈의 결정크기가 20 nm이하로 제어되어 코크에 대한 저항성이 높은 고활성과 안정성을 가지기 때문이다.In addition, the reason for limiting the carrier crystal size to 20 nm or less is because the crystal size of nickel is controlled to 20 nm or less only when such conditions are maintained to have high activity and stability with high resistance to coke.

니켈의 함량을 6~ 35% 범위로 한정한 것은 니켈의 함량이 6% 미만일 경우 활성점의 개수가 작아 높은 활성을 기대할 수 없으며, 니켈의 함량이 35%를 초과할 경우 불필요하게 니켈을 사용하는 단점을 가지며, 또한 니켈의 결정크기가 20 nm를 초과하여 코크형성에 유리하기 때문이다.The nickel content is limited to 6 to 35%. If the nickel content is less than 6%, the number of active sites is small and high activity cannot be expected. If the nickel content is more than 35%, nickel is unnecessarily used. This is because it has a disadvantage, and also because the crystal size of nickel exceeds 20 nm is advantageous for coke formation.

또한 본 발명은 상기에 따른 니켈계 개질촉매를 이용하여 수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 니켈계 개질촉매상에서, 천연가스에 대한 수증기의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위, 천연가스에 대한 이산화탄소의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위, 반응온도 600 ~ 1000 ℃, 반응압력 0.5 ~ 30 기압, 그리고 공간속도 1,000 ~ 1,500,000 h-1의 운전조건으로 수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스 제조 반응을 수행할 수 있다.In addition, the present invention is a method for producing a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide from natural gas by a complex reforming of steam and carbon dioxide using the nickel-based reforming catalyst according to the above, in the nickel-based reforming catalyst, Reaction mole ratio of water vapor in the range of 0.1 to 1.9, CO2 mole ratio to natural gas in the range of 0.1 to 1.9, reaction temperature 600 to 1000 ℃, reaction pressure 0.5 to 30 atm, and space velocity 1,000 to 1,500,000 h -1 Synthesis gas production reaction from natural gas by the complex reforming of and carbon dioxide can be carried out.

반응물 중 천연가스에 대한 수증기의 반응몰비를 0.1 ~ 1.9 그리고 천연가스에 대한 이산화탄소의 반응몰비를 0.1 ~ 1.9 범위로 한정한 이유는 생성물 중 수소 대 일산화탄소의 비를 적절하게 조절하기 위한 것이며, 반응물 중 천연가스와 수증기만 존재하는 경우 생성물 중 수소 대 일산화탄소의 비율이 3.0을 초과하며 반응물 중 천연가스와 이산화탄소만 존재할 경우 생성물 중 수소 대 일산화탄소의 비가 약 1로 너무 낮기 때문이다. 따라서, 반응물 중 천연가스, 수증기, 이산화탄소의 비를 조절함으로써 상기 합성가스 혼합물은 수소 : 일산화탄소의 조성비를 1 : 2.5 ∼ 2.5 : 1 사이로 조절할 수 있다. The reason for limiting the reaction molar ratio of water vapor to natural gas in the reactants in the range of 0.1 to 1.9 and carbon dioxide to natural gas in the range of 0.1 to 1.9 is to properly control the ratio of hydrogen to carbon monoxide in the product. This is because the ratio of hydrogen to carbon monoxide in the product exceeds 3.0 when only natural gas and water vapor are present, and the ratio of hydrogen to carbon monoxide in the product is too low, when only natural gas and carbon dioxide are present in the reactants. Accordingly, by controlling the ratio of natural gas, water vapor, and carbon dioxide in the reactants, the syngas mixture may adjust the composition ratio of hydrogen: carbon monoxide to 1: 2.5 to 2.5: 1.

상기에서 반응온도를 600 ~ 1000 ℃로 한정한 이유는 600℃ 미만에서는 열역학적으로 메탄 전환율이 낮기 때문에 생성물의 수율이 낮게 되고, 1000 ℃를 초과하는 고온에서는 불필요하게 높은 온도를 사용함에 따라 반응기의 재질이 특수한 고가를 사용해야 하기 때문에 경제성이 떨어지기 때문이다. The reason for limiting the reaction temperature to 600 to 1000 ° C is that the yield of the product is low because the methane conversion rate is lower thermodynamically below 600 ° C, and the material of the reactor is unnecessarily used at a high temperature exceeding 1000 ° C. This is because the economy is inferior because of the use of this special high price.

상기에서 반응압력을 0.5 ~ 30 기압으로 한정한 이유는 0.5기압 미만에서는 열전달이 용이하지 않아 반응기의 크기가 불필요하게 커져 단위 반응기 부피당 생성물의 수율이 떨어지고, 압력이 30 기압을 초과할 경우 개질반응의 열역학적 특성상 메탄의 전환율이 낮아 생성물의 수율이 떨어지기 때문이다. The reason for limiting the reaction pressure to 0.5 to 30 atm is because heat transfer is not easy at less than 0.5 atm, which leads to an unnecessarily large size of the reactor, which lowers the yield of product per unit volume of the reactor, and when the pressure exceeds 30 atm, This is due to the low conversion of methane due to the thermodynamic nature of the product yield.

그리고 공간속도 1,000 ~ 1,500,000 h-1의 운전조건으로 한정한 이유는 공간속도가 1,000 h-1 미만일 경우 단위 촉매당 반응물의 처리 용량이 너무 낮아 단위 촉매 당 생성물의 생산량이 낮게 되며, 공간속도가 1,500,000 h-1 초과일 경우 열전달이 문제가 되고 메탄의 전환율이 급격히 떨어져 원하는 생성물을 얻을 수 없기 때문이다. And the reason for limiting to the operating conditions of the space velocity 1,000 ~ 1,500,000 h -1 is that if the space velocity is less than 1,000 h -1 , the processing capacity of the reactants per unit catalyst is too low, and the production of the product per unit catalyst is low, and the space velocity is 1,500,000 If it is more than h -1 , heat transfer becomes a problem and the conversion rate of methane drops sharply to obtain a desired product.

또한 본 발명은 상기 촉매를 400 ∼ 1,000℃의 온도에서 수소 또는 수소를 함유한 혼합기체를 이용하여 환원 처리한 촉매상에서, 반응온도 600 ∼ 1000 ℃, 반응압력 0.5 ∼ 30 기압, 공간속도 1,000 ∼ 1,500,000 h-1의 조건하에서 천연가스에 대한 수증기의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위, 천연가스에 대한 이산화탄소의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위를 가지는 수증기와 이산화탄소로 구성된 개질기체로 천연가스 또는 메탄을 개질반응하여 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조할 수 있다.In the present invention, the catalyst is reduced by using hydrogen or a mixed gas containing hydrogen at a temperature of 400 to 1,000 ° C., reaction temperature of 600 to 1000 ° C., reaction pressure of 0.5 to 30 atmospheres, and space velocity of 1,000 to 1,500,000. A reformed gas consisting of water vapor and carbon dioxide having a reaction molar ratio of water vapor to natural gas in the range of 0.1 to 1.9 and a molar ratio of carbon dioxide to natural gas under a condition of h −1 , and reforming natural gas or methane to react with hydrogen. Syngas composed of carbon monoxide can be produced.

또한 상기 촉매를 또 다른 금속 또는 금속산화물 담체에 코팅 또는 담지하여 사용할 수 있다. 즉, 본원발명의 촉매가 담지될 수 있는 금속 또는 금속산화물이면 어떤 금속이나 금속산화물이라도 것이라도 상관없다.In addition, the catalyst may be used by coating or supported on another metal or metal oxide carrier. That is, any metal or metal oxide may be used as long as it is a metal or metal oxide capable of supporting the catalyst of the present invention.

상기와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.

본 발명에 따른 담체인 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3의 제조방법으로는 공침법, 침전퇴적법, 졸겔법, 용융법, 함침법 등이 사용될 수 있으며, 니켈을 상기 담체에 담지시키는 방법으로는 주로 incipient wetness 방법, 용융법, 함침법 등을 사용하는 것이 바람직하다.As a method for preparing yMgO (1-y) Al 2 O 3 having nano-size crystals having a high surface area spinel structure, which is a carrier according to the present invention, a coprecipitation method, precipitation deposition method, sol-gel method, melting method, impregnation method, etc. may be used. As the method of supporting nickel on the carrier, it is preferable to mainly use an incipient wetness method, a melting method, an impregnation method, or the like.

먼저, 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3 담체 를 제조하는 방법을 간단히 언급하면 다음과 같다. First, a method of preparing a yMgO (1-y) Al 2 O 3 carrier having a nano-sized crystal having a high surface area spinel structure is briefly described as follows.

1M 농도로 마그네슘 질산염 수용액과 알루미늄 질산염 수용액을 각각 제조한 후 필요한 양만큼 혼합한 다음, 50 ~ 95 ℃에서 4 ~ 72시간 동안 교반시킨 후 여기에 10 % 암모니아수를 pH 10이 될 때까지 첨가하여 침전시킨다. 침전물을 증류수를 이용하여 반복적으로 여과, 세척한다. 여과된 침전물을 건조 오븐에 넣고 90 ~ 110 ℃에서 10 ~ 12시간 동안 건조한 후 소성로에 넣고 공기 중에서 700 ~ 900 ℃에서 6 ~ 12시간 동안 소성하여 원하는 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3 담체를 얻는다.Magnesium nitrate aqueous solution and aluminum nitrate aqueous solution were prepared at 1 M concentration, and then mixed as needed, followed by stirring at 50 to 95 ° C. for 4 to 72 hours, followed by precipitation of 10% aqueous ammonia until pH 10 was added. Let's do it. The precipitate is repeatedly filtered and washed with distilled water. The filtered precipitate was put in a drying oven and dried at 90 to 110 ° C. for 10 to 12 hours, then placed in a kiln and fired at 700 to 900 ° C. for 6 to 12 hours to obtain yMgO having nanoscale crystals having a desired high surface area spinel structure. Obtain a (1-y) Al 2 O 3 carrier.

한편, 고표면적 스핀넬 구조의 담체에 니켈을 담지하는 방법을 incipient wetness 방법에 의거하여 설명하면 다음과 같다. Meanwhile, a method of supporting nickel on a carrier having a high surface area spinel structure will be described based on the incipient wetness method.

1M 농도 니켈 질산염 수용액을 원하는 니켈 담지량에 맞도록 담체의 pore volume 만큼 준비한다. 이때, 니켈 질산염 수용액이 담체의 pore volume보다 적을 경우 부족한 양만큼 증류수로 보충한다. 그리고 준비된 용액을 천천히 담체에 주입한다. 만약, 준비된 니켈 질산염 수용액이 담체의 pore volume보다 많을 경우 먼저 pore volume 만큼 주입한 후 약 50 ~ 80 ℃ 온도에서 천천히 건조시킨 후 남은 용액을 주입하는 것을 반복한다. 제조한 촉매 전구체 분말을 건조 오븐에 넣고 90 ~ 110 ℃에서 12시간 정도 건조한 후 소성로에 넣고 공기중에서 500 ~ 800 ℃에서 6시간 정도 소성하여 원하는 니켈계 개질촉매를 얻는다.Prepare a 1M aqueous solution of nickel nitrate as much as the pore volume of the carrier to meet the desired nickel loading. At this time, when the nickel nitrate aqueous solution is less than the pore volume of the carrier, it is replenished with distilled water in an insufficient amount. Then, the prepared solution is slowly injected into the carrier. If the prepared aqueous solution of nickel nitrate is larger than the pore volume of the carrier, it is first injected as much as the pore volume, and then slowly dried at a temperature of about 50 to 80 ° C. and the remaining solution is repeated. The prepared catalyst precursor powder was put in a drying oven and dried at 90-110 ° C. for 12 hours, and then put in a calcination furnace and fired at 500-800 ° C. for 6 hours in air to obtain a desired nickel-based reforming catalyst.

또한, 담체에 니켈 성분을 담지하는 방법을 용융법에 의해 설명하면 다음과 같다. In addition, the method of supporting the nickel component on the carrier will be explained by the melting method as follows.

고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3 담체에 금속성분을 얇고 균일하게 담지시키기 위해 저융점을 갖는 니켈 금속 전구체의 융점을 이용하여 소성온도 이하에서 전구체들이 용융 혼합물을 형성할 수 있도록, 상온에서 담체 및 담지할 금속 전구체 분말을 곱게 갈아주고 잘 혼합한 후 절제된 열처리 과정에 의해 금속 전구체를 분해, 소성하여 촉매를 제조한다. 열처리 과정은 촉매 전구체 분말을 소성로에 넣고 분당 100 mL의 유속으로 아르곤 기류 하에서 상온에서부터 400℃까지 분당 2 ℃로 승온하여 모든 질산화물을 용융시키고 400℃에서 4시간 동안 질산화물을 분해시킨 뒤 기체를 건조된 공기 기류로 바꿔 400 ℃에서 650 ℃로 분당 5 ℃로 승온하여 650 ℃에서 4시간 동안 열처리하는 과정을 거친다. In order to support the thin and uniform metal components on yMgO (1-y) Al 2 O 3 carriers with nanosized crystals with high surface area spinel structure, the precursors were deposited at or below the firing temperature by using the melting point of nickel metal precursors having low melting point. In order to form a molten mixture, the catalyst and the metal precursor powder to be supported are finely ground and mixed well at room temperature, and then, the metal precursor is decomposed and calcined by an ablation heat treatment to prepare a catalyst. In the heat treatment process, the catalyst precursor powder is placed in a calcination furnace and heated at 2 ° C. per minute from room temperature to 400 ° C. under argon at a flow rate of 100 mL per minute to melt all the nitrates and decompose the nitrates at 400 ° C. for 4 hours, and then dry the gas. After changing to air stream, the temperature was raised from 400 ° C. to 650 ° C. at 5 ° C. per minute and heat-treated at 650 ° C. for 4 hours.

한편, 담체에 니켈 성분을 담지하는 방법을 함침법에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 담체 분말을 증류수에 투입하고 교반하여 슬러리 형태로 만든 후, 여기에 1M 농도의 니켈 질산염 수용액을 원하는 담지량에 맞도록 상기 슬러리에 첨가하여 25 ℃에서 5 ~ 7시간 동안 저어준다. 그런 다음, 회전식 진공 증발건조기에 상기 혼합용액이 들어있는 플라스크를 연결하여 90 ~ 120 Torr의 감압과 70 ~ 90 ℃ 온도에서 회전하면서 물을 증발시킨다. 물을 증발시킨 촉매 전구체 분말을 건조 오븐에 넣고 100 ℃에서 12시간 정도 건조한 후 소성로에 넣고 공기중에서 500 ~ 800 ℃에서 6시간 정도 소성하여 원하는 니켈계 개질촉매를 얻는다. On the other hand, the method of supporting the nickel component on the carrier will be described based on the impregnation method as follows. The carrier powder was added to distilled water, stirred to form a slurry, and then 1M nickel nitrate aqueous solution was added to the slurry so as to meet a desired loading amount and stirred at 25 ° C. for 5 to 7 hours. Then, a flask containing the mixed solution is connected to a rotary vacuum evaporator to evaporate water while rotating at a reduced pressure of 90 to 120 Torr and a temperature of 70 to 90 ° C. The catalyst precursor powder having evaporated water was put in a drying oven, dried at 100 ° C. for 12 hours, put in a kiln, and fired at 500-800 ° C. for 6 hours in air to obtain a desired nickel-based reforming catalyst.

그런데, 상기한 방법들은 본 발명에 따른 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3 담체에 담지되어 이루어진 니켈계 개질촉매의 제조방법에 대한 일례에 불과하며, 상기에서 예시한 방법 이외에도 필요에 따라 또 다른 공지 제조방법을 적절히 응용할 수도 있다.However, the above methods are merely examples of a method for preparing a nickel-based reforming catalyst formed on a yMgO (1-y) Al 2 O 3 carrier having a nano-sized crystal having a high surface area spinel structure according to the present invention. In addition to the method exemplified above, another known production method may be suitably applied as necessary.

이러한 본 발명에 따른 니켈계 개질촉매를 이용하여 수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스를 제조시 반응 조건을 보다 구체화하여 설명하면 다음과 같다.Using the nickel-based reforming catalyst according to the present invention will be described in more detail the reaction conditions when producing a synthesis gas from natural gas by a complex reforming of water vapor and carbon dioxide as follows.

상기 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3 담체에 담지된 새로운 니켈계 개질촉매는 수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하기 위하여 수행되는 개질반응에 적용될 수 있다. 이때, 상기 복합개질반응에서 천연가스에 대한 수증기의 반응몰비는 0.1 ~ 1.9 범위로 하고, 천연가스에 대한 이산화탄소의 반응몰비는 0.1 ~ 1.9 범위로 하는 것이 바람직하다. The new nickel-based reforming catalyst supported on the yMgO (1-y) Al 2 O 3 carrier having nanoscale crystals having a high surface area spinel structure is a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide from natural gas by complex reforming of water vapor and carbon dioxide. It can be applied to the reforming reaction carried out to produce. In this case, the reaction molar ratio of water vapor to natural gas in the complex reforming reaction is in the range of 0.1 to 1.9, and the reaction molar ratio of carbon dioxide to natural gas is in the range of 0.1 to 1.9.

또한, 반응온도는 600 ~ 1000 ℃ 범위에서 조절하고, 반응압력은 0.5 ~ 30 기압 범위에서 조절하며, 그리고 공간속도는 1,000 ~ 1,500,000 h-1이 되도록 기체의 유량을 조절하면서 반응기체를 주입하여 연속적으로 반응시켜 합성가스를 제조 한다.In addition, the reaction temperature is controlled in the range of 600 ~ 1000 ℃, the reaction pressure is controlled in the range of 0.5 ~ 30 atm, and the reactor gas is injected continuously while controlling the flow rate of the gas so that the space velocity is 1,000 ~ 1,500,000 h -1 React to produce synthetic gas.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기존의 니켈 개질촉매가 과량의 수증기를 사용하는 수증기개질반응에 최적화되어 있어 수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스를 제조하는 반응에 적용하기에는 부적합한 단점을 개선시키기 위해, 담체의 BET 표면적이 50 ~ 150 m2/g 범위이면서 결정크기가 20 nm 이하(바람직하게는 0.1~20 nm)인 고표면적 스핀넬 구조의 담체에 니켈을 결정크기 20 nm 이하(바람직하게는 0.1~20 nm)인 나노크기로 담지시킴으로써, 수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스 개질반응에 있어서 탄소 침적에 대한 저항성이 높아 높은 활성 및 안정성을 나타내 공업용 촉매로 널리 활용할 수 있는 가능성을 제시하는 것이다.As described above, the present invention is a conventional nickel reforming catalyst is optimized for steam reforming reaction using an excessive amount of steam, which is not suitable for applying to a reaction for producing a synthesis gas from natural gas by a complex reforming of steam and carbon dioxide. In order to improve the efficiency, the nickel has a crystallite size of 20 nm or less on a carrier having a high surface area spinel structure having a BET surface area of 50 to 150 m 2 / g and a crystal size of 20 nm or less (preferably 0.1 to 20 nm). By supporting nano size (preferably 0.1 ~ 20 nm), it has high resistance to carbon deposition in natural gas reforming reaction by combined reforming of water vapor and carbon dioxide, and shows high activity and stability. It is to present the possibility.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 단 본 발명이 하기의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail based on an Example. However, the present invention is not limited only to the following examples.

(제조예 1) (Manufacture example 1)

: 침전법에 의한 MgO 20wt% 함유 0.2MgO-0.8Al2O3 담체의 제조: Preparation of 0.2MgO-0.8Al 2 O 3 Carrier Containing 20wt% MgO by Precipitation Method

MgO가 20wt% 함유된 0.2MgO-0.8Al2O3 담체를 다음과 같은 침전법에 의해 제조하였다. A 0.2 MgO-0.8Al 2 O 3 carrier containing 20 wt% MgO was prepared by the following precipitation method.

먼저, 1M 농도의 마그네슘 질산염 수용액과 알루미늄 질산염 수용액을 필요한 비율만큼 혼합하여 60 ℃에서 6시간 동안 강하게 저어주었다. 여기에 10% 암모니아수(Fisher Scientific사)를 pH 10이 될 때까지 첨가하여 침전시킨 후 침전물을 증류수로 여과, 세척하였다. 여과된 침전물을 건조 오븐에 넣고 100 ℃에서 12시간 동안 건조하고 건조된 분말을 몰타르에서 세밀하게 분쇄한 후, 소성로에 넣어 공기중에서 800 ℃에서 6시간 동안 소성하여 원하는 담체를 얻었다. 소성된 담체의 BET 표면적은 110 m2/g이었다. 이때 XRD로 측정한 담체의 결정크기는 4 nm이었다. First, a 1 M magnesium nitrate aqueous solution and an aluminum nitrate aqueous solution were mixed in the required ratios and stirred vigorously at 60 ° C. for 6 hours. 10% aqueous ammonia (Fisher Scientific) was added thereto until the pH was 10, and the precipitate was filtered and washed with distilled water. The filtered precipitate was put in a drying oven, dried at 100 ° C. for 12 hours, and finely pulverized the dried powder in mortar, and then put in a calcination furnace and fired at 800 ° C. for 6 hours in air to obtain a desired carrier. The BET surface area of the calcined carrier was 110 m 2 / g. At this time, the crystal size of the carrier measured by XRD was 4 nm.

(제조예 2) (Manufacture example 2)

: 졸-겔 법에 의한 25wt% 함유 0.25MgO-0.75Al2O3 담체의 제조 : Preparation of 25wt% -Containing 0.25MgO-0.75Al 2 O 3 Carrier by Sol-Gel Method

20 ℃에서 1M 농도의 마그네슘 질산염을 제조된 촉매 중 MgO 함량이 25wt%가 되도록 1M 농도 알루미늄 질산염 용액과 혼합하고 5시간 동안 균일하게 녹인 다음, 같은 온도에서 상기한 금속 질산염과 같은 몰수를 갖는 시트르산을 첨가하고 6시간 동안 완전히 녹인 다음, 여기에 같은 몰수의 에틸렌 글리콜을 첨가하여 6시간 동안 저어주었다. 그런 다음 이러한 혼합용액을 80 ~ 100 ℃에서 감압증류하여 고점성 상태로 농축하고 마이크로웨이브 오븐에서 건조시켰다. 마지막 단계로 건조된 담체 분말을 몰타르에서 세밀하게 분쇄한 후 소성로에 넣고 공기중에서 300 ℃에서 5시간, 그리고 900 ℃에서 6시간 동안 소성시켰다. 소성된 담체의 BET 표면적은 86 m2/g이었다. 이때 XRD로 측정한 담체의 결정크기는 10 nm이었다. Magnesium nitrate at 1O &lt; 0 &gt; C at 20 DEG C is mixed with a 1M concentration aluminum nitrate solution in a prepared catalyst so that the MgO content is 25wt% and dissolved uniformly for 5 hours. After 6 hours of complete dissolution, the same number of moles of ethylene glycol was added thereto, followed by stirring for 6 hours. Then, the mixed solution was distilled under reduced pressure at 80 ~ 100 ℃ concentrated to a high viscosity state and dried in a microwave oven. As a final step, the dried carrier powder was finely pulverized in mortar and placed in a kiln for 5 hours at 300 ° C. and 6 hours at 900 ° C. in air. The BET surface area of the calcined carrier was 86 m 2 / g. At this time, the crystal size of the carrier measured by XRD was 10 nm.

(제조예 3) (Manufacture example 3)

: 공침법에 의한 29wt% 함유 0.29MgO-0.71Al2O3 담체의 제조: Preparation of 29 wt% -Containing 0.29MgO-0.71Al 2 O 3 Carrier by Coprecipitation Method

1M 농도의 마그네슘 질산염 수용액과 알루미늄 질산염 수용액을 필요한 비율만큼 혼합하여 80 ℃에서 6시간 동안 강하게 교반시켰다. 여기에 10% KOH 용액을 pH 10.5가 될 때까지 drop-wise 상태로 천천히 첨가한 후 80℃ 온도를 유지하면서 3일간 숙성시킨 후 침전물을 여과하여 K이 검출되지 않을 때까지 증류수로 여과, 세척하였다. 여과된 침전물을 건조 오븐에 넣고 110 ℃에서 12시간 동안 건조하고 건조된 분말을 몰타르에서 세밀하게 분쇄한 후, 소성로에 넣어 공기중에서 1000 ℃에서 6시간 동안 소성하여 원하는 담체를 얻었다. 소성된 담체의 BET 표면적은 63 m2/g이었다. 이때 XRD로 측정한 담체의 결정크기는 17 nm이었다. Magnesium nitrate aqueous solution and aluminum nitrate aqueous solution of 1 M concentration were mixed in the required ratio and stirred vigorously at 80 ° C. for 6 hours. The 10% KOH solution was slowly added drop-wise until pH 10.5, and aged at 80 ° C. for 3 days. The precipitate was filtered and washed with distilled water until K was not detected. . The filtered precipitate was put in a drying oven, dried at 110 ° C. for 12 hours, and finely pulverized the dried powder in mortar, and then put in a calcination furnace for firing at 1000 ° C. for 6 hours in air to obtain a desired carrier. The BET surface area of the calcined carrier was 63 m 2 / g. At this time, the crystal size of the carrier measured by XRD was 17 nm.

(실시예 1 ~ 3) (Examples 1 to 3)

: Incipient wetness법에 의한 Ni/0.2MgO-0.8Al2O3 개질촉매의 제조Preparation of Ni / 0.2MgO-0.8Al 2 O 3 Reforming Catalyst by Incipient Wetness Method

상기 제조예 1에서 제조한 0.2MgO-0.8Al2O3 담체에 incipient wetness법을 사용하여 니켈을 담지시켜 니켈 개질촉매를 제조하는 과정은 다음과 같다. The process of preparing a nickel reforming catalyst by supporting nickel on the 0.2MgO-0.8Al 2 O 3 carrier prepared in Preparation Example 1 by using the incipient wetness method is as follows.

먼저, 담체 분말 20g을 도가니에 평평하게 펴놓은 상태에서 담체의 pore volume(제조예 1에서 제조한 담체의 경우 0.5cm3/g x 20g = 10cm3)에 해당하는 니켈 질산염 수용액을 천천히 첨가한다. 만약, 니켈 질산염 수용액의 부피가 담체의 pore volume보다 클 경우에는 1차로 pore volume 만큼 용액을 첨가한 다음 80 ℃ 온도에서 건조를 시킨 후, 반복적으로 질산염 수용액을 담체에 첨가한다. 그런 다음, 회전식 진공 증발건조기에 용액이 들어있는 플라스크를 연결하여 100 Torr의 감압과 80 ℃ 온도에서 회전하면서 샘플을 처리한다. 다음 단계로 촉매 전구체 분말을 건조 오븐에 넣고 100 ℃에서 12시간 동안 건조한 후 소성로에 넣고 공기중에서 500 ℃에서 6시간 동안 소성하여 개질촉매를 완성하였다. 니켈의 담지량은 각각 촉매 전체 중량에 대하여 10wt%(실시예 1), 20wt%(실시예 2), 30wt%(실시예 3)로 하였다.First, in a state in which 20 g of the carrier powder is flattened in a crucible, an aqueous nickel nitrate solution corresponding to the pore volume of the carrier (0.5 cm 3 / gx 20 g = 10 cm 3 of the carrier prepared in Preparation Example 1) is slowly added. If the volume of the nickel nitrate solution is larger than the pore volume of the carrier, the solution is first added as much as the pore volume and then dried at 80 ° C., and then the nitrate solution is repeatedly added to the carrier. Then, the flask containing the solution was connected to a rotary vacuum evaporator, and the sample was processed while rotating at a temperature of 100 Torr and a temperature of 80 ° C. In the next step, the catalyst precursor powder was put in a drying oven, dried at 100 ° C. for 12 hours, and then placed in a calcination furnace for firing at 500 ° C. for 6 hours in air to complete the reforming catalyst. The amount of nickel supported was 10 wt% (Example 1), 20 wt% (Example 2), and 30 wt% (Example 3) based on the total weight of the catalyst.

(실시예 4 ~ 6) (Examples 4 to 6)

: 함침법에 의한 Ni/0.25MgO-0.75Al2O3 개질촉매의 제조: Preparation of Ni / 0.25MgO-0.75Al 2 O 3 Reforming Catalyst by Impregnation

상기 제조예 2에서 제조한 0.25MgO-0.75Al2O3 담체에 함침법을 사용하여 니켈을 담지시켜 니켈 개질촉매를 제조하는 과정은 다음과 같다. The process of preparing a nickel-modified catalyst by loading nickel on the 0.25MgO-0.75Al 2 O 3 carrier prepared in Preparation Example 2 using the impregnation method is as follows.

먼저, 200 mL의 증류수가 담겨 있는 500 mL 크기의 둥근바닥 플라스크에 담체 분말 20g을 넣고 교반하여 슬러리 형태로 만든 후, 여기에 1M 농도의 니켈 질산염 수용액을 원하는 담지량에 맞도록 첨가하여 25 ℃에서 6시간 동안 저어주었다. 그런 다음, 회전식 진공 증발건조기에 용액이 들어있는 플라스크를 연결하여 100 Torr의 감압과 80 ℃ 온도에서 회전하면서 물을 증발시켰다. 물을 증발시킨 촉매 전구체 분말을 건조 오븐에 넣고 100 ℃에서 12시간 동안 건조한 후 소성로에 넣고 공기중에서 600 ℃에서 6시간 동안 소성하여 개질촉매를 완성하였다. 니켈의 담지량은 각각 촉매 전체 중량에 대하여 10wt%(실시예 4), 20wt%(실시예 5), 30wt%(실시예 6)로 하였다.First, 20 g of carrier powder was added to a 500 mL round bottom flask containing 200 mL of distilled water and stirred to form a slurry. Then, an aqueous solution of nickel nitrate of 1M concentration was added to a desired loading amount at 25 ° C. Stir for time. Then, the flask containing the solution was connected to a rotary vacuum evaporator, and water was evaporated while rotating at a temperature of 100 Torr and a temperature of 80 ° C. The catalyst precursor powder having evaporated water was put in a drying oven, dried at 100 ° C. for 12 hours, and then put in a calcination furnace for firing at 600 ° C. for 6 hours in air to complete a reforming catalyst. The amount of nickel supported was 10 wt% (Example 4), 20 wt% (Example 5), and 30 wt% (Example 6) based on the total weight of the catalyst.

(실시예 7 ~ 9) (Examples 7-9)

: 용융법에 의한 Ni/0.29MgO-0.71Al2O3 개질촉매의 제조: Preparation of Ni / 0.29MgO-0.71Al 2 O 3 Reforming Catalyst by Melting Method

상기 제조예 3에서 제조한 0.29MgO-0.71Al2O3 담체에 용융법을 사용하여 니켈을 담지시켜 니켈 개질촉매를 제조하는 과정은 다음과 같다. The process of preparing a nickel reforming catalyst by supporting nickel on a 0.29MgO-0.71Al 2 O 3 carrier prepared in Preparation Example 3 using a melting method is as follows.

담체 분말 20g과 원하는 담지량에 해당하는 니켈 질산염 육수화물을 잘 혼합한다. 이때, 균일하게 잘 혼합되도록 ball-mill 등의 방법을 쓰는 것이 좋다. 다음 단계로 촉매 전구체 분말을 건조 오븐에 넣고 100 ℃에서 12시간 동안 건조한 후 소성로에 넣고 공기중에서 800 ℃에서 6시간 동안 소성하여 개질촉매를 완성하였다. 니켈의 담지량은 각각 촉매 전체 중량에 대하여 10wt%(실시예 7), 20wt%(실시예 8), 30wt%(실시예 9)로 하였다.20 g of the carrier powder and the nickel nitrate hexahydrate corresponding to the desired loading amount are mixed well. At this time, it is good to use a method such as ball-mill to mix uniformly well. In the next step, the catalyst precursor powder was put in a drying oven, dried at 100 ° C. for 12 hours, and then placed in a calcination furnace for 6 hours at 800 ° C. in air to complete the reforming catalyst. The amount of nickel supported was 10 wt% (Example 7), 20 wt% (Example 8), and 30 wt% (Example 9) based on the total weight of the catalyst.

(비교예 1) (Comparative Example 1)

: 담체 표면적이 50 m2/g 이하인 0.12Ni/0.29MgO-0.71Al2O3 촉매의 제조: Preparation of 0.12Ni / 0.29MgO-0.71Al 2 O 3 Catalyst with Carrier Surface Area of 50 m 2 / g or Less

본 발명의 촉매와 개질 활성 및 촉매 안정성을 비교하기 위한 비교촉매로서 다음의 촉매를 제조하였다. 먼저, 비교예 1에서는 실제 상업용 수증기 개질촉매로 널리 쓰이고 있는 12% Ni/MgAl2O4 (MgO: 29%)와 동일한 조성과 물성을 지니는 촉매를 다음과 같은 방법으로 제조하였다. The following catalyst was prepared as a comparative catalyst for comparing the catalyst of the present invention with the reforming activity and catalyst stability. First, in Comparative Example 1, a catalyst having the same composition and physical properties as 12% Ni / MgAl 2 O 4 (MgO: 29%), which is widely used as a commercial steam reforming catalyst, was prepared by the following method.

제조예 3에 의하여 담체를 제조하되 담체의 소성을 1200 ℃에서 6시간동안 하였다. 소성된 담체의 BET 표면적은 15 m2/g이었다. 이때 XRD로 측정한 담체의 결정크기는 53 nm이었다. 여기에 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되 촉매 중 니켈의 함량은 12wt%로 하였다. A carrier was prepared according to Preparation Example 3, but the firing of the carrier was performed at 1200 ° C. for 6 hours. The BET surface area of the calcined carrier was 15 m 2 / g. At this time, the crystal size of the carrier measured by XRD was 53 nm. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, but the nickel content of the catalyst was 12 wt%.

(비교예 2 및 3) (Comparative Examples 2 and 3)

: 0.12Ni/0.1MgO-0.9Al2O3 촉매 및 0.12Ni/0.4MgO-0.6Al2O3의 제조Preparation of 0.12Ni / 0.1MgO-0.9Al 2 O 3 Catalyst and 0.12Ni / 0.4MgO-0.6Al 2 O 3

담체 중 MgO의 함량이 개질 활성 및 촉매 안정성에 미치는 영향을 살펴보기 위한 비교촉매로서 다음의 촉매를 제조하였다. The following catalyst was prepared as a comparative catalyst for examining the effect of the MgO content in the carrier on the reforming activity and catalyst stability.

먼저, 제조예 1과 동일한 조건에서 담체를 제조하되, 담체 중 MgO의 함량이 10wt%가 되도록 하였다. 여기에 실시예 4와 동일한 방법으로 촉매를 제조하되 촉매 중 니켈의 함량은 12wt%로 하였다 (비교예 2). 비교예 3의 0.12Ni/0.4MgO-0.6Al2O3 촉매는 앞의 비교예 2와 동일하게 제조하되 담체 중 MgO의 함량이 40wt%가 되도록 하였다. First, a carrier was prepared under the same conditions as Preparation Example 1, but the content of MgO in the carrier was 10wt%. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 4, but the content of nickel in the catalyst was 12 wt% (Comparative Example 2). 0.12Ni / 0.4MgO-0.6Al 2 O 3 catalyst of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, but the content of MgO in the carrier was 40wt%.

(비교예 4 및 5) (Comparative Examples 4 and 5)

: 0.5Ni/0.29MgO-0.71Al2O3 촉매 및 0.4Ni/0.29MgO-0.71Al2O3의 제조: Preparation of 0.5Ni / 0.29MgO-0.71Al 2 O 3 Catalyst and 0.4Ni / 0.29MgO-0.71Al 2 O 3

촉매 중 Ni의 함량이 개질 활성 및 촉매 안정성에 미치는 영향을 살펴보기 위한 비교촉매로서 다음의 촉매를 제조하였다. The following catalyst was prepared as a comparative catalyst for examining the effect of the Ni content in the catalyst on the reforming activity and catalyst stability.

먼저, 비교예 4에서는 제조예 3과 동일한 조건에서 담체를 제조하였고, 실시예 7과 동일한 방법으로 촉매를 제조하되 촉매 중 니켈의 함량은 5wt%로 하였다. 비교예 5에서는 앞의 비교예 4와 동일하게 제조하되 촉매 중 니켈의 함량은 40wt%로 하였다. First, in Comparative Example 4, a carrier was prepared under the same conditions as in Preparation Example 3, and a catalyst was prepared in the same manner as in Example 7, but the nickel content of the catalyst was 5wt%. In Comparative Example 5 was prepared in the same manner as in Comparative Example 4, but the content of nickel in the catalyst was 40wt%.

(실험예 1)Experimental Example 1

: 천연가스의 수증기-이산화탄소 복합개질반응을 통한 니켈 개질촉매의 개질 활성 측정: Determination of Reforming Activity of Nickel Reforming Catalyst by Steam-Carbon Dioxide Reforming Reaction of Natural Gas

상기 실시예 1 ~ 9의 니켈 개질촉매의 개질 활성을 비교예 1 ~ 5의 비교촉매와 비교하기 위하여, 천연가스의 수증기-이산화탄소 복합개질반응을 수행하였다. 촉매의 개질 활성을 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.In order to compare the reforming activity of the nickel reforming catalysts of Examples 1 to 9 with the comparative catalysts of Comparative Examples 1 to 5, a steam-carbon dioxide reforming reaction of natural gas was performed. The reforming activity of the catalyst was measured by the following method, and the results are shown in Table 1 below.

촉매 활성의 측정에는 실험실에서 제작한 전형적인 고정층 촉매 반응장치를 사용하였는데, 먼저 촉매를 펠렛(Pellet) 형태로 만든 후, 몰타르에서 분쇄하고 60 ~ 100 메쉬 크기의 촉매 입자만을 체로 걸러서 반응기에 충진한 후 반응하기 전 에 5 % 수소로 700 ℃에서 1시간 동안 환원한 다음 사용하였다. 반응물로서 CH4:H2O:CO2 비를 1 : 0.8 : 0.4의 비율로 반응기에 주입하였다. 또한 메탄 전환율을 계산하기 위하여 reference 기체로 질소를 메탄과 동일한 양을 흘려주었다. 이때, 반응기의 온도는 전기히터와 프로그램 가능한 자동온도 조절장치(한영전자, HY P-100)에 의해 600 ~ 850 ℃의 범위에서 조절하였으며, 다른 설명이 없는 경우 공간속도가 촉매 그램, 시간당 530,000 cm3가 되도록 질량 유속 조절기(Mass Flow Controller)로 기체의 유량을 조절하면서 기체를 주입하여 연속적으로 반응시켜 합성가스를 제조하였다. 반응 전후 기체의 조성은 반응장치에 직접 연결된 마이크로 기체 크로마토그래프(Agilent 3000)로 분석하였다. A typical fixed bed catalytic reactor manufactured in the laboratory was used for the measurement of catalyst activity. First, the catalyst was pelletized, then pulverized in mortar, and only 60-100 mesh sized catalyst particles were sieved to fill the reactor. Before the reaction, the mixture was reduced with 5% hydrogen at 700 ° C. for 1 hour and then used. As a reactant, a CH 4 : H 2 O: CO 2 ratio was injected into the reactor at a ratio of 1: 0.8: 0.4. Also, to calculate the methane conversion rate, nitrogen was flowed in the same amount as methane as the reference gas. At this time, the temperature of the reactor was controlled in the range of 600 ~ 850 ℃ by an electric heater and a programmable thermostat (Hanyoung Electronics, HY P-100), the space velocity is grams of catalyst, 530,000 cm per hour unless otherwise stated Synthesis gas was prepared by continuously injecting the gas while controlling the flow rate of the gas with a mass flow controller to be 3 . The composition of the gas before and after the reaction was analyzed by a micro gas chromatograph (Agilent 3000) directly connected to the reactor.

천연가스 개질촉매는 고온에서의 활성과 안정성을 측정하기 위하여 650 ℃에서의 활성을 시간의 흐름에 따라 측정하였는데, 초기 활성과 20시간 후의 활성을 메탄의 전환율을 통하여 측정하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다. 그리고, 촉매 안정도는 다음 수학식 1에 의해 측정하였다.The natural gas reforming catalyst was measured at 650 ° C over time to measure the activity and stability at high temperature. The initial activity and the activity after 20 hours were measured by the conversion of methane. The results are shown in Table 1 below. And catalyst stability was measured by the following formula (1).

Figure 112007072106186-pat00001
Figure 112007072106186-pat00001

Figure 112007072106186-pat00002
Figure 112007072106186-pat00002

상기 표 1에서 보면, 실시예 1 ∼ 9에 의해 제조한 촉매는 모두 650 ℃, 반응물인 CH4 : H2O : CO2 비를 1 : 0.8 : 0.4, 공간속도 530,000 cm3/h-g 조건에서 촉매 안정도가 모두 95% 이상으로 상대적으로 안정성을 나타냄을 알 수 있었다. 이것은 메탄에 대한 수증기 및 이산화탄소의 비율이 1.2이며, 공간속도가 530,000 cm3/h-g으로 상업적인 수증기 개질 공정에 비하여 150배 이상 빠른 공간속도인 열악조건에서 나타난 활성 및 안정성이기 때문에 실제 3,000 h-1 공간속도에 적용할 경우 더 높은 메탄 전환율과 안정성을 기대할 수 있다. As shown in Table 1, the catalysts prepared in Examples 1 to 9 are all at 650 ° C., and the catalysts have a CH 4 : H 2 O: CO 2 ratio of 1: 0.8: 0.4 and a space velocity of 530,000 cm 3 / hg. All of the stability was found to be relatively stable with more than 95%. It is actually 3,000 h -1 space because the ratio of water vapor and carbon dioxide to methane is 1.2, and the space velocity is 530,000 cm 3 / hg, which is the activity and stability exhibited in poor conditions, which are 150 times faster than the commercial steam reforming process. When applied to speeds, higher methane conversion and stability can be expected.

참고로, 사용한 촉매의 탄소 침적 정도를 확인하기 위하여 실시예 1의 촉매를 20시간 반응시킨 후 관찰한 SEM 사진을 도 1에 나타내었다. 도 1에서 확인할 수 있듯이 실시예 1에 의한 촉매는 비교적 탄소가 덜 생겼음을 확인할 수 있다. For reference, in order to confirm the degree of carbon deposition of the used catalyst, the SEM photograph observed after reacting the catalyst of Example 1 for 20 hours is shown in FIG. 1. As can be seen in Figure 1 it can be seen that the catalyst according to Example 1 is produced relatively less carbon.

이에 반하여, 비교 촉매로서 담체의 표면적 15 m2/g, 담체의 결정크기 53 nm인 비교예 1의 경우, 초기 메탄 전환율이 49%로 낮게 나타났으며, 20시간 후에는 35%로 촉매 안정도 72%인 낮은 활성과 안정성을 나타내었다. On the contrary, in the case of Comparative Example 1 having a surface area of 15 m 2 / g of carrier and a crystal size of 53 nm of carrier, the initial methane conversion was 49%, and after 20 hours, the catalyst stability was 72%. Low activity and stability.

따라서, 수증기와 이산화탄소를 이용한 복합 개질 반응의 경우 담체의 표면적과 담체 결정크기가 매우 중요하며, 50 m2/g 이상의 표면적과 담체 결정크기 20 nm 이하를 유지해야 높은 활성과 안정성을 가짐을 알 수 있다. 참고로, 사용한 촉매의 탄소 침적 정도를 확인하기 위하여 비교예 1의 촉매를 20시간 반응시킨 후 관찰한 SEM 사진을 도 2에 나타내었다. 도 2에서 확인할 수 있듯이 상업용으로 사용되는 촉매를 그대로 수증기-이산화탄소 복합개질에 사용할 경우 탄소 침적이 매우 심함을 확인할 수 있다. 따라서, 상업적으로 널리 쓰이는 촉매보다 본 발명에 의한 촉매가 더욱 높은 활성과 안정성을 나타냄으로써 기존의 상용 촉매를 대체할 수 있는 가능성을 제시한다.Therefore, in the case of the complex reforming reaction using water vapor and carbon dioxide, the surface area of the carrier and the crystal size of the carrier are very important, and the surface area and the carrier crystal size of 50 m 2 / g and the carrier crystal size of 20 nm or less have to be maintained to have high activity and stability. have. For reference, in order to confirm the degree of carbon deposition of the used catalyst, SEM images observed after reacting the catalyst of Comparative Example 1 for 20 hours are shown in FIG. 2. As can be seen in Figure 2 it can be seen that carbon deposition is very severe when the catalyst used for commercial use in the steam-carbon dioxide complex reforming as it is. Therefore, the catalyst according to the present invention exhibits higher activity and stability than commercially widely used catalysts, suggesting the possibility of replacing existing commercial catalysts.

담체 중 MgO 함량이 10wt%인 비교예 2의 경우, 20시간 후 메탄 전환율이 초기에 비하여 88%로 촉매 안정도가 90% 미만으로 나왔다. 참고로, 사용한 촉매의 탄소 침적 정도를 확인하기 위하여 비교예 2의 촉매를 20시간 반응시킨 후 관찰한 SEM 사진을 도 3에 나타내었다. 비교예 2에 의한 촉매의 경우도 수증기-이산화탄소 복합개질 반응에서 탄소 침적이 심함을 확인할 수 있다. In Comparative Example 2 having a MgO content of 10 wt% in the carrier, the methane conversion after 20 hours was 88% compared to the initial stage, resulting in less than 90% catalyst stability. For reference, in order to confirm the degree of carbon deposition of the used catalyst, SEM images observed after reacting the catalyst of Comparative Example 2 for 20 hours are shown in FIG. 3. In the case of the catalyst according to Comparative Example 2, it can be confirmed that carbon deposition is severe in the steam-carbon dioxide complex reforming reaction.

마찬가지로, 담체 중 MgO 함량이 40wt%인 비교예 3의 경우, 20시간 후 메탄 전환율이 초기에 비하여 87%로 촉매비활성화도가 90% 미만으로 나왔다. 사용한 촉매의 탄소 침적 정도를 확인하기 위하여 비교예 3의 촉매를 20시간 반응시킨 후 관찰한 SEM 사진을 도 4에 나타내었다. 비교예 3에 의한 촉매의 경우도 수증기-이산화탄소 복합개질 반응에서 탄소 침적이 심함을 확인할 수 있다. Similarly, in the case of Comparative Example 3 having an MgO content of 40 wt% in the carrier, the methane conversion was 87% after 20 hours, and the catalyst deactivation was less than 90%. In order to confirm the degree of carbon deposition of the used catalyst, the SEM photograph observed after reacting the catalyst of Comparative Example 3 for 20 hours is shown in FIG. 4. In the case of the catalyst according to Comparative Example 3, it can be seen that carbon deposition is severe in the steam-carbon dioxide complex reforming reaction.

비교예 4에 의한 촉매는 5wt%의 니켈 담지량 가지는 경우로, 20시간 후 메탄전환율이 초기의 73%로 안정성 측면에서 문제가 있었다. 이것은 활성성분인 니켈의 함량이 낮아서 시간의 흐름에 따라 쉽게 비활성화되기 때문이다. The catalyst according to Comparative Example 4 had a nickel loading of 5 wt%, and the methane conversion rate after 20 hours had a problem in terms of stability at 73% of the initial stage. This is because the content of nickel, the active ingredient, is low and is easily deactivated over time.

비교예 5에 의한 촉매는 40wt%의 니켈 담지량 가지는 경우로, 반응시작 초기에 심한 탄소침적으로 인한 반응기 막힘 현상이 발생하여 수증기-이산화탄소 복합개질 반응을 수행할 수 없었다. 따라서, 니켈 담지량이 40wt%인 경우에는 수증기-이산화탄소 복합 개질 반응에 부적합함을 확인할 수 있다. The catalyst according to Comparative Example 5 had a loading of 40 wt% nickel, and thus, the reactor was clogged due to severe carbon deposition at the beginning of the reaction, and thus the steam-carbon dioxide complex reforming reaction could not be performed. Therefore, when the amount of nickel supported is 40wt%, it can be confirmed that it is not suitable for the steam-carbon dioxide complex reforming reaction.

(실험예 2)Experimental Example 2

: 반응온도 700 ∼ 800 ℃에서 메탄의 수증기-이산화탄소 복합 개질반응을 통한 니켈 촉매의 개질 활성 측정 : Reforming activity of nickel catalyst by steam-carbon dioxide reforming reaction of methane at reaction temperature 700 ~ 800 ℃

본 실험예에서는 상기 실시예 1 ∼ 3에서 제조된 니켈 개질촉매들의 다양한 온도범위에서 개질 활성을 측정하였으며, 이들의 활성은 다음과 같은 방법에 의해 측정되었다.In this experimental example, the reforming activity was measured at various temperature ranges of the nickel reforming catalysts prepared in Examples 1 to 3, and their activity was measured by the following method.

촉매 활성의 측정에는 상기 실험예 1과 동일한 방법을 사용하였다. 단, 반응온도 700 ∼ 800 ℃에서 활성을 시간의 흐름에 따라 측정하였는데, 초기 활성과 20시간 후의 활성을 메탄의 전환율을 통하여 측정하였다. 그리고, 촉매 안정도는 앞에서 언급한 수학식 1에 의해 측정하였다. 표 2에 반응결과를 나타내었다. The same method as in Experimental Example 1 was used to measure the catalytic activity. However, the activity was measured at a reaction temperature of 700 ~ 800 ℃ over time, the initial activity and the activity after 20 hours was measured through the conversion of methane. And catalyst stability was measured by the above-mentioned Formula (1). Table 2 shows the reaction results.

Figure 112007072106186-pat00003
Figure 112007072106186-pat00003

상기 표 2에서 보면, 본 발명의 실시예에 의해 제조한 개질촉매의 활성과 안정성이 반응온도 700 ∼ 800 ℃에서 매우 우수함을 알 수 있다. 특히, 모든 온도 조건에서 거의 평형전환율에 근접한 메탄 전환율을 보였는데, 공간속도가 530,000 cm3/h-g에서 평형전환율을 나타냈다는 것은 본 발명에 의한 촉매의 활성이 매우 높음을 알 수 있다. 이것을 Zhang 등이 나노크기 Ni/ZrO2 촉매를 이용하여 문헌에 보고한 결과(Catal. Today 98, 601 (2004))와 비교하면, 반응온도 800℃, 메탄기준 공간속도 100,000 h-1 이상에서 96%이상의 메탄 전환율을 나타낸 것으로 문헌의 결과인 동일 온도 메탄기준 공간속도 36,000 h-1에서 메탄 전환율 40%에서 비하여 매우 월등한 촉매 활성을 나타낸 것이다. 한편, 20시간 후의 메탄 전환율이 초기 전환율과 거의 같아, 촉매 안정도도 매우 높게 나왔다. 따라서, 본 발명에 의한 촉매는 반응온도 700℃ 이상에서 높은 활성과 안정성을 가짐을 확인할 수 있다. From Table 2, it can be seen that the activity and stability of the reforming catalyst prepared according to the embodiment of the present invention are very excellent at the reaction temperature of 700 ~ 800 ℃. In particular, the methane conversion was almost close to the equilibrium conversion at all temperature conditions, it can be seen that the activity of the catalyst according to the present invention is very high that the equilibrium conversion at the space velocity of 530,000 cm 3 / hg. Compared to the results reported by Zhang et al. In the literature using nano-size Ni / ZrO 2 catalysts (Catal. Today 98, 601 (2004)), the reaction temperature was 800 ° C. and the methane reference space velocity of 100,000 h −1 was higher than 96. It showed methane conversion of more than%, which shows very superior catalytic activity compared to the methane conversion of 40% at the same temperature methane-based space velocity of 36,000 h −1 . On the other hand, the methane conversion after 20 hours was almost the same as the initial conversion, and the catalyst stability was also very high. Therefore, it can be confirmed that the catalyst according to the present invention has high activity and stability at a reaction temperature of 700 ° C. or higher.

(실험예 3)Experimental Example 3

: 반응물 중 수증기 대 이산화탄소 비의 변화에 따른 생성물 중 수소 대 일산화탄소 비의 조절 : Control of the hydrogen to carbon monoxide ratio in the product according to the change of water vapor to carbon dioxide ratio in the reactants

본 실험예에서는 상기 실시예 1에서 제조된 니켈 개질촉매를 이용하여 반응물 중 수증기 대 이산화탄소의 비를 변화시켜 생성물 중 수소 대 일산화탄소의 비를 조절하는 것을 나타낸다. 촉매반응은 다음과 같은 방법에 의해 측정되었다.In the present experimental example, the nickel reforming catalyst prepared in Example 1 was used to change the ratio of water vapor to carbon dioxide in the reactants to control the ratio of hydrogen to carbon monoxide in the product. Catalysis was measured by the following method.

촉매 활성의 측정에는 상기 실험예 1과 동일한 방법을 사용하였다. 단, 반응온도 800 ℃에서 반응물 중 수증기 대 이산화탄소의 비를 변화시키면서 생성물 중의 수소 대 일산화탄소 비를 측정하였으며 그 결과를 표 3에 나타내었다. The same method as in Experimental Example 1 was used to measure the catalytic activity. However, the hydrogen to carbon monoxide ratio in the product was measured while changing the ratio of water vapor to carbon dioxide in the reaction at a reaction temperature of 800 ° C. The results are shown in Table 3.

Figure 112007072106186-pat00004
Figure 112007072106186-pat00004

표 3에서 나타나듯이 (H2O + CO2)/CH4의 비를 1.2로 고정시킨 상태에서 반응물인 H2O과 CO2의 비를 변화시킴에 따라 생성물의 H2/CO 비를 조절할 수 있음을 확인하였다. 예를 들어 메탄의 이산화탄소개질의 경우 H2/CO 비가 약 0.9로 나왔으며 수증기와 이산화탄소를 메탄에 대하여 각각 0.6씩 공급할 경우에는 H2/CO 비가 약 1.5가 됨을 알 수 있다. H2O : CO2 : N2 : CH4 = 0.9 : 0.3 : 1 : 1과 H2O : CO2 : N2 : CH4 = 0.8 : 0.4 : 1 : 1인 조건 사이에서 생성물의 H2/CO 비는 각각 2.0 그리고 2.3을 얻었다. 만약 수증기 개질 반응만을 수행할 경우 H2/CO 비가 3.3 얻어졌는데, 이것은 약간의 과량의 수증기를 사용함에 따른 수성가스 전환반응(CO + H2O → CO2 + H2)에 의한 결과이다. 따라서, 본 발명에 의한 촉매를 사용하여 반응물의 조성을 변화시켜 수증기 개질 반응과 이산화탄소 개질반응을 혼합한 혼합 개질 반응을 통하여 생성물의 H2/CO 비를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in Table 3, the H 2 / CO ratio of the product can be controlled by changing the ratio of H 2 O and CO 2 as reactants while the ratio of (H 2 O + CO 2 ) / CH 4 is fixed at 1.2. It was confirmed that there is. For example, in the case of carbon dioxide reforming of methane, the H 2 / CO ratio is about 0.9, and the H 2 / CO ratio is about 1.5 when water vapor and carbon dioxide are respectively supplied to 0.6 methane. H 2 O: CO 2: N 2: CH 4 = 0.9: 0.3: 1: 1 and H 2 O: CO 2: N 2: CH 4 = 0.8: 0.4: 1: the product between one of the conditions of H 2 / CO ratios were 2.0 and 2.3 respectively. If only steam reforming was carried out, a H 2 / CO ratio of 3.3 was obtained, which is the result of the water gas shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ) with some excess steam. Therefore, it can be seen that the H 2 / CO ratio of the product can be controlled through a mixed reforming reaction in which the composition of the reactants is changed using the catalyst according to the present invention to mix the steam reforming reaction and the carbon dioxide reforming reaction.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수증기-이산화탄소 복합개질용 촉매 사용후 SEM 사진이고,1 is a SEM photograph after using the catalyst for steam-carbon dioxide reforming according to an embodiment of the present invention,

도 2는 비교촉매 중 비교예 1의 사용후 촉매 SEM 사진이고,2 is a SEM photograph of the used catalyst of Comparative Example 1 in the comparative catalyst,

도 3은 비교촉매 중 비교예 2의 사용후 촉매 SEM 사진이고,3 is a SEM photograph of the used catalyst of Comparative Example 2 in the comparative catalyst,

도 4는 비교촉매 중 비교예 3의 사용후 촉매 SEM 사진이다.4 is a SEM photograph of the used catalyst of Comparative Example 3 in the comparative catalyst.

Claims (6)

수증기와 이산화탄소의 복합개질에 의한 천연가스로부터 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는데 사용되는 니켈계 개질촉매에 있어서, In the nickel-based reforming catalyst used to produce a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide from natural gas by a complex reforming of water vapor and carbon dioxide, 담체의 BET 표면적이 50 ~ 150 m2/g 범위이며 담체의 결정크기가 20 nm 이하인 스핀넬 구조를 가지며, 활성성분인 니켈의 결정크기가 20 nm 이하인 나노크기를 가지는 다음 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3에 나노크기로 담지된 니켈계 개질촉매. BET surface area of the carrier is in the range of 50 ~ 150 m 2 / g and has a spinel structure having a crystal size of 20 nm or less, and a nano-size having a crystal size of 20 nm or less of the active ingredient nickel is represented by the following formula (1) A nickel-based reforming catalyst supported nanoscale in yMgO (1-y) Al 2 O 3 having a nanosized crystal having a high surface area spinel structure. [화학식 1][Formula 1] xNi/yMgO(1-y)Al2O3 xNi / yMgO (1-y) Al 2 O 3 상기 화학식 1에서, x는 촉매 중 Ni의 wt%를 나타내며, y는 담체 중 MgO의 wt%를 나타내는 것으로, x는 6 ~ 35% 범위이고, y는 15 ~ 35% 범위로 한정된다. In Formula 1, x represents wt% of Ni in the catalyst, y represents wt% of MgO in the carrier, x is in the range of 6 to 35%, and y is limited to the range of 15 to 35%. 상기 제 1항에 따른 촉매를 400 ∼ 1,000℃의 온도에서 수소 또는 수소를 함유한 혼합기체를 이용하여 환원 처리한 촉매상에서, 반응온도 600 ∼ 1000 ℃, 반응압력 0.5 ∼ 30 기압, 공간속도 1,000 ∼ 1,500,000 h-1의 조건하에서 천연가스에 대한 수증기의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위, 천연가스에 대한 이산화탄소의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위를 가지는 수증기와 이산화탄소로 구성된 개질기체로 천연가스 또는 메탄을 개질반응하여 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는 것을 특징으로 하는 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3에 나노크기로 담지된 니켈계 개질촉매를 이용한 수증기-이산화탄소 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스의 제조방법.The catalyst according to claim 1 is subjected to a reduction treatment using hydrogen or a mixed gas containing hydrogen at a temperature of 400 to 1,000 ° C., reaction temperature of 600 to 1000 ° C., reaction pressure of 0.5 to 30 atmospheres, and space velocity of 1,000 to A reformed gas composed of steam and carbon dioxide having a molar ratio of water vapor to natural gas in the range of 0.1 to 1.9 and a molar ratio of carbon dioxide to natural gas under a condition of 1,500,000 h -1 to reform the natural gas or methane Steam-carbon dioxide composite using a nickel-based reforming catalyst nanoscale-supported on yMgO (1-y) Al 2 O 3 having nanoscale crystals with a high surface area spinel structure, characterized in that it produces a synthesis gas composed of carbon monoxide and carbon monoxide. Method for producing syngas from natural gas by reforming. 상기 제 1항에 따른 촉매상에서, 반응온도 600 ∼ 1000 ℃, 반응압력 0.5 ∼ 30 기압, 공간속도 1,000 ∼ 1,500,000 h-1의 조건하에서 천연가스에 대한 수증기의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위, 천연가스에 대한 이산화탄소의 반응몰비 0.1 ~ 1.9 범위를 가지는 수증기와 이산화탄소로 구성된 개질기체로 천연가스 또는 메탄을 개질반응하여 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는 것을 특징으로 하는 고표면적 스핀넬 구조의 나노크기 결정을 가지는 yMgO(1-y)Al2O3에 나노크기로 담지된 니켈계 개질촉매를 이용한 수증기-이산화탄소 복합개질에 의한 천연가스로부터 합성가스의 제조방법.On the catalyst according to claim 1 , the reaction mole ratio of water vapor to natural gas is in the range of 0.1 to 1.9, under the conditions of reaction temperature 600 to 1000 ° C, reaction pressure 0.5 to 30 atm, and space velocity of 1,000 to 1,500,000 h -1 . The nano-scale crystal of the high surface area spinel structure is characterized by producing a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide by reforming natural gas or methane with a reforming gas composed of steam and carbon dioxide having a reaction molar ratio of 0.1 to 1.9. A method for preparing syngas from natural gas by steam-carbon dioxide complex reforming using a nickel-based reforming catalyst having nanoscale supported on yMgO (1-y) Al 2 O 3 . 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 합성가스는 수소 : 일산화탄소의 조성비를 1 : 2.5 ∼ 2.5 : 1 사이로 조절되도록 한 것을 특징으로 하는 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스의 제조방법.The synthesis gas is a method for producing a synthesis gas consisting of hydrogen and carbon monoxide, characterized in that the composition ratio of hydrogen: carbon monoxide is controlled to 1: 2.5 to 2.5: 1. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 합성가스는 수소 : 일산화탄소의 조성비를 1 : 2.5 ∼ 2.5 : 1 사이로 조절되도록 한 것을 특징으로 하는 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스의 제조방법.The synthesis gas is a method for producing a synthesis gas consisting of hydrogen and carbon monoxide, characterized in that the composition ratio of hydrogen: carbon monoxide is controlled to 1: 2.5 to 2.5: 1. 삭제delete
KR1020070101016A 2007-10-08 2007-10-08 High surface area spinel structured nano crystalline sized ymgo (1-y) al2o3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas KR100892033B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070101016A KR100892033B1 (en) 2007-10-08 2007-10-08 High surface area spinel structured nano crystalline sized ymgo (1-y) al2o3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070101016A KR100892033B1 (en) 2007-10-08 2007-10-08 High surface area spinel structured nano crystalline sized ymgo (1-y) al2o3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100892033B1 true KR100892033B1 (en) 2009-04-07

Family

ID=40757304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070101016A KR100892033B1 (en) 2007-10-08 2007-10-08 High surface area spinel structured nano crystalline sized ymgo (1-y) al2o3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100892033B1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014092474A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-19 한국가스공사 Catalyst for manufacturing synthetic gas through steam-carbon dioxide reforming, and method for manufacturing synthetic gas by using same
KR101432621B1 (en) 2011-09-08 2014-08-21 한국에너지기술연구원 Reforming catalyst for manufacturing synthesis gas, method for manufacturing synthesis gas using the same, and reactor for manufacturing synthesis gas
US8916491B2 (en) 2011-11-08 2014-12-23 Basf Se Process for producing a methanation catalyst and a process for the methanation of synthesis gas
EP2776157A4 (en) * 2011-11-08 2015-08-12 Basf Se Process for producing reforming catalyst and reforming of methane
EP2776164A4 (en) * 2011-11-08 2015-08-19 Basf Se Process for producing methanation catalyst and process for methanation of synthesis gas
US9259712B2 (en) 2011-11-08 2016-02-16 Basf Se Process for producing a reforming catalyst and the reforming of methane
US10357759B2 (en) 2014-07-17 2019-07-23 Sabic Global Technologies B.V. Use of olivine catalysts for carbon dioxide reforming of methane
KR20200004678A (en) * 2018-07-04 2020-01-14 한국에너지기술연구원 Catalyst for oxidative coupling of methane

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6402989B1 (en) 1999-07-30 2002-06-11 Conoco Inc. Catalytic partial oxidation process and promoted nickel based catalysts supported on magnesium oxide
US20020177628A1 (en) 1999-10-18 2002-11-28 Conoco Inc. Nickel-rhodium based catalysts for synthesis gas production
JP2007203159A (en) 2006-01-31 2007-08-16 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Catalyst for reforming hydrocarbon, its manufacturing method and hydrogen-manufacturing method using the catalyst

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6402989B1 (en) 1999-07-30 2002-06-11 Conoco Inc. Catalytic partial oxidation process and promoted nickel based catalysts supported on magnesium oxide
US20020177628A1 (en) 1999-10-18 2002-11-28 Conoco Inc. Nickel-rhodium based catalysts for synthesis gas production
JP2007203159A (en) 2006-01-31 2007-08-16 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Catalyst for reforming hydrocarbon, its manufacturing method and hydrogen-manufacturing method using the catalyst

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101432621B1 (en) 2011-09-08 2014-08-21 한국에너지기술연구원 Reforming catalyst for manufacturing synthesis gas, method for manufacturing synthesis gas using the same, and reactor for manufacturing synthesis gas
US8916491B2 (en) 2011-11-08 2014-12-23 Basf Se Process for producing a methanation catalyst and a process for the methanation of synthesis gas
EP2776157A4 (en) * 2011-11-08 2015-08-12 Basf Se Process for producing reforming catalyst and reforming of methane
EP2776164A4 (en) * 2011-11-08 2015-08-19 Basf Se Process for producing methanation catalyst and process for methanation of synthesis gas
US9259712B2 (en) 2011-11-08 2016-02-16 Basf Se Process for producing a reforming catalyst and the reforming of methane
WO2014092474A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-19 한국가스공사 Catalyst for manufacturing synthetic gas through steam-carbon dioxide reforming, and method for manufacturing synthetic gas by using same
KR101421825B1 (en) * 2012-12-12 2014-07-22 한국가스공사 Catalysts for preparing syn-gas by steam-carbon dioxide reforming reaction and process for preparing syn-gas using same
CN104955570A (en) * 2012-12-12 2015-09-30 韩国Gas公社研究开发院 Catalyst for manufacturing synthetic gas through steam-carbon dioxide reforming, and method for manufacturing synthetic gas by using same
AU2013360529B2 (en) * 2012-12-12 2016-09-22 Korea Gas Corporation Catalyst for manufacturing synthetic gas through steam-carbon dioxide reforming, and method for manufacturing synthetic gas by using same
US10357759B2 (en) 2014-07-17 2019-07-23 Sabic Global Technologies B.V. Use of olivine catalysts for carbon dioxide reforming of methane
KR20200004678A (en) * 2018-07-04 2020-01-14 한국에너지기술연구원 Catalyst for oxidative coupling of methane
KR102090749B1 (en) 2018-07-04 2020-04-23 한국에너지기술연구원 Catalyst for oxidative coupling of methane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100892033B1 (en) High surface area spinel structured nano crystalline sized ymgo (1-y) al2o3-supported nano-sized nickel reforming catalysts and their use for producing synthesis gas from combined steam and carbon dioxide reforming of natural gas
US20240139718A1 (en) Perovskite metal oxide catalyst, in which metal ion is substituted, for reducing carbon deposition, preparation method therefor, and methane reforming reaction method using same
KR100991263B1 (en) Nickel based Catalyst for reforming of natural gas with mixture of steam and carbon dioxide
KR20070043829A (en) Promoted calcium-aluminate supported catalysts for synthesis gas generation
EP1513613A2 (en) Catalyst
EP2675561A1 (en) Catalysts for use in steam reforming processes
KR20160133490A (en) Yttrium-containing catalyst for high-temperature carbon dioxide hydration, combined high-temperature carbon dioxide hydration, and reforming and/or reforming, and a method for high-temperature carbon dioxide hydration, combined high-temperature carbon dioxide hydration, and reforming and/or reforming
JP5327323B2 (en) Hydrocarbon gas reforming catalyst, method for producing the same, and method for producing synthesis gas
JP2000288394A (en) Reforming catalyst and production of synthetic gas using the catalyst
KR101432621B1 (en) Reforming catalyst for manufacturing synthesis gas, method for manufacturing synthesis gas using the same, and reactor for manufacturing synthesis gas
JP2000000469A (en) Nickel based catalyst for reforming and production of synthetic gas using the same
WO2003039740A1 (en) Combustion deposited metal-metal oxide catalysts and process for producing synthesis gas
JP4332724B2 (en) Autothermal reforming catalyst and method for producing the same, and method for producing hydrogen using the autothermal reforming catalyst
KR101421825B1 (en) Catalysts for preparing syn-gas by steam-carbon dioxide reforming reaction and process for preparing syn-gas using same
JP4488178B2 (en) Methanation catalyst and method for producing the same, and method for methanation of carbon monoxide using the methanation catalyst
JP5531462B2 (en) Carbon dioxide reforming catalyst, method for producing the same, carrier for carbon dioxide reforming catalyst, reformer, and method for producing synthesis gas
Stolze et al. Stability of Ni/SiO 2-ZrO 2 catalysts towards steaming and coking in the dry reforming of methane with carbon dioxide
KR102092736B1 (en) Preparation Method of Reduced Carbon Poisoning Perovskite Catalyst Impregnated with Metal Ion, and Methane Reforming Method Threrewith
KR101401170B1 (en) Lanthanum containing catalysts for preparing syn-gas by steam-carbon dioxide reforming reaction and process for preparing syn-gas using same
KR100394076B1 (en) Nickel reforming catalyst and preparing method of synthesis gas or hydrogen from natural gas by steam reforming
KR100336968B1 (en) Modified Zirconia-supported nickel reforming catalysts and its use for producing synthesis gas from natural gas
KR101570943B1 (en) A perovskite-like catalyst supported on alumina having a bimodal pore structure for combined steam and co_2 reforming reaction with methane and a preparation method thereof
KR100390774B1 (en) The preparation method of synthesis gas from natural gas by oxygen or steam-oxygen mixed reforming
JP4340892B2 (en) Hydrocarbon cracking catalyst and method for producing the same, and method for producing hydrogen using the hydrocarbon cracking catalyst
CA3223343A1 (en) Method for producing catalysts for high temperature chemical processes and catalysts thus obtained

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
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: 20130326

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140319

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160226

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180209

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181211

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 12