KR100980591B1 - A mesoporous nickel-alumina co-precipitated catalyst, preparation method thereof and production method of hydrogen gas by steam reforming of liquefied natural gas using said catalyst - Google Patents

A mesoporous nickel-alumina co-precipitated catalyst, preparation method thereof and production method of hydrogen gas by steam reforming of liquefied natural gas using said catalyst Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A mesoporous nickel-alumina co-precipitated catalyst is provided to obtain high conversion ratio of liquefied natural gas and hydrogen gas in a steam reforming reaction of the liquefied natural gas without deactivation for a long term and to obtain excellent catalyst activity and stability. CONSTITUTION: A method for preparing a mesoporous nickel-alumina co-precipitated catalyst comprises the following steps: manufacturing a solution including an aluminum precursor and a nickel precursor; manufacturing a nickel-aluminum composite slurry by putting nickel and aluminum to an alkali solution having pH 7 ~ 10 at 0.001 - 0.1 mole/hr and co-precipitating the solution; obtaining nickel-aluminum composite powder through washing, filtering, and drying processes after fermenting the nickel-aluminum composite slurry; and plasticizing the nickel-aluminum composite powder.

Description

중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 액화천연가스의 수증기 개질반응에 의한 수소 제조방법{A MESOPOROUS NICKEL-ALUMINA CO-PRECIPITATED CATALYST, PREPARATION METHOD THEREOF AND PRODUCTION METHOD OF HYDROGEN GAS BY STEAM REFORMING OF LIQUEFIED NATURAL GAS USING SAID CATALYST}MEAPOROUS NICKEL-ALUMINA CO-PRECIPITATED CATALYST, PREPARATION METHOD THEREOF AND PRODUCTION METHOD OF HYDROGEN GAS BY STEAM REFORMING OF LIQUEFIED NATURAL GAS USING SAID CATALYST}

본 발명은 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 액화천연가스의 수증기 개질반응에 의한 수소 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화천연가스의 수증기 개질반응에 의한 수소가스 제조에 사용되고, 알루미늄 전구체 및 니켈 전구체 용액을 pH 7 내지 10범위의 알칼리성 용액에서 공침하여 제조되며, 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1 범위이고 평균 기공크기가 2 내지 10nm 범위인 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 액화천연가스의 수증기 개질반응에 의한 수소 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a medium-porous nickel-alumina co-precipitation catalyst, a method for producing the same, and a method for producing hydrogen by steam reforming of liquefied natural gas using the catalyst, and more particularly, hydrogen by steam reforming of liquefied natural gas. It is used for gas production, and is prepared by coprecipitation of an aluminum precursor and a nickel precursor solution in an alkaline solution having a pH of 7 to 10, characterized in that the atomic ratio of nickel / aluminum is in the range of 0.01 to 1 and the average pore size is in the range of 2 to 10 nm. The present invention relates to a medium porosity nickel-alumina co-precipitation catalyst, a method for producing the same, and a method for producing hydrogen by steam reforming of a liquefied natural gas using the catalyst.

수소에너지는 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 지속가능한 에너지로써 주목을 받고 있다. 이에 따라 수소에너지의 광범위한 활용에 관한 연구가 지속적으로 진행되고 있다 [M. Schrope, Nature, 414권, 682쪽 (2001년)]. 특히, 수소에너지를 원료로 사용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 고분자전해질 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)의 상용화에 대한 연구가 공장, 각종 운송 수단 및 가정용 발전기(Residential Power Generator) 등의 다양한 방면으로의 적용을 목표로 활발하게 진행되고 있다. 하지만 고분자전해질 연료전지의 상용화를 위해서는 고순도의 수소가스를 안정적이고 효율적으로 생산하고 공급할 수 있는 촉매 공정을 개발하는 것이 필수적이다.Hydrogen energy is drawing attention as a sustainable energy that can replace existing fossil fuels. Accordingly, research on the widespread use of hydrogen energy has been continuously conducted [M. Schrope, Nature, Vol. 414, 682 (2001)]. In particular, research on the commercialization of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), which can produce electric energy using hydrogen energy as a raw material, has been conducted in various fields such as factories, transportation vehicles, and residential power generators. It is actively progressing toward the application to the field. However, in order to commercialize the polymer electrolyte fuel cell, it is essential to develop a catalytic process capable of producing and supplying high purity hydrogen gas stably and efficiently.

통상적으로 수소가스는 탄화수소류 및 알코올류를 주원료로 한 개질반응(Reforming Reaction)을 통해서 제조할 수 있는 것으로 알려져 있는데, 이때 주원료와 함께 사용되는 반응물의 종류에 따라 수증기 개질반응(Steam Reforming) [J.R. Rostrup-Nielsel, J. Sehested, J.K. Norskov, Adv. Catal., 47권, 65쪽 (2002년)], 자열 개질반응(Auto-thermal Reforming) [T. Takeguchi, S.-N. Furukawa, M. Inoue, K. Eguchi, Appl. Catal. A, 204권, 223쪽 (2003년)], 부분 산화 반응(Partial Oxidation) [P. Kim, Y. Kim, H. Kim, I.K. Song, J. Yi, Appl. Catal. A, 272권, 157쪽 (2004년)] 및 이산화탄소 개질반응(Carbon Dioxide Reforming) [대한민국특허 제 394,076호] 등으로 구분된다. 이러한 개질반응 중에서, 다른 반응에 비해 반응원료의 구성이 단순하여 반응 장비의 설계가 용이하고 장시간동안 안정적인 운전이 가능할 뿐만 아니라 최종적으로 얻어지는 수소의 선택성이 월등한 메탄의 수증기 개질반응이 상업적인 수소가스의 생산에 주로 이용되고 있다.Typically, hydrogen gas is known to be produced through reforming reactions using hydrocarbons and alcohols as main raw materials, depending on the type of reactants used with the main raw materials. Rostrup-Nielsel, J. Sehested, J.K. Norskov, Adv. Catal., Vol. 47, 65 (2002)], Auto-thermal Reforming [T. Takeguchi, S.-N. Furukawa, M. Inoue, K. Eguchi, Appl. Catal. A, Vol. 204, p. 223 (2003)], Partial Oxidation [P. Kim, Y. Kim, H. Kim, I.K. Song, J. Yi, Appl. Catal. A, Vol. 272, p. 157 (2004)] and Carbon Dioxide Reforming (Korean Patent No. 394,076). Among these reforming reactions, the composition of the reaction raw materials is simpler than other reactions, so that the design of the reaction equipment is easy and the stable operation for a long time is possible, and the steam reforming reaction of methane, which is superior in the selectivity of hydrogen finally obtained, is performed in commercial hydrogen gas. It is mainly used for production.

메탄과 에탄 등의 저급가스로 구성된 액화천연가스는 여타의 화석원료에 비해 전 세계적인 매장량이 광대하며 황함량이 극히 적고 운송 및 보관이 용이한 장 점을 갖추고 있기 때문에 그동안 열병합 발전, 가스 난방, 냉열이용산업 및 각종 운송수단의 효과적인 원료로 사용되어 왔다. 최근에는 대도시에 발달된 가스 배관망을 이용하여 각종 운송 수단 및 가정용 발전기에 부착된 연료전지에 수소를 생산 및 공급하기 위한 효과적인 원료로 주목받고 있다.Liquefied natural gas, consisting of lower gas such as methane and ethane, has a much higher global reserve than other fossil raw materials, extremely low sulfur content and easy transportation and storage. It has been used as an effective raw material for the industry and various transportation methods. Recently, the gas pipe network developed in large cities has been attracting attention as an effective raw material for producing and supplying hydrogen to fuel cells attached to various vehicles and household generators.

하지만 고품질 및 고순도의 수소가스를 장시간동안 안정적으로 생산하고 공급하기 위해서는 액화천연가스의 수증기 개질반응에 적합함과 동시에 활성이 매우 높은 수증기 개질 촉매계를 선별하고 개발하는 것이 무엇보다 중요하기 때문에 본 발명자들은 액화천연가스의 수증기 개질반응용 고효율 개질 촉매 개발에 관한 연구를 지속적으로 수행해 왔다.However, in order to stably produce and supply high quality and high purity hydrogen gas for a long time, it is important to select and develop a steam reforming catalyst system which is suitable for steam reforming of liquefied natural gas and at the same time very active. Research on the development of high efficiency reforming catalysts for steam reforming of liquefied natural gas has been conducted continuously.

수소가스 생산을 위한 개질반응용 촉매로는 Pt, Pd, Ru 및 Ir 등의 귀금속 촉매계와 니켈 등의 비귀금속 촉매계가 알려져 있지만, 귀금속 촉매계는 가격경쟁력이 매우 낮은 단점이 있기 때문에 비귀금속 촉매계가 상업적인 공정에 널리 이용되고 있다. 하지만 니켈계 촉매는 개질반응에서 황에 의한 피독, 탄소침적 및 촉매의 소결 등으로 인한 비활성화 문제가 심각하여 장시간동안 안정적인 활성을 나타내지 못하는 단점이 있다 [Q. Ming, T. Healey, L. Allen, P. Irving, Catal. Today, 77권, 51쪽 (2002년)]. 따라서 상업적인 공정에서는 이러한 니켈계 촉매의 단점을 극복하기 위해서 고온, 고압 및 과량의 수증기를 공급하는 가혹한 반응조건을 도입하게 되는데, 이는 경제성이 매우 떨어질 뿐만 아니라, 안정성이 매우 중요한 소규모 및 이동식의 수소가스 생산을 위한 공정에는 적용 자체가 불가능하다. 따라서 대규모 및 소규모의 수증기 개질반응에서 높은 활성과 안정성을 동시에 갖 는 니켈계 촉매 즉, 촉매 비활성화에 대한 저항성이 매우 높은 물리적 화학적 구조를 갖는 촉매를 설계하고 개발하는 것이 필요하다As catalysts for the reforming reaction for hydrogen gas production, noble metal catalyst systems such as Pt, Pd, Ru and Ir and non-noble metal catalysts such as nickel are known, but since the noble metal catalyst system has a very low price competitiveness, non-noble metal catalyst systems are commercially available. It is widely used in the process. However, nickel-based catalyst has a disadvantage in that it does not show stable activity for a long time due to serious deactivation problems due to poisoning by sulfur, carbon deposition and sintering of catalyst in reforming reaction [Q. Ming, T. Healey, L. Allen, P. Irving, Catal. Today, Vol. 77, 51 (2002)]. In order to overcome the shortcomings of these nickel-based catalysts, commercial processes introduce severe reaction conditions that supply high temperature, high pressure, and excess water vapor, which are not only economically inexpensive, but also small and mobile hydrogen gas whose stability is very important. The application itself is not possible for processes for production. Therefore, it is necessary to design and develop a nickel-based catalyst having high activity and stability at the same time in a large-scale and small-scale steam reforming reaction, that is, a catalyst having a physical chemical structure that is highly resistant to catalyst deactivation.

니켈계 촉매의 안정성을 증가시키기 위해서 소량의 알칼리계 또는 알칼리 토금속계 금속 등을 니켈계 촉매에 첨가하여 니켈 입자의 소결에 대한 저항성을 증대시킨 연구가 진행된 바 있으나 전체적인 반응활성이 감소한다는 단점이 있다 [J.S. Lisboa, D.C.R.M. Santos, F.B. Passos, F.B. Noronha, Catal. Today, 101권, 15쪽 (2005)]. 또한, 세리아 및 지르코니아를 담체에 도입하여 탄소침적에 대한 저항성을 증대시킬 수 있다는 보고가 있지만 이들 담체는 일반적인 알루미나 담체에 비해 가격경쟁력이 떨어지는 한계를 가지고 있다 [대한민국특허 제 336,968호/대한민국특허 제 858,924호]. 한편, 본 발명자들은 중형기공 구조를 갖는 니켈 담지 촉매를 졸-겔법(Sol-Gel Method) 혹은 주형법(Templating Method)으로 제조함으로써 니켈 촉매 표면의 니켈 금속 입자의 분산도를 증대시켜 수증기 개질반응에서 표면 탄소종의 고분자화 반응을 억제하고 상대적으로 기화반응을 촉진시켜 결과적으로 안정적이고 높은 반응활성을 나타낼 수 있다는 것을 보고한 바가 있다 [J.G. Seo, M.H. Youn, K.M. Cho, S. Park, I.K. Song, J. Power Sources, 173권, 943쪽 (2007년)/J.G. Seo, M.H. Youn, S. Park, J.C. Jung, P. Kim, J.S. Chung, I.K. Song, J. Power Sources, 186권, 178쪽 (2009년)/대한민국특허 제 883,790호]. 하지만 졸-겔법(Sol-Gel Method) 혹은 주형법(Templating Method)을 이용하여 중형기공성 니켈 담지 촉매를 제조하기 위해서는 고가의 알콕사이드(Alkoxide) 전구체와 인체에 유해한 구조유도체 및 알코올 용매를 과량으로 사용해 하는 문제가 있다. 따라서 공정비용을 절감하면서도 동시에 잘 발달된 중형기공 구조를 갖는 고활성의 액화천연가스의 수증기 개질반응용 니켈 담지 촉매를 개발하는 것이 필요하다. 이에 예의 노력한 결과, 본 발명자들은 유해한 첨가제가 없어 제조과정이 간단하고 안전하며 저가의 전구체를 사용하여 제조비용을 절감하는 동시에 재현성이 매우 높은 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매를 제조하였고, 이를 액화천연가스의 수증기 개질반응을 통한 수소가스 생산에 성공적으로 적용함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. In order to increase the stability of the nickel-based catalyst, a small amount of alkali-based or alkaline earth metal-based metals have been added to the nickel-based catalyst to increase the resistance to sintering of nickel particles, but the overall reaction activity is reduced. [JS Lisboa, D.C.R.M. Santos, F.B. Passos, F.B. Noronha, Catal. Today, Vol. 101, p. 15 (2005)]. In addition, although ceria and zirconia have been reported to increase the resistance to carbon deposition by supporting the carrier, these carriers have a limit in cost competitiveness compared to the general alumina carrier [Korea Patent No. 336,968 / Korea Patent No. 858,924. number]. On the other hand, the present inventors have prepared a nickel-supported catalyst having a medium pore structure by the sol-gel method or the casting method (Templating Method) to increase the dispersion of nickel metal particles on the surface of the nickel catalyst in the steam reforming reaction It has been reported that it is possible to suppress the polymerization reaction of surface carbon species and to promote the vaporization reaction, resulting in stable and high reaction activity [JG Seo, M.H. Youn, K.M. Cho, S. Park, I.K. Song, J. Power Sources, Vol. 173, 943 (2007) /J.G. Seo, M.H. Youn, S. Park, J.C. Jung, P. Kim, J.S. Chung, I.K. Song, J. Power Sources, 186, p. 178 (2009) / Korean Patent No. 883,790]. However, in order to prepare a medium-porous nickel-supported catalyst using the sol-gel method or the casting method, an expensive alkoxide precursor, an excess of structural derivatives and alcohol solvents harmful to the human body are used. There is a problem. Therefore, it is necessary to develop a nickel-supported catalyst for steam reforming reaction of highly active liquefied natural gas having a well-developed medium pore structure while reducing process cost. As a result of intensive efforts, the present inventors produced a medium-porous nickel-alumina co-precipitating catalyst having a high reproducibility while reducing manufacturing costs by using a simple, safe and inexpensive precursor because there are no harmful additives. The present invention has been completed by the successful application to hydrogen gas production through steam reforming of gas.

본 발명의 기술적 과제는 액화천연가스의 수증기 개질반응에 의한 수소가스 제조에 있어서 탄소침적 및 입자 소결에 의한 저항성이 매우 높아 장시간동안 안정적인 운전이 가능한 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.The technical problem of the present invention is a medium-porous nickel-alumina co-catalyst and a method for producing the same, which are stable for a long time due to very high resistance to carbon deposition and particle sintering in hydrogen gas production by steam reforming of liquefied natural gas. To provide.

본 발명의 다른 목적은 상기 촉매를 이용하여 액화천연가스로부터 안정적으로 고농도의 수소가스를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for stably producing a high concentration of hydrogen gas from liquefied natural gas using the catalyst.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 액화천연가스의 수증기 개질반응에 의한 수소가스 제조에 사용되고, 알루미늄 전구체 및 니켈 전구체 용액을 pH 7 내지 10범위의 알칼리성 용액에서 공침하여 제조되며, 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1 범위이고 평균 기공크기가 2 내지 10nm 범위인 것을 특징으로 하 는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is used in the production of hydrogen gas by the steam reforming reaction of liquefied natural gas, prepared by coprecipitating the aluminum precursor and nickel precursor solution in an alkaline solution of pH 7 to 10, nickel / aluminum It provides a medium porosity nickel-alumina co-catalyst, characterized in that the atomic ratio of is in the range of 0.01 to 1 and the average pore size is in the range of 2 to 10nm.

또한, 본 발명은 상기 알루미늄 전구체 및 니켈 전구체 용액이 각각 니켈과 알루미늄을 기준으로 0.001 내지 0.1 mole/hr 범위의 속도로 상기 알칼리성 용액에 혼입되는 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매를 제공한다.The present invention also provides a medium-porous nickel-alumina co-catalyst, characterized in that the aluminum precursor and the nickel precursor solution is incorporated in the alkaline solution at a rate in the range of 0.001 to 0.1 mole / hr based on nickel and aluminum, respectively. do.

또한, 본 발명은 ⅰ)각각 알루미늄 전구체와 니켈 전구체 용액을 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1 범위가 되도록 제조한 후 니켈과 알루미늄을 기준으로 0.001 내지 0.1 mole/hr 범위의 속도로 pH 7 내지 10 범위의 알칼리 용액에 투입하여 공침하여 니켈-알루미늄 복합체 슬러리를 제조하는 단계,; ⅱ)상기 니켈-알루미늄 복합체 슬러리를 25 내지 100oC 범위로 유지시키면서 1 내지 24시간 동안 숙성시킨 후 세척, 여과 및 건조하여 니켈-알루미늄 복합체 분말을 수득하는 단계 및; ⅲ)상기 니켈-알루미늄 복합체 분말을 소성하는 단계를 포함하는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention iii) after preparing the aluminum precursor and the nickel precursor solution so that the atomic ratio of nickel / aluminum is in the range of 0.01 to 1, respectively, at a pH in the range of 0.001 to 0.1 mole / hr based on nickel and aluminum at pH 7 to 10 Preparing a nickel-aluminum composite slurry by coprecipitation by introducing into an alkaline solution in a range; Ii) aging the nickel-aluminum composite slurry for 25 to 100 ° C. for 1 to 24 hours, followed by washing, filtration and drying to obtain a nickel-aluminum composite powder; Iii) it provides a method for producing a medium-porous nickel-alumina co-catalyst comprising the step of firing the nickel-aluminum composite powder.

또한, 본 발명은 상기 알루미늄 전구체가 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonahydrate), 알루미늄 플로라이드 트리하이드레이트(Aluminum Fluoride Trihydrate), 알루미늄 포스페이트 하이드레이트(Aluminum Phosphate Hydrate), 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트(Aluminum Chloride Hexahydrate), 알루미늄 하이드록사이드(Aluminum Hydroxide), 알루미늄 썰페이트 헥사데카하이드레이트(Aluminum Sulfate Hexadecahydrate) 및 알루미늄 암모늄 썰페이트 도데카하이드레이트(Aluminum Ammonium Dodecahydrate)로 이루어진 군으로 부터 선택된 1종 이상이고, 상기 니켈 전구체는 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Nickel Nitrate Hexahydrate), 니켈 클로라이드 헥사하이드레이트(Nickel Chloride Hexahydrate), 니켈 아세테이트 테트라하이드레이트(Nickel Acetate Tetrahydrate) 및 니켈 브로마이드 하이드레이트(Nickel Bromide Hydrate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention, the aluminum precursor is aluminum nitrate nonahydrate (Aluminum Nitrate Nonahydrate), aluminum fluoride trihydrate (Aluminum Fluoride Trihydrate), aluminum phosphate hydrate (Aluminum Phosphate Hydrate), aluminum chloride hexahydrate (Aluminum Chloride Hexahydrate), At least one member selected from the group consisting of aluminum hydroxide, aluminum sulfate hexadecahydrate and aluminum ammonium sulfate dodecahydrate, and the nickel precursor is nickel nitrate Nickel Nitrate Hexahydrate, Nickel Chloride Hexahydrate, Nickel Acetate Tetrahydrate, and Nickel Bromide High Rate (Nickel Bromide Hydrate) mesopores, characterized in that at least one member selected from the group consisting of sex nickel provides a method for producing an alumina coprecipitated catalyst.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면은 상기 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매 존재하에 500-900℃의 반응 온도에서 부피비가 1/10 내지 1/1 범위인 액화천연가스/수증기로 이루어진 혼합가스를 공간속도 1,000-500,000 ml/g-촉매·h로 흘려주면서 반응시키는 것을 특징으로 하는 액화천연가스(LNG)의 수증기 개질반응에 의한 수소 제조방법을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, another aspect of the present invention is liquefied natural in the volume ratio of 1/10 to 1/1 at a reaction temperature of 500-900 ℃ in the presence of the medium-porous nickel-alumina co-precipitation catalyst It provides a method for producing hydrogen by the steam reforming reaction of liquefied natural gas (LNG), characterized in that for reacting the mixed gas consisting of gas / steam at a flow rate of 1,000-500,000 ml / g-catalyst, h.

본 발명에 따르면 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매는 액화천연가스의 수증기 개질반응에서 장시간 동안 비활성화가 없이 높은 액화천연가스의 전환율 및 건가스 중 수소가스의 농도를 보였으며, 유사한 침전법에 의해 제조된 중형기공성 알루미나 담체에 일반적인 함침법에 의해 니켈을 담지시킨 촉매에 비해서 매우 월등한 촉매 활성과 안정성을 보였다.According to the present invention, the medium-porous nickel-alumina co-precipitation catalyst showed high conversion rate of liquefied natural gas and concentration of hydrogen gas in dry gas without deactivation for a long time in the steam reforming reaction of liquefied natural gas, and prepared by similar precipitation method. Compared to the nickel-supported catalyst by the general impregnation method, the medium-sized porous alumina carrier showed excellent catalytic activity and stability.

이하에서 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매는 액화천연가스의 수증기 개 질반응에 의한 수소가스 제조에 사용되는 것으로, 알루미늄 전구체 및 니켈 전구체 용액을 pH 7 내지 10범위의 알칼리성 용액에서 공침하여 제조되며, 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1 범위이고 평균 기공이 2 내지 10nm 범위인 것을 특징으로 한다. The medium-porous nickel-alumina co-precipitation catalyst of the present invention is used to produce hydrogen gas by steam reforming of liquefied natural gas, and is prepared by coprecipitation of an aluminum precursor and a nickel precursor solution in an alkaline solution having a pH of 7 to 10. , The atomic ratio of nickel / aluminum is in the range of 0.01 to 1 and the average pore is in the range of 2 to 10nm.

본 발명의 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매에 있어, 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1인 것이 촉매 활성 측면 및 촉매 제조의 경제적 측면에서 바람직한데, 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 이하이면 니켈 활성점이 너무 희석되어 바람직하지 못할 뿐만 아니라, 최종적으로 얻어진 촉매에서 니켈이 알루미나의 구조에 너무 강하게 결합하게 되어 활성점으로써의 기능을 하지 못하기 때문에 바람직하지 못하고, 1을 초과하는 경우에는 활성점의 분산이 고르지 못할 뿐만 아니라, 니켈과 알루미나의 상호작용이 너무 약해서 니켈 입자의 소결 현상과 탄소침적에 대한 저항성이 매우 낮아지기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 본 발명의 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매는 평균 기공크기가 2 내지 10nm 범위로 형성된다. 이와 같은 평균 기공의 크기는 알루미늄 전구체 및 니켈 전구체 용액을 알칼리 용액에 투입하는 속도의 조절에 의해 결정되는 것이다.In the medium-porous nickel-alumina co-catalyst of the present invention, the atomic ratio of nickel / aluminum is preferably 0.01 to 1 in terms of catalytic activity and the economical aspect of catalyst production. When the atomic ratio of nickel / aluminum is 0.01 or less, the nickel active point Not only is it too dilute to be undesirable, but it is not preferable because nickel is so strongly bonded to the structure of alumina in the finally obtained catalyst that it does not function as an active point. Not only is it uneven, but the interaction between nickel and alumina is so weak that it is not preferable because the nickel particles have very low resistance to sintering and carbon deposition. In addition, the medium porosity nickel-alumina co-catalyst of the present invention is formed with an average pore size in the range of 2 to 10nm. The average pore size is determined by controlling the rate of introducing the aluminum precursor and the nickel precursor solution into the alkaline solution.

본 발명의 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매는 ⅰ)각각 알루미늄 전구체와 니켈 전구체 용액을 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1 범위가 되도록 제조한 후 니켈과 알루미늄을 기준으로 각각 독립적으로 0.001 내지 0.1 mole/hr 범위의 속도로 pH 7 내지 10 범위의 알칼리 용액에 투입하여 공침하여 니켈-알루미늄 복합체 슬러리를 제조하는 단계,; ⅱ)상기 니켈-알루미늄 복합체 슬러리를 25 내지 100oC 범위로 유지시키면서 1 내지 24시간 동안 숙성시킨 후 세척, 여과 및 건조하여 니켈-알루미늄 복합체 분말을 수득하는 단계 및; ⅲ)상기 니켈-알루미늄 복합체 분말을 소성하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.In the medium-porous nickel-alumina co-catalyst of the present invention, each of the aluminum precursor and the nickel precursor solution is prepared so that the atomic ratio of nickel / aluminum is in the range of 0.01 to 1, and then independently 0.001 to 0.1 mole based on nickel and aluminum. preparing a nickel-aluminum composite slurry by coprecipitation by introducing into an alkaline solution in a pH range of 7 to 10 at a rate in a range of / hr; Ii) aging the nickel-aluminum composite slurry for 25 to 100 ° C. for 1 to 24 hours, followed by washing, filtration and drying to obtain a nickel-aluminum composite powder; Iii) it may be prepared by a method comprising the step of firing the nickel-aluminum composite powder.

상기 알루미늄 전구체로는 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonahydrate), 알루미늄 플로라이드 트리하이드레이트(Aluminum Fluoride Trihydrate), 알루미늄 포스페이트 하이드레이트(Aluminum Phosphate Hydrate), 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트(Aluminum Chloride Hexahydrate), 알루미늄 하이드록사이드(Aluminum Hydroxide), 알루미늄 썰페이트 헥사데카하이드레이트(Aluminum Sulfate Hexadecahydrate) 및 알루미늄 암모늄 썰페이트 도데카하이드레이트(Aluminum Ammonium Dodecahydrate) 등 대표적으로 알려진 수용성 알루미늄 전구체 모두가 가능하나 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonahydrate)가 바람직하다. 또한, 니켈 전구체 역시 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Nickel Nitrate Hexahydrate), 니켈 클로라이드 헥사하이드레이트(Nickel Chloride Hexahydrate), 니켈 아세테이트 테트라하이드레이트(Nickel Acetate Tetrahydrate) 및 니켈 브로마이드 하이드레이트(Nickel Bromide Hydrate) 등 수용성 니켈 전구체 모두가 사용 가능하나, 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Nickel Nitrate Hexahydrate)가 바람직하다.The aluminum precursor may include aluminum nitrate nonahydrate, aluminum fluoride trihydrate, aluminum phosphate hydrate, aluminum chloride hexahydrate and aluminum hydroxide. Representative known water soluble aluminum precursors such as Aluminum Hydroxide, Aluminum Sulfate Hexadecahydrate, and Aluminum Ammonium Dodecahydrate are all available, but Aluminum Nitrate Nonahydrate Is preferred. In addition, nickel precursors also include all of the water-soluble nickel precursors such as nickel nitrate hexahydrate, nickel chloride hexahydrate, nickel acetate tetrahydrate, and nickel bromide hydride. Although available, nickel nitrate hexahydrate is preferred.

또한, 본 발명에 있어서 알칼리 용액은 알루미늄 전구체와 니켈 전구체의 침전을 유도할 수 있는 암모니아 수용액, 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화칼슘 수용액 및 탄산나트륨 수용액 등 대표적으로 알려진 염기성 용액이 가능하나, 촉매활성에 영향을 미칠 수 있는 여타의 금속 성분을 포함하지 않은 암모니아 수용액이 더욱 바람직하다. 또한, 공침단계에서는 pH의 유지를 위해 알루미늄 전구체와 니켈 전구체의 투입량에 비례하여 염기의 계속적인 공급을 해주는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, alkali solutions are representatively known basic solutions such as ammonia solution, sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, calcium hydroxide solution and sodium carbonate solution which can induce precipitation of aluminum precursor and nickel precursor. More preferred is an aqueous ammonia solution that does not contain other metal components that may affect it. In addition, in the coprecipitation step, it is preferable to continuously supply the base in proportion to the amount of the aluminum precursor and the nickel precursor to maintain the pH.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 공침단계나, 숙성, 세척, 여과, 건조 및 소성 등의 과정은 전구체 용액의 투입속도의 조절을 제외하고는 특별히 제한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 모두 적절한 범위에서 일반적으로 알려진 방법을 통해 수행할 수 있는 것이므로 본 명세서에서 더 이상의 상세한 설명은 하지 않기로 한다.In addition, in the present invention, the coprecipitation step, the process of aging, washing, filtration, drying and firing is not particularly limited except for controlling the input rate of the precursor solution, it is usually in the art Anyone skilled in the art can perform the method through a generally known method in an appropriate range, so no detailed description will be made herein.

또한, 본 발명은 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매의 존재하에 500-900℃의 반응 온도에서 부피비가 1/10 내지 1/1 범위인 액화천연가스/수증기로 이루어진 혼합가스를 공간속도 1,000-500,000 ml/g-촉매·h로 흘려주면서 반응시켜 액화천연가스로부터 수소가스를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 수증기 개질반응은 반응기의 온도를 500-900℃로 유지하면서 액화천연가스 및 수증기를 운반기체(질소)와 함께 흘려주면서 반응을 수행하게 되는데, 이 때 반응온도가 500℃ 미만이면 충분한 촉매 활성을 기대할 수 없으며, 900℃ 이상이면 촉매의 소결 등으로 인한 안정성이 저하되어 바람직하지 못하다. 또한, 상기 액화천연가스/수증기의 부피비를 1/10 내지 1/1로 하여 상기 촉매층을 통과시켜 주는 것이 바람직한데, 반응물인 액화천연가스/수증기의 부피비가 1/10 미만이면 충분한 활성을 기대할 수 없으며, 부 피비 1/1을 초과하면 에너지 효율적인 측면에서 바람직하지 못하다.The present invention also provides a mixed gas consisting of liquefied natural gas / water vapor having a volume ratio in the range of 1/10 to 1/1 at a reaction temperature of 500-900 ° C. in the presence of a medium-porous nickel-alumina co-precipitation catalyst. The present invention provides a method for producing hydrogen gas from liquefied natural gas by reacting with flowing in ml / g-catalyst.h. The steam reforming reaction is performed while flowing the liquefied natural gas and steam together with a carrier gas (nitrogen) while maintaining the reactor temperature at 500-900 ° C. At this time, if the reaction temperature is less than 500 ° C, sufficient catalytic activity is achieved. Unexpectedly, when it is 900 degreeC or more, stability by the sintering of a catalyst falls, etc., and is unpreferable. In addition, it is preferable to pass the catalyst layer with the volume ratio of the liquefied natural gas / water vapor to 1/10 to 1/1. If the volume ratio of the liquefied natural gas / water vapor as a reactant is less than 1/10, sufficient activity can be expected. If the volume ratio exceeds 1/1, it is not preferable in terms of energy efficiency.

상기 수소가스 제조방법은, 반응 전 반응기 내에 충진된 촉매를 질소와 수소의 혼합가스로 환원시키는 전처리 과정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로 액화천연가스의 수증기 개질반응에서 활성상은 니켈산화종이 아니라 환원된 니켈종이므로 모든 니켈계 촉매에서는 반응을 수행하기 전에 수소를 사용하여 환원하는 전처리 과정을 거치는 것이 바람직하다. 상기 전처리 과정에 사용되는 혼합가스는 수소/질소의 부피비가 1/10 내지 1/2인 것이 바람직한데, 부피비가 1/10 미만이면 충분한 환원이 이루어지지 않으며, 1/2 이상이면 환원에 필요한 수소의 양을 초과하므로 경제적이지 못하다.The method for producing hydrogen gas preferably further includes a pretreatment step of reducing the catalyst charged in the reactor before the reaction into a mixed gas of nitrogen and hydrogen. In general, in the steam reforming reaction of liquefied natural gas, since the active phase is a reduced nickel species, not nickel oxide species, it is preferable that all nickel catalysts undergo a pretreatment process of reducing with hydrogen before performing the reaction. The mixed gas used in the pretreatment is preferably a volume ratio of hydrogen / nitrogen of 1/10 to 1/2. If the volume ratio is less than 1/10, sufficient reduction is not achieved. It is not economical because it exceeds the amount of.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석해서는 안된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only intended to illustrate the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention by these examples.

(제조)실시예 1: 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매의 제조Preparation Example 1 Preparation of Medium Porosity Nickel-Alumina Coprecipitation Catalyst

우선 증류수 50 ml에 소량의 암모니아 수용액을 첨가하여 용액의 pH 값을 9로 유지시키면서 상온에서 교반한다. 한편, 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonahydrate, Sigma-Aldrich 제품) 5 g과 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Nickel Nitrate Hexahydrate, Sigma-Aldrich 제품) 0.678 g을 또 다른 증류수 40 ml에 용해시킨다. 상기 단계에서 얻어진 용액을 pH가 9로 유지된 증류수 용액에 니켈과 알루미늄을 기준으로 0.0015 mole/hr의 속도로 서서히 주 입하는 데, 이때 용해된 알루미늄 전구체와 니켈 전구체의 침전을 유도하기 위해서 암모니아 수용액을 20 ml/hr의 속도로 주입하여 용액 전체의 pH를 9로 계속 유지한 뒤 침전이 일어난 용액을 상온에서 12시간 동안 교반하여 침전용액을 숙성시킨다. 숙성이 끝난 침전용액을 3회에 걸쳐 세척 및 원심분리하여 미반응물과 암모니아 수용액이 제거된 하늘색의 침전물을 얻는다. 그 후, 상기 단계에서 얻어진 침전물을 상온에서 3일 동안 자연 건조시켜 침전물에 포함된 용매를 제거하여 건조된 분말을 얻은 뒤, 전기로를 이용하여 700oC에서 5시간 동안 소성하여 최종적으로 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매를 얻었다. 이렇게 얻어진 촉매를 Ni-Al2O3로 명명하였다.First, a small amount of aqueous ammonia solution is added to 50 ml of distilled water, and the solution is stirred at room temperature while maintaining the pH value of 9. Meanwhile, 5 g of aluminum nitrate nonahydrate (manufactured by Sigma-Aldrich) and 0.678 g of nickel nitrate hexahydrate (manufactured by Sigma-Aldrich) are dissolved in another 40 ml of distilled water. The solution obtained in the above step is slowly injected into the distilled water solution having a pH of 9 at a rate of 0.0015 mole / hr based on nickel and aluminum, wherein an aqueous ammonia solution is used to induce precipitation of the dissolved aluminum precursor and the nickel precursor. Was injected at a rate of 20 ml / hr to maintain the pH of the entire solution to 9 and then stirred for 12 hours at room temperature to precipitate the precipitate solution. The aged precipitate solution is washed and centrifuged three times to obtain a light blue precipitate from which unreacted material and aqueous ammonia solution are removed. Thereafter, the precipitate obtained in the step is naturally dried at room temperature for 3 days to remove the solvent contained in the precipitate to obtain a dried powder, and then calcined at 700 o C for 5 hours using an electric furnace to finally form a medium porosity A nickel-alumina coprecipitation catalyst was obtained. The catalyst thus obtained was named Ni-Al 2 O 3 .

(제조)비교예 2: 순수한 중형기공성 알루미나의 제조Preparation Example 2 Preparation of Pure Medium Porosity Alumina

상기의 (제조)실시예 1 에서 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매와의 비교를 위해, 우선 제조 예1과 유사한 방법으로 니켈을 포함하지 않는 순수한 중형기공성 알루미나 담체를 제조하였다. 이를 위해 증류수 50 ml에 소량의 암모니아 수용액을 첨가하여 용액의 pH 값을 9로 유지시키면서 상온에서 교반한다. 한편, 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonahydrate, Sigma-Aldrich 제품) 5 g을 또 다른 증류수 40 ml에 용해시킨다. 상기 단계에서 얻어진 용액을 pH가 9로 유지된 증류수 용액에 알루미늄을 기준으로 0.0015 mole/hr의 속도로 서서히 주입하는 데 이때, 용해된 알루미늄 전구체의 침전을 유도하기 위해서 암모니아 수용액을 20 ml/hr의 속도로 주입하여 용액 전체의 pH를 9로 계속 유지한 뒤 침전이 일어난 용액을 상온에서 12시간 동안 교반하여 침전용액을 숙성시킨다. 숙성이 끝난 침전용액을 3회에 걸쳐 세척 및 원심분리하여 미반응물과 암모니아 수용액이 제거된 하얀색의 침전물을 얻는다. 그 후, 상기 단계에서 얻어진 침전물을 상온에서 3일 동안 자연 건조시켜 침전물에 포함된 용매를 제거하여 건조된 분말을 얻은 뒤, 전기로를 이용하여 700oC에서 5시간 동안 소성하여 최종적으로 니켈을 포함하지 않는 순수한 중형기공성 알루미나 담체를 얻었다. 이렇게 얻어진 담체를 Al2O3로 명명하였다. For comparison with the medium porosity nickel-alumina co-precipitation catalyst prepared in Example 1, (preparation), a pure medium porosity alumina carrier containing no nickel was first prepared in a similar manner to Preparation Example 1. To this end, a small amount of aqueous ammonia solution is added to 50 ml of distilled water and stirred at room temperature while maintaining the pH value of the solution at 9. Meanwhile, 5 g of aluminum nitrate nonahydrate (manufactured by Sigma-Aldrich) is dissolved in another 40 ml of distilled water. The solution obtained in the above step is slowly injected at a rate of 0.0015 mole / hr based on aluminum to the distilled water solution having a pH of 9, wherein 20 ml / hr of aqueous ammonia solution is used to induce precipitation of the dissolved aluminum precursor. After injecting at a rate to maintain the pH of the entire solution to 9, the precipitated solution was stirred at room temperature for 12 hours to mature the precipitation solution. The aged precipitate solution is washed and centrifuged three times to obtain a white precipitate free of unreacted and aqueous ammonia solution. Then, the precipitate obtained in the step is naturally dried at room temperature for 3 days to remove the solvent contained in the precipitate to obtain a dried powder, and then calcined at 700 o C using an electric furnace for 5 hours to finally include nickel A pure mesoporous alumina carrier was obtained. The carrier thus obtained was named Al 2 O 3 .

(제조)비교예 1: 순수한 중형기공성 알루미나 담체에 담지된 니켈 촉매의 제조Preparation Example 1 Preparation of Nickel Catalyst Supported on Pure Medium Porosity Alumina Carrier

상기의 (제조)비교예 1에 의해 제조된 Al2O3 담체에 니켈을 일반적인 함침법에 의해 함침하였다. 이를 위해 1 ml의 증류수에 0.996 g의 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트 (Nickel Nitrate Hexahydrate, Sigma-Aldrich 제품)를 충분히 녹인 후, 1 g의 Al2O3 담체를 넣어 충분한 함침이 일어날 수 있도록 균일하게 혼합하는 과정을 거쳤다. 상기 과정을 거친 뒤 100℃의 오븐에서 24시간 동안 건조시킨 후 얻어진 분말을 700℃에서 5시간 동안 열처리하여서 최종적으로 순수한 중형기공성 알루미나 담체에 담지된 니켈 촉매를 얻었다. 이렇게 제조된 니켈 담지 촉매를 Ni/Al2O3로 명명하였다.Nickel was impregnated into the Al 2 O 3 carrier prepared in Comparative Example 1 by the general impregnation method. Of 0.996 in distilled water at 1 ml g To this end, nickel nitrate hexahydrate (Nickel Nitrate Hexahydrate, Sigma-Aldrich product) were thoroughly dissolved, which are uniformly mixed so that the sufficient impregnation take place into the Al 2 O 3 substrate of 1 g I went through the process. After the above process, the resultant was dried in an oven at 100 ° C. for 24 hours and then heat-treated at 700 ° C. for 5 hours to finally obtain a nickel catalyst supported on a pure mesoporous alumina carrier. The nickel supported catalyst thus prepared was named Ni / Al 2 O 3 .

분석 예 1: 질소 흡탈착 및 기공특성Analysis Example 1 Nitrogen Adsorption and Desorption and Pore Characteristics

도 1은 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3), (제조)비교예 1에 의해 제조된 중형기공성 알루미나 담체(Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나 담체에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 질소 흡탈착곡선 및 기공 크기 분포도 결과를 나타낸 것이다. 제조된 모든 담체와 촉매는 전형적인 중형기공성 물질에서 나타나는 Ⅳ-유형의 흡탈착 곡선 및 H2-유형의 히스테리시스(Hysteresis) 현상을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 본 발명에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매(Ni-Al2O3)와 비교를 위한 중형기공성 알루미나 담체(Al2O3) 및 중형기공성 알루미나 담체에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3) 모두가 본 발명의 의도에 부합하는 중형기공성을 갖는 물질임을 확인할 수 있다. 하지만 흡탈착 경향을 자세히 살펴보면 큰 차이를 확인할 수 있다. Ni-Al2O3와 Al2O3는 제조시에 니켈 전구체의 포함 여부를 제외하고는 동일한 과정을 거쳐서 제조됨에도 불구하고 서로 전혀 다른 흡탈착곡선 및 기공크기 분포도를 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, Ni-Al2O3는 Al2O3 및 Ni/Al2O3에 비해 단위 질량당 질소의 흡탈착량이 월등히 클 뿐만 아니라, 히스테리시스가 일어나는 상대압력 역시 Ni-Al2O3가 Al2O3에 비해 높은 것을 볼 수 있다. 이로부터 Ni-Al2O3는 Al2O3 및 Ni/Al2O3에 비해 비표면적이 우수하고 기공 크기가 크다는 것을 짐작할 수 있다.1 is a medium porosity nickel-alumina catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) prepared by Example 1 of (Preparation) of the present invention, a medium pore alumina carrier prepared by Comparative Example 1 (Al 2) The results of nitrogen adsorption and desorption curves and pore size distribution of the nickel catalyst (Ni / Al 2 O 3 ) supported on the mesoporous alumina carrier prepared in Comparative Example 2 (O 3 ) and (Preparation) are shown. It can be seen that all the prepared carriers and catalysts exhibit IV-type adsorption and desorption curves and H2-type hysteresis phenomenon in typical mesoporous materials. From this, the nickel catalyst supported on the medium-porous alumina carrier (Al 2 O 3 ) and the medium-porous alumina carrier for comparison with the medium-porous nickel-alumina co-precipitation catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) prepared by the present invention (Ni / Al 2 O 3 ) all can be confirmed that the material having a medium porosity in accordance with the intention of the present invention. However, if you look closely at the adsorption and desorption tendency can see a big difference. Although Ni-Al 2 O 3 and Al 2 O 3 are manufactured through the same process except for the inclusion of a nickel precursor at the time of preparation, it can be seen that they exhibit completely different adsorption and desorption curves and pore size distributions. That is, Ni-Al 2 O 3 is Al 2 O 3 and Ni / Al 2 O 3 in the well as much greater amount of adsorption and desorption of nitrogen per unit weight, relative pressure hysteresis occurs also Ni-Al 2 O 3 Al 2 than It can be seen that it is higher than O 3 . From this, it can be guessed that Ni-Al 2 O 3 has better specific surface area and larger pore size than Al 2 O 3 and Ni / Al 2 O 3 .

분석 예 2: 물리화학적 특성Analysis Example 2: Physical and Chemical Properties

표 1은 본 발명에 의한 Ni-Al2O3((제조)실시예 1 ), Al2O3((제조)비교예 1) 및 Ni/Al2O3((제조)비교예 2)의 물리·화학적 특성을 나타낸 것이다. Ni-Al2O3와 Ni/Al2O3의 Ni/Al 원자비가 각각 0.17과 0.18로 거의 유사한 것으로부터 본 발명에 의한 Ni-Al2O3와 비교를 위한 Ni/Al2O3의 화학적 구성에는 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있다. 하지만 앞서 예측한 바와 같이 Ni-Al2O3가 Ni/Al2O3에 비해 우수한 비표면적, 기공 부피 및 기공 크기를 보이는 것을 확인할 수 있다. 이는 침전과정에서 니켈 전구체와 알루미늄 전구체의 긴밀한 상호작용으로 인해 침전된 알루미나가 안정화되어 결과적으로 물리적 특성이 우수한 중형기공성 물질을 형성하였기 때문으로 해석할 수 있다. 한편, Ni/Al2O3는 담체인 Al2O3에 비해 비표면적 및 기공 부피가 작고 기공 크기는 큰 것을 확인할 수 있는데, 이는 함침법에 의해 제조되는 니켈 촉매의 전형적인 결과와 일치한다. 즉, 중형기공성 알루미나의 일부 기공이 함침과정에서 니켈 입자에 의해 막히는 현상이 발생하는 것으로 해석할 수 있다.Table 1 shows Ni-Al 2 O 3 (Preparation Example 1), Al 2 O 3 (Preparation Example 1) and Ni / Al 2 O 3 (Preparation Example 2) according to the present invention. Physical and chemical properties are shown. Since the Ni / Al atomic ratios of Ni-Al 2 O 3 and Ni / Al 2 O 3 were approximately similar to 0.17 and 0.18, respectively, the chemical composition of Ni / Al 2 O 3 for comparison with Ni-Al 2 O 3 according to the present invention. It can be seen that there is no big difference in configuration. However, as previously predicted, Ni-Al 2 O 3 shows better specific surface area, pore volume, and pore size than Ni / Al 2 O 3 . This can be interpreted as the precipitated alumina stabilized due to the close interaction between the nickel precursor and the aluminum precursor during the precipitation process, resulting in the formation of a mesoporous material having excellent physical properties. On the other hand, Ni / Al 2 O 3 It can be seen that the specific surface area and pore volume is smaller and the pore size is larger than that of the carrier Al 2 O 3 , which is consistent with the typical results of the nickel catalyst prepared by the impregnation method. In other words, it can be interpreted that some pores of the mesoporous alumina are blocked by nickel particles during the impregnation process.

Ni-Al2O3
((제조)실시예 1 )
Ni-Al 2 O 3
(Manufacture) Example 1
Al2O3
((제조)비교예 1)
Al 2 O 3
((Manufacture) Comparative Example 1)
Ni/Al2O3
((제조)비교예 2)
Ni / Al 2 O 3
((Manufacture) Comparative Example 2)
Ni/Al 원자비Ni / Al atomic ratio 0.170.17 -- 0.180.18 비표면적 (m2g-1)Specific surface area (m 2 g -1 ) 240240 228228 148148 기공 부피 (cm3g-1)Pore Volume (cm 3 g -1 ) 0.460.46 0.330.33 0.220.22 평균 기공 크기 (nm)Average pore size (nm) 5.45.4 4.14.1 4.34.3

분석 예 3: X-선 회절분석 특성Analysis Example 3: X-ray Diffraction Characteristics

도 2은 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3), (제조)비교예 1에 의해 제조된 중형기공성 알루미나 담체(Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나 담체에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 X-선 회절 분석 결과 그래프를 나타낸 것이다. 우선, 순수한 Al2O3는 전형적인 감마-알루미나의 특성 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있다. Ni-Al2O3와 Ni/Al2O3 모두에서 알루미나의 (440) 회절 피크(점선)가 낮은 각도로 이동하는 것을 발견할 수 있는데, 이는 침전 또는 함침과정 그리고 소성과정을 통해 알루미나와 긴밀하게 상호작용하고 있는 니켈 입자가 알루미나의 격자로 포합(Incorporation)되어 안정적인 니켈-알루미네이트 상을 형성한 데서 기인한다. 특징적인 것은, Ni-Al2O3에서는 산화 니켈종에 해당하는 특성 피크가 발달하지 않는데 비해 Ni/Al2O3에서는 37, 43, 63 및 76도 각각에서 산화 니켈종(실선)에 해당하는 특성 피크가 발견되는 것이다. 이는 Ni/Al2O3와 달리 Ni-Al2O3 상에서 산화 니켈종이 XRD 분석의 검출한계인 2nm 이하의 크기로 고르게 분산되어 있기 때문이다. 즉, 비교를 위한 Ni/Al2O3에 비해 본 발명에 의한 Ni-Al2O3 상에서 니켈종의 분산도가 더 높다는 것을 예측할 수 있다.2 is a medium porosity nickel-alumina catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) prepared in Example 1 of the present invention (Me-Al 2 O 3 ), a medium porosity alumina carrier prepared in Comparative Example 1 (Al 2 X-ray diffraction analysis graph of the nickel catalyst (Ni / Al 2 O 3 ) supported on the medium-porous alumina carrier prepared in Comparative Example 2 (O 3 ) and (Preparation) 2 is shown. First, it can be seen that pure Al 2 O 3 exhibits characteristic peaks of typical gamma-alumina. In both Ni-Al 2 O 3 and Ni / Al 2 O 3 , the (440) diffraction peak (dotted line) of the alumina can be found to move at a low angle, which is in close contact with the alumina through the precipitation or impregnation process and the firing process. This is due to the formation of a stable nickel-aluminate phase by incorporation of the nickel particles, which are interacting with each other, into a lattice of alumina. Characteristically, Ni-Al 2 O 3 does not develop characteristic peaks corresponding to nickel oxide species, whereas Ni / Al 2 O 3 corresponds to nickel oxide species (solid line) at 37, 43, 63 and 76 degrees, respectively. A characteristic peak is found. This is because, unlike Ni / Al 2 O 3 , nickel oxide species on Ni—Al 2 O 3 are evenly dispersed to a size of 2 nm or less, which is a detection limit of XRD analysis. That is, it can be predicted that the dispersion degree of nickel species in the Ni-Al 2 O 3 according to the present invention is higher than that of Ni / Al 2 O 3 for comparison.

분석 예 4: 환원된 담지촉매의 물리화학적 특성Analysis Example 4: Physical and Chemical Properties of Reduced Supported Catalysts

상기 Ni-Al2O3와 Ni/Al2O3을 고온의 환원 분위기에서 소성하여 촉매 내의 니켈 산화종을 니켈 금속으로 환원하는 과정을 거치게 되면 각 촉매 상의 니켈종의 물리화학적 특성 차이를 살펴볼 수 있는 데, 그 결과는 표 2과 같다. 물리화학적 특성을 분석하기 위해 각각의 촉매를 700oC에서 3시간 동안 수소 분위기에서 환원하였으며, 50oC에서 수소 기체가 흡착되는 양을 측정하였다. 흡착된 수소의 양을 바탕으로 니켈 분산도 및 니켈 표면적은 H/Nis=1 즉, 수소 원자 하나가 활성 니켈 입자 하나에 화학적으로 흡착한다는 가정 하에서 계산되었다. 표 2에서 알 수 있듯이, Ni-Al2O3가 Ni/Al2O3에 비해 수소 흡착량이 월등히 높은 것을 알 수 있다. 따라서 니켈 분산도 및 니켈 표면적 역시 Ni-Al2O3가 Ni/Al2O3에 비해 월등히 우수한 것을 확인할 수 있다. 이것으로부터, 본 발명에 의한 Ni-Al2O3(제조 에 1) 촉매는 비교를 위한 Ni/Al2O3((제조)비교예 2) 촉매에 비해 환원되는 과정 동안 니켈 입자의 소결 현상에 대한 저항력이 매우 높은 안정한 촉매임을 유추할 수 있다. When the Ni-Al 2 O 3 and Ni / Al 2 O 3 are calcined in a reducing atmosphere at a high temperature to reduce nickel oxide species in the catalyst to nickel metal, the difference in the physical and chemical properties of the nickel species on each catalyst can be examined. The results are shown in Table 2. In order to analyze the physicochemical properties, each catalyst was reduced in a hydrogen atmosphere at 700 ° C. for 3 hours, and the amount of hydrogen gas adsorbed at 50 ° C. was measured. Based on the amount of hydrogen adsorbed, nickel dispersion and nickel surface area were calculated under the assumption that H / Ni s = 1, that is, one hydrogen atom chemically adsorbed onto one active nickel particle. As can be seen from Table 2, it can be seen that the amount of hydrogen adsorption of Ni-Al 2 O 3 is much higher than that of Ni / Al 2 O 3 . Therefore, it can be seen that Ni-Al 2 O 3 is also superior to Ni / Al 2 O 3 in terms of nickel dispersion and nickel surface area. From this, the Ni-Al 2 O 3 (manufacturer 1) catalyst according to the present invention was compared to the Ni / Al 2 O 3 (manufacturer 2) catalyst for comparison. It can be inferred that it is a stable catalyst having a very high resistance to it.

Ni-Al2O3
((제조)실시예 1 )
Ni-Al 2 O 3
(Manufacture) Example 1
Ni/Al2O3
((제조)비교예 2)
Ni / Al 2 O 3
((Manufacture) Comparative Example 2)
수소 흡착량 (μmoleg-촉매-1)Hydrogen adsorption amount (μmoleg-catalyst -1 ) 12.712.7 7.87.8 니켈 분산도 (%)Nickel Dispersion (%) 0.60.6 0.30.3 니켈 비표면적 (m2g-1)Nickel Specific Surface Area (m 2 g -1 ) 4.14.1 2.02.0

분석 예 5: 담지촉매의 승온환원 특성Analysis Example 5: Temperature Reduction Characteristics of Supported Catalysts

이러한 화학적 특성 차이는 승온환원실험(Temperature-Programmed Reduction, TPR)을 통해서 더욱 더 구체적으로 증명될 수 있다. 도 3은 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 승온환원실험(TPR) 결과를 나타내고 있다. 승온환원실험(TPR)을 위해 Ni-Al2O3와 Ni/Al2O3 촉매 각각을 U자형 석영관에 충진시킨 후 질소(20 ml/min)와 수소(2 ml/min)로 이루어진 혼합가스를 흘려주면서 5 oC/min의 속도로 승온하면서 환원반응을 진행시켜 온도에 따른 수소가스의 소모량을 측정하였다. Ni-Al2O3와 Ni/Al2O3 각각 820oC와 770oC에서 환원 피크가 발달하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 앞서 도 2에서 설명한 니켈-알루미네이트 상의 환원에 의한 것이다. 하지만 특징적인 것은, Ni/Al2O3의 경우 580oC를 전후하여 또 다른 환원 피크가 나타내는 것이다. 이는 알루미나와 약하게 혹은 거의 상호작용을 하지 않는 벌크 산화 니켈종의 환원에서 기인하는 것으로 볼 수 있다. 이러한 벌크 산화 니켈종은 환원과정에서 쉽게 소결되어 앞선 표 2의 결과와 같이 활성표면적의 감소를 유발한다. 종합적으로 볼때, 본 발명에 의한 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매는 비교를 위한 중형기공성 알루미나에 담지된 니켈 촉매에 비해 물리 및 화학적 특성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.These chemical property differences can be proved more specifically through Temperature-Programmed Reduction (TPR). 3 is a nickel supported on the mesoporous nickel-alumina catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) prepared in Example 1 of the present invention and the mesoporous alumina prepared in Comparative Example 2 The temperature reduction test (TPR) result of the catalyst (Ni / Al 2 O 3 ) is shown. Ni-Al 2 O 3 and Ni / Al 2 O 3 catalysts were filled in a U-shaped quartz tube for a temperature reduction test (TPR), followed by mixing with nitrogen (20 ml / min) and hydrogen (2 ml / min). Hydrogen gas consumption was measured according to the temperature by flowing the gas while reducing the temperature while increasing the temperature at a rate of 5 o C / min. It can be seen that the reduction peaks are developed at 820 o C and 770 o C, respectively, in Ni-Al 2 O 3 and Ni / Al 2 O 3 , due to the reduction of the nickel-aluminate phase described above with reference to FIG. 2. However, it is characteristic that another reduction peak is shown around 580 ° C. for Ni / Al 2 O 3 . This may be due to the reduction of the bulk nickel oxide species which does not interact weakly or with alumina. These bulk nickel oxide species are easily sintered in the reduction process, leading to a decrease in active surface area as shown in Table 2 above. Overall, it can be seen that the mesoporous nickel-alumina co-precipitation catalyst according to the present invention has excellent physical and chemical properties compared to the nickel catalyst supported on the mesoporous alumina for comparison.

실시 예 1: 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매를 이용한 액화천연가스의 수증기 개질반응 특성Example 1: Characteristics of Steam Reforming of Liquefied Natural Gas Using Medium Porosity Nickel-Alumina Coprecipitation Catalyst

(제조)실시예 1 및 (제조)비교예 2의 방법에 의해 제조된 촉매를 이용하여 메탄과 에탄의 혼합가스로 구성된 액화천연가스의 수증기 개질반응에 의한 수소가스 제조 반응을 수행하였다. 반응물로 사용된 메탄과 에탄의 혼합가스로 이루어진 액화천연가스는 메탄 92부피% 및 에탄 8부피%로 구성되었다. 수증기 개질반응을 위해 촉매를 반응기에 충진시키고, 반응전에 700℃에서 질소(30ml)와 수소(3ml)의 혼합가스로 촉매를 3시간 동안 환원시킨 후, 반응물이 반응기 안의 촉매층을 연속적으로 통과하면서 반응이 진행되도록 하였다. 반응물의 공간속도(Space Velocity)는 27,000ml/h·g-촉매로 유지하였으며, 반응물인 액화천연가스/수증기의 부피비는 0.5로 유지하였다. 액화천연가스의 수증기 개질반응은 600℃에서 수행되었다. 액화천연가스의 전환율, 건가스 중 수소가스의 조성은 하기 수학식 1, 2에 의해 각각 계산하였다.(Manufacturing) A hydrogen gas production reaction was carried out by steam reforming of liquefied natural gas composed of a mixed gas of methane and ethane using the catalysts prepared by the methods of Example 1 and Comparative Example 2. The liquefied natural gas, consisting of a mixture of methane and ethane used as reactants, consisted of 92% methane and 8% ethane. After the catalyst was charged into the reactor for steam reforming, the catalyst was reduced for 3 hours with a mixed gas of nitrogen (30 ml) and hydrogen (3 ml) at 700 ° C. before the reaction, and then the reaction was continuously passed through the catalyst layer in the reactor. This was allowed to proceed. The space velocity of the reactants was maintained at 27,000 ml / h · g-catalyst, and the volume ratio of the reactant LNG / water vapor was maintained at 0.5. Steam reforming of liquefied natural gas was carried out at 600 ° C. The conversion rate of the liquefied natural gas and the composition of the hydrogen gas in the dry gas were respectively calculated by the following equations (1) and (2).

(수학식 1) (Equation 1)

Figure 112009015668919-pat00001
Figure 112009015668919-pat00001

(수학식 2)(Equation 2)

Figure 112009015668919-pat00002
Figure 112009015668919-pat00002

도 4는 반응시간에 따른 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 액화천연가스 전환율 변화추이를 나타낸 결과이다. 주목할만한 점은, 두 가지 촉매가 전혀 다른 경향을 나타낸다는 것이다. Ni-Al2O3 촉매의 경우 반응 시간 약 1000분 동안 비교적 안정적인 액화천연가스 전환율을 보이는 데 반해, Ni/Al2O3 촉매의 경우 반응 초기부터 활성이 낮을 뿐만 아니라 반응 시간이 경과함에 따라 탄소침적 반응 및 니켈 입자의 소결 현상 등에 의해 급격하게 비활성화 되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 반응 활성의 차이는 앞서 설명한 바와 같이 Ni-Al2O3 촉매가 Ni/Al2O3 촉매에 비해 물리화학적 특성이 우수한 것으로부터 그 원인 찾을 수 있다. 우선, 상대적으로 기공 부피가 크고 기공 크기가 큰 Ni-Al2O3 촉매상에서 내부 물질전달이 용이하여 결과적으로 높은 반응활성을 나타내었다고 설명할 수 있다. 또한, Ni-Al2O3 촉매상에서 상대적으로 고분산되고 알루미나와 강하게 상호작용하고 있는 니켈종이 탄소침적 및 니켈 입자의 소결과 같은 비활성화의 원인을 효과적으로 억제하였다고 볼 수 있다.Figure 4 is a medium porosity nickel-alumina catalyst prepared by (Production) Example 1 of the present invention according to the reaction time (Mea-porous alumina catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) and (medium) prepared by Comparative Example 2 This is a result showing the change of liquefied natural gas conversion rate of the nickel catalyst (Ni / Al 2 O 3 ) supported on. It is noteworthy that the two catalysts tend to be quite different. Ni-Al 2 O 3 catalysts show a relatively stable LNG conversion for about 1000 minutes of reaction time, whereas Ni / Al 2 O 3 catalysts not only have low activity from the beginning of the reaction, but also carbon as the reaction time elapses. It can be seen that it is rapidly deactivated due to deposition reaction and sintering of nickel particles. The difference in the reaction activity can be attributed to the fact that the Ni-Al 2 O 3 catalyst has better physicochemical properties than the Ni / Al 2 O 3 catalyst as described above. First, it can be explained that the internal material transfer is easy on the Ni-Al 2 O 3 catalyst having a relatively large pore volume and a large pore size, resulting in high reaction activity. In addition, it can be said that nickel species, which are relatively highly dispersed on the Ni-Al 2 O 3 catalyst and strongly interact with alumina, effectively suppressed the causes of deactivation such as carbon deposition and sintering of nickel particles.

도 5은 반응시간에 따른 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 건가스 중 수소가스의 조성 변화추이를 나타낸 결과이다. 건가스 중 수소가스의 조성 변화 추이 역시 도 4에 나타난 액화천연가스의 전환율 변화 추이와 동일한 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 Ni-Al2O3 촉매를 통해서 상대적으로 고순도의 수소가스를 안정적으로 제조할 수 있음을 알 수 있다. 5 is a medium porosity nickel-alumina catalyst prepared by (Production) Example 1 of the present invention according to the reaction time and a medium porosity alumina prepared by Comparative Example 2 (Ni-Al 2 O 3 ) This is the result showing the change of composition of hydrogen gas in dry gas of nickel catalyst (Ni / Al 2 O 3 ) supported on. The change in the composition of hydrogen gas in the dry gas can also be confirmed that the same as the change in the conversion rate of the liquefied natural gas shown in FIG. That is, it can be seen that a relatively high purity hydrogen gas can be stably produced through the Ni-Al 2 O 3 catalyst according to the present invention.

결론적으로 본 발명에 따른 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매(Ni-Al2O3)는 중형기공성 알루미나 담체에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)에 비해 물리화학적 성질이 매우 우수할 뿐만 아니라, 액화천연가스의 수증기 개질반응에서 월등한 반응활성을 나타내는 것을 알 수 있는데, 이로부터 본 발명에서 의도한대로 중형기공성 니켈-알루미나 촉매가 매우 효과적인 것을 알 수 있다.In conclusion, the mesoporous nickel-alumina co-catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) according to the present invention may have very good physicochemical properties compared to the nickel catalyst (Ni / Al 2 O 3 ) supported on the mesoporous alumina carrier. In addition, it can be seen that it shows superior reaction activity in the steam reforming reaction of liquefied natural gas, from which it can be seen that the medium-sized porosity nickel-alumina catalyst is very effective as intended in the present invention.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3), (제조)비교예 1에 의해 제조된 중형기공성 알루미나 담체(Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 질소 흡탈착곡선 및 기공 크기 분포도를 나타낸 결과1 is a medium porosity nickel-alumina catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) prepared by Example 1 of (Preparation) of the present invention, a medium pore alumina carrier prepared by Comparative Example 1 (Al 2) O 3) and (manufacturing) the comparison result showing a nitrogen adsorption-desorption curve and pore size distribution of the nickel catalyst (Ni / Al 2 O 3) supported on a porous medium produced by the example 2 alumina

도 2는 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3), (제조)비교예 1에 의해 제조된 중형기공성 알루미나 담체(Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 X-선 회절 분석결과2 is a medium porosity nickel-alumina catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) prepared in Example 1 of the present invention (Me-Al 2 O 3 ), a medium porosity alumina carrier prepared in Comparative Example 1 (Al 2 O 3) and (Ltd.) Comparative X- ray diffraction analysis of the nickel catalyst (Ni / Al 2 O 3) supported on a porous medium produced by the example 2 alumina results

도 3은 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 승온환원실험(Temperature-Programmed Reduction, TPR) 결과3 is a nickel supported on the mesoporous nickel-alumina catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) prepared in Example 1 of the present invention and the mesoporous alumina prepared in Comparative Example 2 Result of Temperature-Programmed Reduction (TPR) of Catalyst (Ni / Al 2 O 3 )

도 4는 반응시간에 따른 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알루미나에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 액화천연가스 전환율 변화추이 그래프Figure 4 is a medium porosity nickel-alumina catalyst prepared by (Production) Example 1 of the present invention according to the reaction time (Mea-porous alumina catalyst (Ni-Al 2 O 3 ) and (medium) prepared by Comparative Example 2 Graph of Change in LNG Conversion Rate of Nickel Catalyst Supported on Ni / Al 2 O 3

도 5은 반응시간에 따른 본 발명의 (제조)실시예 1 에 의해 제조된 중형기공성 니켈-알루미나 촉매(Ni-Al2O3) 및 (제조)비교예 2에 의해 제조된 중형기공성 알 루미나에 담지된 니켈 촉매(Ni/Al2O3)의 건가스 중 수소가스의 조성 변화추이 그래프5 is a medium porosity nickel-alumina catalyst prepared by (Production) Example 1 of the present invention according to the reaction time and a medium porosity egg prepared by Comparative Example 2 (Ni-Al 2 O 3 ) Graph of Changes in Composition of Hydrogen Gas in Dry Gas of Nickel Catalyst (Ni / Al 2 O 3 ) Supported on Lumina

Claims (5)

액화천연가스의 수증기 개질반응에 의한 수소가스 제조에 사용되고,It is used to produce hydrogen gas by steam reforming of liquefied natural gas, 알루미늄 전구체 및 니켈 전구체 용액을 pH 7 내지 10범위의 알칼리성 용액에서 공침하여 제조되며, 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1 범위이고 평균 기공크기가 2 내지 10nm 범위인 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매. It is prepared by coprecipitation of an aluminum precursor and a nickel precursor solution in an alkaline solution in the pH range of 7 to 10, the medium-porous nickel- characterized in that the atomic ratio of nickel / aluminum is in the range of 0.01 to 1 and the average pore size is in the range of 2 to 10nm. Alumina co-catalyst. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 알루미늄 전구체 및 니켈 전구체 용액은 니켈과 알루미늄을 기준으로 각각 독립적으로 0.001 내지 0.1 mole/hr 범위의 속도로 상기 알칼리성 용액에 혼입되는 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매.The aluminum precursor and the nickel precursor solution are each independently incorporated into the alkaline solution at a rate in the range of 0.001 to 0.1 mole / hr based on nickel and aluminum, the medium porosity nickel-alumina co-catalyst. ⅰ)각각 알루미늄 전구체와 니켈 전구체 용액을 니켈/알루미늄의 원자비가 0.01 내지 1 범위가 되도록 제조한 후 니켈과 알루미늄을 기준으로 각각 독립적으로 0.001 내지 0.1 mole/hr 범위의 속도로 pH 7 내지 10 범위의 알칼리 용액에 투입하여 공침하여 니켈-알루미늄 복합체 슬러리를 제조하는 단계,; Iv) the aluminum precursor and the nickel precursor solution are prepared so that the atomic ratio of nickel / aluminum is in the range of 0.01 to 1, respectively, and then independently of the nickel and the aluminum at a rate of 0.001 to 0.1 mole / hr. Preparing a nickel-aluminum composite slurry by co-precipitation by adding to an alkaline solution; ⅱ)상기 니켈-알루미늄 복합체 슬러리를 25 내지 100oC 범위로 유지시키면서 1 내지 24시간 동안 숙성시킨 후 세척, 여과 및 건조하여 니켈-알루미늄 복합체 분 말을 수득하는 단계 및; Ii) aging the nickel-aluminum composite slurry for 25 to 100 ° C. for 1 to 24 hours, followed by washing, filtration and drying to obtain a nickel-aluminum composite powder; ⅲ)상기 니켈-알루미늄 복합체 분말을 소성하는 단계를 포함하는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매 제조방법.Iii) a method for preparing a medium porosity nickel-alumina co-catalyst comprising calcining the nickel-aluminum composite powder. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 알루미늄 전구체는 알루미늄 나이트레이트 노나하이드레이트(Aluminum Nitrate Nonahydrate), 알루미늄 플로라이드 트리하이드레이트(Aluminum Fluoride Trihydrate), 알루미늄 포스페이트 하이드레이트(Aluminum Phosphate Hydrate), 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트(Aluminum Chloride Hexahydrate), 알루미늄 하이드록사이드(Aluminum Hydroxide), 알루미늄 썰페이트 헥사데카하이드레이트(Aluminum Sulfate Hexadecahydrate) 및 알루미늄 암모늄 썰페이트 도데카하이드레이트(Aluminum Ammonium Dodecahydrate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 상기 니켈 전구체는 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Nickel Nitrate Hexahydrate), 니켈 클로라이드 헥사하이드레이트(Nickel Chloride Hexahydrate), 니켈 아세테이트 테트라하이드레이트(Nickel Acetate Tetrahydrate) 및 니켈 브로마이드 하이드레이트(Nickel Bromide Hydrate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매 제조방법.The aluminum precursor may be aluminum nitrate nonahydrate, aluminum fluoride trihydrate, aluminum phosphate hydrate, aluminum chloride hexahydrate, aluminum hydroxide Aluminum Hydroxide, Aluminum Sulfate Hexadecahydrate and Aluminum Ammonium Sulfate Dodecahydrate.At least one selected from the group consisting of, and the nickel precursor is nickel nitrate hexahydrate (Nickel Nitrate). Hexahydrate, Nickel Chloride Hexahydrate, Nickel Acetate Tetrahydrate and Nickel Bromide Hydrate ide Hydrate) medium-porous nickel-alumina co-catalyst production method characterized in that at least one member selected from the group consisting of. 제1항 또는 제2항의 중형기공성 니켈-알루미나 공침촉매 존재하에 500-900℃의 반응 온도에서 부피비가 1/10 내지 1/1 범위인 액화천연가스/수증기로 이루어진 혼합가스를 공간속도 1,000-500,000 ml/g-촉매·h로 흘려주면서 반응시키는 것을 특징으로 하는 액화천연가스(LNG)의 수증기 개질반응에 의한 수소 제조방법.A mixed gas consisting of liquefied natural gas / water vapor having a volume ratio in the range of 1/10 to 1/1 at a reaction temperature of 500-900 ° C. in the presence of the medium-porous nickel-alumina co-precipitation catalyst according to claim 1 or 2. A method for producing hydrogen by steam reforming of liquefied natural gas (LNG), characterized by reacting while flowing at 500,000 ml / g-catalyst.h.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180131145A (en) * 2017-05-31 2018-12-10 한국에너지기술연구원 Preparing method for ldh-based catalyst, catalyst prepared by the method, preparing method for ldh-based composite materials and composite materials prepared by the method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4105591A (en) 1975-09-29 1978-08-08 British Gas Corporation Method of preparing and filtering coprecipitated nickel-alumina catalysts
US4216123A (en) 1977-07-11 1980-08-05 British Gas Corporation Catalyst for steam reforming of hydrocarbons
KR890002858B1 (en) * 1984-06-21 1989-08-05 유니레버 엔.브이. Nickel/alumina catalyst ats preparation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4105591A (en) 1975-09-29 1978-08-08 British Gas Corporation Method of preparing and filtering coprecipitated nickel-alumina catalysts
US4216123A (en) 1977-07-11 1980-08-05 British Gas Corporation Catalyst for steam reforming of hydrocarbons
KR890002858B1 (en) * 1984-06-21 1989-08-05 유니레버 엔.브이. Nickel/alumina catalyst ats preparation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101405306B1 (en) 2012-01-12 2014-06-11 연세대학교 산학협력단 Mesoporous nickel-alumina xerogel catalyst prepared using nano-carbon particle as a mould, preparation method thereof and production method of hydrogen by steam reforming of liquefied natural gas(lng) using said catalyst
KR20180131145A (en) * 2017-05-31 2018-12-10 한국에너지기술연구원 Preparing method for ldh-based catalyst, catalyst prepared by the method, preparing method for ldh-based composite materials and composite materials prepared by the method
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