KR101359990B1 - Catalyst for Reforming of Methane with the Enhanced Stability for Sulfur components, Preparing Method Thereof and Methane Reforming Method Using The Catalyst - Google Patents

Catalyst for Reforming of Methane with the Enhanced Stability for Sulfur components, Preparing Method Thereof and Methane Reforming Method Using The Catalyst Download PDF

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Abstract

본 발명은 황 성분, 구체적으로 H2S의 존재하에서도 우수한 촉매 활성 및 안정성 및 황, 구체적으로는 H2S에 대한 우수한 내구성을 갖는 메탄 개질반응용 촉매, 이의 제조방법 및 상기 촉매 존재하에 반응 온도 750∼900℃, 반응압력 0.5∼10기압 및 메탄의 공간속도 100 ∼ 6,000L(CH4)/Kgcat/h로 행하는 메탄의 개질반응이 제공된다. 본 발명의 CeO2-ZrO2 지지체에 로듐(Rh)이 담지된 촉매는 부생가스 중에 존재하는 황, 구체적으로는 황화수소(H2S)에 대한 우수한 내구성을 갖는다. 따라서, 황, 구체적으로는 황화수소를 포함하는 부생가스를 사용한 메탄의 개질반응에서 우수한 촉매활성 및 안정성을 나타낸다. 이에 따라, 메탄의 개질반응에서 원하는 합성가스 및 수소가 높은 전환율로 얻어진다. The present invention is a catalyst for methane reforming reaction having excellent catalytic activity and stability in the presence of sulfur components, specifically H 2 S and excellent durability against sulfur, specifically H 2 S, a preparation method thereof, and reaction in the presence of the catalyst. A reforming reaction of methane is carried out at a temperature of 750 to 900 ° C., a reaction pressure of 0.5 to 10 atm, and a space velocity of 100 to 6,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. CeO 2 -ZrO 2 of the present invention The catalyst in which rhodium (Rh) is supported on the support has excellent durability against sulfur, specifically hydrogen sulfide (H 2 S), present in the by-product gas. Therefore, it shows excellent catalytic activity and stability in the reforming reaction of methane using sulfur, specifically byproduct gas containing hydrogen sulfide. Thus, the desired syngas and hydrogen are obtained at high conversion in the methane reforming reaction.

Description

황에 대한 내구성이 우수한 메탄 개질용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 메탄개질 방법{Catalyst for Reforming of Methane with the Enhanced Stability for Sulfur components, Preparing Method Thereof and Methane Reforming Method Using The Catalyst}Catalyst for Reforming of Methane with the Enhanced Stability for Sulfur components, Preparing Method Thereof and Methane Reforming Method Using The Catalyst}

본 발명은 황에 대한 내구성이 우수한 메탄 개질반응용 촉매, 이의 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 메탄개질방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 황 성분, 구체적으로 H2S의 존재하에서도 우수한 촉매 활성 및 안정성 및 황, 구체적으로는 H2S에 대한 우수한 내구성을 갖는 메탄 개질반응용 촉매, 이의 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 메탄개질방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a catalyst for methane reforming reaction having excellent durability against sulfur, a preparation method thereof, and a methane reforming method using the catalyst. More specifically, the present invention provides a catalyst for methane reforming reaction having excellent catalytic activity and stability in the presence of sulfur components, specifically H 2 S and excellent durability against sulfur, specifically H 2 S, a preparation method thereof, and the catalyst. It relates to a methane reforming method using.

철강 산업에서는 조업과정에서 다량의 부생가스(byproduct gas)가 발생된다. 부생가스는 COG(coke oven gas), LDG(LD converter gas) 및 BFG(Blast furnace gas) 등으로 구분되며, 부생가스 내에는 주로 H2, CH4, CO 및 CO2 등과 같은 연료 물질 및 화학물질 합성을 위한 기초원료 물질이 주성분으로 포함되어 있다. 일례로, 국내 제철소의 코크스 제조공정에서 발생하는 코크 오븐가스(COG)는 700 ~ 850? 정도의 고온으로 배출되며, 코크스 오븐가스에는 H2 55%, CO 약 10% 및 CH4 약 25% 등이 함유되어 있다.
In the steel industry, a large amount of byproduct gas is generated during operation. By-product gas is divided into COG (coke oven gas), LDG (LD converter gas) and BFG (Blast furnace gas) .In the by-product gas, mainly fuel materials and chemicals such as H 2 , CH 4 , CO and CO 2 Basic raw materials for synthesis are included as main ingredients. For example, the coke oven gas (COG) generated in the coke manufacturing process of domestic steel mills is 700 ~ 850? Is discharged at a high temperature, and coke oven gas is H 2 about 55%, CO 10% and CH 4 About 25% and the like.

또한, 전처리 과정에 따라서 불순물의 함량이 달라질 수 있지만, 미정제된 COG에는 많은 경우에, 약 수백에서 수천 ppm 정도의 H2S가 포함되어 있으며, 정제된 COG 가스 중에도 대부분 약 수십에서 수백 ppm의 H2S가 포함되어 있다.
In addition, although the content of impurities may vary depending on the pretreatment process, unrefined COG contains, in many cases, several hundreds to thousands of ppm H 2 S, and most of the purified COG gas contains about tens to hundreds of ppm. H 2 S is included.

한편, 상기 부생가스 중에 존재하는 메탄의 개질반응으로 합성가스와 수소가 제조된다. 합성가스와 수소를 생성하는 메탄의 개질반응은 크게 메탄의 수증기 개질 반응(steam reforming of methane; SRM), 산소를 이용한 메탄의 부분산화반응(partial oxidation of methane; POM), 메탄과 이산화탄소 개질반응(carbon dioxide reforming of methane; CDR) 및 혼합개질반응(SCR-combined stream and CO2 reforming with CO2; SRM+CDR) 등으로 크게 구분될 수 있으며 각 개질반응으로부터 생성되는 일산화탄소와 수소(H2/CO) 비는 후속 공정에서 최적으로 요구되는 비에 따라서 다르게 사용될 수 있다.
On the other hand, synthesis gas and hydrogen are produced by the reforming reaction of methane present in the by-product gas. The reforming reaction of methane producing syngas and hydrogen is largely carried out by steam reforming of methane (SRM), partial oxidation of methane (POM) using oxygen, and methane and carbon dioxide reforming ( Carbon dioxide reforming of methane (CDR) and mixed reforming reaction (SCR-combined stream and CO2 reforming with CO2; SRM + CDR) can be largely divided into carbon monoxide and hydrogen (H 2 / CO) ratios generated from each reforming reaction. Can be used differently depending on the optimally required ratio in subsequent processes.

일반적으로, H2S와 같은 촉매 피독을 유발하는 불순물이 포함되어 있지 않는 메탄을 이용하여 합성가스를 제조하는 경우에는 니켈 계열의 촉매가 일반적으로 이용되어 왔으며, 예를들어, 한국특허공개 제2006-132293호 및 제2005-51820에 개시되어 있다.
Generally, nickel-based catalysts have been generally used when syngas is produced using methane that does not contain impurities that cause catalyst poisoning, such as H 2 S. For example, Korean Patent Publication No. 2006 -132293 and 2005-51820.

그러나, 부생가스 중에 존재하는 H2S는 니켈 계열의 촉매에 피독 현상을 유발하여 촉매를 비활성화시키는 것으로 알려져 있으며, 부생가스에 촉매의 비활성화를 유발하는 H2S가 포함되어 있는 경우에, 메탄의 개질반응에 사용될 수 있는 촉매계에 대한 연구 보고는 미미한 실정이다.
However, the H 2 S present in the by-product gas is known to inactivate the catalyst by poisoning the nickel-based catalyst, and when the by-product gas contains H 2 S that causes the catalyst deactivation, Research reports on catalyst systems that can be used for reforming reactions are insignificant.

H2S에 대한 내구성이 우수한 촉매계열로서 Pt, Pd 및 Rh 계열의 귀금속 촉매를 사용하여 메탄의 개질반응을 행하는 경우에도, H2S 가 고농도(수백~수천 ppm)으로 존재하면 촉매의 비활성화 일반적으로 급격하게 진행된다.
Even when the methane reforming reaction is carried out using Pt, Pd and Rh series noble metal catalysts as a catalyst system having excellent durability against H 2 S, in the presence of H 2 S at high concentrations (hundreds to thousands of ppm), the catalyst is generally deactivated. Proceeds abruptly.

따라서, 황, 구체적으로 H2S가 포함되어 있는 가스에서 미리 탈황공정으로 황을 제거한 후에 개질반응을 행하여 합성가스를 제조하는 방법이 일반적이며, 예를들어, 미국 특허등록 제6,692,711호에 기술되어 있다.
Therefore, a method of preparing a synthesis gas by removing the sulfur in a sulfur-containing gas, specifically H 2 S in advance by a desulfurization process, is generally described, for example, described in US Patent No. 6,692,711. have.

나아가, 현재 상업적으로 활용되고 있는 H2S가 제거된 메탄을 이용하여 SRM(steam reforming of methane) 반응을 수행하는 경우에는 반응온도 750∼850℃ 그리고 스팀과 메탄의 몰비 4∼6:1의 영역에서 Ni/Al2O3 촉매계가 주로 사용되고 있으나, 탄소침적에 의한 촉매의 비활성화 문제로 인하여 귀금속 또는 조촉매로서 전이금속 및 알칼리금속이 함유된 촉매계에 대한 연구가 진행되고 있다.[Journal of Molecular Catalysis A 147 (1999) 41].
Furthermore, in the case of steam reforming of methane (SRM) reaction using methane from which H 2 S is currently used commercially, the reaction temperature is 750 to 850 ° C and the molar ratio of steam and methane is 4 to 6: 1. Ni / Al 2 O 3 catalyst system is mainly used in the research, but due to the problem of deactivation of the catalyst by carbon deposition, studies on catalyst systems containing transition metals and alkali metals as precious metals or cocatalysts are being conducted. [Journal of Molecular Catalysis A 147 (1999) 41].

따라서, 다량의 황, 구체적으로는 황화수소(H2S)가 존재하는 부생가스를 이용한 메탄개질반응에 대하여 우수한 내구성을 나타내는 촉매계의 개발이 요구된다.
Therefore, there is a need for the development of a catalyst system that shows excellent durability against methane reforming reaction using a by-product gas containing a large amount of sulfur, specifically hydrogen sulfide (H 2 S).

본 발명은 황, 구체적으로는 황화수소(H2S)에 대한 내구성이 우수한 메탄 개질반응용 촉매를 제공하는 것이다.
The present invention provides a catalyst for methane reforming having excellent durability against sulfur, specifically hydrogen sulfide (H 2 S).

본 발명은 황, 구체적으로는 황화수소(H2S)에 대한 내구성이 우수한 메탄 개질반응용 촉매 제조방법을 제공하는 것이다.
The present invention provides a method for preparing a catalyst for methane reforming reaction having excellent durability against sulfur, specifically hydrogen sulfide (H 2 S).

본 발명은 상기 황, 구체적으로는 황화수소(H2S)에 대한 내구성이 우수한 메탄 개질반응용 촉매를 이용한 메탄 개질방법을 제공하는 것이다.
The present invention is to provide a methane reforming method using a catalyst for methane reforming reaction excellent in sulfur, specifically hydrogen sulfide (H 2 S).

본 발명의 제 1견지에 의하면,According to a first aspect of the present invention,

비표면적이 20~80 ㎡/g이고, CeO2/ZrO2의 중량비는 0.3≤CeO2/ZrO2≤4.0인 CeO2-ZrO2 지지체상에 CeO2-ZrO2 지지체 100중량부당 로듐이 0.2중량부 내지 5중량부로 담지되고 비표면적이 20 ∼ 50 ㎡/g인 촉매가 제공된다.
And a specific surface area of 20 ~ 80 ㎡ / g, a weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 is 0.3≤CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0 of CeO 2 -ZrO 2 CeO 2 -ZrO 2 on a support A catalyst having 0.2 to 5 parts by weight of rhodium per 100 parts by weight of the support and having a specific surface area of 20 to 50 m 2 / g is provided.

본 발명의 제 2견지에 의하면,According to a second aspect of the present invention,

제 1견지에 있어서, 상기 촉매는 H2S가 3000ppmv 이하로 존재하는 메탄의 개질반응에 사용되는 촉매가 제공된다.
In the first aspect, the catalyst is provided with a catalyst for use in the reforming of methane in which H 2 S is present at 3000 ppmv or less.

본 발명의 제 3견지에 의하면,According to a third aspect of the present invention,

제 2견지에 있어서, 상기 메탄의 개질반응은 메탄의 수증기 개질반응, 혼합개질반응, 산소를 이용한 메탄의 부분산화반응 또는 메탄과 이산화탄소 개질반응인 촉매가 제공된다.
In a second aspect, the reforming of the methane is provided with a catalyst which is steam reforming of methane, mixed reforming, partial oxidation of methane using oxygen or methane and carbon dioxide reforming.

본 발명의 제 4견지에 의하면,According to a fourth aspect of the present invention,

CeO2-ZrO2 지지체에 지지체 100중량부에 대하여 로듐을 금속 함량기준으로 0.2중량부 내지 5.0 중량부로 담지하는 단계 및 400∼800℃로 소성하는 단계를 포함하는 촉매 제조방법이 제공된다.
CeO 2 -ZrO 2 Provided is a method for preparing a catalyst comprising supporting a rhodium in an amount of 0.2 parts by weight to 5.0 parts by weight based on a metal content with respect to 100 parts by weight of the support, and calcining at 400 to 800 ° C.

본 발명의 제 5견지에 의하면,According to a fifth aspect of the present invention,

제 4견지에 있어서, 상기 CeO2-ZrO2 지지체는 에틸렌글리콜에 구연산을 용해시킨 용액에 세륨 전구체 수용액을 첨가하고 다른 에틸렌글리콜에 구연산을 용해시킨 용액에 지르코늄 전구체 수용액을 첨가한 다음에 이들을 합하여 혼합용액을 준비하는 단계; In the fourth aspect, the CeO 2 -ZrO 2 Preparing a mixed solution by adding a cerium precursor solution to a solution of citric acid in ethylene glycol and adding a zirconium precursor solution to a solution of citric acid in another ethylene glycol;

상기 혼합용액을 50~100℃에서 교반하는 단계;Stirring the mixed solution at 50˜100 ° C .;

5~10시간 동안 120~130℃로 가열하는 혼합용액 중의 물을 제거하여 졸을 형성하는 단계; 및Removing water in the mixed solution heated to 120 to 130 ° C. for 5 to 10 hours to form a sol; And

상기 졸을 400 내지 900℃에서 3~5시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 졸-겔법으로 제조되는 촉매 제조방법이 제공된다.
Provided is a method for preparing a catalyst prepared by a sol-gel method comprising calcining the sol at 400 to 900 ° C. for 3 to 5 hours.

본 발명의 제 6견지에 의하면,According to a sixth aspect of the present invention,

제 4견지에 있어서, 상기 CeO2-ZrO2 지지체는 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체를 물에 용해시켜서 혼합용액을 준비하는 단계; In the fourth aspect, the CeO 2 -ZrO 2 The support is prepared by dissolving a cerium precursor and a zirconium precursor in water to prepare a mixed solution;

상기 혼합용액에 염기성 침전제 수용액을 pH 9 ∼ 10이 되도록 첨가하여 공침하는 단계; Coprecipitation by adding a basic precipitant aqueous solution to pH 9-10 to the mixed solution;

50∼90℃에서 2 ∼10시간 동안 숙성하여 침전물 얻는 단계;Aging at 50-90 ° C. for 2-10 hours to obtain a precipitate;

상기 침전물을 여과, 세척 및 건조하는 단계; 및Filtering, washing and drying the precipitate; And

상기 침전물을 400 내지 900℃에서 3~5시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 공침법으로 제조되는 촉매 제조방법이 제공된다.
Provided is a method for preparing a catalyst prepared by a coprecipitation method comprising calcining the precipitate at 400 to 900 ° C. for 3 to 5 hours.

본 발명의 제 7견지에 의하면,According to a seventh aspect of the present invention,

제 5견지 또는 제 6견지에 있어서, 상기 지지체는 비표면적이 20~80 ㎡/g이고, CeO2/ZrO2의 중량비는 0.3≤CeO2/ZrO2≤ 4.0인 촉매 제조방법이 제공된다.
In the fifth or sixth aspect, the support has a specific surface area of 20 to 80 m 2 / g, and the weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 is 0.3 ≦ CeO 2 / ZrO 2 ≦ 4.0.

본 발명의 제 8견지에 의하면,According to an eighth aspect of the present invention,

제 5견지 또는 제 6견지에 있어서, 상기 촉매는 비표면적이 20 ∼ 50 ㎡/g인 촉매 제조방법이 제공된다.
In the fifth or sixth aspect, the catalyst has a specific surface area of 20 to 50 m 2 / g.

본 발명의 제 9견지에 의하면,According to a ninth aspect of the present invention,

제 1견지의 촉매 존재하에 반응 온도 750∼900℃, 반응압력 0.5∼10기압 및 메탄의 공간속도 100 ∼ 6,000L(CH4)/Kgcat/h로 행하는 메탄의 개질반응이 제공된다.
In the presence of the catalyst of the first aspect, a reforming reaction of methane is carried out at a reaction temperature of 750 to 900 占 폚, a reaction pressure of 0.5 to 10 atmospheres, and a space velocity of 100 to 6,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h.

본 발명의 제 10견지에 의하면,According to a tenth aspect of the present invention,

제 9견지에 있어서, 상기 부생가스는 H2S를 3000ppmv 이하로 포함하는 메탄의 개질반응이 제공된다.
In a ninth aspect, the by-product gas is provided with a reforming reaction of methane containing less than 3000 ppmv H 2 S.

본 발명의 제 11견지에 의하면,According to an eleventh aspect of the present invention,

제 9견지에 있어서, 상기 메탄의 개질반응은 메탄의 수증기 개질반응, 혼합개질반응, 산소를 이용한 메탄의 부분산화반응 또는 메탄과 이산화탄소 개질반응인 메탄의 개질반응이 제공된다.
In the ninth aspect, the reforming of the methane is provided by the reforming of methane, which is steam reforming of methane, mixed reforming, partial oxidation of methane using oxygen, or methane and carbon dioxide reforming.

본 발명의 CeO2-ZrO2 지지체에 로듐(Rh)이 담지된 촉매(이하, 'Rh/CeO2-ZrO2'라 하기도 함)는 부생가스 중에 존재하는 황, 구체적으로는 황화수소(H2S)에 대한 우수한 내구성을 갖는다. 따라서, 황, 구체적으로는 황화수소를 포함하는 부생가스를 사용한 메탄의 개질반응에서 우수한 촉매활성 및 안정성을 나타낸다. 이에 따라, 메탄의 개질반응에서 원하는 합성가스 및 수소가 높은 전환율로 얻어진다.
CeO 2 -ZrO 2 of the present invention A catalyst on which a rhodium (Rh) is supported on a support (hereinafter also referred to as 'Rh / CeO 2 -ZrO 2 ') has excellent durability against sulfur present in by-product gas, specifically hydrogen sulfide (H 2 S). Therefore, it shows excellent catalytic activity and stability in the reforming reaction of methane using sulfur, specifically byproduct gas containing hydrogen sulfide. Thus, the desired syngas and hydrogen are obtained at high conversion in the methane reforming reaction.

본 발명의 촉매는 부생가스, 예를 들어, COG중에 H2S가 수백~수천 ppm으로 존재하는 부생가스를 이용한 메탄의 선택적인 개질반응, 예를들어, 메탄의 수증기 개질반응 (SRM) 및 혼합개질반응(SCR-combined stream and CO2 reforming with CO2; SRM+CDR), 산소를 이용한 메탄의 부분산화반응(자열개질반응, partial oxidation of methane; POM), 및 메탄과 이산화탄소 개질반응(드라이 개질반응(dry reforming), carbon dioxide reforming of methane; CDR)에 사용될 수 있다.
The catalyst of the present invention is a selective reforming reaction of methane with by-product gas, for example by-product gas with H 2 S present in hundreds to thousands of ppm in COG, for example steam reforming (SRM) and mixing of methane. SCR-combined stream and CO 2 reforming with CO 2 ; SRM + CDR, partial oxidation of methane (POM) using oxygen, and methane and carbon dioxide reforming (dry reforming) It can be used for dry reforming, carbon dioxide reforming of methane (CDR).

한편, 본 발명의 촉매 존재하에 부생가스를 이용한 메탄의 개질반응에서 얻어지는 합성가스(구체적으로는 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스)는 메탄올을 합성, 디메틸에테르(DME) 합성 및 피셔-트롭쉬 반응 공정에 활용될 수 있으며, 수소는 수소연료 제조에 사용될 수 있다.
On the other hand, the synthesis gas (specifically, synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide) obtained in the reforming reaction of methane using by-product gas in the presence of the catalyst of the present invention synthesizes methanol, synthesizes dimethyl ether (DME) It can be utilized in the Ropsch reaction process, and hydrogen can be used to produce hydrogen fuel.

도 1은 실시예 1, 3 및 비교예 7의 촉매 존재하에서 행한 메탄 개질반응의 결과를 나타내는 그래프이다. 1 is a graph showing the results of a methane reforming reaction carried out in the presence of the catalysts of Examples 1, 3 and Comparative Example 7. FIG.

본 발명은 부생가스 중에 존재하는 황화수소(H2S)에 대한 우수한 내구성을 갖는 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. 구체적으로는 부생가스에 존재하는 황화수소의 피독 현상에 의한 촉매의 비활성화가 억제되어 황화수소가 다량 존재하는 부생가스를 사용한 메탄의 개질반응에 대한 우수한 촉매 활성 및 안정성을 갖는 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
The present invention is to provide a catalyst having excellent durability against hydrogen sulfide (H 2 S) present in the by-product gas and a method for producing the same. Specifically, inactivation of the catalyst due to poisoning of hydrogen sulfide present in the by-product gas is suppressed to provide a catalyst having excellent catalytic activity and stability for the reforming reaction of methane using the by-product gas containing a large amount of hydrogen sulfide, and a method for preparing the same. will be.

본 발명의 촉매는 촉매활성성분 및 지지체로서 특정한 성분이 조합된 것이다. 또한, 본 발명의 촉매는 지지체를 구성하는 금속산화물의 중량비, 지지체 및/또는 촉매의 비표면적이 특정하게 제어된 촉매의 황화수소에 대한 내구성이 현저하게 개선됨을 발견함에 기인한 것이다.
The catalyst of the present invention is a combination of a catalytically active component and a specific component as a support. In addition, the catalyst of the present invention is due to the discovery that the weight ratio of the metal oxides constituting the support, the support and / or the specific surface area of the catalyst, significantly improved the durability to hydrogen sulfide of the specifically controlled catalyst.

본 발명의 일 구현에 의하면, CeO2-ZrO2 지지체에 촉매활성성분으로 로듐이 담지된 촉매가 제공된다. 상기 CeO2-ZrO2 지지체는 비표면적이 20~80 ㎡/g, 바람직하게는 25~60㎡/g인 것이 좋다. 상기 비표면적을 갖는 지지체는 지지체에 대하여 로듐 활성성분이 적합하게 분산되어 분산성 저조로 인한 메탄의 전환율 저하 및 로듐의 과도한 분산으로 인한 로듐의 입자크기 감소에 따른 로듐과 지지체의 상호작용 증가에 기인한 로듐의 환원성 감소로 인한 촉매 활성 감소 문제가 과도하게 발생하지 않는다.
According to an embodiment of the present invention, CeO 2 -ZrO 2 A catalyst in which rhodium is supported as a catalytically active component on a support is provided. The CeO 2 -ZrO 2 support has a specific surface area of 20 to 80 m 2 / g, preferably 25 to 60 m 2 / g. The support having the specific surface area is due to an increase in the interaction between rhodium and the support due to a decrease in the conversion rate of methane due to poor dispersibility and a decrease in the particle size of rhodium due to excessive dispersion of rhodium due to the rhodium active ingredient being properly dispersed in the support. The problem of reduced catalytic activity due to the reduced reducibility of a rhodium does not arise excessively.

상기 CeO2-ZrO2 지지체(CeO2와 ZrO2를 포함하는 지지체)에서 금속산화물 CeO2/ZrO2의 중량비는 0.3≤CeO2/ZrO2≤4.0, 바람직하게는 0.5≤CeO2/ZrO2≤4.0인 것이 좋다. 상기 중량비가 0.3 미만 또는 4.0 초과인 경우에는 지지체의 비표면적 감소로 인하여 활성성분인 로듐의 분산성 및 환원성이 감소하고 이로 따라 촉매 활성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. CeO2/ZrO2의 중량비가 상기 범위인 지지체를 사용하므로써 H2S가 존재하는 부생가스 개질반응에서 우수한 촉매활성 및 메탄 전환율이 확보된다.
The CeO 2 -ZrO 2 support the weight ratio of the metal oxide CeO 2 / ZrO 2 in the (CeO 2 with a support comprising a ZrO 2) is 0.3≤CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0, preferably 0.5≤CeO 2 / ZrO 2 ≤ 4.0 is good. When the weight ratio is less than 0.3 or more than 4.0, the dispersibility and reducibility of the active ingredient, rhodium, may decrease due to a decrease in the specific surface area of the support, thereby reducing the catalytic activity. By using a support having a weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 in the above range, excellent catalytic activity and methane conversion in the by-product gas reforming reaction containing H 2 S are ensured.

상기 촉매활성성분인 Rh은 CeO2-ZrO2 지지체에 CeO2-ZrO2 지지체 100중량부에 대하여 0.2중량부 내지 5중량부로 담지될 수 있다. 활성성분의 담지량이 0.2중량부 미만이면 개질반응에 활성을 보이는 Rh의 함량이 적어서 활성이 저조하며, 5중량부를 초과하면 Rh의 분산성 감소로 인하여 촉매의 활성이 감소하며 촉매 제조비용이 증가한다. 따라서, CeO2-ZrO2 지지체 100중량부에 대하여 Rh를 0.2중량부 내지 5중량부로 담지하므로써 H2S가 존재하는 부생가스 개질반응에서 우수한 촉매활성 및 메탄 전환율이 확보된다.
Rh as the catalytically active component is CeO 2 -ZrO 2 CeO 2 -ZrO 2 on the support It may be supported by 0.2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the support. If the amount of the active ingredient is less than 0.2 parts by weight, the activity is low due to the small amount of Rh showing activity in the reforming reaction. If the amount is more than 5 parts by weight, the activity of the catalyst decreases due to the decrease in dispersibility of Rh, and the catalyst production cost increases. . Thus, CeO 2 -ZrO 2 By supporting Rh in an amount of 0.2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, excellent catalytic activity and methane conversion in the by-product gas reforming reaction containing H 2 S are ensured.

한편, 상기 CeO2-ZrO2 지지체에 로듐이 담지된 촉매의 비표면적은 20~50㎡/g인 것이 바람직하다. 촉매의 비표면적이 상기 범위인 경우에, 로듐의 분산성 감소로 인한 촉매의 활성 감소 및 반응조건에서 촉매의 응집에 의한 비표면적의 감소로 인하여 촉매의 비활성화가 빠르게 진행되지 않는 점에서 바람직하다.
Meanwhile, CeO 2 -ZrO 2 The specific surface area of the catalyst on which the rhodium is supported on the support is preferably 20 to 50 m 2 / g. In the case where the specific surface area of the catalyst is in the above range, it is preferable in that the deactivation of the catalyst does not proceed rapidly due to a decrease in activity of the catalyst due to a decrease in dispersibility of rhodium and a decrease in specific surface area due to aggregation of the catalyst at reaction conditions.

본 발명의 다른 구현에 의하면 상기 CeO2-ZrO2 지지체에 로듐이 담지된 촉매의 제조방법이 제공된다. 상기 본 발명의 일 구현에 의한 상기 촉매는 CeO2-ZrO2 지지체 100중량부에 대하여 Rh을 금속 함량기준으로 0.2중량부 내지 5.0 중량부로 담지하고 400℃ 내지 800℃로 소성하여 제조된다.
According to another embodiment of the present invention the CeO 2 -ZrO 2 Provided is a method for preparing a catalyst having rhodium supported on a support. The catalyst according to an embodiment of the present invention is CeO 2 -ZrO 2 It is prepared by supporting Rh in an amount of 0.2 parts by weight to 5.0 parts by weight based on a metal content of 100 parts by weight of the support, and baking it at 400 ° C to 800 ° C.

지지체에 대한 로듐 활성성분의 담지는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 방법으로 행할 수 있으며, 예를들어, 함침법으로 행할 수 있다. 즉, Rh 전구체 용액을 CeO2-ZrO2 지지체에 첨가하여 함침법으로 지지체에 로듐을 담지시킬 수 있다.
The supporting of the rhodium active ingredient on the support can be carried out by any method known in the art, for example, by the impregnation method. That is, the Rh precursor solution may be added to the CeO 2 —ZrO 2 support to support the rhodium on the support by impregnation.

이때, 로듐 전구체로는 예를 들어, 로듐의 질산염, 클로라이드염 및 아세테이트염 등이 단독으로 혹은 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 보다 상세하게는, 용매에 로듐 전구체를 용해시킨 로듐 전구체 용액을 CeO2-ZrO2 지지체에 첨가하는 합침법으로 지지체에 로듐 활성성분을 담지시킨다. 상기 용매로는 물, 알코올, 구체적으로는 메탄올, 에탄올 및 프로판올로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 일종의 용매가 사용될 수 있다. 상기 용매는 단독으로 혹은 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
In this case, as the rhodium precursor, for example, nitrate, chloride salt and acetate salt of rhodium may be used alone or in combination of two or more thereof. More specifically, the rhodium active component is supported on the support by a method of adding a rhodium precursor solution in which a rhodium precursor is dissolved in a solvent to a CeO 2 -ZrO 2 support. As the solvent, at least one solvent selected from the group consisting of water, alcohol, specifically methanol, ethanol and propanol may be used. The solvent may be used alone or in combination of two or more thereof.

그 후, 용매를 제거하고 건조한 후, 소성하여 촉매를 제조할 수 있다. 용매의 제거는 예를들어, 감압증류장치(vacuum evaporator)를 이용하여 행할 수 있다. 또한, 상기 용매의 제거 및 건조 조건은 상기 촉매의 물성이 손상되지 않고 건조될 수 있도록 정도로 일반적인 용매제거 및 건조 조건으로 행할 수 있으며, 이들 조건을 특히 한정하는 것은 아니다. 예를들어, 50℃ 내지 70℃의 온도에서 상기 촉매 중의 용매가 제거되기에 충분한 시간동안 유지하여 용매를 제거할 수 있다. 50℃ 미만의 온도에서는 감압증류시에 용매가 원활하게 증발하기 어려우며 건조에 장시간이 소요될 수 있으며, 70℃를 초과하면 감압증류시에는 촉매활성 성분이 지지체의 외표면에 주로 분포하게 되어 촉매의 분산성이 떨어지는 문제가 있으므로 상기의 온도범위에서 용매를 감압증류하는 것이 바람직하다.
Thereafter, the solvent may be removed, dried, and calcined to prepare a catalyst. Removal of the solvent can be performed using, for example, a vacuum evaporator. In addition, the removal and drying conditions of the solvent can be carried out under general solvent removal and drying conditions to the extent that the physical properties of the catalyst can be dried without damage, and these conditions are not particularly limited. For example, the solvent may be removed by maintaining it at a temperature between 50 ° C. and 70 ° C. for a time sufficient to remove the solvent in the catalyst. At temperatures below 50 ° C, the solvent is difficult to evaporate smoothly during distillation under reduced pressure and may take a long time to dry. If the temperature is above 70 ° C, catalytically active components are mainly distributed on the outer surface of the support during distillation under reduced pressure. It is preferable to distill the solvent under reduced pressure in the above temperature range because there is a problem that the acid is falling.

예를들어, 상기 건조는 오븐에서 행할 수 있으며, 이때 오븐의 온도는 100℃ 내지 200℃일 수 있다. 상기 온도 범위에서 건조하므로써 촉매 소성 과정에서 용매가 잔류되어 로듐 입자가 지지체 입자의 외표면으로 이동하여 로듐의 분산성이 감소하는 문제의 발생이 방지되며, 또한, 로듐 전구체가 지지체 표면에서 쉽게 응집되어서 분산성이 감소하는 문제의 발생이 방지된다. 촉매는 용매가 99중량%이상 제거되도록 약 6~24 시간 정도 상기 건조온도에서 건조시키는 것이 바람직하다. 24시간을 초과하는 장시간의 건조는 비용이 과도하게 소비되는 단점이 있다.
For example, the drying may be performed in an oven, where the temperature of the oven may be 100 ° C to 200 ° C. By drying in the above temperature range, the solvent remains during the catalytic firing process, the rhodium particles move to the outer surface of the support particles, thereby preventing the problem of reducing the dispersibility of rhodium, and the rhodium precursor easily aggregates on the surface of the support The occurrence of the problem of decreasing dispersibility is prevented. The catalyst is preferably dried at the drying temperature for about 6 to 24 hours to remove more than 99% by weight of the solvent. Prolonged drying in excess of 24 hours has the disadvantage that the cost is excessively consumed.

상기 촉매의 소성 온도는 CeO2-ZrO2 지지체의 소성 온도보다 낮게 유지하여 활성성분인 로듐의 소결에 의한 입자크기 증가를 억제할 필요가 있다. 따라서, 상기 촉매의 소성은 지지체의 소성 온도 보다 낮은 온도인 400℃ 내지 800℃, 바람직하게는 400℃ 내지 750℃ 범위의 온도에서 행할 수 있다. 상기 소성온도에서 소성하므로써 반응 중에 로듐산화물의 소결에 의한 활성감소 현상이 발생되지 않고 뿐만 아니라, 로듐과 지지체의 강한 상호작용에 의한 촉매의 환원도 감소 및 소성과정에서의 로듐 소결에 의한 촉매활성의 저하 문제가 발생되지 않으므로 바람직하지 않다. 상기 온도 범위에서 예를들어, 대략 3~12시간 동안 소성하므로써 충분히 소성된다. 비용측면에서, 소성시간을 12 시간 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 소성은 공기분위기에서 행할 수 있다.
The calcination temperature of the catalyst needs to be kept lower than the calcination temperature of the CeO 2 -ZrO 2 support to suppress the increase in particle size due to the sintering of rhodium which is an active ingredient. Accordingly, the firing of the catalyst may be performed at a temperature in the range of 400 ° C to 800 ° C, preferably 400 ° C to 750 ° C, which is lower than the firing temperature of the support. The calcination at the firing temperature does not cause a decrease in activity due to sintering of rhodium oxide during the reaction, as well as the reduction of the reduction of the catalyst due to the strong interaction of rhodium and the support and the catalytic activity of rhodium sintering in the sintering process. It is not preferable because no degradation problem occurs. In the said temperature range, it bakes enough by baking for about 3 to 12 hours, for example. In terms of cost, it is preferable to keep the firing time at 12 hours or less. Firing can be carried out in an air atmosphere.

상기 CeO2-ZrO2 지지체는 졸-겔 방법 또는 공침법으로 제조될 수 있다. CeO 2 -ZrO 2 The support can be prepared by sol-gel method or coprecipitation method.

CeO2-ZrO2 지지체는 졸-겔 방법으로 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 세륨 전구체 수용액과 지르코늄 전구체 수용액을 혼합하고, 이를 가열하여 혼합용액중의 물을 제거하여, 바람직하게는 99중량% 이상 제거하여 졸을 형성한다. 그 후, 졸을 소성하여 CeO2-ZrO2 지지체를 얻는다. 상기 세륨 전구체 수용액 및 지르코늄 전구체 수용액에서, 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체의 함량은 CeO2-ZrO2 지지체 제조시 CeO2/ZrO2의 중량비가 0.3≤CeO2/ZrO2≤4.0이 되도록 하는 양이다.
CeO 2 -ZrO 2 The support can be prepared by the sol-gel method as follows. First, an aqueous solution of cerium precursor and an aqueous solution of zirconium precursor are mixed and heated to remove water in the mixed solution, preferably 99% by weight or more, to form a sol. The sol is then calcined to form CeO 2 -ZrO 2 Obtain a support. In the cerium precursor solution and the zirconium precursor aqueous solution, the content of cerium precursor and zirconium precursor is CeO 2 -ZrO 2 The weight ratio of the support during manufacture CeO 2 / ZrO 2 is an amount such that the 0.3≤CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0.

구체적으로, 에틸렌글리콜에 구연산을 용해시킨 용액에 세륨 전구체 수용액을 첨가하여 세륨 전구체 용액(A)을 준비한다. 한편, 다른 에틸렌글리콜에 구연산을 용해시킨 용액에 지르코늄 전구체 수용액을 첨가하여 지르코늄 전구체 용액(B)를 준비한다.
Specifically, cerium precursor solution (A) is prepared by adding cerium precursor aqueous solution to a solution in which citric acid is dissolved in ethylene glycol. On the other hand, a zirconium precursor solution (B) is prepared by adding a zirconium precursor aqueous solution to a solution in which citric acid is dissolved in another ethylene glycol.

세륨 전구체 및 지르코늄 전구체로는 이 기술분야에서 일반적으로 사용되는 금속전구체가 사용될 수 있다. 이로서 한정하는 것은 아니지만, 세륨 전구체로는 예를들어, 세륨 클로라이드염(cerous chloride), 질산염(cerous nitrate), 옥살레이트염(cerous oxalate) 및 탄산염(cerous carbonate)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종의 세륨 전구체가 단독으로 혹은 이종 이상이 함께 사용될 수 있다. 이로서 한정하는 것은 아니지만, 지르코늄 전구체로는 예를들어, 지르코늄 클로라이드염(zirconium chloride), 질산염(지르코늄 니트레이트(zirconium nitrate) 및/또는 지르코닐 니트레이트(zirconyl nitrate)), 지르코늄 아세테이트염(zirconyl acetate) 및 지르코늄 클로라이드염(zirconyl chloride)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종의 지르코늄 전구체가 단독으로 혹은 이종 이상이 함께 사용될 수 있다.
As the cerium precursor and the zirconium precursor, metal precursors generally used in the art may be used. Although not limited to this, the cerium precursor is, for example, at least one selected from the group consisting of cerium chloride, cerous nitrate, cerous oxalate and cerous carbonate. Cerium precursors may be used alone or in combination of two or more. Although not limited thereto, zirconium precursors include, for example, zirconium chloride salts, nitrates (zirconium nitrate and / or zirconyl nitrate) and zirconyl acetate salts. ) And at least one type of zirconium precursor selected from the group consisting of zirconyl chloride may be used alone or in combination of two or more.

상기 세륨 전구체 수용액 및 지르코늄 전구체 수용액과 혼합되는 에틸렌글리콜에 구연산을 용해시킨 용액에서, 에틸렌글리콜의 함량은 금속(Ce 또는 Zr) 1몰 당 10몰 내지 40몰일 수 있다. 구연산의 함량은 금속(Ce 또는 Zr) 1몰 당 2몰 내지 10몰일 수 있다. 과량의 구연산 및 에틸렌 글리콜을 사용하는 것이 금속 전구체, 구체적으로 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체의 분산성에는 유리하지만, 과량을 사용하는 경우에는 촉매 제조 비용 및 소성 과정에서 구연산 및 에틸렌 글리콜의 분해가 어려운 단점이 발생할 수 있으므로 구연산 및 에틸렌 글리콜을 상기 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
In the solution in which citric acid is dissolved in ethylene glycol mixed with the cerium precursor aqueous solution and the zirconium precursor aqueous solution, the content of ethylene glycol may be 10 to 40 mol per mol of the metal (Ce or Zr). The content of citric acid may be 2 to 10 moles per mole of metal (Ce or Zr). The use of excess citric acid and ethylene glycol is advantageous for the dispersibility of metal precursors, specifically cerium precursors and zirconium precursors. However, the use of excess citric acid and ethylene glycol make it difficult to decompose citric acid and ethylene glycol during catalyst preparation and firing. It is preferable to use citric acid and ethylene glycol in the above ranges as they may occur.

상기 세륨 전구체 용액(A)와 지르코늄 전구체 용액(B)을 교반하여 혼합한다. 그 후에, 가열하여 혼합용액중의 물을 제거하여 졸을 형성한다. 상기 교반 및 혼합은 50~100℃의 온도에서 행하므로써 세륨 전구체 용액 및 지르코늄 전구체 용액의 증발을 최대한 억제하면서 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체의 분산성을 극대화할 수 있다.
The cerium precursor solution (A) and the zirconium precursor solution (B) are stirred and mixed. Thereafter, the mixture is heated to remove water in the mixed solution to form a sol. The stirring and mixing may be performed at a temperature of 50 to 100 ° C. to maximize dispersibility of the cerium precursor and the zirconium precursor while maximally suppressing the evaporation of the cerium precursor solution and the zirconium precursor solution.

상기 교반 및 혼합 후, 혼합용액을 가열하여 혼합용액 중의 물을 증발시켜서 제거하여 졸을 형성한다. 가열은 예를들어, 120℃ 내지 130℃로 5시간 내지 10시간 동안 행할 수 있다. 급격한 수분 증발에 의한 금속 전구체의 응집이 발생이 방지되도록 120℃ 내지 130℃에서 5시간 내지 10시간 동안 가열하는 것이 바람직하다.
After the stirring and mixing, the mixed solution is heated to remove the water in the mixed solution by evaporation to form a sol. Heating can be performed, for example at 120 degreeC-130 degreeC for 5 to 10 hours. It is preferable to heat at 120 ° C to 130 ° C for 5 to 10 hours so that aggregation of the metal precursor due to rapid moisture evaporation is prevented.

그 후, 상기 졸을 소성하여 CeO2-ZrO2 지지체를 얻는다. 상기 소성은 400 내지 900℃, 바람직하게는 400 내지 800℃에서 3시간 내지 5시간 동안 행할 수 있다. 소성시 급격한 승온은 세륨산화물 및 지르코늄 산화물의 소결에 의한 분산성 감소를 초래할 수 있으므로 3~7℃/min의 승온 속도로 승온하는 것이 바람직하다. 또한, 예를들어, 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체가 세륨 산화물 및 지르코늄 산화물로 충분히 전환되어 적합한 CeO2-ZrO2 구조를 형성하므로써 본 발명의 일 구현에 의한 촉매를 이용한 메탄의 개질반응시에 열적 안정성이 확보되고 입자 크기의 성장으로 인한 비표적 감소 및 이로 인하여 지지체에 담지되는 로듐의 분산성 감소 및 촉매를 메탄 개질반응에 사용하는 경우의 메탄 전환율 감소가 방지되도록 400 내지 900℃에서 3~5시간 동안 소성하는 것이 바람직하다. 소성은 공기분위기에서 행할 수 있다.
The sol is then calcined to form CeO 2 -ZrO 2 Obtain a support. The firing may be performed at 400 to 900 ° C, preferably at 400 to 800 ° C for 3 to 5 hours. Rapid heating during firing may lead to a decrease in dispersibility due to sintering of cerium oxide and zirconium oxide, and therefore, it is preferable to increase the temperature at a heating rate of 3 to 7 ° C / min. Further, for example, cerium precursors and zirconium precursors are sufficiently converted to cerium oxides and zirconium oxides to form a suitable CeO 2 -ZrO 2 structure, so that thermal stability during the reforming reaction of methane using the catalyst according to one embodiment of the present invention is improved. 3 to 5 hours at 400 to 900 ° C. to ensure specific target reduction due to growth of the particle size and thereby to reduce the dispersibility of the rhodium supported on the support and to reduce the methane conversion rate when the catalyst is used in the methane reforming reaction. It is preferable to bake. Firing can be carried out in an air atmosphere.

CeO2-ZrO2 지지체는 또는 다음과 같이 공침법으로 제조될 수 있다. 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체를 물에 용해시켜서 혼합용액을 제조하고, 여기에 염기성 첨가제를 첨가하여 혼합용액의 pH를 조절하여 세륨 전구체와 지르코늄 전구체를 공침시키고 숙성하여 얻어지는 침전물 여과, 세척 및 건조하고 소성하여 CeO2-ZrO2 지지체를 얻는다.
CeO 2 -ZrO 2 The support can also be prepared by coprecipitation as follows. A cerium precursor and a zirconium precursor were dissolved in water to prepare a mixed solution, and a basic additive was added thereto to adjust the pH of the mixed solution to precipitate, filtration, washing, drying and firing the precipitate obtained by coprecipitation and aging of the cerium precursor and the zirconium precursor. CeO 2 -ZrO 2 Obtain a support.

먼저, 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체를 물에 용해시켜서 혼합용액을 준비한다. 이때, 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체로는 상기 졸-겔법에서 기재한 것과 동일한 전구체가 사용될 수 있다. 물에 세륨 전구체와 지르코늄 전구체는 얻어지는 CeO2-ZrO2 지지체에서 CeO2/ZrO2의 중량비가 0.3≤CeO2/ZrO2≤4.0이 되도록 첨가된다. 물에 대한 세륨전구체 및 지르코늄 전구체의 함량이 낮을수록 공침 반응이 잘 진행되지만, 촉매 제조비용을 고려하여 물/금속전구체(세륨 전구체와 지르코늄 전구체의 총량)의 중량비는 100이하로 하는 것이 바람직하다.
First, a cerium precursor and a zirconium precursor are dissolved in water to prepare a mixed solution. In this case, the same precursor as described in the sol-gel method may be used as the cerium precursor and the zirconium precursor. In water of cerium precursor and a zirconium precursor is added in a weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 in a CeO 2 -ZrO 2 support is obtained such that the 0.3≤CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0. The lower the content of cerium precursor and zirconium precursor to water, the better the coprecipitation reaction, but the weight ratio of water / metal precursor (total amount of cerium precursor and zirconium precursor) is preferably 100 or less in consideration of catalyst production cost.

그 후, 용기에 pH 9 ~10이 되도록 상기 혼합용액과 염기성 침전제 수용액을 동시에 천천히 가하여 세륨 전구체와 지르코늄 전구체가 공침되도록 한다. 이때, 금속전구체 수용액과 염기성 침전제 수용액을 동시에 천천히 혼합하면서 공침 반응을 수행하여야 균일한 pH 범위가 유지되고 비표면적이 넓은, 구체적으로는 비표면적이 20-80㎡/g, 바람직하게는 25-60㎡/g인 지지체를 제조할 수 있다.
Thereafter, the mixed solution and the basic precipitant aqueous solution are slowly added to the vessel at a pH of 9-10 so that the cerium precursor and the zirconium precursor are co-precipitated. At this time, the coprecipitation reaction should be carried out while slowly mixing the aqueous solution of the metal precursor and the aqueous solution of the basic precipitant at the same time to maintain a uniform pH range and have a large specific surface area. A support that is m 2 / g can be prepared.

상기 염기성 침전제로는 이 기술분야에서 일반적으로 알려져 있는 어떠한 는 염기성 침전제가 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 암모니아수(NaOH), 암모늄카보네이트 ((NH4)2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 탄산암모늄((NH4)2CO3) 및 탄산수소나트륨(NaHCO3) 등이 단독으로 혹은 2종 이상이 함께 사용될 수 있다. 염기성 침전제 수용액은 물에 상기 염기성 침전제를 용해시켜서 제조할 수 있으며, 이때 염기성 침전제의 농도는 특히 한정하지 않는다.
As the basic precipitant, any silver basic precipitant generally known in the art may be used, but is not limited thereto. For example, ammonia water (NaOH), ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ), and sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) may be used alone or in combination of two or more thereof. The basic precipitant aqueous solution may be prepared by dissolving the basic precipitant in water, and the concentration of the basic precipitant is not particularly limited.

pH 9 ∼ 10에서 세륨 및 지르코늄 전구체의 공침 반응이 원활하게 진행되며 따라서, 침전물이 우수한 수율로 얻어지므로 pH 9 ∼ 10이 되도록 한다.
The coprecipitation reaction of cerium and zirconium precursors proceeds smoothly at pH 9-10, so that the precipitate is obtained at an excellent yield so that the pH is 9-10.

그 후, 숙성하여 침전물을 얻는다. 공침 후, 숙성과정은 50℃ 내지 90℃에서 2시간∼10시간, 바람직하게는 2시간 내지 8시간 동안 행한다. 상기 숙성온도 및 시간 범위에서 숙성하므로써, CeO2-ZrO2 지지체의 구조가 잘 형성되어 지지체에 대한 로듐의 분산성이 좋으며, 따라서, 촉매 사용시, 우수한 메탄 전환율을 얻을 수 있다. 구체적으로, 상기 온도범위에서 숙성하므로써 지지체의 구조가 잘 형성되며, 지지체의 과도한 입자크기 증가가 방지되어 비표면적이 감소하는 문제가 방지된다. 구체적으로 상기 시간범위로 숙성하므로써 지지체의 구조가 잘 형성되고 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체의 입자의 응집 현상 증가로 인한 지지체 비표면적 감소가 방지되어 비표면적이 넓은, 구체적으로는 비표면적이 20-80㎡/g, 바람직하게는 25-60㎡/g인 지지체가 얻어진다.
Thereafter, it is aged to obtain a precipitate. After coprecipitation, the aging process is carried out at 50 ° C to 90 ° C for 2 hours to 10 hours, preferably 2 hours to 8 hours. By aging at the above aging temperature and time range, the structure of the CeO 2 -ZrO 2 support is well formed so that the dispersibility of rhodium on the support is good, and thus, when using a catalyst, excellent methane conversion can be obtained. Specifically, the structure of the support is well formed by aging in the above temperature range, the excessive increase in the particle size of the support is prevented to prevent the problem of reducing the specific surface area. Specifically, by aging in the above time range, the structure of the support is well formed, and the support surface area decreases due to the increase of the agglomeration of the particles of the cerium precursor and the zirconium precursor, thereby preventing a large specific surface area, specifically, the specific surface area of 20-80 m 2. A support is obtained which is / g, preferably 25-60 m 2 / g.

숙성 후, 여과하여 형성된 침전물을 취하고 세척한다. 그 후, 100℃ 이상, 구체적으로 100℃ 내지 150℃ 범위의 오븐에서 12시간 내지 24시간 건조한다. 건조는 기공내에 존재하는 용매가 제거될 수 있는 온도인 100℃이상에서 12시간 내지 24시간 건조하는 것이 바람직하다. 한편, 150℃ 보다 높은 온도에서 건조하면, 건조 시간은 단축될 수 있으나, 지지체의 비표면적이 감소할 수 있으므로 상기의 온도 영역에서 건조하는 것이 바람직하다.
After aging, the precipitate formed by filtration is taken and washed. The drying is then carried out in an oven at 100 ° C. or higher, specifically in the range from 100 ° C. to 150 ° C. for 12 hours to 24 hours. Drying is preferably carried out for 12 hours to 24 hours at 100 ℃ or more temperature that can remove the solvent present in the pores. On the other hand, when drying at a temperature higher than 150 ℃, drying time can be shortened, but the specific surface area of the support may be reduced, it is preferable to dry in the above temperature range.

건조 후, 소성하여 CeO2-ZrO2 지지체를 얻는다. 상기 소성은 400 내지 900℃, 바람직하게는 400 내지 800℃에서 3시간 내지 5시간 동안 행할 수 있다. 소성시 급격한 승온은 세륨산화물 및 지르코늄 산화물의 소결에 의한 분산성 감소를 초래할 수 있으므로 3℃/min 내지 7℃/min의 승온 속도로 승온하는 것이 바람직하다. 상기 소성 공정 및 조건은 졸-겔법과 동일하다. After drying, thereby forming a CeO 2 -ZrO 2 Obtain a support. The firing may be performed at 400 to 900 ° C, preferably at 400 to 800 ° C for 3 to 5 hours. Rapid firing during firing may cause a decrease in dispersibility due to sintering of cerium oxide and zirconium oxide, and therefore, it is preferable to increase the temperature at a heating rate of 3 ° C./min to 7 ° C./min. The firing process and conditions are the same as the sol-gel method.

상기 CeO2-ZrO2 지지체, 구체적으로는 졸-겔 방법 및 공침 방법으로 제조되는 CeO2-ZrO2 지지체에서 금속산화물 CeO2/ZrO2의 중량비는 0.3≤CeO2/ZrO2≤4.0, 바람직하게는 0.5≤CeO2/ZrO2≤4.0이다. 구체적으로, 상기 졸-겔 방법 및 공침법에서 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체는 CeO2/ZrO2 중량비가 0.3≤CeO2/ZrO2≤4.0, 바람직하게는 0.5≤CeO2/ZrO2≤4.0이 되도록 하는 양으로 사용된다. 또한, 상기 CeO2-ZrO2 지지체의 비표면적은 20 ~ 80㎡/g, 바람직하게는 25 ~ 60㎡/g이다. 지지체의 비표면적은 소성온도, 세륨 전구체 및 지르코늄 전구체의 함량에 따라 상기 범위로 조절될 수 있다. 또한, 졸-겔법의 경우, 사용되는 에틸렌글리콜 및 구연산의 함량 그리고 공침법의 경우에, 염기성 침전제의 종류에 따라 조절될 수 있다.
The CeO 2 -ZrO 2 support, specifically, the sol-gel method and a metal oxide in the CeO 2 -ZrO 2 support is prepared by co-precipitation method the weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 is 0.3≤CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0, preferably Is 0.5 ≦ CeO 2 / ZrO 2 ≦ 4.0. Specifically, in the sol-gel method and the coprecipitation method, the cerium precursor and the zirconium precursor have a CeO 2 / ZrO 2 weight ratio of 0.3 ≦ CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0, preferably 0.5≤CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0 Used in quantity. In addition, the specific surface area of the CeO 2 -ZrO 2 support is 20 to 80 m 2 / g, preferably 25 to 60 m 2 / g. The specific surface area of the support may be adjusted in the above range depending on the firing temperature, the content of the cerium precursor and the zirconium precursor. In addition, in the case of the sol-gel method, the content of ethylene glycol and citric acid used, and in the case of the coprecipitation method, may be adjusted according to the type of basic precipitant.

상기 본 발명의 Rh/CeO2-ZrO2 촉매는 H2S, 구체적으로는 수백~수천 ppmv, 보다 구체적으로는 3000 ppmv이하의 H2S가 존재하는 메탄의 개질반응에 바람직하게 사용된다. 상기 메탄의 개질반응은 또한, 메탄을 포함하는 부생가스의 개질반응을 포함한다. 즉, 본 발명의 Rh/CeO2-ZrO2 촉매는 H2S, 구체적으로는 수백~수천 ppm의 H2S가 존재하는 메탄의 개질반응, 구체적으로는 메탄의 수증기 개질반응 (SRM) 및 혼합개질반응(SCR-combined stream and CO2 reforming with CO2; SRM+CDR)에 사용될 수 있다.
Rh / CeO 2 -ZrO 2 of the present invention The catalyst as H 2 S, specifically, several hundred to thousands ppmv, is more specifically, preferably used for the reforming reaction of methane is less than 3000 ppmv H 2 S present. The reforming reaction of methane also includes reforming the by-product gas containing methane. That is, Rh / CeO 2 -ZrO 2 of the present invention The catalyst is methane reforming with H 2 S, specifically hundreds to thousands of ppm H 2 S, specifically steam reforming (SRM) and mixed reforming (SCR-combined stream and CO 2 reforming with methane). CO 2 ; SRM + CDR).

본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 일 구현에 의한 Rh/CeO2-ZrO2 촉매 존재하에서 반응온도 700∼900℃, 반응압력 0.5∼10기압 및 메탄의 공간속도 100 내지 6,000L(CH4)/Kgcat/h로 한 메탄의 개질반응이 또한 제공된다.
According to another aspect of the present invention, Rh / CeO 2 -ZrO 2 according to one embodiment of the present invention There is also provided a reforming reaction of methane with a reaction temperature of 700-900 ° C., a reaction pressure of 0.5-10 atm and a space velocity of 100-6,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h.

상기 메탄의 개질반응은 메탄의 수증기 개질반응 (SRM), 혼합개질반응(SCR-combined stream and CO2 reforming with CO2; SRM+CDR), 산소를 이용한 메탄의 부분산화반응(자열개질반응, partial oxidation of methane; POM), 또는 메탄과 이산화탄소 개질반응(드라이 개질반응(dry reforming), carbon dioxide reforming of methane; CDR)을 예로들 수 있으며, 바람직하게는 메탄의 수증기 개질반응 (SRM) 또는 혼합개질반응(SCR-combined stream and CO2 reforming with CO2; SRM+CDR)이다.
The methane reforming reaction includes steam reforming of methane (SRM), mixed reforming (SCR-combined stream and CO 2 reforming with CO 2 ; SRM + CDR), and partial oxidation of methane using oxygen (autothermal reforming, partial). oxidation of methane (POM), or methane and carbon dioxide reforming (dry reforming, carbon dioxide reforming of methane; CDR), preferably steam reforming (SRM) or mixed reforming of methane. Reaction (SCR-combined stream and CO 2 reforming with CO 2 ; SRM + CDR).

상기 혼합개질 반응조건에서 반응 온도가 700℃ 미만이면 Boudourd 반응(2CO → C + CO2 ΔH = -172 kJ/mol)에 의한 탄소침적으로 촉매의 비활성화가 급격하게 발생하는 문제가 있으며, 반응온도가 900℃를 초과하면 메탄 및 이산화탄소의 전환율 면에서는 우수하지만 개질용 반응기 재질의 선정이 어렵고 850℃정도로 배출되는 고온의 부생가스를 2차로 열교환하기 위한 공정이 필요하여 전체 개질공정의 에너지 효율이 감소하는 문제가 발생하게 된다. 
If the reaction temperature is less than 700 ℃ in the mixed reforming reaction conditions there is a problem that the deactivation of the catalyst suddenly occurs by carbon deposition by Boudourd reaction (2CO → C + CO 2 ΔH = -172 kJ / mol), the reaction temperature is When it exceeds 900 ℃, the conversion rate of methane and carbon dioxide is excellent, but it is difficult to select the reactor material for reforming, and it is necessary to process the secondary heat exchange of the hot by-product gas discharged at about 850 ℃, which reduces the energy efficiency of the entire reforming process. Problems will arise.

반응압력이 0.5기압 미만이면 반응기의 크기가 증가하여 초기 투자비가 증가하는 문제점이 있을 수 있어서 바람직하지 않으며 10기압을 초과하면 반응기의 크기는 감소하여 투자비가 감소하지만, 열역학적으로 촉매 표면에 코크 생성이 우세하여 촉매의 비활성화가 급격하게 진행될 수도 있으며, 제철소에서 발생하는 부생가스를 추가로 10 기압 이상으로 부스팅하는 과정이 필요하여 공정의 경제성이 감소하는 문제가 있으므로 바람직하지 않다.
If the reaction pressure is less than 0.5 atm, there may be a problem that the initial investment cost increases due to the increase in the size of the reactor, and if the pressure exceeds 10 atm, the size of the reactor is reduced to reduce the investment cost, but thermodynamically produced coke on the catalyst surface It may not be preferable because the catalyst deactivation may proceed rapidly, and a process of boosting the by-product gas generated in the steel mill to an additional 10 atm or more may reduce the economic efficiency of the process.

공간속도가 100L(CH4)/Kgcat/h 미만이면 부생가스의 처리량이 감소하는 문제점이 있어서 바람직하지 않으며, 공간속도가 6,000(CH4)/Kgcat/h을 초과하는 경우에는 메탄의 일회 전환율이 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기의 반응 조건을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 본 발명의 일 견지에 의한 촉매를 사용한 개질반응에 사용하고자 하는 메탄 또는 부생가스 중의 H2S의 농도는 3000 ppmv이하인 것이 바람직하다. H2S의 농도가 3000 ppmv를 초과하면 로듐의 활성점을 막아서 촉매의 비활성화가 빠르게 진행될 수 있다. 본 발명의 일 구현에 의한 촉매를 사용하여 H2S의 농도는 3000 ppmv이하인 부생가스의 개질반응을 행하는 경우에, 50%이상의 메탄 전환율 및/또는 25% 이상의 CO2 전환율이 확보될 수 있다.
If the space velocity is 100L (CH 4) / If Kgcat / h under is not desirable in the problem of reduced throughput in the waste gas, the space velocity is 6,000 exceeds (CH 4) / Kgcat / h, the one-pass conversion of methane It is desirable to maintain the above reaction conditions because a problem of decreasing may occur. The concentration of H 2 S in methane or by-product gas to be used in the reforming reaction using the catalyst according to one aspect of the present invention is preferably 3000 ppmv or less. When the concentration of H 2 S exceeds 3000 ppmv, the deactivation of the catalyst may proceed rapidly by blocking the active site of rhodium. When using a catalyst according to one embodiment of the present invention, the concentration of H 2 S is 3000 ppmv or less by-product gas reforming, it is possible to ensure more than 50% methane conversion and / or more than 25% CO 2 conversion.

상기 본 발명의 일 견지에 의한 촉매는 상기 개질반응에 사용하기 전에 필요에 따라서, 500 ∼ 800℃ 온도범위에서 미리 환원 처리하여 사용할 수 있다. 부생가스 중에 포함되어 있는 수소에 의해, 개질반응 도중에 로듐의 자가 환원이 진행되므로 촉매의 환원 전처리 공정을 생략하고 개질반응에 바로 활용할 수도 있다.
The catalyst according to one aspect of the present invention may be used after reduction treatment in a temperature range of 500 to 800 ° C. as necessary before use in the reforming reaction. By hydrogen contained in the by-product gas, since the self-reduction of rhodium proceeds during the reforming reaction, the reduction pretreatment process of the catalyst can be omitted and used directly in the reforming reaction.

촉매의 환원처리는 개질반응 온도보다 낮은 온도인 500℃ 내지 800℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 정도 수소를 이용하여 행할 수 있다. 500℃ 미만의 온도에서는 금속산화물이 원활하게 환원되지 않으므로 초기 촉매 활성이 낮은 문제가 발생할 수 있으며, 800℃를 초과하는 고온에서의 환원 처리는 로듐의 소결에 의한 활성 감소 문제가 발생할 수 있다. 환원처리 시간인 1시간 미만이면 Rh의 적절한 환원이 발생하지 않아서 초기 활성이 낮은 문제점이 있을 수 있으며, 5시간을 초과하는 경우에는 Rh의 소결에 의한 입자 크기의 증가로 인하여 활성이 감소할 수 있다.
The reduction treatment of the catalyst can be carried out using hydrogen at a temperature of 500 ° C. to 800 ° C. which is lower than the reforming reaction temperature for about 1 hour to 5 hours. Since the metal oxide is not smoothly reduced at a temperature below 500 ° C., a problem of low initial catalyst activity may occur, and a reduction treatment at a high temperature exceeding 800 ° C. may cause a problem of reduced activity due to sintering of rhodium. If the reduction treatment time is less than 1 hour, there may be a problem that the initial activity is low because the proper reduction of Rh does not occur, and if it exceeds 5 hours, activity may decrease due to an increase in particle size by sintering of Rh. .

본 발명의 촉매를 사용한 메탄의 개질반응에서 CH4의 전환율은 50% 이상이며, CO2의 전환율은 25% 이상이다. 나아가, 본 발명의 개질반응에서 합성가스, 구체적으로는 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 합성가스가 생산되며, 합성가스는 메탄올 합성 반응, 디메틸에테르 합성 반응 및 피셔-드롭쉬 합성반응 등에 사용되며 수소는 고품질의 수소 연료 생산에 사용될 수 있다.
In the methane reforming reaction using the catalyst of the present invention, the conversion of CH 4 is at least 50%, and the conversion of CO 2 is at least 25%. Furthermore, in the reforming reaction of the present invention, a synthesis gas, specifically, a synthesis gas including hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide is produced, and the synthesis gas is used in methanol synthesis reaction, dimethyl ether synthesis reaction, Fischer-Dropsch synthesis reaction, and the like. Can be used to produce high quality hydrogen fuel.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것이며 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples illustrate the invention and do not limit the invention.

실시예Example 1 One

본 실시예에서는 CeO2-ZrO2 지지체를 졸-겔법으로 제조하였다. 60℃에서 구연산(Citric acid) 269g을 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 348g에 30분간 교반시키면서 용해시켜서 에틸렌글리콜에 용해된 구연산 용액(1)을 준비하였다. 한편, CeO2-ZrO2 지지체에서 CeO2/ZrO2 중량비가 2.12가 되도록 적량된 세륨전구체인 세륨나이트레이트 수화물(Ce(NO3) 2?6H2O)(0.75g)을 물 30 ml에 완전히 용해시켜서 세륨나이트레이트 수용액을 제조하였다. 그 후, 상기 구연산 용액(1)에 상기 세륨나이트레이트 수용액을 서서히 첨가하여 혼합용액(A)을 준비하였다. 상기 구연산은 세륨 금속 몰수의 5배이며, 상기 에틸렌글리콜은 세륨 금속 몰수의 20배이다.
In this example, CeO 2 -ZrO 2 support was prepared by the sol-gel method. 269 g of citric acid (Citric acid) was dissolved in 348 g of ethylene glycol (Ethylene glycol) while stirring for 30 minutes at 60 ℃ to prepare a citric acid solution (1) dissolved in ethylene glycol. On the other hand, CeO 2 -ZrO 2 CeO 2 / ZrO 2 on the support Cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 2 ˜6H 2 O) (0.75 g), a cerium precursor, weighted to 2.12, was completely dissolved in 30 ml of water to prepare an aqueous cerium nitrate solution. Thereafter, the cerium nitrate aqueous solution was gradually added to the citric acid solution (1) to prepare a mixed solution (A). The citric acid is five times the number of moles of cerium metal, the ethylene glycol is 20 times the number of moles of cerium metal.

같은 방법으로 60℃에서 구연산 115g을 에틸렌글리콜 149g에 30분간 교반시키면서 용해시켜서 에틸렌글리콜에 용해된 구연산 용액(2)를 준비하였다. 한편, CeO2-ZrO2 지지체에서 CeO2/ZrO2의 비가 2.12가 되도록 적량된 지르코늄 전구체인 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 (ZrCl2O?8H2O; zirconium(IV) oxychloridetahydrate) 0.41g을 물 30 ml에 완전히 용해시켜서 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 수용액을 제조하였다. 그 후, 상기 구연산 용액(2)에 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 수용액을 서서히 첨가하여 혼합용액(B)를 준비하였다. 상기 구연산은 지르코늄 금속 몰수의 5배이며, 상기 에틸렌글리콜은 지르코늄 금속 몰수의 20배로 사용하였다.
In the same manner, citric acid solution (2) dissolved in ethylene glycol was prepared by dissolving 115 g of citric acid in 149 g of ethylene glycol for 30 minutes at 60 ° C. On the other hand, CeO 2 -ZrO 2 in the support CeO 2 / ZrO 2 ratio of 2.12, the Zr precursor to an appropriate amount of zirconium (IV) oxychloride (ZrCl 2 O 8H 2 O; ? Zirconium (IV) oxychloridetahydrate) 0.41g Water 30 A complete dissolution in ml prepared an aqueous zirconium (IV) oxychloride solution. Thereafter, a zirconium (IV) oxychloride aqueous solution was gradually added to the citric acid solution (2) to prepare a mixed solution (B). The citric acid is 5 times the number of moles of zirconium metal, the ethylene glycol was used 20 times the number of moles of zirconium metal.

상기 혼합용액 (A)와 (B)를 혼합하고 60℃에서 30분 동안 교반한 다음에, 용액을 120~130℃에서 5 시간 동안 가열하여 용액 중의 물을 완전히 제거하여 졸 상태가 되도록 하였다. 상기 졸 상태의 물질을 5 ℃/min의 승온속도로 800℃까지 승온한 다음에 800℃에서 4시간 동안 공기분위기에서 소성하여 분말상의 CeO2-ZrO2 지지체를 얻었다. 상기 지지체 조성은 메탈옥사이드 기준으로 CeO2/ZrO2의 비는 2.1이였으며, 비표면적은 32 ㎡/g 이었다.
The mixed solution (A) and (B) were mixed and stirred at 60 ° C. for 30 minutes, and then the solution was heated at 120 ° C. to 130 ° C. for 5 hours to completely remove water in the solution to give a sol state. The sol material was heated to 800 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C./min, and then calcined at 800 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to form a powdery CeO 2 -ZrO 2. A support was obtained. The support composition had a ratio of CeO 2 / ZrO 2 based on metal oxide of 2.1 and a specific surface area of 32 m 2 / g.

그 후, 3차 증류수 100ml에 활성성분으로는 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.154g을 용해시킨 용액을 상기 CeO2-ZrO2 지지체 2g에 첨가하여 합침법으로 촉매를 제조하였다. 이때, 상기 촉매에서 Rh 금속량이 지지체 100중량부에 대하여 2중량부가 되도록 함침시켰다. 그 후, 50~70℃의 감압증류장치에서 용매를 제거하고 그 후에, 120℃에서 12시간 동안 건조한 후에 750℃에서 5 시간 동안 공기 분위기 하에서 소성하여 Rh/CeO2-ZrO2촉매를 얻었으며, 표 1에서 2.0Rh/CeO2-ZrO2 (2.1)로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 2중량부가 되도록 하였으며, 촉매의 비표면적은 28 ㎡/g 였다.
Subsequently, a solution obtained by dissolving 0.154 g of rhodium nitrate (Rh (NO 3 ) 3 .xH 2 O) (x is an integer of 3 to 6) as an active ingredient in 100 ml of tertiary distilled water was added to the CeO 2 -ZrO 2 support. It was added to 2 g to prepare a catalyst by the joining method. At this time, the amount of Rh metal in the catalyst was impregnated to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the support. Thereafter, the solvent was removed in a reduced pressure distillation apparatus at 50 to 70 ° C., and then dried at 120 ° C. for 12 hours, and then calcined at 750 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to obtain a Rh / CeO 2 -ZrO 2 catalyst. In Table 1 it is represented by 2.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1). The amount of Rh metal in the catalyst was 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 28 m 2 / g.

상기 촉매를 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 100 ppmv였다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 100 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

실시예Example 2 2

실시예 1과 동일한 방법으로 제조 및 환원처리된 실시예 1의 2.0Rh/CeO2-ZrO2 (2.1) 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 5,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 100 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다. In the presence of the 2.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1) catalyst of Example 1 prepared and reduced in the same manner as in Example 1, the reaction temperature of 850 ℃, reaction pressure 1 kg / ㎠, and space velocity 5,000 L (CH 4 The reactant H 2 O and methane were injected into the reactor at a molar ratio of 2: 1 (H 2 O: methane) under the condition of) / Kgcat / h, and methane reforming was performed. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 100 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

                

실시예Example 3 3

실시예 1과 동일한 방법으로 제조 및 환원처리된 실시예 1의 2.0Rh/CeO2-ZrO2 (2.1) 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
In the presence of the 2.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1) catalyst of Example 1 prepared and reduced in the same manner as in Example 1, the reaction temperature of 850 ℃, reaction pressure 1 kg / ㎠, and space velocity 2,000 L (CH 4 The reactant H 2 O and methane were injected into the reactor at a molar ratio of 2: 1 (H 2 O: methane) under the condition of) / Kgcat / h, and methane reforming was performed. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

실시예Example 4 4

구연산(Citric acid) 115g을 에틸렌글리콜 149g에 30분간 교반시키면서 용해시켜서 에틸렌글리콜에 용해된 구연산 용액(1)을 준비하고 여기에 세륨나이트레이트 수화물(Ce(NO3)2·6H2O) 0.32g을 물 30ml에 용해시킨 수용액을 첨가하여 혼합용액(A)을 준비하였다. 마찬가지로 구연산(Citric acid) 269g을 에틸렌글리콜 348g에 30분간 교반시키면서 용해시켜서 에틸렌글리콜에 용해된 구연산 용액(2)을 준비하여 여기에 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 (ZrCl2O·8H2O) 0.94g을 물 30ml에 용해시킨 수용액을 첨가하여 혼합용액(B)를 준비하였다. 상기 혼합용액(A) 및 혼합용액(B)를 사용하여 메탈옥사이드 기준으로 CeO2/ZrO2의 비가 0.4이며, 비표면적이 29 ㎡/g 인 촉매 지지체를 제조하였다.
Dissolving 115 g of citric acid in 149 g of ethylene glycol with stirring for 30 minutes to prepare a citric acid solution (1) dissolved in ethylene glycol, and cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) 0.32 g An aqueous solution was dissolved in 30 ml of water was added to prepare a mixed solution (A). Similarly, 269 g of citric acid was dissolved in 348 g of ethylene glycol with stirring for 30 minutes to prepare a citric acid solution (2) dissolved in ethylene glycol, and zirconium (IV) oxychloride (ZrCl 2 O 8H 2 O) 0.94 g An aqueous solution was dissolved in 30 ml of water was added to prepare a mixed solution (B). Using the mixed solution (A) and the mixed solution (B), a catalyst support having a ratio of CeO 2 / ZrO 2 of 0.4 and a specific surface area of 29 m 2 / g was prepared on a metal oxide basis.

상기 지지체에 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 지지체 100중량부에 대하여 활성성분을 Rh 금속의 함량이 2중량부가 되도록 담지하여 Rh/CeO2-ZrO2 촉매를 제조하였으며, 표 1에 2.0Rh/CeO2-ZrO2(0.4)로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 2중량부였으며, 촉매의 비표면적은 26 ㎡/g 이었다.
Rh / CeO 2 -ZrO 2 by carrying the active ingredient to the content of Rh metal 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the support in the same manner as in Example 1 A catalyst was prepared and shown in Table 1 as 2.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (0.4). The amount of Rh metal in the catalyst was 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 26 m 2 / g.

상기 촉매를 실시예 1과 같은 방법으로 개질반응에 사용하기 전에 환원처리 하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced before use in the reforming reaction in the same manner as in Example 1. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

실시예Example 5 5

상기 실시예 1과 동일한 촉매 지지체 100중량부에 대하여 Rh 금속의 양이 1중량부가 되도록 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.077g을 용해시킨 용액을 상기 CeO2-ZrO2 지지체 2g에 함침한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Rh/CeO2-ZrO2 촉매를 제조하였으며, 표 1에 1.0Rh/CeO2-ZrO2 (2.1)로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 1중량부였으며, 촉매의 비표면적은 27 ㎡/g 이었다.
Rhodium nitrate salt (Rh (NO 3 ) 3 .xH 2 O) in 100 ml of tertiary distilled water such that the amount of Rh metal is 1 part by weight based on 100 parts by weight of the same catalyst support as in Example 1 (x is an integer of 3 to 6) ) Rh / CeO 2 -ZrO 2 in the same manner as in Example 1 except that the solution in which 0.077 g was dissolved was impregnated into 2 g of the CeO 2 -ZrO 2 support. A catalyst was prepared and shown in Table 1 as 1.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1). The amount of Rh metal in the catalyst was 1 part by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 27 m 2 / g.

상기 촉매를 실시예 1과 같은 방법으로 개질반응에 사용하기 전에 환원처리 하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced before use in the reforming reaction in the same manner as in Example 1. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

실시예Example 6 6

상기 실시예 1과 동일한 촉매 지지체 100중량부에 대하여 Rh 금속의 양이 0.5중량부가 되도록 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.039g을 용해시킨 용액을 상기 CeO2-ZrO2 지지체 2g에 함침한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Rh/CeO2-ZrO2 촉매를 제조하였으며, 표 1에 0.5Rh/CeO2-ZrO2 (2.1)로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 0.5중량부였으며, 촉매의 비표면적은 27㎡/g 이었다.
Rhodium nitrate salt (Rh (NO 3 ) 3 xH 2 O) in 100 ml of tertiary distilled water such that the amount of Rh metal is 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the same catalyst support as in Example 1 (x is an integer of 3 to 6) ) Rh / CeO 2 -ZrO 2 in the same manner as in Example 1, except that a solution in which 0.039 g was dissolved was impregnated into 2 g of the CeO 2 -ZrO 2 support. A catalyst was prepared and shown in Table 1 as 0.5Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1). The amount of Rh metal in the catalyst was 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 27 m 2 / g.

상기 촉매를 실시예 1과 같은 방법으로 개질반응에 사용하기 전에 환원처리 하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced before use in the reforming reaction in the same manner as in Example 1. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. After 10 hours of reforming The average conversion of methane at steady state is shown in Table 1 below.

실시예Example 7 7

실시예 6과 동일한 방법으로 제조 및 환원처리된 촉매 존재하에 반응온도 900℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다. 표 1에 본 실시예의 촉매를 0.5Rh/CeO2-ZrO2(2.1)-900으로 나타내었다.
H 2 O and methane as reactants at the reaction temperature of 900 ° C., reaction pressure of 1 kg / cm 2, and space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h in the presence of a catalyst prepared and reduced in the same manner as in Example 6 Was injected into the reactor at a molar ratio of 2: 1 (H 2 O: methane) to carry out reforming of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below. Table 1 shows the catalyst of this example as 0.5Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1) -900.

실시예Example 8 8

상기 실시예 1과 동일한 촉매 지지체에 로듐 클로라이드염(RhCl3) 용액을 지지체 100중량부에 대하여 Rh 금속의 양이 2중량부가 되도록 함침한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Rh/CeO2-ZrO2 촉매를 제조하였다.
Rh / CeO 2 in the same manner as in Example 1, except that a rhodium chloride salt (RhCl 3 ) solution was impregnated so that the amount of the Rh metal was 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the support. -ZrO 2 Catalyst.

상기 로듐 클로라이드염 용액은 3차 증류수 100ml에 로듐 클로라이드염 0.081g을 용해시킨 용액을 상기 CeO2-ZrO2 지지체 2g에 함침하여 제조하였다. 표 1에 촉매를 2.0Rh/CeO2-ZrO2 (2.1)-RhCl3로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 2중량부였으며, 촉매의 비표면적은 29 ㎡/g 이었다.
The rhodium chloride salt solution was prepared by impregnating a solution of 0.081 g of rhodium chloride salt in 100 ml of tertiary distilled water to 2 g of the CeO 2 -ZrO 2 support. Table 1 shows the catalyst as 2.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1) -RhCl 3 . The amount of Rh metal in the catalyst was 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 29 m 2 / g.

상기 촉매를 실시예 1과 같은 방법으로 개질반응에 사용하기 전에 환원처리 하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O:메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced before use in the reforming reaction in the same manner as in Example 1. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Into the reactor at a molar ratio of methane, the methane reforming reaction was performed. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

실시예Example 9 9

본 실시예에서는 CeO2-ZrO2 지지체를 공침법으로 제조하였다. 물 200ml에 세륨 전구체로서 세륨나이트레이트 수화물(Ce(NO3)2·6H2O) 1.48g 및 지르코늄 전구체로서 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 (ZrCl2O?8H2O; zirconium(IV) oxychlorideoctahydrate) 0.80g을 첨가하여 세륨 전구체와 지르코늄 전구체의 혼합 용액을 제조하였다. 그 후, 상기 전구체 용액에 염기성 침전제로는 2M 농도의 암모늄카보네이트((NH4)2CO3) 수용액을 pH 10의 수용액이 되도록 천천히 첨가하여 공침시키고 70℃에서 3시간 숙성시켜 침전물이 형성되도록 하였다. 그 후, 여과하여 침전물의 회수하고 3차 증류수로 세척하였다. 얻어진 침전물을 120℃에서 12~15시간 동안 건조하였다.
In this example, CeO 2 -ZrO 2 support was prepared by coprecipitation method. 1.48 g of cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a cerium precursor in 200 ml of water and zirconium (IV) oxychloride (ZrCl 2 O 8 H 2 O; zirconium (IV) oxychlorideoctahydrate) 0.80 as a zirconium precursor g was added to prepare a mixed solution of cerium precursor and zirconium precursor. Subsequently, as a basic precipitant, 2M ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ) aqueous solution was slowly added to a solution of pH 10 to coprecipitate and aged at 70 ° C. for 3 hours to form a precipitate. . After that, the precipitate was collected by filtration and washed with distilled water. The precipitate obtained was dried at 120 ° C. for 12-15 hours.

건조 후, 5℃/min의 승온속도로 800℃로 승온하고 5 시간동안 공기 분위기에서 소성하여 CeO2-ZrO2 지지체를 제조하였다. CeO2-ZrO2 지지체의 조성은 메탈옥사이드 기준으로 CeO2/ZrO2의 비가 2.12이었으며 비표면적은 30 ㎡/g 이었다.
After drying, the temperature was raised to 800 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C./min and calcined in an air atmosphere for 5 hours to prepare a CeO 2 -ZrO 2 support. The composition of CeO 2 -ZrO 2 support was based on the metal oxide ratio of CeO 2 / ZrO 2 was 2.12 and the specific surface area was 30 m 2 / g.

한편, 3차 증류수 100ml에 활성성분으로는 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.154g을 용해시킨 용액에 상기 제조된 분말상의 2g의 CeO2-ZrO2 지지체에 지지체 100중량부에 대하여 촉매에서 로듐 금속의 함량이 2중량부가 되도록 첨가하였다. 그 후, 60℃의 감압증류 장치에서 용매를 제거한 다음에, 120℃ 오븐에서 약 12시간 정도 건조하고 그 후에 750℃에서 5 시간 동안 공기 분위기 하에서 소성하여 Rh/CeO2-ZrO2촉매를 얻었으며, 표 1에서 2.0Rh/CeO2-ZrO2 (2.1)-((NH4)2CO3)로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 2중량부 였으며, 촉매의 비표면적은 27 ㎡/g 였다.
Meanwhile, 2 g of CeO in powder form prepared above was dissolved in a solution in which 0.154 g of rhodium nitrate salt (Rh (NO 3 ) 3 xH 2 O) (x is an integer of 3 to 6) was dissolved in 100 ml of tertiary distilled water. A 2 -ZrO 2 support was added so that the content of rhodium metal in the catalyst was 2 parts by weight relative to 100 parts by weight of the support. Thereafter, the solvent was removed in a vacuum distillation apparatus at 60 ° C., then dried in an oven at 120 ° C. for about 12 hours, and then calcined at 750 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to obtain a Rh / CeO 2 -ZrO 2 catalyst. In Table 1, it is represented as 2.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1)-((NH 4 ) 2 CO 3 ). The amount of Rh metal in the catalyst was 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 27 m 2 / g.

개질반응에 사용하기 전에 상기 촉매를 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 H2O: 메탄이 2:1의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Then, the reaction temperature is 850 ℃ under the presence of a catalyst, a reaction pressure of 1 kg / ㎠, and a space velocity of 2,000 L (CH 4) / Kgcat / h condition and the reaction of H 2 O and methane in the H 2 O: methane 2 Methane was reformed by injection into the reactor at a molar ratio of 1: 1. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

실시예Example 10 10

염기성 침전제로 0.2N 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액을 사용하고 비표면적이 27 ㎡/g이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 촉매지지체를 제조하였다. 제조된 CeO2-ZrO2 촉매 지지체의 조성은 메탈옥사이드 기준으로 CeO2/ZrO2의 비가 2.12이었으며 비표면적은 27 ㎡/g 이었다. 지지체의 비표면적은 염기성 침전제의 종류에 따라 달라진다.
A catalyst support was prepared in the same manner as in Example 9 except that a 0.2 N sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) aqueous solution was used as the basic precipitant and the specific surface area was 27 m 2 / g. The composition of the prepared CeO 2 -ZrO 2 catalyst support was based on the metal oxide ratio of CeO 2 / ZrO 2 was 2.12 and the specific surface area was 27 m 2 / g. The specific surface area of the support depends on the type of basic precipitant.

그 후, 상기 촉매 지지체에 실시예 9와 동일한 방법으로 질산 로듐염을 함침하여 지지체 100중량부에 대하여 Rh 금속량이 2중량부가 되도록 함침하여 비표면적이 27 ㎡/g 인 촉매를 제조하였다. 표 1에서 상기 촉매를 2.0Rh/CeO2-ZrO2 (2.1)-((NH4)2CO3)로 나타내었다.
Thereafter, the catalyst support was impregnated with a rhodium nitrate salt in the same manner as in Example 9 to impregnate 2 parts by weight of Rh metal with respect to 100 parts by weight of the support to prepare a catalyst having a specific surface area of 27 m 2 / g. In Table 1 the catalyst is represented as 2.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1)-((NH 4 ) 2 CO 3 ).

개질반응에 사용하기 전에 상기 촉매를 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠ 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O :) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was injected into the reactor at a molar ratio of methane to carry out reforming of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

실시예Example 11 11

실시예 1과 동일한 방법으로 제조 및 환원처리된 실시예 1의 촉매 존재하에서, 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O, 메탄 및 이산화탄소를 2:1: 0.5몰비(H2O:메탄:CO2)로 반응기에 주입하여 메탄의 혼합개질반응(SRM + CDR)을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
In the presence of the catalyst of Example 1 prepared and reduced in the same manner as in Example 1, the reactant was reacted under the conditions of a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. H 2 O, methane and carbon dioxide were injected into the reactor in a 2: 1: 0.5 molar ratio (H 2 O: methane: CO 2 ) to perform a mixed reforming reaction (SRM + CDR) of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 1  One

비표면적이 200 ㎡/g인 상용의 Al2O3 촉매 지지체를 사용하고 지지체 100중량부에 대하여 로듐 금속의 함량이 1중량부가 되도록 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.077g이 용해된 질산 로듐염 용액을 2g의 Al2O3 지지체에 함침시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1 동일한 방법으로 Rh/Al2O3 촉매를 제조하였다. 촉매의 비표면적은 86 ㎡/g 이었으며, 표 1에 상기 촉매는 1.0Rh/Al2O3로 표시하였다.
Rhodium nitrate salt (Rh (NO 3 ) 3 .3) in 100 ml of tertiary distilled water using a commercially available Al 2 O 3 catalyst support having a specific surface area of 200 m 2 / g and a content of rhodium metal of 1 part by weight relative to 100 parts by weight of the support. xH 2 O) (x is an integer of 3 to 6) Rh / Al 2 O 3 in the same manner as in Example 1, except that a solution of rhodium nitrate salt in which 0.077 g is dissolved was impregnated into 2 g of Al 2 O 3 support. Catalyst was prepared. The specific surface area of the catalyst was 86 m 2 / g, and in Table 1 the catalyst was represented as 1.0Rh / Al 2 O 3 .

상기 촉매를 개질반응에 사용하기 전에 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에, 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O 및 메탄을 2:1몰비(H2O:메탄)로 반응기에 주입하여 메탄 개질반응(SRM)을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under a hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Then, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane in a 2: 1 molar ratio (H) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h 2 O: methane) was injected into the reactor to perform a methane reforming reaction (SRM). At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 2  2

비표면적이 350 ㎡/g인 상용의 SiO2 촉매 지지체 100중량부에 로듐 금속 함량이 1중량부가 되도록 지지체에 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.077g이 용해된 질산 로듐염 용액을 2g의 SiO2 지지체에 함침시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1 동일한 방법으로 Rh/SiO2 촉매를 제조하였다. 촉매의 비표면적은 58 ㎡/g 이었으며, 표 1에 상기 촉매는 1.0Rh/SiO2로 표시하였다.
Rhodium nitrate salt (Rh (NO 3 ) 3 xH 2 O) (x) in 100 ml of tertiary distilled water so that the rhodium metal content is 1 part by weight in 100 parts by weight of a commercially available SiO 2 catalyst support having a specific surface area of 350 m 2 / g. Is an integer of 3 to 6) Rh / SiO 2 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution of rhodium nitrate salt in which 0.077 g dissolved therein was impregnated into 2 g of SiO 2 support. The specific surface area of the catalyst was 58 m 2 / g, and in Table 1 the catalyst was indicated as 1.0Rh / SiO 2 .

상기 촉매를 개질반응에 사용하기 전에 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에, 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O 및 메탄을 2:1몰비(H2O:메탄)로 반응기에 주입하여 메탄 개질반응(SRM)을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under a hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Then, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane in a 2: 1 molar ratio (H) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h 2 O: methane) was injected into the reactor to perform a methane reforming reaction (SRM). At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 3  3

세륨나이트레이트 수화물(Ce(NO3)2·6H2O)의 양을 0.08g로 그리고 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 (ZrCl2O?8H2O)의 양을 1.24g으로 하여 메탈옥사이드 기준으로 CeO2/ZrO2의 비가 0.08 그리고 비표면적이 20 ㎡/g 인 촉매 지지체를 제조하고, 상기 촉매 지지체 100중량부에 대하여 Rh 금속의 양이 0.5중량부가 되도록 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.039g이 용해된 질산 로듐염 용액을 2g의 CeO2-ZrO2 지지체에 함침시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Rh/CeO2-ZrO2 촉매를 제조하였다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 0.5 중량부였으며, 촉매의 비표면적은 18 ㎡/g 이었다. 표 1에 상기 촉매를 0.5Rh/CeO2-ZrO2 (0.08)로 표시하였다.
CeO nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is 0.08g and zirconium (IV) oxychloride (ZrCl 2 O? 8H 2 O) is 1.24g A catalyst support having a ratio of 2 / ZrO 2 of 0.08 and a specific surface area of 20 m 2 / g was prepared, and rhodium nitrate salt (Rh ( NO 3 ) 3 x H 2 O) (x is an integer of 3 to 6) in the same manner as in Example 1 except that a solution of rhodium nitrate salt in which 0.039 g was dissolved was impregnated into 2 g of CeO 2 -ZrO 2 support. Rh / CeO 2 -ZrO 2 Catalyst. The amount of Rh metal in the catalyst was 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 18 m 2 / g. Table 1 shows the catalyst as 0.5Rh / CeO 2 -ZrO 2 (0.08).

개질반응에 사용하기 전에 상기 촉매를 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 12,500 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 100 ppmv 이었다. 개질반응 10시간 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 12,500 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 100 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 4 4

비표면적이 200㎡/g인 상용의 Al2SO3 촉매 지지체 100중량부에 대하여 로듐 금속 담지량이 0.5중량부 그리고 니켈 금속 담지량이 15중량부가 되도록, 3차 증류수 100ml에 활성성분으로 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O))(x는 3 내지 6의 정수임) 0.039g과 질산 니켈염 Ni(NO3)36H2O) 1.508g을 용해시킨 용액을 상기 CeO2-ZrO2 지지체 2g에 첨가하여 합침법으로 순차적으로 촉매를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Rh/Ni/Al2O3 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매의 비표면적은 79 ㎡/g 이었으며, 표 1에 상기 촉매는 0.5Rh/15Ni/Al2SO3로 표시하였다.
Rhodium nitrate salt as an active ingredient in 100 ml of tertiary distilled water so that the amount of rhodium metal supported is 0.5 parts by weight and the amount of nickel metal supported by 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a commercially available Al 2 SO 3 catalyst support having a specific surface area of 200 m 2 / g. A solution in which 0.039 g of Rh (NO 3 ) 3 xH 2 O)) (x is an integer of 3 to 6) and 1.508 g of nickel nitrate salt Ni (NO 3 ) 3 6H 2 O) were dissolved in the CeO 2 -ZrO 2. An Rh / Ni / Al 2 O 3 catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst was sequentially added to the support 2g to prepare the catalyst in a immersion manner. The specific surface area of the prepared catalyst was 79 m 2 / g, and in Table 1, the catalyst was expressed as 0.5Rh / 15Ni / Al 2 SO 3 .

상기 촉매를 개질반응에 사용하기 전에 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에, 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 12,500L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O 및 메탄을 2:1몰비(H2O:메탄)로 반응기에 주입하여 메탄 개질반응(SRM)을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 100 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under a hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Then, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane in a 2: 1 molar ratio (H) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 12,500 L (CH 4 ) / Kgcat / h. 2 O: methane) was injected into the reactor to perform a methane reforming reaction (SRM). At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 100 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 5  5

상기 실시예 1에서 제조된 지지체만을 이용하여 메탄의 수증기 개질 반응을 행하였다. 표 1에 본 비교예에서 사용된 지지체는 메탈옥사이드 기준으로 CeO2/ZrO2의 비가 2.12로서 CeO2-ZrO2 (2.1)로 나타내었다.
Steam reforming of methane was carried out using only the support prepared in Example 1 above. The support used in this Comparative Example in Table 1 is represented by CeO 2 -ZrO 2 (2.1) as the ratio of CeO 2 / ZrO 2 on the basis of metal oxides 2.12.

상기 지지체를 개질반응에 사용하기 전에 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 지지체 존재하에, 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 12,500 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O 및 메탄을 2:1몰비(H2O:메탄)로 반응기에 주입하여 메탄 개질반응(SRM)을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 100 ppmv 이었다. 10시간 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The support was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Thereafter, in the presence of the support, the reactant H 2 O and methane were 2: 1 molar ratio (H) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 12,500 L (CH 4 ) / Kgcat / h. 2 O: methane) was injected into the reactor to perform a methane reforming reaction (SRM). At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 100 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 6  6

본 비교예에서는 ZrO2 지지체를 졸-겔법으로 제조하였다. 60℃에서 구연산(Citric acid) 269g을 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 348g에 30분간 교반시키면서 용해시켜서 에틸렌글리콜에 용해된 구연산 용액을 준비하였다. 지르코늄 전구체인 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 (ZrCl2O·8H2O; zirconium(IV) oxychloridetahydrate) 0.93g을 물 30 ml에 완전히 용해시켜서 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 수용액을 제조하였다. 그 후, 상기 구연산 용액에 지르코늄(IV) 옥시클로라이드 수용액을 서서히 첨가하여 혼합용액을 준비하였다. 그 후, 상기 혼합용액을 120~130℃에서 5 시간 동안 가열하여 용액 중의 물을 완전히 제거하여 졸 상태가 되도록 하였다.
In this comparative example, a ZrO 2 support was prepared by the sol-gel method. 269 g of citric acid (Citric acid) was dissolved in 348 g of ethylene glycol (Ethylene glycol) for 30 minutes at 60 ℃ to prepare a citric acid solution dissolved in ethylene glycol. Zirconium (IV) oxychloride (ZrCl 2 O.8H 2 O; zirconium (IV) oxychloridetahydrate) 0.93 g of zirconium precursor (ZrCl 2 O. 8H 2 O) completely dissolved in 30 ml of water to prepare a zirconium (IV) oxychloride aqueous solution. Thereafter, a zirconium (IV) oxychloride aqueous solution was slowly added to the citric acid solution to prepare a mixed solution. Thereafter, the mixed solution was heated at 120 to 130 ° C. for 5 hours to completely remove the water in the solution to obtain a sol state.

상기 졸 상태의 물질을 5 ℃/min의 승온속도로 800℃까지 승온한 다음에 800℃에서 4시간 동안 소성하여 ZrO2 지지체를 얻었다. 상기 지지체의 비표면적은 12 ㎡/g 이었다.
The sol material was heated to 800 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C./min, and then calcined at 800 ° C. for 4 hours to form ZrO 2. A support was obtained. The specific surface area of the support was 12 m 2 / g.

그 후, 상기 지지체 100중량부에 대하여 로듐 금속 함량이 1중량부가 되도록 실시예 1과 동일한 방법으로 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.077g이 용해된 로듐염 용액에 상기 지지체 2g을 첨가하였다. 그 후, 60℃의 감압증류 장치에서 용매를 제거한 다음에, 120℃의 오븐에서 약 12시간 동안 건조한 후에 750℃에서 5 시간 동안 공기 분위기하에서 소성하여 Rh/ZrO2촉매를 얻었으며, 표 1에서 1.0Rh/ZrO2로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 1.0중량부였으며, 촉매의 비표면적은 11 ㎡/g 였다.
Thereafter, rhodium nitrate salt (Rh (NO 3 ) 3 .xH 2 O) (x is 3 to 100 ml of tertiary distilled water) in the same manner as in Example 1 so that the rhodium metal content is 1 part by weight based on 100 parts by weight of the support. 6) 2 g of the support was added to a rhodium salt solution in which 0.077 g was dissolved. Thereafter, the solvent was removed in a vacuum distillation apparatus at 60 ° C., and then dried in an oven at 120 ° C. for about 12 hours, and then calcined at 750 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to obtain a Rh / ZrO 2 catalyst. It is represented by 1.0Rh / ZrO 2 . The amount of Rh metal in the catalyst was 1.0 part by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 11 m 2 / g.

개질반응에 사용하기 전에 상기 촉매를 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 개질반응 10시간 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 7  7

본 비교예에서는 CeO2 지지체를 졸-겔법으로 제조하였다. 60℃에서 구연산(Citric acid) 269g을 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 348g에 30분간 교반시키면서 용해시켜서 에틸렌글리콜에 용해된 구연산 용액을 준비하였다. 한편, 세륨전구체인 세륨나이트레이트 수화물(Ce(NO3)2·6H2O) 0.74g을 물 30 ml에 완전히 용해시켜서 세륨나이트레이트 수용액을 제조하였다. 그 후, 상기 구연산 용액에 상기 세륨나이트레이트 수용액을 서서히 첨가하여 혼합용액을 준비하였다.
In this comparative example, the CeO 2 support was prepared by the sol-gel method. 269 g of citric acid (Citric acid) was dissolved in 348 g of ethylene glycol (Ethylene glycol) for 30 minutes at 60 ℃ to prepare a citric acid solution dissolved in ethylene glycol. Meanwhile, 0.74 g of cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 2 .6H 2 O), a cerium precursor, was completely dissolved in 30 ml of water to prepare a cerium nitrate aqueous solution. Thereafter, the cerium nitrate aqueous solution was gradually added to the citric acid solution to prepare a mixed solution.

그 후, 상기 혼합용액을 120~130℃에서 5 시간 동안 가열하여 용액 중의 물을 완전히 제거하여 졸 상태가 되도록 하였다. 그 후, 상기 졸 상태의 물질을 5 ℃/min의 승온속도로 800℃까지 승온한 다음에 800℃에서 4시간 동안 소성하여 CeO2 지지체를 얻었다. 상기 지지체의 비표면적은 9 ㎡/g 이었다.
Thereafter, the mixed solution was heated at 120 to 130 ° C. for 5 hours to completely remove the water in the solution to obtain a sol state. Thereafter, the sol material was heated to 800 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C./min, and then calcined at 800 ° C. for 4 hours to form CeO 2. A support was obtained. The specific surface area of the support was 9 m 2 / g.

그 후, 상기 지지체 100중량부에 대하여 로듐 금속 함량이 1중량부가 되도록 실시예 1과 동일한 방법으로 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.077g이 용해된 로듐염 용액에 상기 지지체 2g을 첨가하였다. 그 후, 60℃의 감압증류 장치에서 용매를 제거한 다음에, 120℃에서 12시간 이상 건조하고 750℃에서 5 시간 동안 공기 분위기 하에서 소성하여 Rh/CeO2촉매를 얻었으며, 표 1에서 1.0Rh/CeO2로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 1중량부였으며, 촉매의 비표면적은 7 ㎡/g 였다.
Thereafter, rhodium nitrate salt (Rh (NO 3 ) 3 .xH 2 O) (x is 3 to 100 ml of tertiary distilled water) in the same manner as in Example 1 so that the rhodium metal content is 1 part by weight based on 100 parts by weight of the support. 6) 2 g of the support was added to a rhodium salt solution in which 0.077 g was dissolved. Thereafter, the solvent was removed in a vacuum distillation apparatus at 60 ° C., and then dried at 120 ° C. for at least 12 hours, and calcined at 750 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to obtain a Rh / CeO 2 catalyst. In Table 1, 1.0 Rh / It is represented by CeO 2 . The amount of Rh metal in the catalyst was 1 part by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 7 m 2 / g.

개질반응에 사용하기 전에 상기 촉매를 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 8  8

실시예 1의 촉매를 개질반응에 사용하기 전에 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에, 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 6,250 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O, 및 메탄을 2:1몰비(H2O:메탄)로 반응기에 주입하여 메탄 개질반응(SRM)을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 개질반응 10시간 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst of Example 1 was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Then, in the presence of the catalyst, the reactant H 2 O, and methane at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 6,250 L (CH 4 ) / Kgcat / h, was added at a 2: 1 molar ratio ( H 2 O: methane) was injected into the reactor to perform a methane reforming reaction (SRM). At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 9  9

촉매 지지체 100부에 대하여 Rh 금속의 양이 0.1중량부가 되도록 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.008g이 용해된 용액을 지지체 2g에 함침한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Rh/CeO2-ZrO2 촉매를 제조하였으며, 표 1에 0.1Rh/CeO2-ZrO2(2.1)로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 0.1중량부였으며, 촉매의 비표면적은 31㎡/g 였다.
Catalyst supports 100 parts rhodium nitrate salt in 100ml of deionized water, the amount of Rh metal to be added 0.1 parts by weight based on (Rh (NO 3) 3 · xH 2 O) (x is an integer from 3 to 6) is dissolved in a solution of 0.008g Rh / CeO 2 -ZrO 2 in the same manner as in Example 1 except for impregnating 2 g with the support A catalyst was prepared and shown in Table 1 as 0.1Rh / CeO 2 -ZrO 2 (2.1). The amount of Rh metal in the catalyst was 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 31 m 2 / g.

상기 촉매를 개질반응에 사용하기 전에 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 6,250 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 10시간의 개질반응 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under a hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Subsequently, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 6,250 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

비교예Comparative Example 10 10

촉매 지지체 100중량부에 대하여 Rh 금속의 양이 2 중량부가 되도록 3차 증류수 100ml에 질산 로듐염 (Rh(NO3)3·xH2O) (x는 3 내지 6의 정수) 0.154g이 용해된 로듐염 용액을 CeO2-ZrO2 2g에 함침하고 촉매의 비표면적이 17㎡/g이 되도록 한 것을 제외하고는 비교예 3과 동일한 방법으로 Rh/CeO2-ZrO2 촉매를 제조하였으며, 표 1에 2.0Rh/CeO2-ZrO2 (0.08)로 나타내었다. 상기 촉매에서 Rh 금속량은 지지체 100중량부에 대하여 2.0중량부였으며, 촉매의 비표면적은 17㎡/g 이었다.
0.154 g of a rhodium nitrate salt (Rh (NO 3 ) 3 .xH 2 O) (x is an integer of 3 to 6) dissolved in 100 ml of tertiary distilled water so that the amount of Rh metal was 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst support. Rhodium salt solution was added to CeO 2 -ZrO 2 Rh / CeO 2 -ZrO 2 in the same manner as in Comparative Example 3, except that it was impregnated with 2 g and the specific surface area of the catalyst was 17 m 2 / g. A catalyst was prepared and shown in Table 1 as 2.0Rh / CeO 2 -ZrO 2 (0.08). The amount of Rh metal in the catalyst was 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the support, and the specific surface area of the catalyst was 17 m 2 / g.

개질반응에 사용하기 전에 상기 촉매를 750℃의 수소분위기 하에서 4시간 환원 처리하였다. 그 후, 상기 촉매 존재하에 반응온도 850℃, 반응압력 1 kg/㎠, 및 공간속도 2,000 L(CH4)/Kgcat/h의 조건에서 반응물인 H2O와 메탄을 2:1(H2O: 메탄)의 몰비로 반응기에 주입하여 메탄의 개질반응을 행하였다. 이 때 메탄에 포함된 H2S의 농도는 1,000 ppmv 이었다. 개질반응 10시간 이후의 정상상태에서의 메탄의 평균 전환율을 하기 표 1에 나타내었다.
The catalyst was reduced for 4 hours under hydrogen atmosphere at 750 ° C. prior to use in the reforming reaction. Thereafter, in the presence of the catalyst, reactants H 2 O and methane were 2: 1 (H 2 O) at a reaction temperature of 850 ° C., a reaction pressure of 1 kg / cm 2, and a space velocity of 2,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h. Methane) was introduced into the reactor at a molar ratio of methane. At this time, the concentration of H 2 S contained in methane was 1,000 ppmv. The average conversion of methane at steady state after 10 hours of reforming is shown in Table 1 below.

Figure 112011103317539-pat00001
Figure 112011103317539-pat00001

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, CeO2/ZrO2의 중량비가 0.3~4.0이고, 지지체의 비표면적이 20~80 ㎡/g이며, 졸-겔 법 또는 공침법으로 제조된 CeO2/ZrO2의 지지체에 활성성분으로 Rh이 CeO2-ZrO2 지지체 100중량부에 대하여 0.2중량부 내지 5.0 중량부로 담지된 비표면적이 20∼50 ㎡/g인 본 발명의 촉매상에서, 반응 온도 750∼900℃, 반응압력 0.5기압 내지 10기압 및 공간속도 100L(CH4)/Kgcat/h 내지 6,000(CH4)/Kgcat/h 조건에서 수행한 부생가스 중의 H2S 함량이 3000 ppmv이하인 메탄의 개질반응에서는 50% 이상의 CH4의 전환율이 달성되었다. (실시예 1 내지 7).
As shown in Table 1, the weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 is 0.3 to 4.0, the specific surface area of the support is 20 to 80 m 2 / g, and the CeO 2 / ZrO 2 prepared by the sol-gel method or coprecipitation method. On the catalyst of the present invention having a specific surface area of 20 to 50 m 2 / g, Rh supported from 0.2 to 5.0 parts by weight relative to 100 parts by weight of the CeO 2 -ZrO 2 support as an active ingredient on the support, the reaction temperature of 750 to 900 ℃, Reaction pressure of 0.5 to 10 atm and space velocity of 100 L (CH 4 ) / Kgcat / h to 6,000 (CH 4 ) / Kgcat / h in the by-product gas carried out under reforming reaction of methane with H 2 S content of 3000 ppmv or less Conversion rates of CH 4 of at least% were achieved. (Examples 1 to 7).

또한 활성물질의 전구체로서 로륨클로라이드를 사용한 경우 (실시예 8) 및 (NH4)2CO3 및 Na2CO3를 이용하여 공침 방법으로 지지체를 제조한 경우 (실시예 9 및 실시예 10)에도 H2S가 존재하는 반응 조건에서 우수한 촉매 활성을 나타내었다. 나아가, 본 발명의 촉매는 혼합개질 반응에 사용한 실시예 11에서도 우수한 촉매 활성을 나타내었으며, 이때 CO2의 전환율은 25% 이상의 범위를 얻을 수 있다.
In addition, when the support material was prepared by the coprecipitation method using Example 8 and (NH 4 ) 2 CO 3 and Na 2 CO 3 as the precursor of the active material (Example 9 and Example 10) It showed excellent catalytic activity under reaction conditions in which H 2 S was present. Furthermore, the catalyst of the present invention also showed excellent catalytic activity in Example 11 used in the mixed reforming reaction, wherein the conversion rate of CO 2 can be obtained in a range of 25% or more.

그러나, 지지체로서 Al2O3 또는 SiO2, 그리고 활성성분으로서 Ru 및 Ni등을 사용한 비교예 1 내지 비교예 4의 경우에는 촉매 활성이 실시예에 비하여 감소하였다. 특히, CeO2 및 ZrO2를 사용한 경우 (비교예 6 및 비교예 7)의 경우에도 본 발명의 목적을 달성할 수 없었다. 또한, 본 발명에서 제시하는 지지체를 사용하더라도, 활성 성분인 Rh의 함량이 지지체 100중량부에 대하여 0.2중량부 미만이거나 활성 성분이 포함되지 않은 경우 (비교예 9 및 비교예 5) 및 공간속도가 빠른 경우 (비교예 8)에도 본 발명에서 제시하는 목적을 달성할 수 없었다.
However, in the case of Comparative Examples 1 to 4 using Al 2 O 3 or SiO 2 as the support and Ru and Ni as the active ingredients, the catalytic activity was reduced compared to the Examples. In particular, even in the case of using CeO 2 and ZrO 2 (Comparative Example 6 and Comparative Example 7), the object of the present invention could not be achieved. In addition, even when the support according to the present invention is used, the content of Rh as the active ingredient is less than 0.2 part by weight or the active ingredient is not included (Comparative Example 9 and Comparative Example 5) and the space velocity is less than 100 parts by weight of the support. Even in the early case (Comparative Example 8), the object proposed in the present invention could not be achieved.

또한, CeO2/ZrO2의 중량비가 0.08인 촉매를 이용하여 실험한 비교예 3 및 10의 결과에서는 본 발명에서 제시한 CeO2/ZrO2의 중량비를 벗어나는 지지체를 사용하는 경우에도 본 발명의 목적을 달성할 수 없었다.
In addition, in the results of Comparative Examples 3 and 10, which were conducted using a catalyst having a weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 of 0.08, the objective of the present invention was used even when using a support that deviated from the weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 presented in the present invention. Could not be achieved.

또한, 실시예 1, 3 및 비교예 7의 시간 경과에 따른 메탄의 전환율을 도 1에 나타내었으며, 비교예 7에 비하여 실시예 1 및 3는 우수한 메탄의 전환율을 나타내었다.
In addition, the conversion rates of methane over time of Examples 1, 3 and Comparative Example 7 are shown in FIG. 1, and Examples 1 and 3 showed excellent conversion rates of methane as compared to Comparative Example 7.

상기한 결과로부터 본 발명의 촉매는 메탄가스에 황화수소가 존재하는 경우에도 우수한 촉매 활성 및 안정성을 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제시한 방법으로 촉매를 제조하고, 이를 이용하여 제시된 반응 조건에서 부생가스의 개질반응을 수행하는 경우에만 본 발명의 일 구현에서 의도하는 효과가 달성됨을 확인하였다. From the above results, it can be seen that the catalyst of the present invention exhibits excellent catalyst activity and stability even when hydrogen sulfide is present in methane gas. Therefore, it was confirmed that the intended effect was achieved in one embodiment of the present invention only when the catalyst was prepared by the method proposed in the present invention and the reforming reaction of the by-product gas was carried out under the reaction conditions.

Claims (11)

비표면적이 20~80 ㎡/g이고, CeO2/ZrO2의 중량비는 0.3≤CeO2/ZrO2≤4.0인 CeO2-ZrO2 지지체상에 CeO2-ZrO2 지지체 100중량부에 대하여 로듐이 0.2중량부 내지 5중량부로 담지되고 비표면적이 20 ∼ 50 ㎡/g이며, H2S가 3000ppmv 이하로 존재하는 부생가스를 이용한 메탄의 개질반응에 사용되는 촉매.
And a specific surface area of 20 ~ 80 ㎡ / g, a weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 is a rhodium with respect to 100 parts by weight of CeO 2 -ZrO 2 support on the CeO 2 -ZrO 2 support 0.3≤CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0 A catalyst used for reforming methane using by-product gas, which is supported by 0.2 to 5 parts by weight and has a specific surface area of 20 to 50 m 2 / g and H 2 S is present at 3000 ppmv or less.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 메탄의 개질반응은 메탄의 수증기 개질반응, 혼합개질반응, 산소를 이용한 메탄의 부분산화반응 또는 메탄과 이산화탄소 개질반응인 촉매.
The catalyst of claim 1, wherein the methane reforming is steam reforming of methane, mixed reforming, partial oxidation of methane using oxygen, or methane and carbon dioxide reforming.
에틸렌글리콜에 구연산을 용해시킨 용액에 세륨 전구체 수용액을 첨가하고 다른 에틸렌글리콜에 구연산을 용해시킨 용액에 지르코늄 전구체 수용액을 첨가한 다음에 이들을 합하여 혼합용액을 준비하는 단계;
상기 혼합용액을 50~100℃에서 교반하는 단계;
5~10시간 동안 120~130℃로 가열하는 혼합용액 중의 물을 제거하여 졸을 형성하는 단계; 및
상기 졸을 400 내지 900℃에서 3시간 내지 5시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 졸-겔법으로 제조되는 CeO2-ZrO2 지지체에,
상기 지지체 100 중량부에 대하여 로듐을 금속 함량기준으로 0.2 중량부 내지 5.0 중량부로 담지하는 단계; 및
400∼800℃로 소성하는 단계
를 포함하는 촉매 제조방법.
Preparing a mixed solution by adding a cerium precursor aqueous solution to a solution of citric acid in ethylene glycol and a zirconium precursor aqueous solution to a solution of citric acid in another ethylene glycol;
Stirring the mixed solution at 50˜100 ° C .;
Removing water in the mixed solution heated to 120 to 130 ° C. for 5 to 10 hours to form a sol; And
To the CeO 2 -ZrO 2 support prepared by the sol-gel method comprising the step of firing the sol for 3 to 5 hours at 400 to 900 ℃,
Supporting rhodium in an amount of 0.2 to 5.0 parts by weight based on metal content based on 100 parts by weight of the support; And
Firing at 400-800 ° C
Catalyst production method comprising a.
삭제delete 삭제delete 제 4항에서, 상기 지지체는 비표면적이 20~80㎡/g이고, CeO2/ZrO2의 중량비는 0.3≤CeO2/ZrO2≤4.0인 촉매 제조방법.
In claim 4 wherein the support is a specific surface area of 20 ~ 80㎡ / g, a weight ratio of CeO 2 / ZrO 2 is 0.3≤CeO 2 / ZrO 2 ≤4.0 catalyst production method.
제 4항에서, 상기 촉매는 비표면적이 20 ∼ 50 ㎡/g인 촉매 제조방법.
The method of claim 4, wherein the catalyst has a specific surface area of 20 to 50 m 2 / g.
청구항 1의 촉매 존재하에 반응 온도 750∼900℃, 반응압력 0.5∼10기압 및 메탄의 공간속도 100 ∼ 6,000L(CH4)/Kgcat/h로 행하는 메탄의 개질방법.
A method for reforming methane at a reaction temperature of 750 to 900 ° C., a reaction pressure of 0.5 to 10 atmospheres, and a space velocity of 100 to 6,000 L (CH 4 ) / Kgcat / h in the presence of the catalyst of claim 1.
삭제delete 제 9항에 있어서, 상기 메탄의 개질반응은 메탄의 수증기 개질반응, 혼합개질반응, 산소를 이용한 메탄의 부분산화반응 또는 메탄과 이산화탄소 개질반응인 메탄의 개질방법.10. The method of claim 9, wherein the methane reforming is steam reforming of methane, mixed reforming, partial oxidation of methane using oxygen, or methane and carbon dioxide reforming.
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