KR101825495B1 - Cobalt-supported catalyst for low-temperature methane reformation using carbon dioxide, and the fabrication method thereof - Google Patents
Cobalt-supported catalyst for low-temperature methane reformation using carbon dioxide, and the fabrication method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR101825495B1 KR101825495B1 KR1020150165093A KR20150165093A KR101825495B1 KR 101825495 B1 KR101825495 B1 KR 101825495B1 KR 1020150165093 A KR1020150165093 A KR 1020150165093A KR 20150165093 A KR20150165093 A KR 20150165093A KR 101825495 B1 KR101825495 B1 KR 101825495B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cobalt
- carbon dioxide
- supported catalyst
- catalyst
- carrier
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 90
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 66
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 76
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 76
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 76
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 21
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 5
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 12
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000002407 reforming Methods 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 19
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 6
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 6
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 5
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 3
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 3
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N Acetaldehyde Chemical compound CC=O IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 229910052789 astatine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013064 chemical raw material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012050 conventional carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011899 heat drying method Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/75—Cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
- C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0983—Additives
- C10J2300/0986—Catalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
본 발명은 저온 개질반응용 코발트 담지촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천연가스를 이산화탄소에 의해 개질하여 합성가스를 제조하는 반응에 적용되며, 아연산화물과 알루미나를 물리적으로 혼합하여 소성시킨 무정형의 아연-알루미네이트 담체에 코발트 활성성분을 담지시켜 제조된 코발트 담지촉매로서 600℃의 낮은 온도에서도 촉매활성이 유지되고 그리고 내구성이 우수하여 장시간동안 개질반응을 운전하는 것이 가능하도록 하는 효과를 얻고 있는 코발트 담지촉매와 이 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a cobalt supported catalyst for low temperature reforming reaction, and more particularly, to a process for producing a synthesis gas by reforming natural gas with carbon dioxide. The process comprises physically mixing zinc oxide and alumina, The present invention relates to a cobalt supported catalyst prepared by supporting an active component of cobalt on an amorphous zinc-aluminate support, which has a high catalytic activity and a high durability even at a low temperature of 600 ° C, To a cobalt supported catalyst obtained and a method for producing the catalyst.
Description
본 발명은 저온 개질반응용 코발트 담지촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천연가스를 이산화탄소에 의해 개질하여 합성가스를 제조하는 반응에 적용되며, 아연산화물과 알루미나를 물리적으로 혼합하여 소성시킨 무정형의 아연-알루미네이트 담체에 코발트 활성성분을 담지시켜 제조된 코발트 담지촉매로서 600℃의 낮은 온도에서도 촉매활성이 유지되고 그리고 내구성이 우수하여 장시간동안 개질반응을 운전하는 것이 가능하도록 하는 효과를 얻고 있는 코발트 담지촉매와 이 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a cobalt supported catalyst for low temperature reforming reaction, and more particularly, to a process for producing a synthesis gas by reforming natural gas with carbon dioxide. The process comprises physically mixing zinc oxide and alumina, The present invention relates to a cobalt supported catalyst prepared by supporting an active component of cobalt on an amorphous zinc-aluminate support, which has a high catalytic activity and a high durability even at a low temperature of 600 ° C, To a cobalt supported catalyst obtained and a method for producing the catalyst.
온실가스에 의한 지구온난화가 심화되고 있고, 각 국가별로 온실가스 배출을 제한함에 따라 산업계의 부담이 커지고 있다. 특히 에너지 다소비업종인 자동차, 철강, 석유화학업계 등의 타격은 불가피하다. 이를 해결하고자 하는 방안으로 이산화탄소의 배출량을 줄이는 것이 아닌 이산화탄소를 자원화 하여 산업에 유용한 물질로 전환하는 연구에 초점을 두고 있다. 이러한 연구의 일환으로서 이산화탄소에 의한 개질반응을 통해 일산화탄소(CO)와 수소(H2)가 포함된 합성가스를 생산하고, 상기 합성가스를 메탄올 합성, 피셔-트롭쉬 합성 등 고부가가치를 지닌 화학제품의 합성 원료로 이용하는 공정이 개발되어 있다.Global warming caused by greenhouse gases is intensifying, and the burden on the industry is increasing due to limiting the emission of greenhouse gases by each country. In particular, it is inevitable that the automobile, steel and petrochemical industries, which are energy consuming industries, will be hit. In order to solve this problem, the focus is on reducing carbon dioxide emissions and converting carbon dioxide into useful materials for industry. As a part of this research, a synthesis gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) is produced through a reforming reaction by carbon dioxide, and a synthetic gas containing high value-added synthetic products such as methanol synthesis and Fischer-Tropsch synthesis Is used as a starting material for synthesis.
이산화탄소 개질 반응은 온실가스로 구분되는 메탄과 이산화탄소를 반응물로 하여 합성가스(Synthesis Gas)인 일산화탄소와 수소를 생성물로 얻는 반응으로, 다른 개질반응에 비해 일산화탄소 대 수소의 몰비(CO/H2 ≒ 1)가 높기 때문에 화학원료로서 그 활용도가 높은 것으로 알려져 있다.The carbon dioxide reforming reaction is a reaction in which carbon monoxide and hydrogen, which are synthesized gases, are obtained as products by using methane and carbon dioxide separated by greenhouse gases as reactants. The molar ratio of carbon monoxide to hydrogen (CO / H 2 ≒ 1 ) Is high, it is known that it is highly utilized as a chemical raw material.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
하지만 이산화탄소 건식 개질 반응은 상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이 매우 강한 흡열반응으로 진행되기 때문에 650℃ 이상의 온도에서 반응이 일어나며, 통상 850℃ 이상의 고온 조건에서 진행된다. 이에, 이산화탄소 건식 개질 반응은 열역학적으로 탄소의 형성이 용이하여 촉매의 비활성화 문제가 대두되고 있다. 따라서 상대적으로 낮은 온도에서도 우수한 활성을 보이고 코크스의 생성과 소결에 의한 비활성화에 강한 새로운 촉매의 개발이 시급히 요구된다.However, since the carbon dioxide dry reforming reaction proceeds with a very strong endothermic reaction as shown in Reaction Scheme 1, the reaction occurs at a temperature of 650 ° C or higher, and usually proceeds at a high temperature of 850 ° C or higher. Therefore, the carbon dioxide dry reforming reaction has a problem of deactivation of the catalyst due to its easy formation of carbon thermodynamically. Therefore, it is urgently required to develop a new catalyst which exhibits excellent activity even at a relatively low temperature and is resistant to the formation of coke and inactivation by sintering.
이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 촉매로서 니켈계 촉매가 현재 상용화되어 있긴 하지만, 내구성의 문제로 짧은 촉매의 수명에 한계가 있음이 지적됨에 따라 이를 극복하기 위한 방안으로 코발트계 촉매가 개발되고 있다.Nickel-based catalysts have been commercialized as catalysts for the reforming reaction of methane using carbon dioxide. However, since it has been pointed out that the durability of catalysts is limited in the life span of short catalysts, cobalt-based catalysts have been developed to overcome them.
그 예로서, 대한민국 등록특허 10-1437072호(특허문헌 1)에는 메탄의 이산화탄소 개질반응용 촉매로서 스피넬형 담체에 담지된 코발트 담지촉매가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 의하면, AB2O4 (A는 Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd 및 Sn 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, B는 Al, Ga, In, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni 및 Co 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이다)의 화학구조식을 가지는 스피넬형 담체를 사용함으로써, 850℃의 고온 및 100,00 mL/gcat·hr의 높은 공간속도에서 안정하고 높은 촉매 활성도를 유지하는 것이 가능하였다고 개시하고 있다. 즉, 특허문헌 1에 개시된 촉매는 850℃의 고온 반응에 최적화된 촉매이고, 800℃ 이하의 낮은 온도에서는 촉매활성이 급격히 저감되는 문제가 있다.
As an example thereof, Korean Patent No. 10-1437072 (Patent Document 1) discloses a cobalt supported catalyst supported on a spinel type carrier as a catalyst for carbon dioxide reforming reaction of methane. According to Patent Document 1, AB 2 O 4 (A is at least one selected from the group consisting of Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd and Sn, At least one selected from the group consisting of In, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni and Co. it was possible to maintain stable and high catalytic activity at a high space velocity of < RTI ID = 0.0 > cat -hr. < / RTI > That is, the catalyst disclosed in Patent Document 1 is a catalyst optimized for a high-temperature reaction at 850 ° C, and there is a problem that the catalyst activity is drastically reduced at a low temperature of 800 ° C or lower.
본 발명은 천연가스를 이산화탄소에 의해 개질하여 합성가스를 제조하는 반응에 적용되는 촉매로서 800℃ 이하의 낮은 반응온도에서도 촉매활성이 유지되고, 코크스의 생성과 소결에 의한 비활성화를 억제시키는 신규의 코발트 담지촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a catalyst which is used in a reaction for producing a syngas by reforming natural gas with carbon dioxide and which is capable of maintaining the catalytic activity even at a low reaction temperature of 800 ° C or less and inhibiting deactivation by coke formation and sintering. And to provide a supported catalyst.
또한, 본 발명은 아연산화물(ZnO)과 알루미나(Al2O3)를 분말혼합법에 의해 물리적으로 혼합한 후에 소성하여 얻어진 무정형의 아연-알루미네이트를 담체로 하고, 여기에 코발트 활성성분을 담지시켜 제조하는 이산화탄소 개질반응용 코발트 담지촉매의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In addition, the present invention relates to a method for producing an amorphous zinc-aluminate, which comprises amorphous zinc-aluminate obtained by physically mixing zinc oxide (ZnO) and alumina (Al 2 O 3 ) The present invention also provides a method for producing a cobalt supported catalyst for carbon dioxide reforming reaction.
상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 아연산화물과 알루미나를 분말혼합법으로 혼합한 후에 소성하여 제조된 무정형의 아연-알루미네이트 담체에, 코발트 활성성분이 담지되어 있는 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매를 그 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention relates to a cobalt supported catalyst for carbon dioxide reforming reaction in which a cobalt active component is supported on an amorphous zinc-aluminate carrier prepared by mixing zinc oxide and alumina by powder mixing method and then firing It is characterized by.
또한, 본 발명은 천연가스를 이산화탄소 개질반응시켜 합성가스를 제조하는 방법으로, 상기한 코발트 담지촉매 존재 하에서 600 ~ 800℃의 저온 조건에서 개질반응을 수행하는 것을 그 특징으로 한다.Also, the present invention is a method for producing a synthesis gas by carbon dioxide reforming reaction of natural gas, characterized in that the reforming reaction is carried out at a low temperature of 600 to 800 ° C. in the presence of the cobalt supported catalyst.
또한, 본 발명은 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매의 제조방법으로,The present invention also provides a method for producing a cobalt supported catalyst for a carbon dioxide reforming reaction,
아연산화물과 알루미나를 분말혼합법으로 혼합하여 금속분말 혼합물을 제조하는 단계 (단계 1);Mixing the zinc oxide and alumina by a powder mixing method to prepare a metal powder mixture (step 1);
상기 금속분말 혼합물을 건조 및 소성하여 무정형의 아연-알루미네이트 담체를 제조하는 단계 (단계 2); 및Drying and firing the metal powder mixture to prepare an amorphous zinc-aluminate carrier (step 2); And
상기 무정형의 아연-알루미네이트 담체에, 담체 중량을 기준으로 5 ~ 30 중량%의 코발트가 담지되도록 코발트 활성성분을 담지한 후에, 건조 및 소성하여 코발트 담지촉매를 제조하는 단계 (단계 3); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Supporting a cobalt active component on the amorphous zinc-aluminate support such that cobalt is supported in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of the carrier, followed by drying and firing to prepare a cobalt supported catalyst (step 3); And a control unit.
본 발명에 따른 코발트 담지촉매는 이산화탄소의 개질반응에 적용되어 반응온도를 600℃까지 낮추는 각별한 효과가 있다. 따라서 본 발명이 제공하는 코발트 담지촉매는 저온에서의 촉매활성이 증진되어 에너지 소비를 현격하게 감소시키므로 경제성이 우수하다.The cobalt supported catalyst according to the present invention has a remarkable effect of lowering the reaction temperature to 600 캜 by being applied to the reforming reaction of carbon dioxide. Therefore, the cobalt supported catalyst provided by the present invention is excellent in economical efficiency because the catalyst activity at low temperature is enhanced and the energy consumption is remarkably reduced.
또한, 본 발명에 따른 코발트 담지촉매는 개질반응에 적용되어 코크스의 생성 및 소결현상이 억제되는 효능을 가지고 있다. 따라서 본 발명이 제공하는 코발트 담지촉매는 내구성이 우수하여 장시간 촉매반응을 진행시키는 것이 가능하다.In addition, the cobalt supported catalyst according to the present invention has an effect of suppressing the formation and sintering of coke by being applied to a reforming reaction. Therefore, the cobalt-supported catalyst provided by the present invention is excellent in durability and can proceed the catalytic reaction for a long time.
또한, 본 발명이 담체 제조를 위해 실시하는 분말혼합법은 공침법 등 통상의 담체 제조방법에 대비하여 간단하여 비용도 저렴하여 대량생산에 유용하다.
In addition, the powder mixing method which is carried out for the production of a carrier of the present invention is simple and inexpensive in comparison with a conventional carrier production method such as coprecipitation, and is useful for mass production.
도 1은 실시예 1에 따라 물리적인 분말혼합법에 의해 제조된 무정형의 아연-알루미네이트 담체와, 비교예 1에 따라 공침법으로 제조된 스피넬 구조의 ZnAl2O4 담체에 대하여 X선 분말 회절 분석을 통해 담체의 내부 구조를 비교한 그래프이다.
1 is a graph showing the results of X-ray powder diffraction (XRD) analysis of an amorphous zinc-aluminate carrier prepared by a physical powder mixing method according to Example 1 and a ZnAl 2 O 4 carrier having a spinel structure prepared by coprecipitation according to Comparative Example 1 And the internal structure of the carrier is analyzed through analysis.
본 발명은 천연가스를 이산화탄소에 의해 개질하여 합성가스를 제조하는 반응에 적용되는 코발트 담지촉매로서, 코발트 활성성분을 담지하는 담체로 무정형의 아연-알루미네이트를 적용함에 그 특징이 있다.The present invention is characterized in that amorphous zinc-aluminate is applied as a carrier for supporting a cobalt active component, which is a cobalt supported catalyst applied to a reaction for producing synthesis gas by reforming natural gas with carbon dioxide.
관련된 선행발명으로서 특허문헌 1에는 AB2O4 스피넬 구조를 가지는 복합금속산화물의 담체에 코발트 활성성분을 담지시킨 이산화탄소 개질반응용 코발트 담지촉매가 개시되어 있다. 즉, 특허문헌 1에서 담체로 사용되는 스피넬 구조를 가지는 복합금속산화물은 산소원자가 면심입방 격자를 만들고, 금속 A가 사면체의 빈틈에 들어가고, 금속 B가 팔면체의 빈틈에 들어가 AB2O4 조성식을 이루는 복합금속산화물이다. 특허문헌 1에서는 스피넬 구조의 담체를 공침법(co-precipitation)으로 제조하고 있는데, 공침법은 공정변수(온도, 공침속도, pH, 침전제 종류 등)가 다양하고 그 과정이 복잡하여 대량으로 재현성 있게 스피넬 구조의 복합금속산화물을 제조하기가 어렵다.As a related prior art, Patent Document 1 discloses a cobalt supported catalyst for carbon dioxide reforming reaction in which a cobalt active component is supported on a carrier of a composite metal oxide having an AB 2 O 4 spinel structure. That is, the composite metal oxide having a spinel structure used as a carrier in the Patent Document 1 is created and the oxygen atom is a face-centered cubic lattice, metal A entered the gap in tetrahedral metal B fits in the gap in the octahedral form a AB 2 O 4 composition formula Composite metal oxide. In Patent Document 1, a carrier of a spinel structure is prepared by co-precipitation. The coprecipitation method has a variety of process parameters (temperature, coprecipitation speed, pH, precipitant type, etc.) It is difficult to produce a composite metal oxide having a spinel structure.
이에 반하여, 본 발명에서 담체의 제조법으로 제안하는 분말혼합법(powder mixing)은 아연산화물(ZnO)과 알루미나(Al2O3)를 물리적으로 혼합하기 때문에 스피넬 구조와 같은 격자구조를 형성하지 않고 무정형의 혼합물 상태로 존재하게 된다.On the other hand, in the present invention, the powder mixing method proposed in the production method of the carrier does not form a lattice structure such as a spinel structure because zinc oxide (ZnO) and alumina (Al 2 O 3 ) Lt; / RTI >
첨부도면 도 1에는 본 발명에 따라 물리적인 분말혼합법에 의해 제조된 무정형의 아연-알루미네이트 담체와, 특허문헌 1에 의해 공침법으로 제조된 스피넬 구조의 ZnAl2O4 담체에 대하여 X선 분말 회절 분석한 결과가 도시되어 있다. 도 1로부터 확인되고 있듯이, 본 발명이 제안하는 무정형의 아연-알루미네이트 담체는 물리화학적 특성상 스피넬 구조의 ZnAl2O4 담체와는 확연하게 차이가 있다는 것을 확인할 수 있다.1 shows an amorphous zinc-aluminate carrier prepared by a physical powder mixing method according to the present invention and a ZnAl 2 O 4 carrier having a spinel structure prepared by coprecipitation according to Patent Document 1, The results of the diffraction analysis are shown. As can be seen from FIG. 1, it can be seen that the amorphous zinc-aluminate support proposed by the present invention is significantly different from the ZnAl 2 O 4 carrier of the spinel structure due to its physicochemical properties.
따라서 본 발명이 제안하는 코발트 담지촉매와 특허문헌 1에 개시된 코발트 담지촉매는 서로 다른 촉매이다. 이에 대해서는 아래의 실험예 1과 실험예 2의 비교실험을 통해 확인될 수 있는데, 특허문헌 1의 개시촉매는 850℃에서 최대 촉매활성을 나타내고 800℃ 이하의 온도에서는 촉매활성이 급격히 감소되는 결과를 보이고 있으나, 본 발명이 제안하는 코발트 담지촉매는 600℃까지 개질반응의 온도를 낮추어도 촉매활성이 우수하게 유지될 수 있다.
Therefore, the cobalt supported catalyst proposed by the present invention and the cobalt supported catalyst disclosed in Patent Document 1 are different catalysts. This can be confirmed by the following comparative experiments of Experimental Example 1 and Experimental Example 2, wherein the starting catalyst of Patent Document 1 exhibits the maximum catalytic activity at 850 ° C and the catalytic activity decreases sharply at a temperature of 800 ° C or lower However, the cobalt supported catalyst proposed by the present invention can maintain excellent catalytic activity even when the temperature of the reforming reaction is lowered up to 600 < 0 > C.
이하에서는 본 발명이 특징으로 하는 아연-알루미네이트 담체에 담지된 코발트 담지촉매의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for preparing a cobalt-supported catalyst supported on a zinc-aluminate support according to the present invention will be described in detail.
본 발명이 특징으로 하는 코발트 담지촉매의 제조방법은, A method for producing a cobalt supported catalyst characterized by the present invention comprises:
아연산화물과 알루미나를 분말혼합법으로 혼합하여 금속분말 혼합물을 제조하는 단계 (단계 1);Mixing the zinc oxide and alumina by a powder mixing method to prepare a metal powder mixture (step 1);
상기 금속분말 혼합물을 건조 및 소성하여 무정형의 아연-알루미네이트 담체를 제조하는 단계 (단계 2); 및Drying and firing the metal powder mixture to prepare an amorphous zinc-aluminate carrier (step 2); And
상기 무정형의 아연-알루미네이트 담체에, 담체 중량을 기준으로 5 ~ 30 중량%의 코발트가 담지되도록 코발트 활성성분을 담지한 후에, 건조 및 소성하여 코발트 담지촉매를 제조하는 단계 (단계 3); 를 포함한다.
Supporting a cobalt active component on the amorphous zinc-aluminate support such that cobalt is supported in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of the carrier, followed by drying and firing to prepare a cobalt supported catalyst (step 3); .
이러한 본 발명에 따른 코발트 담지촉매의 제조방법을 단계별로 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.The process for preparing the cobalt-supported catalyst according to the present invention will be described in more detail as follows.
단계 1은, 아연산화물과 알루미나를 물리적으로 혼합하는 단계이다. Step 1 is a step of physically mixing the zinc oxide and alumina.
아연산화물과 알루미나의 혼합비는 아연산화물 1 몰을 기준으로 알루미나는 1 ~ 10 몰비 범위, 바람직하기로는 1 ~ 6 몰비 범위로 사용할 수 있다. 본 발명에서 담체 제조에 사용하는 아연산화물과 알루미나는 그 종류나 입자크기에 대해 특별한 제한을 두지 않으며, 범용적으로 이용 가능한 분말 상태의 고체 시료라면 모두 적용이 가능하다. 그럼에도 불구하고 굳이 분말의 크기를 한정한다면 아연산화물은 평균입경이 50 ~ 300 nm 범위인 것을 사용할 수 있고, 알루미나는 평균입경이 10 ~ 100 nm 범위인 것을 사용할 수 있다. The mixing ratio of zinc oxide to alumina may be in the range of 1 to 10 molar equivalents, preferably 1 to 6 molar equivalents, based on 1 mol of zinc oxide. In the present invention, there are no particular restrictions on the kind and particle size of the zinc oxide and alumina used in the preparation of the carrier, and any solid sample in powder form which can be used in general can be applied. Nevertheless, if the size of the powder is limited, zinc oxide having an average particle diameter in the range of 50 to 300 nm can be used, and alumina having an average particle diameter in the range of 10 to 100 nm can be used.
본 발명이 실시하는 분말혼합법은 분말시료를 물리적으로 혼합하는 방법으로, 대표적으로 밀링(miling)을 통해 이루어질 수 있다. 상기 밀링은 용제의 사용 없이 실시하는 건식 밀링일 수 있고 또는 유기용제를 소량 포함시켜 실시하는 습식 밀링일 수 있다. 건식 밀링에 대비하여 습식 밀링은 유기용제에 의해 두 분말간의 분산력을 높을 수 있으므로 보다 균일하게 분산된 분말혼합물을 얻을 수 있는 장점이 있다. 습식 밀링에 사용되는 유기용제는 알코올류(메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등), 알데하이드류(포름알데하이드, 아세트알데하이드 등), 탄화수소류(헥산, 벤젠, 톨루엔 등) 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 좋기로는 알코올류를 사용하는 것이다. 알코올류는 비점이 비교적 낮고 안전상에 문제가 없으며, 가격 경쟁력이 우수하다는 장점이 있다. 밀링 장비는 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한없이 사용될 수 있으며, 구체적으로 막자사발, 압착 파쇄기, 볼밀(ball mill) 등의 기구를 활용할 수 있다. 밀링 온도는 상온(25℃) 내지 60℃가 바람직한데, 상기한 온도 범위를 벗어나면 분말혼합물의 균일도가 저하될 수 있다. 밀링 시간은 두 분말이 충분히 혼합될 수 있는 시간이면 충분한데, 혼합되는 분말의 중량 100 g을 기준으로 3 ~ 5 시간이 좋다.The powder mixing method practiced by the present invention is a method of physically mixing a powder sample, typically through miling. The milling may be a dry milling carried out without the use of a solvent or a wet milling carried out with a small amount of organic solvent. In contrast to dry milling, wet milling has the advantage of achieving a more evenly dispersed powder mixture because the dispersing power between the two powders can be increased by organic solvents. The organic solvent used for the wet milling may be at least one selected from alcohols (methanol, ethanol, propanol, butanol), aldehydes (formaldehyde, acetaldehyde), hydrocarbons (hexane, benzene, toluene etc.) And it is best to use alcohol. Alcohols have a relatively low boiling point, have no safety problems, and are excellent in price competitiveness. The milling equipment can be used without any particular limitation as long as it is commonly used in the art, and specifically, a mechanism such as a mortar bowl, a crushing crusher, and a ball mill can be utilized. The milling temperature is preferably from room temperature (25 ° C) to 60 ° C. If the temperature is outside the above range, the uniformity of the powder mixture may be lowered. The milling time is sufficient for the two powders to be sufficiently mixed. The milling time is preferably 3 to 5 hours based on 100 g of the powder to be mixed.
단계 2는, 금속분말 혼합물을 건조 및 소성하여 무정형의 아연-알루미네이트 담체를 제조하는 단계이다.Step 2 is a step of drying and firing the metal powder mixture to prepare an amorphous zinc-aluminate carrier.
상기 담체의 건조는 공기분위기하에서 80 ~ 100℃ 온도로 실시할 수 있다. 그리고 상기 담체의 소성은 공기분위기하에서 500 ~ 800℃의 온도로 실시할 수 있다. 상기 소성온도가 500℃ 미만이면 아연산화물과 알루미나의 균일 혼합상태를 유지하기 어렵기 때문에 촉매 활성이 급격히 저하되는 현상이 발생할 수 있고, 소성온도가 800℃를 초과하면 담체의 비표면적이 감소하여 촉매 활성에 영향을 줄 수 있기 때문에 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The carrier may be dried at a temperature of 80 to 100 DEG C under an air atmosphere. The carrier may be calcined at a temperature of 500 to 800 ° C. in an air atmosphere. If the calcination temperature is less than 500 ° C, it is difficult to keep the uniformly mixed state of the zinc oxide and alumina. Therefore, the catalytic activity may be rapidly lowered. If the calcination temperature exceeds 800 ° C, It is preferable to keep the above range because it may affect the activity.
단계 3은, 무정형의 아연-알루미네이트 담체에 코발트 활성성분을 담지시켜 코발트 담지촉매를 제조하는 단계이다.Step 3 is a step of preparing a cobalt supported catalyst by supporting a cobalt active component on an amorphous zinc-aluminate carrier.
상기 코발트 활성성분의 담지량은 담체 중량을 기준으로 5 ~ 30 중량%, 좋기로는 5 ~ 20 중량% 범위로 담지될 수 있다. 코발트 활성성분의 담지량이 5 중량% 미만이면 개질반응의 속도가 현저히 느려지는 문제가 있을 수 있고, 코발트 활성성분의 담지량이 30 중량%를 초과하면 활성물질의 소결현상으로 인해 촉매 비활성화가 가속화되어 촉매 수명이 감축되는 문제가 있을 수 있다. 코발트 활성성분을 담지시키기 위한 전구물질은 코발트(Co)를 포함하는 화합물로, 예를 들면 코발트 나이트레이트(Co(NO3)2)가 대표적으로 사용될 수 있다. The loading amount of the cobalt active ingredient may be 5 to 30 wt%, preferably 5 to 20 wt%, based on the weight of the carrier. If the loading amount of the cobalt active ingredient is less than 5% by weight, the rate of the reforming reaction may be significantly slowed. If the loading amount of the cobalt active ingredient exceeds 30% by weight, the catalyst deactivation is accelerated due to sintering of the active material, There may be a problem that the lifetime is reduced. The precursor for supporting the cobalt active ingredient is a compound containing cobalt (Co), for example, cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ) can be used as a representative.
상기 코발트 활성성분의 담지방법은 특별히 제한되지 않으며, 촉매 제조분야에서 통상적으로 이용되는 담지법이라면 모두 적용될 수 있다. 통상의 담지법으로는 가열 건조법, 상온 건조법, 진공 건조법, 상압 건조법, 증발 건고법, 포어 필링법, 초기 습식(incipient wetness)법 등의 각종 건조법, 침지법, 분무법, 또는 이온 교환법 등의 방법을 적용할 수 있다. The method of supporting the cobalt active ingredient is not particularly limited, and any method that is commonly used in the field of catalyst production can be applied. Examples of the ordinary method of carrying out the present invention include various drying methods such as a heat drying method, a normal temperature drying method, a vacuum drying method, a normal pressure drying method, a vapor drying method, a forefilling method, an incipient wetness method, a dipping method, a spraying method, Can be applied.
상기 코발트 활성성분을 담지시킨 후에는 건조 및 소성하여 목적하는 코발트 담지 촉매를 제조한다. 상기 촉매의 건조는 공기분위기하에서 80 ~ 100℃ 온도로 실시할 수 있다. 그리고 상기 촉매의 소성은 공기분위기하에서 300 ~ 700℃의 온도로 실시할 수 있다. 상기 촉매의 소성온도가 300℃ 미만이면 단지 건조 상태로 유지되어 담체성분과 코발트 활성성분이 화학적인 결합을 이루지 못하여 촉매로서 활성을 나타내지 못하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 촉매의 소성온도가 700℃를 초과하면 촉매의 산화 정도가 지나치게 크고 그리고 담체성분과 코발트 활성성분 사이의 강한 결합력으로 인하여 실제 반응에 적용되어서는 코발트 활성성분이 제 역할을 하지 못하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다
After supporting the cobalt active component, the cobalt supported catalyst is dried and calcined to produce a desired cobalt supported catalyst. The catalyst may be dried at a temperature of 80 to 100 ° C in an air atmosphere. The calcination of the catalyst may be carried out at a temperature of 300 to 700 ° C. in an air atmosphere. If the sintering temperature of the catalyst is less than 300 ° C, the catalyst may be kept in a dry state only, so that the carrier component and the cobalt active component may not chemically bond to each other and may not exhibit activity as a catalyst. If the firing temperature of the catalyst exceeds 700 ° C., the degree of oxidation of the catalyst is excessively high, and since the cobalt active component does not play a role in the actual reaction due to the strong binding force between the carrier component and the cobalt active component, Lt; RTI ID = 0.0 >
이상의 제조방법을 통해 제조된 코발트 담지촉매는 이산화탄소의 개질반응용 촉매로 적용되어서는 개질반응 온도를 600℃까지 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기한 코발트 담지촉매를 이용하여 천연가스의 이산화탄소 개질반응을 수행하여 합성가스를 제조하는 방법을 특징으로 한다.The cobalt-supported catalyst prepared through the above process can be used as a catalyst for reforming carbon dioxide, thereby lowering the reforming reaction temperature to 600 ° C. Accordingly, the present invention features a method for producing a syngas by performing the carbon dioxide reforming reaction of natural gas using the cobalt-supported catalyst.
천연가스와 이산화탄소의 개질 반응은 당 분야에서 통상적으로 이루어지는 반응기를 사용하여 통상의 반응 조건으로 진행될 수 있다. 개질 반응기로는 구체적으로 기상의 고정층 반응기, 유동층 반응기, 액상의 슬러리 형태의 반응기 또는 회분식 반응기 등이 사용될 수 있다. 반응조건으로서 반응온도는 500 ~ 1000℃, 좋기로는 600 ~ 800℃를 유지하고, 반응압력은 0.01 ~ 1 MPa를 유지하고, 반응물의 공간속도는 500 ~ 500,000 mL/gcatㆍhr 범위를 유지한다. 또한, 반응원료인 천연가스(대표적으로 메탄)와 이산화탄소의 몰비는 0.5 ~ 2.0 범위를 유지한다
The reforming reaction of natural gas and carbon dioxide can be carried out under ordinary reaction conditions using a reactor which is customary in the art. As the reforming reactor, a gas phase fixed bed reactor, a fluidized bed reactor, a liquid slurry type reactor or a batch reactor may be used. As the reaction conditions, the reaction temperature is maintained at 500 to 1000 ° C., preferably 600 to 800 ° C., the reaction pressure is maintained at 0.01 to 1 MPa, and the space velocity of the reactant is maintained in the range of 500 to 500,000 mL / gcat · hr . In addition, the molar ratio of natural gas (typically methane) to carbon dioxide as the reaction raw material is maintained in the range of 0.5 to 2.0
이와 같은 본 발명은 하기의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and experimental examples, but the present invention is not limited thereto.
[실시예]
[Example]
실시예 1. 무정형의 아연-알루미네이트 담체에 담지된 코발트 촉매의 제조Example 1 Preparation of Cobalt Catalyst Supported on Amorphous Zinc-Aluminate Carrier
막자사발에 아연산화물 분말(평균입경 100 nm)과 감마-알루미나 분말(평균입경 50 nm)을 1:1 몰비로 넣어 주고, 분말 총량 100 g을 기준으로 20 g의 에탄올과 함께 밀링하여 두 분말이 잘 섞이도록 혼합하였다. 밀링 후 얻은 분말혼합물은 공기 분위기가 유지되는 조건에서 100℃ 오븐에서 5시간동안 건조하고 500℃에서 6시간동안 소성하여 무정형의 아연-알루미네이트 담체를 제조하였다.The zinc oxide powder (average particle diameter 100 nm) and gamma-alumina powder (
제조된 무정형의 아연-알루미네이트 담체 중량을 기준으로 코발트(Co) 활성성분의 담지량이 20 중량% 되도록 코발트 나이트레이트(Co(NO3)3·9H2O)을 칭량하였다. 준비된 담체와 코발트 전구물질 각각을 증류수에 용해한 후에 혼합하여 촉매슬러리를 제조하였다. 촉매슬러리는 감압회전증발장치를 이용하여 55 mbar, 50℃ 조건에서 10시간동안 건조하여 촉매분말로 얻었다. 건조된 촉매분말은 공기 분위기가 유지되는 조건에서 100℃ 오븐에서 6시간동안 건조하고 400℃에서 6시간동안 공기 분위기에서 소성시켜, 무정형의 아연-알루미네이트 담체에 담지된 코발트 촉매를 제조하였다.
Cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 3 .9H 2 O) was weighed so that the supported amount of the cobalt (Co) active component was 20 wt% based on the weight of the amorphous zinc-aluminate carrier produced. The prepared carrier and cobalt precursor were each dissolved in distilled water and then mixed to prepare a catalyst slurry. The catalyst slurry was dried for 10 hours at 55 mbar and 50 ℃ using a rotary evaporator to obtain catalyst powder. The dried catalyst powder was dried in an oven at 100 ° C. for 6 hours under the condition of maintaining the air atmosphere and calcined at 400 ° C. for 6 hours in an air atmosphere to prepare a cobalt catalyst supported on an amorphous zinc-aluminate support.
실시예 2. 무정형의 아연-알루미네이트 담체에 담지된 코발트 촉매의 제조Example 2 Preparation of Cobalt Catalyst Supported on Amorphous Zinc-Aluminate Carrier
상기 실시예 1에 따른 담체 제조과정에서, 아연산화물 분말과 감마-알루미나 분말을 1:3 몰비로 밀링하여 무정형의 아연-알루미네이트 담체를 제조하였다. 그리고, 제조된 무정형 담체 중량을 기준으로 코발트(Co) 활성성분의 담지량이 20 중량% 되도록 코발트 나이트레이트(Co(NO3)3·9H2O)을 칭량하여, 상기 실시예 1의 담지방법으로 실시하여 무정형 담체에 담지된 코발트 촉매를 제조하였다.
In the preparation of the carrier according to Example 1, an amorphous zinc-aluminate support was prepared by milling zinc oxide powder and gamma-alumina powder at a molar ratio of 1: 3. Then, cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 3 .9H 2 O) was weighed so that the loading amount of the cobalt (Co) active component was 20 wt% based on the weight of the prepared amorphous carrier, To prepare a cobalt catalyst supported on an amorphous carrier.
실시예 3. 무정형의 아연-알루미네이트 담체에 담지된 코발트 촉매의 제조Example 3 Preparation of Cobalt Catalyst Supported on Amorphous Zinc-Aluminate Carrier
상기 실시예 1에 따른 담체 제조과정에서, 아연산화물 분말과 감마-알루미나 분말을 1:5 몰비로 밀링하여 무정형의 아연-알루미네이트 담체를 제조하였다. 그리고, 제조된 무정형 담체 중량을 기준으로 코발트(Co) 활성성분의 담지량이 20 중량% 되도록 코발트 나이트레이트(Co(NO3)3·9H2O)을 칭량하여, 상기 실시예 1의 담지방법으로 실시하여 무정형 담체에 담지된 코발트 촉매를 제조하였다.
In the preparation of the carrier according to Example 1, an amorphous zinc-aluminate support was prepared by milling zinc oxide powder and gamma-alumina powder at a molar ratio of 1: 5. Then, cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 3 .9H 2 O) was weighed so that the loading amount of the cobalt (Co) active component was 20 wt% based on the weight of the prepared amorphous carrier, To prepare a cobalt catalyst supported on an amorphous carrier.
비교예 1. 스피넬형 담체에 담지된 코발트 촉매Comparative Example 1 A cobalt catalyst supported on a spinel carrier
스피넬형 구조인 ZnO/Al2O3의 몰비가 1이 되도록 전구체인 Zn(NO3)2와 Al(NO3)3을 각각 증류수에 용해시켜 혼합하였다. 전구체 혼합물에 침전제로서 탄산나트륨을 첨가하여 혼합물의 pH가 7.0이 되도록 적정하여 침전시켰다. 침전물을 여과하고 증류수로 세척하였다. 여과된 침전물을 500℃에서 소성하여 스피넬형 담체를 제조하였다.The precursors Zn (NO 3 ) 2 and Al (NO 3 ) 3 were dissolved in distilled water and mixed so that the molar ratio of ZnO / Al 2 O 3 as the spinel structure was 1. Sodium carbonate was added as a precipitant to the precursor mixture, and the mixture was titrated so that the pH of the mixture became 7.0. The precipitate was filtered and washed with distilled water. The filtered precipitate was calcined at 500 DEG C to prepare a spinel type support.
제조된 스피넬형 담체 중량을 기준으로 코발트(Co) 활성성분의 담지량이 20 중량% 되도록 코발트 나이트레이트(Co(NO3)3·9H2O)을 칭량하였다. 준비된 담체와 코발트 전구물질 각각을 증류수에 용해한 후에 혼합하여 촉매슬러리를 제조하였다. 촉매슬러리는 감압회전증발장치를 이용하여 55 mbar, 50℃ 조건에서 10시간동안 건조하여 촉매분말로 얻었다. 건조된 촉매분말은 공기 분위기가 유지되는 조건에서 100℃ 오븐에서 6시간동안 건조하고 400℃에서 6시간동안 공기 분위기에서 소성시켜, 스피넬형 담체에 담지된 코발트 촉매를 제조하였다.
Cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 3 .9H 2 O) was weighed so that the supported amount of the cobalt (Co) active component was 20 wt% based on the weight of the spinel type carrier thus prepared. The prepared carrier and cobalt precursor were each dissolved in distilled water and then mixed to prepare a catalyst slurry. The catalyst slurry was dried for 10 hours at 55 mbar and 50 ℃ using a rotary evaporator to obtain catalyst powder. The dried catalyst powder was dried in an oven at 100 ° C for 6 hours under the condition that the air atmosphere was maintained, and calcined at 400 ° C for 6 hours in an air atmosphere to prepare a cobalt catalyst supported on a spinel carrier.
비교예 2. 스피넬형 담체에 담지된 코발트 촉매Comparative Example 2 A cobalt catalyst supported on a spinel type carrier
상기 비교예 1에 따른 담체 제조과정에서, MgO/Al2O3의 몰비가 1이 되도록 전구체인 Mg(NO3)2와 Al(NO3)3을 사용하여 스피넬형 담체를 제조하였다. 그리고, 제조된 스피넬형 담체 중량을 기준으로 코발트(Co) 활성성분의 담지량이 20 중량% 되도록 코발트 나이트레이트(Co(NO3)3·9H2O)을 칭량하여, 상기 비교예 1의 담지방법으로 실시하여 스피넬형 담체에 담지된 코발트 촉매를 제조하였다.
In the preparation of the carrier according to Comparative Example 1, a spinel type carrier was prepared using Mg (NO 3 ) 2 and Al (NO 3 ) 3 as precursors so that the molar ratio of MgO / Al 2 O 3 was 1. Cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 3 .9H 2 O) was weighed so that the supported amount of the cobalt (Co) active component was 20% by weight based on the weight of the spinel type carrier produced, To prepare a cobalt catalyst supported on a spinel type carrier.
[실험예]
[Experimental Example]
실험예 1. 촉매의 활성 비교Experimental Example 1. Comparison of Catalyst Activity
상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 코발트 담지촉매에 대하여 촉매활성을 대비하기 위하여 하기와 같은 개질반응을 실시하였다.The following reforming reactions were carried out in order to compare the catalytic activities of the cobalt-supported catalysts prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
즉, 고정층 반응기에 촉매를 장착하고 하기 표 1에 나타낸 반응온도와 0.1 MPa의 압력, 20,000 mL/gcat·hr의 유속으로 메탄과 이산화탄소를 도입하여 개질반응을 수행하였다. 이때 메탄과 이산화탄소의 몰비는 1.0의 비율이 유지되도록 하였다.That is, the reforming reaction was carried out by introducing methane and carbon dioxide at a reaction temperature of 0.1 MPa and a flow rate of 20,000 mL / g cat · hr, as shown in Table 1 below. The molar ratio of methane to carbon dioxide was maintained at 1.0.
하기 표 1에는 개질반응 온도에 따른 촉매의 활성을 비교한 결과를 나타내었다.Table 1 below shows the results of comparing catalyst activity according to the reforming reaction temperature.
실시예 1
Example 1
실시예 2
Example 2
실시예 3
Example 3
비교예 1
Comparative Example 1
비교예 2
Comparative Example 2
상기 표 1에 의하면, 본 발명에 따라 무정형의 아연-알루미네이트 담체에 코발트 활성성분을 담지시킨 촉매는 600℃의 낮은 온도조건에서도 촉매 활성이 우수하게 유지되었다. 이에 반하여, 특허문헌 1에서 제시한 스피넬 구조의 담체에 코발트 활성성분을 담지시킨 촉매는 600℃의 낮은 온도조건에서는 거의 활성을 나타내지 못하였다.According to the above Table 1, the catalyst having the cobalt active component supported on the amorphous zinc-aluminate support according to the present invention maintained excellent catalytic activity even at a low temperature of 600 ° C. On the other hand, the catalyst carrying the cobalt active component on the carrier of the spinel structure proposed in Patent Document 1 hardly shows activity at a low temperature of 600 ° C.
따라서 본 발명의 코발트 담지촉매는 이산화탄소의 개질반응의 온도를 600℃까지 낮추는 것이 가능하도록 하는 효과를 얻고 있다.
Therefore, the cobalt supported catalyst of the present invention has the effect of making it possible to lower the temperature of the reforming reaction of carbon dioxide to 600 ° C.
Claims (9)
A cobalt supported catalyst for carbon dioxide reforming reaction characterized in that a cobalt active component is supported on an amorphous zinc-aluminate carrier prepared by mixing zinc oxide and alumina by a powder mixing method by wet milling and then firing.
상기 담체 중량을 기준으로 코발트 활성성분이 5 ~ 30 중량% 담지된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the cobalt active component is supported in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of the carrier.
상기 이산화탄소 개질 반응이 600 ~ 800℃의 저온 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon dioxide reforming reaction proceeds at a low temperature of 600 to 800 ° C.
제 1 항 또는 제 2 항의 코발트 담지촉매 존재 하에서 600 ~ 800℃ 온도로 개질반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 합성가스의 제조방법.
A method for producing a syngas by a carbon dioxide reforming reaction of natural gas,
Wherein the reforming reaction is carried out at a temperature of 600 to 800 ° C. in the presence of the cobalt supported catalyst of claim 1 or 2.
상기 금속분말 혼합물을 건조 및 소성하여 무정형의 아연-알루미네이트 담체를 제조하는 단계 (단계 2); 및
상기 무정형의 아연-알루미네이트 담체에, 담체 중량을 기준으로 5 ~ 30 중량%의 코발트가 담지되도록 코발트 활성성분을 담지한 후에, 건조 및 소성하여 코발트 담지촉매를 제조하는 단계 (단계 3);
를 포함하는 제 1 항 또는 제 2 항의 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매의 제조방법.
Mixing the zinc oxide and alumina by a powder mixing method by wet milling to prepare a metal powder mixture (step 1);
Drying and firing the metal powder mixture to prepare an amorphous zinc-aluminate carrier (step 2); And
Supporting a cobalt active component on the amorphous zinc-aluminate support such that cobalt is supported in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of the carrier, followed by drying and firing to prepare a cobalt supported catalyst (step 3);
The method for producing a cobalt supported catalyst for a carbon dioxide reforming reaction according to claim 1 or 2,
상기 단계 1에서는 아연산화물과 알루미나를 1: 1 ~ 10 몰비로 사용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the cobalt supported catalyst for carbon dioxide reforming reaction is used in a molar ratio of zinc oxide to alumina of 1: 1 to 10: 1.
상기 단계 1에서는 에탄올 용제를 사용하여 습식볼밀링하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the cobalt supported catalyst for carbon dioxide reforming reaction is wet ball milled with an ethanol solvent.
상기 단계 2에서 건조는 공기분위기하에서 80 ~ 100℃ 온도로 실시하고, 소성은 공기분위기하에서 500 ~ 800℃의 온도로 실시하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the drying in the step 2 is carried out at a temperature of 80 to 100 ° C. under an air atmosphere and the calcination is carried out at a temperature of 500 to 800 ° C. in an air atmosphere.
상기 단계 3에서 건조는 공기분위기하에서 80 ~ 100℃ 온도로 실시하고, 소성은 공기분위기하에서 300 ~ 700℃의 온도로 실시하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 개질 반응용 코발트 담지촉매의 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the drying in the step 3 is carried out at a temperature of 80 to 100 ° C. in an air atmosphere and the calcination is carried out at a temperature of 300 to 700 ° C. in an air atmosphere.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150165093A KR101825495B1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Cobalt-supported catalyst for low-temperature methane reformation using carbon dioxide, and the fabrication method thereof |
PCT/KR2016/008425 WO2017090864A1 (en) | 2015-11-24 | 2016-08-01 | Cobalt-supported catalyst for low-temperature reforming reaction and production method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150165093A KR101825495B1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Cobalt-supported catalyst for low-temperature methane reformation using carbon dioxide, and the fabrication method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20170060531A KR20170060531A (en) | 2017-06-01 |
KR101825495B1 true KR101825495B1 (en) | 2018-02-05 |
Family
ID=58763823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150165093A KR101825495B1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Cobalt-supported catalyst for low-temperature methane reformation using carbon dioxide, and the fabrication method thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101825495B1 (en) |
WO (1) | WO2017090864A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114950444B (en) * | 2022-06-02 | 2024-03-29 | 实友化工(扬州)有限公司 | Supported nickel catalyst and preparation method thereof |
KR20240054706A (en) * | 2022-10-19 | 2024-04-26 | 주식회사 엘지화학 | Catalyst for reforming of methane and method for manufacturing thereof |
MX2024009549A (en) * | 2022-11-04 | 2024-08-19 | Lg Chem Ltd | Catalyst for reforming methane and method for producing same. |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3345782B2 (en) * | 1997-04-11 | 2002-11-18 | 千代田化工建設株式会社 | Catalyst for syngas production and method for producing carbon monoxide |
JP2013193047A (en) | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Mitsubishi Chemicals Corp | Aluminum-magnesium complex oxide and production method therefor |
KR101401170B1 (en) | 2012-12-12 | 2014-05-29 | 한국가스공사 | Lanthanum containing catalysts for preparing syn-gas by steam-carbon dioxide reforming reaction and process for preparing syn-gas using same |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0959057A (en) * | 1995-08-22 | 1997-03-04 | Mitsubishi Materials Corp | Production of treatment jig for baking zinc oxide-alumina composite material |
KR101164024B1 (en) * | 2009-12-24 | 2012-07-18 | 한국화학연구원 | Cobalt based catalysts for reforming of methane by carbon dioxide, and production method of synthesis gas using them |
KR101218660B1 (en) * | 2010-06-02 | 2013-01-04 | (주)오선텍 | Reforming Catalyst System, Method for Preparing the Same, and Method for Preparing Hydrogen or Synthetic Gas Using the Same |
-
2015
- 2015-11-24 KR KR1020150165093A patent/KR101825495B1/en active IP Right Grant
-
2016
- 2016-08-01 WO PCT/KR2016/008425 patent/WO2017090864A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3345782B2 (en) * | 1997-04-11 | 2002-11-18 | 千代田化工建設株式会社 | Catalyst for syngas production and method for producing carbon monoxide |
JP2013193047A (en) | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Mitsubishi Chemicals Corp | Aluminum-magnesium complex oxide and production method therefor |
KR101401170B1 (en) | 2012-12-12 | 2014-05-29 | 한국가스공사 | Lanthanum containing catalysts for preparing syn-gas by steam-carbon dioxide reforming reaction and process for preparing syn-gas using same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2017090864A1 (en) | 2017-06-01 |
KR20170060531A (en) | 2017-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10357759B2 (en) | Use of olivine catalysts for carbon dioxide reforming of methane | |
JP5285776B2 (en) | Catalyst for producing synthesis gas from natural gas and carbon dioxide and method for producing the same | |
KR101994152B1 (en) | A Reduced Carbon Poisoning Perovskite Catalyst Impregnated with Metal Ion, Preparation Method Thereof and Methane Reforming Method Threrewith | |
Xu et al. | Carbon dioxide reforming of methane over nanocomposite Ni/ZrO 2 catalysts | |
Roh et al. | Low temperature and H 2 selective catalysts for ethanol steam reforming | |
KR101437072B1 (en) | Catalyst for efficient co2 conversion and method for preparing thereof | |
KR101465776B1 (en) | Co-precipitated nickel based catalysts with alkali earth metal for SCR of natural gas | |
CN110013842B (en) | Spinel-based nano catalyst generated in situ and synthetic method thereof | |
KR101825495B1 (en) | Cobalt-supported catalyst for low-temperature methane reformation using carbon dioxide, and the fabrication method thereof | |
KR101847549B1 (en) | Methods of manufacturing iron-base catalysts and methods of manufacturing hydrocarbons using iron-base catalysts made by the method | |
US8178003B2 (en) | Hydrocarbon-reforming catalyst and process for producing synthesis gas using the same | |
US20180043340A1 (en) | Use of nickel-manganese olivine and nickel-manganese spinel as bulk metal catalysts for carbon dioxide reforming of methane | |
JP2012504045A (en) | Semi-supported dehydrogenation catalyst | |
EP3596014B1 (en) | Catalysts for the reforming of gaseous mixtures | |
KR102092736B1 (en) | Preparation Method of Reduced Carbon Poisoning Perovskite Catalyst Impregnated with Metal Ion, and Methane Reforming Method Threrewith | |
KR101828791B1 (en) | Thermally stable monolith catalysts for reforming reaction | |
KR102186058B1 (en) | Catalyst Comprising MgO-Al2O3 Hybrid Support and The Method of Preparing Synthesis Gas from Carbon Dioxide Reforming of Alcohol Using the Same | |
KR101363384B1 (en) | Perovskite-supported catalysts for combined steam and carbon dioxide reforming with natural gas | |
JP6933144B2 (en) | Heterogeneous catalyst structure and its manufacturing method | |
KR102312033B1 (en) | Catalyst system for oxidative dehydrogenation of ethane, preparation method thereof, and preparation method of ethylene from ethane by using the catalyst system | |
WO2016048806A1 (en) | Solid state synthesis of oxidative dehydrogenation catalysts | |
KR101933014B1 (en) | Catalyst for Methane Reformation Using Carbon dioxide and Preparing Method of the Same | |
KR101153284B1 (en) | Reforming catalysts of carbon dioxide and process for preparing them | |
KR20150129566A (en) | Ni-based catalysts for combined steam and carbon dioxide reforming with natural gas | |
WO2018178805A1 (en) | Aliovalent doped metal oxide fluorite catalysts for selective conversion of carbon dioxide and hydrogen to methanol |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |