KR101937955B1 - 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흑연과 Ni(No3)2.6H2O 수용액을 혼합하여 5*5*5cm 가압성형하는 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법에 관한 것이다.

Description

흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법{process of manufacturing catalysist}
본 발명은 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흑연과 Ni(No3)2.6H2O 수용액을 혼합하여 5*5*5cm 가압성형하는 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
금속의 열처리에 환원 분위기용으로 널리 쓰이는 엔도가스는 공기와 탄화수소를 니켈 촉매에 접속시켜 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 가스로 변성시킨 것이며 이런 가스를 엔도가스 발생기라 부른다. 엔도가스 발생기의 효율적인 운전을 위해서는 니켈 촉매의 역할이 매우 중요하다.
HC+Air----<Ni 촉매>----> CO+H2
또는
CH4+1/2 O2 <Ni 촉매>-----> NiO+H2---->Ni+H2O
금속의 열처리에 환원 분위기용으로 널리 쓰이는 엔도 가스는 공기와 탄화수소를 니켈 촉매와 접속시켜 일산화탄소(CO)와 수소를 주성분으로 하는 가스로 변성시킨 것이며 이런 가스를 엔도 가스 발생기라 부른다. 이 발생기의 효율적인 운전을 위해서는 니켈 촉매의 역할이 매우 중요하므로 그 원리와 올바른 사용 방법을 이해하는 것은 엔도 가스 생성 작업에 있어 필수적인 일이다.
공기와 연료 가스간의 반응은 조건에 따라 여러 가지 반응이 부수적으로 일어나기 때문에 간단히 설명하기는 어렵지만 대체로 메탄이나 프로판 등의 연료가스는 유동상로와 같은 특별한 경우를 제외하고는 가스 분위기 열처리 로에 직접 투입하여 캐리어 가스로 사용하기는 곤란하다. 즉, 충분한 산소와 연료 가스를 가열하면 완전 연소되어 산화성 가스인 이산화탄소와 수증기가 생성되므로 환원성 가스로는 사용할 수 없다. 반대로 산소가 없이 연료 가스만 가열하면 열분해 되어 많은 양의 그을음 (soot)이 발생하기 때문에 역시 사용할 수 없다.
한편 연료 가스가 완전히 연소되지 않도록 산소를 부족하게 혼합하여 가열시키면 일부는 쓸모가 없게 되어 버린다. 그러나 이 경우 니켈 촉매가 작용을 하게 되면 1단계로 생겨진 CO2와 H2O는 2단계로 탄소와 반응하여 환원성이 강한 CO가스를 생성하게 된다.
엔도 가스(흡열반응 가스)는 공기와 연료 가스의 혼합 비율을 적절하게 조절하고 가열된 니켈 촉매와 작용시켜 변성시킨 강한 환원성 가스이다. 그 주성분은 CO, H2, N2(불활성)이며, 그 외에도 CH4, CO2, H2O, O2 등이 존재하게 되는데 이들의 관계는 서로 반대적으로 작용하여 자체로 산화성 가스가 적어지면 환원성이 강해지고(카본포텐셜 증가), 산화성 가스가 많아지면 환원성이 약해지는(카본 포텐셜 저하) 결과가 나타난다. 또한 산화성 가스는 CO2, H2O, O2 2세 가지 중에 어느 한가지가 많아지면 다른 두가지 가스도 많아지고 하나가 감소하면 나머지도 같이 감소하는 평형관계를 가지고 있다. 이 원리로 인하여 노점 (H2O)측정이나 CO2분석법, O2 센서법 중에 어느 한 가지만 이용해서 분위기 가스를 특정하여도 엔도 가스의 카본 포텐셜을 관리할 수 있고 카뷰레터로 공기/연료 가스의 비율을 조절함으로써도 가능하다
본 발명은 종래의 니켈 촉매 제품의 제조방법을 개선한 것으로서 흑연 200~500g과 Ni(No3)2.6H2O 수용액 200mol을 혼합하여 Magnetic mixer를 사용하여 300~5000rpm으로 혼합한 다음, 상기 혼합액을 1300L 반응기에 넣고 300℃로 가열 교반하면서 분산효과를 높이기 위하여 비표면적이 높은 fumed silica 0.5~0.7 중량%를 drop시키는 단계; 가교 결합(linear linkage)를 형성하기 위해서 LAURIC ACID/CITRIC ACID/ETHYLENE GLYCOL를 각각 9~15 중량% 혼합한 다음 반응기에서 5시간 가열교반한 후 플라즈마 및 마그네트론 건조기에서 대차식으로 350℃에서 3분간 건조시킨 다음 조분쇄(수mm)한 후 HC 및 NOX를 탈바인더하는 단계; 및 미분쇄(수Micrometer이하) 후 분무건조기로 과립형성한 다음 10톤 프레스로 5*5*5cm 가압성형하는 단계;로 이루어진 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 흑연 200~500g과 Ni(No3)2.6H2O 수용액 200mol을 혼합하여 Magnetic mixer를 사용하여 300~5000rpm으로 혼합한 다음, 상기 혼합액을 1300L 반응기에 넣고 300℃로 가열 교반하면서 분산효과를 높이기 위하여 비표면적이 높은 fumed silica 0.5~0.7 중량%를 drop시키는 단계; 가교 결합(linear linkage)를 형성하기 위해서 LAURIC ACID/CITRIC ACID/ETHYLENE GLYCOL를 각각 9~15 중량% 혼합한 다음 반응기에서 5시간 가열교반한 후 플라즈마 및 마그네트론 건조기에서 대차식으로 350℃에서 3분간 건조시킨 다음 조분쇄(수mm)한 후 HC 및 NOX를 탈바인더하는 단계; 및 미분쇄(수Micrometer이하) 후 분무건조기로 과립형성한 다음 10톤 프레스로 5*5*5cm 가압성형하는 단계;로 이루어진 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법은
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 세라믹 여과체는 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매를 주제로 하는 원료 혼합물을 고온에서 과립화시킨 후 이를 성형하고 소성하여 얻어지는 것으로서, 과립을 이용함에 따라 제조된 여과체의 비
표면적이 높고, 과립의 입도조절이 가능해짐에 따라 세라믹 여과체의 기공율과
기공크기 제어가 가능하게 효과가 있다..
또한 본 발명에 따라 제조된 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매는 공기중에 산소와 질소를 분리하여 저장고에 필요한 질소만을 공급하여 야채의 신선도를 높일 수 있는 분리막으로서 유용하게 활용될 수 있는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 니켈 촉매의 제조방법을 나타낸 공정도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 흑연 200~500g과 Ni(No3)2.6H2O 수용액 200mol을 혼합하여 Magnetic mixer를 사용하여 300~5000rpm으로 혼합한 다음, 상기 혼합액을 1300L 반응기에 넣고 300℃로 가열 교반하면서 분산효과를 높이기 위하여 비표면적이 높은 fumed silica 0.5~0.7 중량%를 drop시키는 단계;
가교 결합(linear linkage)를 형성하기 위해서 LAURIC ACID/CITRIC
ACID/ETHYLENE GLYCOL를 각각 9~15 중량% 혼합한 다음 반응기에서 5시간 가열교반한 후 플라즈마 및 마그네트론 건조기에서 대차식으로 350℃에서 3분간 건조시킨 다음 조분쇄(수mm)한 후 HC 및 NOX를 탈바인더하는 단계; 및
미분쇄(수Micrometer이하) 후 분무건조기로 과립형성한 다음 10톤 프레스로
5*5*5cm 가압성형하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 니켈 촉매는 분당 5℃의 승온 속도로 온도를 높이다가 450℃에서 반응이 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 니켈 촉매는 촉매의 표면적이 넓은 기공을 형성하기 위해서 850℃에서 흑연을 burn out 시켜 40~50% 기공율을 갖게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 니켈 촉매는 200∼400℃에서 환원되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 니켈 촉매는 CO2 대신에 산소를 0.2∼0.5% 상태에서 소각되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용하는 흑연(Graphite)은 회분 10∼30 중량%이며, 토상흑연 및 인상흑연 중에서 선택된 어느 하나가 바람직하다.
일반적인 기존 니켈 촉매 제품의 특징은 1050℃까지 올려야 하나 본 발명의 니켈 촉매는 450℃에서 촉매 반응이 진행되며 기존 니켈 촉매 제품은 450℃에서 4시간 유지/650℃에서 2시간 유지/1050℃에서 2시간 유지된 후 혼합가스 투입이 시작되지만 본 발명은 분당 5℃의 속도로 450℃에서 반응이 진행되는 것이 바람직하다.
촉매의 표면에 덮여 있는 산화니켈은 Column 내부가 1000℃ 이상으로 가열되어 공기와 연료가스가 투입될 경우 반드시 니켈로 환원된다. 촉매의 활성이 저해되
는 것은 니켈은 환원이 되었으나 그 표면에 그을음이 덮여서 가스와 니켈이 서로 접촉할수 없게 되기 때문이다. 따라서 촉매의 활성을 재생시키는 원리는 단순히 표면에 덮여 있는 그을음을 태워 없애는 것이다. 기존 공정은 800~870℃로 가열 후 점차적으로 2~5℃ 까지 낮추면서 0.35~0.4% CO2 상태에서 소각시킨다. 그을음을 완전히 제거하는 것은 효과적인 가스분해 및 촉매의 수명 연장을 위해 매우 중요한일이다. 어떤 촉매든지 그을음이 덮여 있으면 활성이 떨어지므로 가끔씩 점검해서 그을음을 제거해주어야 한다. 본 발명은 CO2 대신 산소를 0.2~0.5% 상태에서 소각하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법에 의해 제조된 촉매를 공기중에 산소와 질소를 분리하여 저장고에 필요한 질소만을 공급하여 과일, 야채 등의 신선도를 높일 수 있는 분리막으로서 유용하게 활용될 수 있는 뛰어난 효과가 있다.
100: 니켈 촉매

Claims (5)

  1. 흑연 200~500g과 Ni(No3)2.6H2O 수용액 200mol을 혼합하여 Magnetic mixer를 사용하여 300~5000rpm으로 혼합한 다음, 상기 혼합액을 1300L 반응기에 넣고 300℃로 가열 교반하면서 분산효과를 높이기 위하여 비표면적이 높은 fumed silica 0.5~0.7 중량%를 drop시키는 단계;
    가교 결합(linear linkage)를 형성하기 위해서 LAURIC ACID/CITRIC
    ACID/ETHYLENE GLYCOL를 각각 9~15 중량% 혼합한 다음 반응기에서 5시간 가열교반한 후 플라즈마 및 마그네트론 건조기에서 대차식으로 350℃에서 3분간 건조시킨 다음 조분쇄한 후 HC 및 NOX를 탈바인더하는 단계;
    미분쇄 후 분무건조기로 과립형성한 다음 10톤 프레스로
    5*5*5cm 가압성형하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 니켈 촉매는 촉매의 표면적이 넓은 기공을 형성하기 위해서 850℃에서 흑연을 burn out 시켜 40~50% 기공율을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 니켈 촉매는 200∼400℃에서 환원되는 것을 특징으로 하는 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 니켈 촉매는 산소 0.2∼0.5% 상태에서 소각되는 것을 특징으로 하는 흑연을 이용한 고비표면적 니켈 촉매의 제조방법.



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