KR101969554B1 - Fe-Co based complex catalyst for producing Synthetic-Natural-Gas of higher heating level and Use thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 활성금속인 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부이고 스피넬 구조의 코발트 페라이트를 함유하는 Co 및 Fe 함유 촉매 존재 하에, 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스를 제조한다. 본 발명에 따른 촉매는, FT 합성반응 및 메탄화 반응이 동시에 일어나도록 2종 이상의 활성금속을 사용하는 촉매로서, 수소 및 일산화탄소로부터 주로 메탄으로 구성되고 C2-C4 파라핀 함량이 높은 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량의 합성천연가스의 생산이 가능하며, 높은 C1-C4 생산성으로 인하여 기존 천연가스합성공정에 비하여 공정의 간소화가 가능한 촉매이다. The present invention relates to a process for producing iron and cobalt in the presence of Co and Fe containing catalysts containing iron and cobalt in an amount of 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of iron and cobalt, Synthesis of methane and C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas from carbon monoxide. The catalyst according to the present invention is a catalyst which uses two or more active metals so that the FT synthesis reaction and the methanation reaction coexist simultaneously. The catalyst is composed of hydrogen and carbon monoxide mainly composed of methane and has a high C2-C4 paraffin content of 11,000 Kcal / Nm 3 ~ 13,000 Kcal / Nm 3 , and is a catalyst that can simplify the process compared to existing natural gas synthesis processes due to high C1-C4 productivity.

Description

고열량 합성천연가스 생산용 철-코발트계 복합 촉매 및 이의 용도{Fe-Co based complex catalyst for producing Synthetic-Natural-Gas of higher heating level and Use thereof}(Fe-Co based complex catalyst for producing Synthetic-Natural-Gas of higher heating level and Use thereof)

본 발명은 고열량 합성천연가스 생산용 철-코발트계 복합 촉매 및 이의 제조방법 및 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 촉매는 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함량이 높은 고발열량의 합성천연가스 생산이 가능하고, 높은 C1-C4 생산성으로 인하여 공정 간소화를 가능하게 한다. The present invention relates to iron-cobalt complex catalysts for producing high calorific value synthetic natural gas, and to a process and a method for producing the same. The catalyst according to the present invention is capable of producing high-calorific synthetic natural gas having a high content of methane and C2-C4 paraffin from hydrogen and carbon monoxide, and enables a process simplification due to high C1-C4 productivity.

천연가스는 CH4가 주성분이며 연소시 SO2는 거의 발생시키지 않고 NOx, 먼지, CO2 등을 석탄 또는 오일 보다 훨씬 적게 발생시키는 청정연료이므로 그 수요가 전세계적으로 계속 증가하고 있다. 그러나, 향후 천연가스의 공급이 수요 증가를 따르지 못할 것이 예상됨에 따라 석탄, 바이오매스, 폐기물 등의 탄소 함유 물질을 가스화하여 H2와 CO의 혼합물인 합성가스를 생산하고, 촉매를 사용하여 합성가스를 메탄화시켜 합성천연가스(SNG : synthetic natural gas)를 생산하는 촉매 메탄화 기술이 전 세계적으로 새로운 관심을 받고 있다.Natural gas is a major component of CH 4 , and it is a clean fuel that generates less SO 2 and less NOx, dust, and CO 2 than coal or oil during combustion, and its demand is continuously increasing worldwide. However, it is anticipated that the supply of natural gas will not follow the increase in demand. Therefore, it is expected that gasification of carbon-containing materials such as coal, biomass, and waste will produce syngas which is a mixture of H 2 and CO, (SNG: synthetic natural gas) by methane conversion has been attracting new interest worldwide.

석탄은 가채연한이 200년 이상으로 현재의 화석연료 중에 가장 길고, 열량당 가격이 상대적으로 저렴하며, 전세계 다양한 지역에 분포되어 수급 및 에너지 안보 측면에서 유리하다는 장점이 있다. Coal is more than 200 years old and has the longest current fossil fuel, relatively low price per calorie, distributed in various regions around the world, and is advantageous in terms of supply and energy security.

석탄가스화 기술은 석탄이 갖고 있는 에너지의 대부분을 화학에너지(chemical energy)로 전환함으로써 후단 정제공정에서의 온도변화로 인한 전체공정의 효율감소가 적다. 석탄가스화 반응의 주요 생산물은 일산화탄소와 수소이며 이들 가스는 연소 시 큰 발열량을 내게 된다. 즉, 가스화반응에 의해 시료 내의 상당부분 에너지가 일산화탄소나 수소 같이 화학에너지를 포함한 가스로 변환되고 이들 가스는 급속 냉각시키더라도 자체의 화학에너지가 그대로 유지되어 필요시 연소시키면 가스터빈이나 증기터빈을 통해 에너지를 재회수할 수 있다는 장점을 갖고 있다.Coal gasification technology converts most of the energy of coal into chemical energy, which reduces the efficiency of the entire process due to the temperature change in the downstream purification process. The main products of the coal gasification reaction are carbon monoxide and hydrogen, and these gases give a large calorific value when burned. That is, the gasification reaction converts a considerable amount of energy in the sample into a gas containing chemical energy such as carbon monoxide or hydrogen. Even if these gases are rapidly cooled, their chemical energy is maintained. If necessary, they are combusted and then passed through a gas turbine or a steam turbine It has the advantage that energy can be re-established.

석유자원의 무분별한 소비로 인하여 유가 상승세 및 최근 셰일가스 개발로 인한 석탄의 수요 감소로 석탄 가격의 하향세가 지속되고 있다. 또한, 중국의 석탄화학산업 발전계획에 의하여, 비교적 가채연한이 길고 가격이 저렴한 석탄을 이용한 에너지 및 화학제품 생산기술이 주목을 받고 있다. 그 중 석탄으로부터의 합성천연가스 생산기술은 1960년대 미국 내 천연가스 수요의 급증으로 인하여 석탄의 메탄화 공정을 개발하면서 시작되어, 1970년대 석유파동을 거쳐 현재까지 활발하게 연구되고 있다. Coal prices have been on a downward trend due to rising oil prices due to indiscriminate consumption of petroleum resources and the recent decline in demand for coal due to the development of shale gas. In addition, according to the development plan of coal chemical industry in China, energy and chemical production technology using coal, which is relatively long and cheap in price, is attracting attention. Among them, synthetic natural gas production technology started from the development of coal methane production process due to the surge of natural gas demand in the United States in the 1960s.

석탄가스화(Coal Gasification) 기술은 석탄을 가스화기에 주입하여 불완전 연소시켜 CO와 H2를 주성분으로 하는 합성가스(Syngas)를 제조한 후, 가스정제 공정을 거쳐서 COS, H2S 등의 황화합물을 제거하고, 합성/발전 공정을 이용하여 합성천연가스(Synthetic Natural Gas, SNG), 합성석유(Coal to Liquid, CTL), 화학제품(메탄올, DME 등) 및 전력을 생산하는 기술이다.Coal gasification technology is a process of producing synthesis gas (Syngas) composed mainly of CO and H 2 by incompletely burning coal by injecting coal into a gasifier and then producing a mixture of sulfur compounds such as COS and H 2 S (SNG), Coal to Liquid (CTL), chemical products (methanol, DME, etc.) and power using synthetic / power generation processes.

석탄가스화 시스템은 가스화기, 산소공급 장치인 공기분리설비, 가스정제설비로 구성되며, 최종 활용목적에 따라 다른 설비가 연계된다.The coal gasification system consists of a gasifier, an air separation unit as an oxygen supply unit, and a gas purification unit.

석탄가스화 기술 중 가장 널리 알려진, 가스화 복합발전(IGCC)은 저급연료를 고온·고압 조건에서 불완전연소 및 가스화반응을 시켜 합성가스를 만들어 정제공정을 거친 후 가스터빈 및 증기터빈을 구동하는 친환경 차세대 발전기술이다.The IGCC, the most widely known coal gasification technology, is an eco-friendly next generation power generation system in which a low-grade fuel is subjected to incomplete combustion and gasification under the conditions of high temperature and high pressure to produce syngas and then subjected to a purification process to drive gas turbines and steam turbines Technology.

합성천연가스(SNG)는 석탄으로부터 얻어진 천연가스일 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 석탄으로부터 SNG를 얻는 방법에는 석탄 가스화를 통해 얻어진 합성가스를 메탄합성 반응을 통해 얻는 방법(Gasification), 석탄을 직접 수소와 반응시켜 SNG를 얻는 방법(Hydrogasification), 촉매를 이용하여 석탄을 저온에서 증기와 반응시켜 SNG를 얻는 방법(Catalytic Gasification)이 있다.Synthetic natural gas (SNG) may be natural gas obtained from coal. As shown in Fig. 9, there are a method for obtaining SNG from coal, a method for obtaining synthesis gas obtained through coal gasification through methane synthesis reaction, a method for obtaining SNG by reacting coal directly with hydrogen (Hydrogasification) There is a method of obtaining SNG by reacting coal with steam at low temperature (catalytic gasification).

현재까지 개발된 석탄의 가스화로부터 합성천연가스 생산공정은 석탄의 가스화 공정 및 석탄가스화로 생산된 합성가스의 메탄화 공정으로 이루어져 있다. 석탄의 가스화 공정 자체도 복잡하지만, 현재까지의 합성가스 메탄화 공정은 2 ~ 3기의 메탄화 반응기로 이루어지거나, 메탄화 공정과 C2-C4 파라핀 생산공정이 연계되는 방식으로 공정구성이 복잡하여 공정운영 및 설비확보에 어려움이 있다. From the gasification of coal to the present, the synthetic natural gas production process consists of the gasification process of coal and the methanation process of syngas produced by coal gasification. Although the gasification process of coal itself is complicated, the syngas methanation process to date is composed of two or three methanation reactors, or the methanation process and the C2-C4 paraffin production process are linked, and the process configuration is complicated There are difficulties in securing the operation of the process and securing facilities.

합성천연가스 생산 공정의 핵심기술인 촉매기술은 Haldor-Topsoe, BASF, Johson & Metthey 및 Sud-Chemie사 등에 의하여 주로 니켈계 촉매를 중심으로 개발되었다. The catalyst technology, which is the core technology of the synthetic natural gas production process, was mainly developed by nickel catalysts such as Haldor-Topsoe, BASF, Johson & Metthey and Sud-Chemie.

Ni 계 촉매는 2몰의 일산화탄소로부터 1몰의 메탄과 1몰의 물을 생성하여 생성물의 조성은 대부분 메탄으로 이루어진다. 그로 인하여, Ni계 촉매로부터 생산된 합성천연가스의 발열량은 약 8500 Kcal/Nm3으로, LNG(약 10,500 Kcal/Nm3) 및 LPG(약 12,000 Kcal/Nm3) 비하여 매우 낮기 때문에, 상기와 같이 C2-C4 파라핀 생산공정을 연계하는 등 공정이 복잡해지고 있다. 따라서, 메탄 및 C2-C4 파라핀 동시 생산이 가능한 촉매의 개발 및 이를 통한 공정 간소화 노력이 계속되고 있다. The Ni-based catalyst produces 1 mole of methane and 1 mole of water from 2 moles of carbon monoxide, and the product composition is mostly composed of methane. As a result, the calorific value of the synthetic natural gas produced from the Ni-based catalyst is about 8500 Kcal / Nm 3, which is much lower than that of LNG (about 10,500 Kcal / Nm 3 ) and LPG (about 12,000 Kcal / Nm 3 ) The process is complicated by linking the C2-C4 paraffin production process. Therefore, efforts have been made to develop a catalyst capable of simultaneous production of methane and C2-C4 paraffin, and to simplify the process thereof.

본 발명의 목적은 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함량이 높은 고발열량의 합성천연가스(SNG) 생산이 가능하고, 높은 C1-C4 생산성으로 인하여 공정 간소화가 가능한 촉매 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a catalyst capable of producing high-heat-generating synthetic natural gas (SNG) having a high content of methane and C2-C4 paraffin from hydrogen and carbon monoxide and capable of simplifying processes owing to high C1-C4 productivity and a method for producing the same I want to.

본 발명의 제1양태는 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 제조하는 방법에 있어서, 활성금속인 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부이고 스피넬 구조의 코발트 페라이트(Cobalt ferrite, CoFe2O4)를 함유하는 Co 및 Fe 함유 촉매 존재 하에, 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스를 제조하는 a 단계를 포함하는 것이 특징인 방법을 제공한다.In a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a synthetic natural gas having a high calorific value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 , wherein the iron and cobalt, Cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ), and 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight of cobalt, respectively, in the presence of Co and Fe containing catalyst, Containing synthetic natural gas. ≪ RTI ID = 0.0 > A < / RTI >

본 발명의 제2양태는 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스 생산용 촉매로서, 활성금속인 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부이고 스피넬 구조의 코발트 페라이트(Cobalt ferrite)를 함유하는 것이 특징인 Fe 및 Co 함유, FT 합성 및 메탄화 동시 반응용 촉매를 제공한다.The second aspect of the present invention is a catalyst for the production of synthetic natural gas having a high heating value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 , wherein iron and cobalt 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight, respectively, of Fe and Co, which are characterized by containing a cobalt ferrite of spinel structure , A catalyst for simultaneous FT synthesis and methanation.

본 발명의 제3양태는 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스 생산용 Fe 및 Co 함유 촉매를 제조하는 방법에 있어서, 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1내지 39 중량부가 되도록 Fe계 전구체 및 Co계 전구체를 혼합하여 전구체 용액을 제조하는 제1단계; 침전제와 증류수의 혼합용액을 제조하는 제2단계; 상기 제1단계에서 얻어진 용액을 상기 제2단계에서 얻어진 용액과 혼합하는 제3단계; 상기 제3단계에서 얻어진 혼합용액을 침전여과하는 제4단계; 및 제4단계에서 얻어진 여과물을 건조 및 300 내지 700 ℃에서 소성하여, 스피넬 구조의 코발트 페라이트(Cobalt ferrite)를 함유하면서 비표면적이 70 내지 120 m2/g이고 기공의 평균입경이 7 내지 30 nm인 촉매를 제조하는 제5단계를 포함하는 것이 특징인 촉매 제조방법을 제공한다.A third aspect of the present invention is a method for producing Fe and Co containing catalysts for producing synthetic natural gas having a high heating value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 , wherein 100 parts by weight of iron and cobalt A first step of preparing a precursor solution by mixing an Fe precursor and a Co precursor so that iron and cobalt are 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight, respectively; A second step of preparing a mixed solution of a precipitant and distilled water; A third step of mixing the solution obtained in the first step with the solution obtained in the second step; A fourth step of precipitating and filtering the mixed solution obtained in the third step; And the filtrate obtained in the fourth step is dried and fired at 300 to 700 ° C to obtain a cobalt ferrite having a specific surface area of 70 to 120 m 2 / g and an average particle size of pores of 7 to 30 and a fifth step of preparing a catalyst having a specific surface area of 200-300 nm.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자들은 실험을 통해, 촉매 조성에 따라 다음과 같은 결과들을 처음으로 확인하였다: Through experiments, the inventors first confirmed the following results according to the catalyst composition:

(i) Fe 단일금속 촉매의 경우, 발열량은 높지만, CO 전환율이 낮고, CO to CO2 전환율이 높아, SNG 수율이 낮기 때문에 SNG 합성용 촉매로서 적합하지 않다. (i) The Fe monometallic catalyst has a high heating value but is not suitable as a SNG synthesis catalyst because it has low CO conversion, high CO to CO 2 conversion, and low SNG yield.

(ii) Co 활성메탈의 첨가에 의하여 CO 전환율은 모든 조성비에서 100%에 근접하였으며, CO to CO2 전환율이 감소하였다.(ii) CO conversion by CO addition was close to 100% in all composition ratios and CO to CO 2 conversion was decreased.

(iii) Co 비율이 전체 활성메탈 중 39 wt% 이하일 경우 코발트 옥사이드보다 코발트 페라이트(Cobalt ferrite)를 우세하게 형성하며, 이로 인해 CH4 선택도는 감소, C2-C4 선택도는 증가, C5+ 선택도는 감소하였다. 또한 탄화수소 내 paraffin 선택도는 Co 첨가에 의하여 100%에 도달하였다. (iii) Cobalt ferrite predominates over cobalt oxide when the Co ratio is less than 39 wt% of the total active metal, thereby reducing CH 4 selectivity, increasing C2-C4 selectivity, and increasing C5 + selectivity Respectively. Also, The paraffin selectivity reached 100% by Co addition.

(iv) Co 첨가 및 첨가량에 따라 CO to CO2 전환율이 감소하여 SNG 수율은 증가하였으나, Co 비율이 전체 활성메탈 중 39 wt%를 초과할 경우 Co3O4의 형성으로 인해 메탄화 반응이 우세하여 CH4 선택도가 상승하였으며, C2-C4 선택도는 감소하는 문제점을 발견하였다. 예컨대, Co 비율이 전체 활성메탈 중 20wt%일 경우 발열량은 약 12,000 Kcal/Nm3였으나 Co 비율이 50wt%일 경우 발열량은 약 10,000 Kcal/Nm3으로 크게 저하되었으며, Fe:Co가 95:5에서 70:30 영역에서는 큰 차이가 없었다. 즉, 활성메탈 중 Co의 비율이 39wt% 이하일 경우 낮은 CH4 선택도 및 높은 C2-C4 선택도로 인하여, 발열량이 높아졌다. 이는 코발트 페라이트의 형성으로 인한 것으로 고열량 SNG 합성에 적합한 결과이다.(iv) The yield of SNG was increased due to the decrease of CO to CO 2 conversion depending on the addition and amount of Co. However, when the Co ratio exceeds 39 wt% of the total active metal, the formation of Co 3 O 4 dominates the methanation reaction. The selectivity of CH 4 was increased and the selectivity of C 2 -C 4 was decreased. For example, when the Co ratio is 20 wt% of the total active metal, the calorific value is about 12,000 Kcal / Nm 3, but when the Co ratio is 50 wt%, the calorific value is greatly reduced to about 10,000 Kcal / Nm 3 . There was no significant difference in the 70:30 area. That is, when the proportion of Co in the active metal is 39 wt% or less, the amount of heat generated is increased due to low CH 4 selectivity and high C 2 -C 4 selectivity. This is due to the formation of cobalt ferrite, which is a suitable result for synthesis of high calorie SNG.

본 발명은 이러한 발견에 기초한 것으로, 본 발명은 Fischer-Tropsh 합성반응 및 메탄화 반응이 동시에 일어나는 Fe 및 Co 함유 촉매에서 활성 메탈 중 Co 비율을 39wt% 이하로 조절하여 Co3O4에 의한 메탄화반응 우세를 저해하여 C2-C4 선택도가 높은 조성비의 고발열량 합성천연가스를 제조하는 것이 특징이다. The present invention is based on this finding, the methane present invention according to the Fischer-Tropsh synthesis reaction and the methanation reaction is controlling the Co ratio of the active metal on the Fe and Co-containing catalysts occurs at the same time to less than 39wt% and Co 3 O 4 screen The reaction superiority is inhibited and a high calorific value synthetic natural gas having a composition ratio of C 2 -C 4 selectivity is produced.

본 발명에 따른 Fe 및 Co 함유 촉매는 활성금속인 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부이므로, 코발트가 주된 촉매가 아니라 철이 주된 촉매이며, 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 생산할 수 있다.The Fe- and Co-containing catalysts according to the present invention are characterized in that, based on 100 parts by weight of iron and cobalt as active metals, 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 Cobalt is not a main catalyst, but iron is a main catalyst, and it can produce synthetic natural gas having a high heating value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 .

상기 촉매 중 활성금속은 철산화물, 코발트산화물, 철, 코발트, 철-코발트 산화물 및 철-코발트 합금 또는 이의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 촉매는 산화상태에서 코발트 페라이트의 스피넬 구조를 포함할 수 있으며, 환원 상태에서 철산화물, 코발트산화물, 철, 코발트, 철-코발트, 철-코발트 산화물으로 구성될 수 있다.이때, 철산화물은 Fe2O3, Fe3O4, 또는 둘다이고, 코발트산화물은 CoO, Co3O4, 또는 둘다일 수 있다. The active metal in the catalyst may be iron oxide, cobalt oxide, iron, cobalt, iron-cobalt oxide and iron-cobalt alloy or mixtures thereof. Further, the catalyst may include a spinel structure of cobalt ferrite in an oxidized state, and may be composed of iron oxide, cobalt oxide, iron, cobalt, iron-cobalt and iron-cobalt oxide in a reduced state. Is Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , or both, The cobalt oxide may be CoO, Co 3 O 4 , or both.

본 발명에 따른 Co 및 Fe 함유 촉매는, FT 합성반응 및 메탄화 반응이 동시에 일어나도록 2종 이상의 활성금속을 사용하는 촉매로서, 수소 및 일산화탄소로부터 주로 메탄으로 구성되고 C2-C4 파라핀 함량이 높은 고발열량의 합성천연가스의 생산이 가능하며, 높은 C1-C4 생산성으로 인하여 기존 천연가스합성공정에 비하여 공정의 간소화가 가능한 촉매이다. The Co and Fe containing catalyst according to the present invention is a catalyst which uses two or more kinds of active metals so that the FT synthesis reaction and the methanation reaction coexist simultaneously and is a catalyst composed mainly of hydrogen and carbon monoxide and methane and having a high content of C2- It is possible to produce synthetic natural gas with a calorific value and can simplify the process compared to the existing natural gas synthesis process due to high C1-C4 productivity.

<Fischer-Tropsch 합성 반응><Fischer-Tropsch synthesis reaction>

nCO + 2nH2 → -(CH2)n- + nH2O nCO + 2nH 2 → - (CH 2) n- + nH 2 O

<메탄화 반응><Methanation reaction>

nCO + 3nH2 ↔ nCH4 + nH2O nCO + 3nH 2 ↔ nCH 4 + nH 2 O

본 발명에 따른 Co 및 Fe 함유 촉매는, 비표면적이 70 내지 120 m2/g이고 기공의 평균입경이 7 내지 30 nm일 수 있다.The Co and Fe-containing catalyst according to the present invention may have a specific surface area of 70 to 120 m 2 / g and an average particle size of pores of 7 to 30 nm.

Fischer-Tropsh 합성반응 및 메탄화 반응이 동시에 일어나는 Fe 및 Co 함유 촉매는 SNG 합성시 Fischer-Tropsh 합성반응을 통하여 SNG 내 C2~C4 조성비를 높일 수 있으며, 메탄화 반응을 통한 Fischer-Tropsh 합성반응의 미반응 CO 및 CO2를 메탄화하여, SNG 수율을 높일 수 있다. 이러한 효과들로 인하여, Fischer-Tropsh 합성반응 및 메탄화반응이 동시에 일어나는 상기 방법으로 높은 수율로 고발열량의 SNG 합성이 가능하다.Fischer-Tropsh Synthesis of Fe and Co containing both Fe and Co at the same time can increase the C2 to C4 composition ratio in the SNG through the Fischer-Tropsh synthesis reaction in the synthesis of SNG and the Fischer-Tropsh synthesis reaction through the methanation reaction. Unreacted CO and CO 2 can be methanized to increase SNG yield. Due to these effects, it is possible to synthesize SNG with high yield in high yield by the above-mentioned method in which Fischer-Tropsh synthesis reaction and methanation reaction occur at the same time.

본 발명에 따른 촉매에 의해 제조되는 합성천연가스는 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 높은 발열량을 발휘하는 조성을 가질 수 있다. 일구체예로, 합성천연가스는 메탄 : C2-C4 파라핀 (몰비) = 1 : 0.5 ~ 1 일 수 있다.Synthetic natural gas produced by the catalyst according to the present invention may have a composition which exhibits a high calorific value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 . In one embodiment, the synthetic natural gas may be methane: C2-C4 paraffins (molar ratio) = 1: 0.5-1.

본 발명에 따라 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스 생산용 Fe 및 Co 함유 촉매를 제조하는 방법은,According to the present invention, a method for producing Fe and Co containing catalysts for producing synthetic natural gas having a high heating value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 ,

철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부가 되도록 Fe계 전구체 및 Co계 전구체를 혼합하여 전구체 용액을 제조하는 제1단계; A first step of preparing a precursor solution by mixing an Fe-based precursor and a Co-based precursor so that iron and cobalt are 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of iron and cobalt;

침전제와 증류수의 혼합용액을 제조하는 제2단계; A second step of preparing a mixed solution of a precipitant and distilled water;

상기 제1단계에서 얻어진 용액을 상기 제2단계에서 얻어진 용액과 혼합하는 제3단계; A third step of mixing the solution obtained in the first step with the solution obtained in the second step;

상기 제3단계에서 얻어진 혼합용액을 침전여과하는 제4단계; 및A fourth step of precipitating and filtering the mixed solution obtained in the third step; And

제4단계에서 얻어진 여과물을 건조 및 300 내지 700 ℃에서 소성하여, 스피넬 구조의 코발트 페라이트(Cobalt ferrite)를 함유하면서 비표면적이 70 내지 120 m2/g이고 기공의 평균입경이 7 내지 30 nm인 촉매를 제조하는 제5단계를 포함한다. The filtrate obtained in the fourth step is dried and calcined at 300 to 700 ° C to obtain a cobalt ferrite having a specific surface area of 70 to 120 m 2 / g and an average particle size of pores of 7 to 30 nm And a fifth step of preparing a catalyst that is a catalyst for forming a catalyst.

Fe계 전구체의 비제한적인 예는 질산철, 염화철, 황산철, 초산철 및 이들의 혼합물이 있고, Co계 전구체의 비제한적인 예는 질산코발트, 염화코발트, 황산코발트, 초산코발트 및 이들의 혼합물이 있다.Non-limiting examples of Fe-based precursors include iron nitrate, iron chloride, iron sulfate, iron acetate and mixtures thereof. Non-limiting examples of the Co-based precursor include cobalt nitrate, cobalt chloride, cobalt sulfate, cobalt acetate, .

본 발명에 따른 촉매는 촉매성능을 용이하게 조절할 수 있는 조촉매를 더 함유할 수 있으며, 조촉매 성분의 비제한적인 예로는 Pt, Pd, Rh, Ru, Mn, Cu, Zn, K, Ce, Mg 및 이의 조합이 있다. Pt, Pd, Rh, Ru, Cu 조촉매의 경우 메탄 및 파라핀 선택도를 높일 수 있으며, Mn의 경우 활성금속의 안정성 증진, Cu의 경우 활성금속의 환원도 증진, K의 경우 C2-C4 탄화수소 선택도의 증진 등, 촉매 안정성 및 고열량 SNG 합성을 위한 탄화수소 선택도 증진에 효과가 있다.The catalyst according to the present invention may further contain a cocatalyst capable of easily controlling the catalyst performance. Examples of the cocatalyst component include Pt, Pd, Rh, Ru, Mn, Cu, Zn, Mg, and combinations thereof. In the case of Pt, Pd, Rh, Ru and Cu co-catalysts, methane and paraffin selectivity can be increased. In the case of Mn, stability of the active metal is enhanced. In the case of Cu, Catalyst stability, and high hydrocarbon selectivity for SNG synthesis.

상기 조촉매 성분은 사용되는 Fe 및 Co 금속 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 조촉매의 중량부가 하한 미만일 경우, 조촉매에 의한 증진효과가 미흡하여 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 조촉매에 의하여 원하지 않는 부반응이 발생하여 바람직하지 않다.The co-catalyst component preferably maintains 0.5 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the Fe and Co metals used. When the weight of the cocatalyst is less than the lower limit, the effect of promoting the cocatalyst is insufficient, which is undesirable. If the weight of the cocatalyst is more than the upper limit, undesired side reactions may occur due to the cocatalyst.

본 발명에 따른 촉매는 활성이 없는 구조증진제 성분을 더 포함할 수 있으며, 비제한적인 예로 알루미나 또는 실리카와 같은 금속산화물일 수 있다. 구조증진제는 Fe 산화물 구조에 활성금속 분산을 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 알루미나 지지체를 다른 코발트/철 전구체와 사용하지 아니하고, 알루미늄 전구체(예, 질산알루미늄(Al(NO3)3·9H2O))를 사용하여 공침법에 의해 구조증진제를 촉매에 추가할 수 있다. 또한, 알루미늄 전구체를 사용하는 경우, 촉매의 전체 조성 중 활성금속의 비율을 극대화 할 수 있기 때문에, 반응활성이 높은 촉매의 제조가 가능하다.The catalyst according to the present invention may further comprise an inactive structural promoter component, and may be a metal oxide such as, but not limited to, alumina or silica. Structural enhancers can be used for the active metal dispersion in the Fe oxide structure. Thus, structure enhancing agents can be added to the catalyst by coprecipitation using an aluminum precursor (e.g., aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) without using an alumina support with other cobalt / iron precursors have. Further, when an aluminum precursor is used, since the ratio of the active metal in the overall composition of the catalyst can be maximized, it is possible to produce a catalyst having a high reaction activity.

조촉매의 전구체 및/또는 구조증진제의 전구체는 제1단계의 전구체 용액에 추가로 더 포함될 수 있다.The precursor of the cocatalyst and / or the precursor of the structure enhancer may further be included in the precursor solution of the first step.

조촉매의 전구체 및/또는 구조증진제의 전구체의 비제한적인 예로는, 질산화물, 염화물, 황산화물, 초산화물 및 이들의 혼합물이 있다.Non-limiting examples of precursors of the cocatalyst and / or of the structure enhancer include nitrates, chlorides, sulfur oxides, super oxides, and mixtures thereof.

제2단계는 침전제와 증류수의 혼합용액을 제조하는 단계로서, 활성금속 및/또는 조촉매 전구체 및/또는 구조증진제 전구체를 공침하기 위해 침전제 혼합용액은 염기성 화합물 수용액인 것이 좋다.The second step is a step of preparing a mixed solution of a precipitant and distilled water. In order to coprecipitate the active metal and / or cocatalyst precursor and / or the structure enhancer precursor, the precipitant mixture solution is preferably an aqueous solution of a basic compound.

침전제의 비제한적인 예로는 암모니아수, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 이들의 혼합물 등이 있다.Non-limiting examples of precipitating agents include aqueous ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, and mixtures thereof.

침전제는 활성금속 및 조촉매 및 구조증진제 성분의 1당량에 대하여 0.9 내지 1.1 당량비 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 염기성 화합물의 사용량이 0.9 당량비 미만이면 촉매성분의 침전이 완전하지 않으며, 1.1 당량비를 초과하는 경우에는 침전된 촉매성분이 다시 녹거나 용액의 pH가 너무 올라가는 문제가 발생한다. 또한, 상기 염기성 화합물 수용액의 pH는 6 ~ 9 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The precipitant is preferably used in an amount of 0.9 to 1.1 equivalents based on 1 equivalent of the active metal and the promoter and the structural enhancer component. If the amount of the basic compound used is less than 0.9 equivalent, the precipitation of the catalyst component is not complete. If the amount of the basic compound exceeds 1.1 equivalent, the precipitated catalyst component may be re-dissolved or the pH of the solution may be excessively increased. In addition, the pH of the basic compound aqueous solution is preferably maintained in a range of 6 to 9.

제3단계는 촉매 전구체 용액과 침전제 용액을 혼합하는 단계이다. 제3단계에서 얻어진 혼합용액은 슬러리 상태일 수 있다. The third step is to mix the catalyst precursor solution and the precipitant solution. The mixed solution obtained in the third step may be in a slurry state.

제3단계는 혼합시 가열교반할 수 있다. 상기 제조된 슬러리는 일정시간 가열교반 과정을 거치며, 가열 온도 및 가열 시간은 60 내지 100 ℃ 및 1 시간 내지 5 시간이 바람직하다.The third step may be heating and stirring at the time of mixing. The slurry is heated and stirred for a predetermined time, and the heating temperature and heating time are preferably 60 to 100 ° C and 1 to 5 hours.

가열온도 및 가열시간이 상기 하한 미만일 경우 활성성분 및 조촉매의 균일한 분산이 어렵기 때문에 바람직하지 않고, 상기 상한을 초과할 경우 촉매 입자 사이즈가 증가하여 활성점이 감소하고 많은 시간이 소요되어 효율적이지 않으므로 바람직하지 않다.If the heating temperature and the heating time are less than the lower limit, it is difficult to uniformly disperse the active component and the promoter. If the heating temperature and the heating time are above the upper limit, the catalyst particle size increases and the active point decreases. So it is not desirable.

제4단계는 침전여과 과정이다. 침전여과 과정에서 슬러리는 탈 이온수를 사용하여 세척되며, 이때 사용되는 탈 이온수의 양은 슬러리 질량 1g 당 30 내지 50 ml를 사용하여 3 내지 5 회 세척하는 것이 바람직하다.The fourth step is the precipitation filtration process. In the precipitation filtration, the slurry is washed with deionized water, and the amount of deionized water used is preferably washed three to five times using 30 to 50 ml per 1 g of the slurry mass.

상기 탈 이온수의 양 및 세척횟수가 하한 미만일 경우, 전구체 및 침전제로 인한 불순물의 제거가 미흡하기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 상한과 큰 차이가 없어, 비효율적이기 때문에 바람직하지 않다.If the amount of the deionized water and the number of times of washing are less than the lower limit, the removal of the impurities due to the precursor and the precipitant is insufficient, which is undesirable and when the upper limit is exceeded, there is no significant difference from the upper limit.

상기 제4단계를 통하여 얻어진 여과물의 함수율은 50 내지 80 wt% 가 바람직하다.The water content of the filtrate obtained through the fourth step is preferably 50 to 80 wt%.

상기 함수율이 하한 미만일 경우 슬러리 여과에 상당한 시간이 소요되어 비효율적이기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우, 건조시 슬러리내 수분의 급격한 증발로 공극이 형성되어 탄소침적이 심화되고, 촉매수명이 감소할 수 있다.When the moisture content is less than the lower limit, it takes a considerable time to perform slurry filtration, which is not preferable because it takes a considerable time. When the upper limit is exceeded, pores are formed due to rapid evaporation of moisture in the slurry during drying, can do.

제5단계는 여과물의 건조 및 소성과정이다. 여과물은 90 내지 110℃의 온도에서 슬러리 1g 당 3 내지 5 시간 동안 건조하는 것이 바람직하며, 건조 후 얻어진 생성물은 450 내지 650 ℃에서 4 내지 6 시간 동안 소성하는 것이 바람직하다. The fifth step is the drying and calcination of the filtrate. The filtrate is preferably dried for 3 to 5 hours per 1 g of the slurry at a temperature of 90 to 110 캜, and the product obtained after drying is preferably calcined at 450 to 650 캜 for 4 to 6 hours.

상기 건조 온도가 하한 미만일 경우, 슬러리 건조에 상당한 시간이 소요되어 효율적이지 않고, 상한을 초과할 경우, 슬러리내 수분의 급격한 증발로 공극이 형성되어 탄소침적이 심화되고, 촉매수명이 감소할 수 있다.If the drying temperature is lower than the lower limit, it takes a considerable time to dry the slurry, which is not efficient. When the drying temperature exceeds the upper limit, voids are formed due to rapid evaporation of moisture in the slurry, .

상기 건조 시간이 하한일 경우, 슬러리의 건조상태가 미흡하기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우, 상한과 크게 다르지 않아, 비효율적이기 때문에 바람직하지 않다. When the drying time is lower than the above-mentioned range, the drying condition of the slurry is insufficient, which is undesirable. When the drying time is over the upper limit, the drying time is not significantly different from the upper limit and is inefficient.

상기 소성온도가 하한 미만이면 제조 과정에 사용된 용매 및 유기 불순물이 소성에 의해 완전히 제거하기가 어렵고, 활성성분과 증진제의 균일한 분산이 저하되며, 촉매 강도가 약하기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 촉매 활성성분의 소결(sintering) 현상에 의한 촉매성분의 비표면적 및 활성점을 감소시켜 촉매활성을 저하시키는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. If the firing temperature is less than the lower limit, the solvent and the organic impurities used in the production process are difficult to be completely removed by firing, the uniform dispersion of the active ingredient and the promoter is lowered, the catalyst strength is weak, The specific surface area and the active site of the catalyst component due to sintering of the catalytically active component may be reduced to lower the catalytic activity, so that the above range is preferably maintained.

상기 과정들을 통하여 얻어진 최종생성물의 비표면적은 70 내지 120 m2/g이고 기공의 평균입경이 7 내지 30 nm가 바람직하다.The final product obtained through the above processes preferably has a specific surface area of 70 to 120 m 2 / g and an average particle size of pores of 7 to 30 nm.

상기 비표면적이 하한 미만일 경우, 활성금속 및 증진제의 분산이 미흡하여 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 활성금속 및 증진제의 분산성이 높아지지만, 촉매 강도가 저하되어 바람직하지 않다.When the specific surface area is less than the lower limit, dispersion of the active metal and the promoter is insufficient, which is undesirable. When the specific surface area exceeds the upper limit, the dispersibility of the active metal and the enhancer is increased.

상기 기공크기가 하한 미만일 경우, 또는 상한을 초과할 경우 메탄화 반응이 미흡하여 액상탄화수소 생성률이 증가하며, 그로 인하여, SNG 수율이 저하된다.When the pore size is less than the lower limit or exceeds the upper limit, the methanation reaction is insufficient and the liquid hydrocarbon generation rate is increased, thereby lowering the SNG yield.

상기 최종생성물의 조성은 활성금속인 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부인 것이 바람직하다.The final product is preferably composed of 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight of iron and cobalt based on 100 parts by weight of iron and cobalt, which are active metals.

상기 철의 조성이 하한 미만일 경우, Co3O4 에 의한 메탄화반응이 우세하여 생성물의 C2-C4 탄화수소 선택성이 저하되어 발열량이 낮기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 Fe의 특성이 우세하여 수성가스 전환반응으로 인한 SNG 수율이 저하되고 올레핀 선택도가 높기 때문에 바람직하지 않다.When the composition of iron is below the lower limit, the methanation reaction by Co 3 O 4 predominates, the C2-C4 hydrocarbon selectivity of the product is lowered and the calorific value is lowered, and when the upper limit is exceeded, the Fe characteristic is dominant The SNG yield due to the water gas shift reaction is lowered and the olefin selectivity is high.

상기 코발트의 조성이 하한 미만일 경우, 코발트 페라이트의 형성이 미흡하여 SNG 수율이 저하되어 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 Co3O4 형성으로 인한 메탄화 반응이 우세하여 생성물의 C2-C4 탄화수소 선택성이 저하되어 발열량이 낮기 때문에 바람직하지 않다.If the composition of the cobalt is below the lower limit, the formation of cobalt ferrite is insufficient and SNG yield is lowered. If the upper limit is exceeded, the methanation reaction due to the formation of Co 3 O 4 predominates and the C2- And the amount of heat generated is low.

또한, 본 발명은 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 제조하는 방법에 있어서, In addition, the present invention provides a method for producing a synthetic natural gas having a composition capable of exhibiting a high heating amount of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 ,

활성금속인 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부이고 스피넬 구조의 코발트 페라이트를 함유하는 Co 및 Fe 함유 촉매 존재 하에, 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스를 제조하는 a단계를 포함하는 것이 특징인 방법을 제공한다.Based on 100 parts by weight of iron and cobalt as active metals, 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight of iron and cobalt, respectively, in the presence of Co and Fe-containing catalysts containing cobalt ferrite of spinel structure, And a step of producing a C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas.

이때, a단계 이전 또는 이후에, 250 ∼ 600 ℃의 온도 범위의 수소 분위기에서 촉매를 환원하는 단계를 더 포함할 수 있다.At this time, it may further include reducing the catalyst in a hydrogen atmosphere at a temperature ranging from 250 to 600 DEG C before or after the step a.

본 발명에 따른 Fe 및 Co 함유 촉매에 의해 합성가스를 동시에 FT 합성반응 및 메탄화반응하게 함으로써, C1-C4의 고발열량 합성천연가스를 제조할 수 있다. By subjecting the synthesis gas to the FT synthesis reaction and the methanation reaction simultaneously with the Fe- and Co-containing catalysts according to the present invention, the C1-C4 high heat amount synthetic natural gas can be produced.

따라서, a단계에서 메탄의 선택도는 40~80 카본 몰 % 이고, C2-C4 탄화수소의 선택도는 20~60 카본 몰 % 범위이며, C2-C4 탄화수소 중 파라핀의 비율이 90 ~ 100 카본몰 % 범위일 수 있다. Thus, in step a The selectivity of methane is 40-80 carbon mole%, the selectivity of C2-C4 hydrocarbon is 20-60 carbon mole%, and the proportion of paraffin among C2-C4 hydrocarbon is 90-100 carbon mole%.

a단계의 일산화탄소 함유 공급가스는 석탄, 바이오매스, 또는 탄소 함유 폐기물을 가스화하여 생산된 합성가스 또는 이로부터 정제된 가스일 수 있다.The carbon monoxide-containing feed gas in step a may be a syngas produced by gasifying coal, biomass, or carbon-containing waste, or purified gas therefrom.

a단계에서 공급가스(feed gas)의 H2/CO 비는 1.5 내지 3.5 인 것이 바람직하다. The H 2 / CO ratio of the feed gas in step a is preferably 1.5 to 3.5.

상기 H2/CO 비가 하한 미만일 경우 수성가스전환반응에 의한 SNG 수율 저하 및 탄소침적 발생이 심화되기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 C2-C4 탄화수소의 선택도가 낮아, SNG의 발열량이 감소하기 때문에 바람직하지 않다.When the H 2 / CO ratio is lower than the lower limit, the SNG yield is lowered due to the water gas conversion reaction and the carbon deposition is increased. When the upper limit is exceeded, the selectivity of the C 2 -C 4 hydrocarbon is low, It is not preferable.

상기 합성천연가스 합성 반응 조건은 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다.The synthetic natural gas synthesis reaction conditions are not particularly limited as they are generally used.

본 발명의 촉매는 고정층, 유동층 및 슬러리 반응기에서 250 ∼ 600 ℃의 온도 범위의 수소 분위기에서 환원한 후에 반응에 활용할 수 있다. The catalyst of the present invention can be used in the reaction after reducing in a hydrogen atmosphere at a temperature ranging from 250 to 600 ° C in a fixed bed, a fluidized bed, and a slurry reactor.

상기 a단계에서, 반응 온도는 250 ∼ 400 ℃, 반응 압력은 20 ∼ 40 bar, 공간속도는 1000 ml/gcat·h ∼ 10000 ml/gcat·h 인 것이 바람직하다. In the step a, the reaction temperature is preferably 250 to 400 ° C, the reaction pressure is 20 to 40 bar, and the space velocity is 1000 ml / g cat.h to 10000 ml / g cath .

본 발명의 방법으로 제조된 촉매 상에서 350 ℃, 30 기압 및 6000 ml/gcat·h 공간속도의 반응 조건에서 전환율은 90 ∼ 100 카본 몰% 범위를 나타낸다. Conversion rates in the reaction conditions of 350 ° C, 30 atm and 6000 ml / g cat.h space speed on the catalyst prepared by the process of the present invention show a range of 90-100 carbon mole%.

제조되는 합성천연가스의 조성은 메탄이 40~80 카본 몰 % 이며, C2-C4 탄화수소가 20~60 카본 몰 % 범위를 나타낸다. C2-C4 탄화수소 중 파라핀의 비율은 90 ~ 100 카본몰 % 범위를 나타내며, 부산물인 C5이상 탄화수소, 구체적으로 C5-C12의 가솔린 유분은 1 ∼ 15 카본 몰% 범위를 나타낸다.The composition of the synthetic natural gas produced is 40 to 80 carbon mole% of methane and 20 to 60 carbon mole% of C2-C4 hydrocarbon. The ratio of paraffins in the C2-C4 hydrocarbons is in the range of 90 to 100 carbon mole%, and by-products C5 or higher hydrocarbons, specifically C5-C12 gasoline oil fractions, range from 1 to 15 carbon mole%.

본 발명은, 2종 이상의 금속을 이용하여 제조된 촉매로서, FT 합성반응 및 메탄화 반응을 동시에 이용하여, 메탄으로 주로 구성되고 C2-C4 파라핀 함량이 높은 고발열량의 합성천연가스의 생산과 공정 간소화가 가능한 촉매를 제조할 수 있다. The present invention relates to a catalyst prepared by using two or more metals, which is produced by simultaneously using FT synthesis reaction and methanation reaction, to produce a high-calorific synthetic natural gas composed mainly of methane and having a high content of C2- A catalyst capable of being simplified can be produced.

도 1은 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매에 의한 전환율 및 탄화수소 선택도를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매에 의한 SNG의 발열량 및 수율을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매에 의한 전환율 및 탄화수소 선택도를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매에 의한 SNG의 발열량 및 수율을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매의 수소 환원 전과 후의 X-선 회절분석(XRD) 결과이다.
도 6은 실시예 및 비교예 5에서 제조된 촉매의 X-선 회절분석(XRD) 결과이다.
도 7은 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매의 승온-환원 특성분석(TPR) 결과이다.
도 8은 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매의 BET 기공특성분석 결과이다.
도 9는 석탄으로부터 SNG를 얻는 방법에 대한 개념도이다.
Figure 1 shows the conversion and hydrocarbon selectivity of the catalysts prepared in the Examples and Comparative Examples.
FIG. 2 shows the amounts of heat generated and yields of SNG by the catalysts prepared in Examples and Comparative Examples.
Figure 3 shows the conversion and hydrocarbon selectivity of the catalysts prepared in the Examples and Comparative Examples.
FIG. 4 shows the amounts of heat generated and yields of SNG by the catalysts prepared in Examples and Comparative Examples.
Fig. 5 shows X-ray diffraction (XRD) results of the catalysts prepared in Examples and Comparative Examples before and after hydrogen reduction.
FIG. 6 shows X-ray diffraction (XRD) results of the catalyst prepared in Example and Comparative Example 5. FIG.
7 shows the results of the temperature-reduction characteristics (TPR) of the catalysts prepared in Examples and Comparative Examples.
8 shows the results of analysis of BET pore characteristics of the catalysts prepared in Examples and Comparative Examples.
9 is a conceptual diagram of a method for obtaining SNG from coal.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are intended to clearly illustrate the technical features of the present invention and do not limit the scope of protection of the present invention.

<실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 5> Fe:Co 비율에 따른 고열량 합성천연가스 합성용 Fe-Co 이종금속 촉매 제조<Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5> Production of Fe-Co heterogeneous metal catalyst for synthesizing high-calorie natural gas according to Fe: Co ratio

촉매조성은 각각 Fe:Co 비율이 100:0~0:100이 되도록, 하기 표 1(조성에 따른 Fe-Co 촉매의 금속 전구체 사용량)과 같이 질산철 (Fe(NO3)3·9H2O), 질산코발트 (Co(NO3)2·6H2O) 및 질산알루미늄(Al(NO3)3·9H2O)을 200ml 증류수에 녹여 전구체 용액을 제조하였다.The catalyst compositions were iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) as shown in Table 1 (amount of metal precursor used in the Fe-Co catalyst according to composition) so that the Fe: Co ratio was 100: 0 to 0: ), Cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) and aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) were dissolved in 200 ml of distilled water to prepare a precursor solution.

구분division 촉매조성Catalyst composition 전구체 사용량 (g)Precursor usage (g) Fe(NO3)3·9H2OFe (NO 3 ) 3 .9H 2 O Co(NO3)2·6H2OCo (NO 3 ) 2 .6H 2 O Al(NO3)3·9H2OAl (NO 3 ) 3 .9H 2 O 실시예1Example 1 95Fe-5Co-20Al95Fe-5Co-20Al 5050 1.821.82 20.3420.34 실시예2Example 2 90Fe-10Co-20Al90Fe-10Co-20Al 5050 3.853.85 21.4721.47 실시예3Example 3 80Fe-20Co-20Al80Fe-20Co-20Al 5050 8.678.67 24.1524.15 실시예4Example 4 70Fe-30Co-20Al70Fe-30Co-20Al 5050 14.8614.86 27.6027.60 비교예1Comparative Example 1 100Fe-20Al100Fe-20Al 5050 00 19.3219.32 비교예2Comparative Example 2 60Fe-40Co-20Al60Fe-40Co-20Al 5050 23.1123.11 32.3032.30 비교예3Comparative Example 3 50Fe-50Co-20Al50Fe-50Co-20Al 5050 34.6634.66 38.6438.64 비교예4Comparative Example 4 100Co-20Al100Co-20Al 00 5050 27.8727.87 비교예5Comparative Example 5 Cobalt ferrite(ALDRICH, 순도 99%)Cobalt ferrite (ALDRICH, 99% purity) 비교예6Comparative Example 6 비교예1와 비교예4를 8:2의 비율로 물리적 혼합Comparative Example 1 and Comparative Example 4 were mixed in a ratio of 8: 2 by physical mixing

침전제 용액은 하기 표 2(조성에 따른 Fe-Co 촉매의 침전제 사용량)와 같이 99.5 %의 탄산칼륨(K2CO3)을 각각 300 ml의 증류수에 녹여 제조하였다. The precipitant solution was prepared by dissolving 99.5% potassium carbonate (K 2 CO 3 ) in 300 ml of distilled water as shown in Table 2 (the amount of the precipitant used in the Fe-Co catalyst according to the composition).

구분division 촉매조성Catalyst composition K2CO3 사용량 (g)K 2 CO 3 consumption (g) 실시예1Example 1 95Fe-5Co-20Al95Fe-5Co-20Al 37.9537.95 실시예2Example 2 90Fe-10Co-20Al90Fe-10Co-20Al 39.5539.55 실시예3Example 3 80Fe-20Co-20Al80Fe-20Co-20Al 43.3443.34 실시예4Example 4 70Fe-30Co-20Al70Fe-30Co-20Al 48.2148.21 비교예1Comparative Example 1 100Fe-20Al100Fe-20Al 36.5236.52 비교예2Comparative Example 2 60Fe-40Co-20Al60Fe-40Co-20Al 54.7054.70 비교예3Comparative Example 3 50Fe-50Co-20Al50Fe-50Co-20Al 63.7963.79 비교예4Comparative Example 4 100Co-20Al100Co-20Al 39.3439.34 비교예5Comparative Example 5 Cobalt ferrite(ALDRICH, 순도 99%)Cobalt ferrite (ALDRICH, 99% purity)

상기 전구체 용액은 격렬한 교반하의 침전제 용액에 첨가하여 침전 슬러리를 제조하고, 80 ℃에서 3 시간 동안 교반한 후, 생성된 침전물을 여과하고 증류수 1,000 ml로 여러 차례 나누어 세척하였다. 상기 과정으로 생성된 수산화철 케이크(cake)는 함수율이 55 wt%가 될 때까지 여과 및 건조하였다. 건조된 수산화철 케이크(cake)는 건조오븐에서 110 ℃에서 12 시간 동안 건조 후, 소성로에서 공기 분위기 하에, 550 ℃에서 5 시간 동안 소성하였다. The precursor solution was added to precipitant solution under vigorous stirring to prepare a precipitate slurry. After stirring at 80 ° C for 3 hours, the resulting precipitate was filtered and washed several times with 1,000 ml of distilled water. The iron hydroxide cake produced by the above process was filtered and dried until the water content became 55 wt%. The dried iron hydroxide cake was dried in a drying oven at 110 DEG C for 12 hours and then calcined at 550 DEG C for 5 hours in an air atmosphere in a firing furnace.

하기 표 3(조성에 따른 Fe-Co 촉매의 ICP 분석 결과)에 제조된 촉매의 원자 방출 분광법(ICP-AES) 결과를 나타내었다. The results of the atomic emission spectrometry (ICP-AES) of the catalyst prepared in Table 3 (the result of ICP analysis of the Fe-Co catalyst according to the composition) are shown.

전체 금속 비율 (wt%)Total metal ratio (wt%) 활성금속 비율 (wt%)Active metal ratio (wt%) Fe Fe Co Co AlAl Fe Fe CoCo 실시예2Example 2 46.746.7 4.484.48 13.113.1 90.090.0 10.010.0 실시예3Example 3 44.344.3 11.011.0 13.613.6 80.080.0 20.020.0 실시예4Example 4 35.835.8 14.314.3 12.912.9 70.070.0 30.030.0 비교예1Comparative Example 1 93.193.1 00 6.96.9 100.0100.0 0.00.0 비교예3Comparative Example 3 25.425.4 24.624.6 12.812.8 50.050.0 50.050.0

제조된 촉매는 상기 표 3과 같이 ICP 분석 결과와 상기 디자인한 촉매조성이 일치하였으며, 이로부터 상기 촉매 제조방법에 의하여, 촉매 활성금속 비율에 따라 디자인 된 촉매조성과 일치하게 제조할 수 있음을 확인하였다.As shown in Table 3, the prepared catalysts were in conformity with the designed catalyst composition, and from the result, it was confirmed that the prepared catalysts could be prepared in accordance with the catalyst composition designed according to the catalyst active metal ratio Respectively.

상기 제조된 촉매는 1/2인치 스테인레스 고정층 반응기에 0.5 g의 실시예 및 비교예에서 제조된 촉매를 장입하고, 350 ℃의 H2 분위기 하에서 6시간 동안 환원 처리한 후에, 반응온도, 350 ℃, 반응압력 30 bar, 공간속도 6,000 ml/gcat·h의 조건에서 반응물인 합성가스는 H2/CO 비를 3으로 고정하여 반응기로 주입하여 SNG 합성반응을 수행하였다.0.5 g of the catalyst prepared in Examples and Comparative Examples was charged into a 1/2-inch stainless steel fixed bed reactor and subjected to reduction treatment under an atmosphere of H 2 at 350 ° C. for 6 hours, The synthesis gas, which is a reactant, was injected into the reactor at a H 2 / CO ratio of 3 at a reaction pressure of 30 bar and a space velocity of 6,000 ml / g cat · h.

하기 도 1에 실시예 및 비교예에 의한 전환율 및 탄화수소 선택도를 나타내었다.FIG. 1 shows the conversion and hydrocarbon selectivity according to Examples and Comparative Examples.

Co 활성메탈의 첨가에 의하여 CO 전환율은 모든 조성비에서 100%에 근접하였으며, CO to CO2 전환율이 감소하였다. Fe 단일촉매의 경우, CO to CO2 전환율이 매우 높았다.CO conversion was close to 100% in all composition ratios and CO to CO 2 conversion was decreased by addition of Co active metal. In the case of the Fe single catalyst, CO to CO 2 conversion was very high.

Co 비율이 전체 활성메탈 중 39% 이하일 경우 철산화물(Fe2O3) 및 코발트-철 복합 산화물인 코발트 페라이트(CoFe2O4)가 혼재하며, 이로 인해 CH4 선택도는 감소, C2-C4 선택도는 증가, C5+ 선택도는 감소하였다. 또한 탄화수소 내 paraffin 선택도는 Co 첨가에 의하여 100%에 도달하였다. When the Co ratio is 39% or less of the total active metal, iron oxide (Fe2O3) And cobalt ferrite (CoFe2O4), Which causes CH4Selectivity decreased, C2-C4 selectivity increased, and C5 + selectivity decreased. Also, The paraffin selectivity reached 100% by Co addition.

Co 비율이 전체 활성메탈 중 약 39wt%까지는 코발트 페라이트(CoFe2O4)를 형성하는 Fe와 Co의 당량비(2:1)까지의 범위이기 때문에 코발트 페라이트가 우세하게 형성되었으나, Co 비율이 전체 활성메탈 중 39wt%를 초과할 경우, Cobalt oxide(Co3O4)를 형성하며, 이로 인해 메탄 선택도의 증가 및 C2-C4 선택도의 감소로 인하여 발열량이 급격하게 감소하였다.Cobalt ferrite was predominantly formed up to about 39 wt% of the total active metal to Co equivalent ratio of Fe to Co (2: 1) forming cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ). However, Exceeding 39 wt% of the metal forms cobalt oxide (Co 3 O 4 ), which causes a sharp decrease in the calorific value due to an increase in methane selectivity and a decrease in C 2 -C 4 selectivity.

탄화수소 선택도 중 C5+ 선택도의 감소는 SNG 수율의 향상을 유도할 수 있으나, CH4 선택도의 증가 및 C2-C4 선택도의 감소는 SNG의 발열량의 감소로 이어지기 때문에, 비교적 C2-C4 선택도가 높은 조성비(활성 메탈 중 Co 비율이 39wt% 이하)가 최적으로 판단된다. A decrease in the C 5+ selectivity of the hydrocarbon selectivity may lead to an improvement in the SNG yield but an increase in the CH 4 selectivity and a decrease in the C 2 -C 4 selectivity lead to a decrease in the amount of heat generated by the SNG, A composition ratio (Co ratio of the active metal of 39 wt% or less) having a high degree of C 2 -C 4 selectivity is optimally judged.

하기 도 2에 실시예 및 비교예에 의한 SNG의 발열량 및 수율을 나타내었다.FIG. 2 shows the amounts of heat generated and yields of SNG according to Examples and Comparative Examples.

Co 첨가시 Fe 단일 금속 촉매에 비하여, 발열량은 12,800 Kcal/Nm3에서 12,000 Kcal/Nm3로 저하되었으며, Fe:Co가 95:5에서 70:30 영역에서 큰 차이는 없었다. SNG 수율은 Co 첨가 및 첨가량에 따라 증가하였으나, Co 비율이 전체 활성메탈 중 40wt% 이상일 경우 높은 SNG 수율에 비하여 발열량이 매우 낮았으며, Co가 첨가되지 않은 촉매의 경우 발열량은 매우 높지만, 수율이 매우 낮았다.Compared with the Fe single metal catalyst, the heating value decreased from 12,800 Kcal / Nm 3 to 12,000 Kcal / Nm 3 , and there was no significant difference in Fe: Co from 95: 5 to 70:30. The yield of SNG increased with the amount of Co added and the amount of Co added. However, when the Co ratio was more than 40wt% of the total active metal, the amount of heat generation was much lower than that of high SNG yield. Low.

따라서 Fe 단일금속 촉매의 경우, CO to CO2 전환율이 높아, SNG 수율이 낮기 때문에 SNG 합성용 촉매로서 적합하지 않으며, 활성메탈 중 Co의 비율이 40% 이상일 경우, 높은 CH4 선택도 및 낮은 C2-C4 선택도로 인하여, 발열량이 낮아지기 때문에, 고열량 SNG의 합성에는 적합하지 않다.Therefore, in the case of the Fe single metal catalyst, the conversion of CO to CO 2 is high and the yield of SNG is low. Therefore, when the proportion of Co in active metal is 40% or more, high CH 4 selectivity and low C Due to the choice of 2 to 4 , the amount of heat generated is lowered, so that it is not suitable for the synthesis of a high heat amount SNG.

<실험예 1> Fe-Co 촉매의 Cobalt ferrite 및 iron oxide로 인한 고열량 합성천연가스 제조<Experimental Example 1> Production of high-caloric synthetic natural gas by Fe-Co catalyst due to Cobalt ferrite and iron oxide

비교예 1(100Fe-20Al), 실시예 2(90Fe-10Co-20Al), 실시예 3(80Fe-20Co-20Al), 실시예 4(70Fe-30Co-20Al), 비교예 3(50Fe-50Co-20Al), 비교예 4(100Co-20Al)에서 제조된 철-코발트 이종금속 촉매의 X-선 회절분석(XRD), 승온-환원 특성분석(TPR) 및 BET 기공특성분석 결과를 각각 하기 표 4(조성에 따른 Fe-Co 촉매의 ICP 분석 결과), 도 5, 도 6, 도 7, 및 도 8에 나타내었다.20Co-20Al), Example 4 (70Fe-30Co-20Al), and Comparative Example 3 (50Fe-50Co-20Al) (XRD), the temperature-reduction characteristics analysis (TPR) and the BET pore characterization results of the iron-cobalt heterometallic catalyst prepared in Comparative Example 4 (100Co-20Al) The results of ICP analysis of the Fe-Co catalyst according to the composition are shown in Figs. 5, 6, 7, and 8.

SSAa(m2/g)SSA a (m 2 / g) Pore volume(cm3/g)Pore volume (cm 3 / g) Pore size(nm)Pore size (nm) 비교예1Comparative Example 1 93.9893.98 0.210.21 9.119.11 실시예2Example 2 117.84117.84 0.220.22 7.467.46 실시예3Example 3 109.11109.11 0.270.27 10.0310.03 실시예4Example 4 105.89105.89 0.310.31 12.0512.05 비교예3Comparative Example 3 103.09103.09 0.480.48 18.7718.77 비교예4Comparative Example 4 70.2070.20 0.520.52 30.0230.02 a: 비표면적(Specific surface area)  a: Specific surface area

도 5의 XRD 분석 결과, 550℃에서 소성한 촉매 중에서 철만으로 제조된 촉매의 경우 Fe2O3 peak이 관찰되었으며, 코발트만으로 제조된 촉매의 경우 Co3O4이 peak이 관찰되었다. 또한 Fe:Co의 비율이 90:10, 80:20, 70:30인 촉매의 경우 산화 철(Iron oxide) 및 코발트 페라이트 피크(peak)가 관찰되었다. As a result of the XRD analysis of FIG. 5, Fe 2 O 3 peak was observed in the case of the catalyst made of iron alone in the catalyst calcined at 550 ° C., and Co 3 O 4 peak was observed in the catalyst made only of cobalt. Iron oxide and cobalt ferrite peaks were also observed in the case of the catalyst having Fe: Co ratios of 90:10, 80:20 and 70:30.

80Fe-20Co-20Al 촉매를 350℃와 400℃로 수소환원한 촉매의 경우, Fe metal, Co metal, Fe-Co alloy peak이 관찰되었으며, 350℃로 수소환원 한 촉매의 경우, 400℃에서 수소환원 한 촉매에 비해 활성금속의 환원도가 낮아 피크 강도가 낮게 나타났다. Fe metal, Co metal, and Fe-Co alloy peaks were observed in the case of a catalyst in which 80Fe-20Co-20Al catalyst was hydrogenated at 350 ° C and 400 ° C. In the case of a catalyst reduced to 350 ° C, The reduction of the active metal was lower than that of one catalyst and the peak intensity was lower.

도 7의 승온-환원 특성분석(TPR) 결과, 코발트 페라이트가 형성되는 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부인 촉매에서는 Co 의 함량이 증가할수록 코발트 페라이트의 형성이 증가되어 피크가 저온으로 shift되었다.As a result of the temperature-reduction characteristics analysis (TPR) of FIG. 7, in the catalyst having 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight of iron and cobalt forming cobalt ferrite, the formation of cobalt ferrite was increased as the content of Co was increased, Was shifted to low temperature.

도 8의 BET 기공특성 분석 결과, 촉매 중 Co의 함량 증가에 따른 기공성 증가로 인하여 N2 흡착량이 증가하였으며, Hysteresis 분포가 상대압이 높은쪽으로 shift 되었으며, 기공 직경(Pore diameter)의 분포는 높은쪽으로 shift 되는 경향을 나타내었다. 철-코발트 복합촉매의 비표면적은 철 또는 코발트만으로 제조된 촉매의 비표면적과 비교했을 때 더 크게 나타났으며, 기공부피는 Co의 함량이 높아질수록 증가하는 경향을 나타내었다.As a result of analyzing the BET pore characteristics of FIG. 8, the adsorption amount of N 2 was increased due to the increase of porosity due to the increase of the content of Co in the catalyst, the hysteresis distribution shifted toward higher relative pressure and the distribution of pore diameter was higher As shown in Fig. The specific surface area of the iron - cobalt complex catalyst was larger than that of the catalyst prepared only with iron or cobalt, and the pore volume tended to increase as the content of Co increased.

Claims (20)

11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 제조하는 방법에 있어서,
활성금속인 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부이고 스피넬 구조의 코발트 페라이트를 함유하는 Co 및 Fe 함유 촉매 존재 하에, 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스를 제조하는 a단계를 포함하고, a단계에서 메탄의 선택도는 40~80 카본 몰 % 이고, C2-C4 탄화수소의 선택도는 20~60 카본 몰 % 범위이며, C2-C4 탄화수소 중 파라핀의 비율이 90 ~ 100 카본몰 % 범위인 것이 특징인 방법.
A method for producing a synthetic natural gas having a composition capable of exhibiting a high heating value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 ,
Based on 100 parts by weight of iron and cobalt as active metals, 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight of iron and cobalt, respectively, in the presence of Co and Fe-containing catalysts containing cobalt ferrite of spinel structure, Wherein the selectivity of methane in stage a is 40-80 carbon mole% and the selectivity of C2-C4 hydrocarbon is in the range of 20-60 carbon mole% , And the ratio of paraffins in the C2-C4 hydrocarbons ranges from 90 to 100 carbon%.
제1항에 있어서, a단계는 상기 촉매에 의해 Fischer-Tropsh 합성반응 및 메탄화 반응이 동시에 일어나는 것이 특징인 방법.The method of claim 1, wherein step (a) is carried out simultaneously with the Fischer-Tropsh synthesis reaction and the methanation reaction. 제1항에 있어서, 상기 촉매 중 활성금속은 철산화물, 코발트산화물, 철, 코발트, 철-코발트 산화물 및 철-코발트 합금 또는 이의 혼합물인 것이 특징인 방법.The method of claim 1, wherein the active metal in the catalyst is iron oxide, cobalt oxide, iron, cobalt, iron-cobalt oxide and iron-cobalt alloy or mixtures thereof. 제3항에 있어서, 활성금속인 철산화물은 Fe2O3, Fe3O4, 또는 둘다이고, 코발트산화물은 CoO, Co3O4, 또는 둘다인 것이 특징인 방법. The process of claim 3, wherein the iron oxide that is an active metal is Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , Wherein the cobalt oxide is CoO, Co 3 O 4 , or both. 제1항에 있어서, a단계 이전 또는 이후에, 250 ∼ 600 ℃의 온도 범위의 수소 분위기에서 촉매를 환원하는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 방법.3. The method of claim 1, further comprising reducing the catalyst in a hydrogen atmosphere at a temperature ranging from 250 to 600 &lt; 0 &gt; C before or after step a. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 비표면적이 70 내지 120 m2/g이고 기공의 평균입경이 7 내지 30 nm인 것이 특징인 방법.The process according to claim 1, wherein the catalyst has a specific surface area of 70 to 120 m 2 / g and an average particle size of pores of 7 to 30 nm. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 350 ℃, 30 기압 및 6000 ml/gcat·h 공간속도의 반응 조건에서 전환율이 90 ∼ 100 카본 몰% 범위인 것이 특징인 방법.The process according to claim 1, wherein the catalyst has a conversion rate in the range of 90 to 100 carbon mole% under reaction conditions of 350 ° C, 30 atm and 6000 ml / g cat.h space. 삭제delete 제1항에 있어서, 합성천연가스는 메탄 : C2-C4 파라핀 (몰비) = 1 : 0.5 ~ 1인 것이 특징인 방법.The process according to claim 1, wherein the synthetic natural gas is methane: C2-C4 paraffin (molar ratio) = 1: 0.5 to 1. 제1항에 있어서, a단계에서 공급가스(feed gas) 중 H2/CO 비는 1.5 내지 3.5 인 것이 특징인 방법. The process of claim 1, wherein the H 2 / CO ratio in the feed gas in step a is 1.5 to 3.5. 제1항에 있어서, a단계에서 반응 온도는 250 ∼ 400 ℃이고, 반응 압력은 20 ∼ 40 bar이고, 공간속도는 1000 ml/gcat·h ∼ 10000 ml/gcat·h 인 것이 특징인 방법.The method according to claim 1, wherein the reaction temperature in step a is 250 to 400 ° C., the reaction pressure is 20 to 40 bar, and the space velocity is 1000 ml / g cat · h to 10000 ml / g cat · h . 제1항에 있어서, a단계의 일산화탄소 함유 공급가스는 석탄, 바이오매스, 또는 탄소 함유 폐기물을 가스화하여 생산된 합성가스 또는 이로부터 정제된 가스인 것이 특징인 방법.The method according to claim 1, wherein the carbon monoxide-containing feed gas in step a is a syngas produced by gasifying coal, biomass, or carbon-containing waste or purified gas therefrom. 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스 생산용 촉매로서,
활성금속인 철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부이며, 스피넬 구조의 코발트 페라이트를 함유하고, 합성천연가스에 메탄의 선택도는 40~80 카본 몰 % 이고, C2-C4 탄화수소의 선택도는 20~60 카본 몰 % 범위이며, C2-C4 탄화수소 중 파라핀의 비율이 90 ~ 100 카본몰 % 범위인 것이 특징인 Fe 및 Co 함유, FT 합성 및 메탄화 동시 반응용 촉매.
As a catalyst for the production of synthetic natural gas having a composition capable of exhibiting high calorific value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 ,
Iron and cobalt are contained in an amount of 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of iron and cobalt, which are active metals, and contain cobalt ferrite having a spinel structure, Characterized in that the selectivity of C2-C4 hydrocarbons is in the range of 20 to 60 carbon mole% and the proportion of paraffins in C2-C4 hydrocarbon is in the range of 90 to 100 carbon mole% And a catalyst for simultaneous methanation.
제13항에 있어서, 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스 제조용인 것이 특징인 촉매.14. Catalyst according to claim 13 characterized in that it is intended for the production of synthetic natural gas containing methane and C2-C4 paraffins from hydrogen and carbon monoxide. 제13항에 있어서, 활성금속은 철산화물, 코발트산화물, 철, 코발트, 철-코발트 산화물 및 철-코발트 합금 또는 이의 혼합물인 것이 특징인 촉매.14. Catalyst according to claim 13, characterized in that the active metal is iron oxide, cobalt oxide, iron, cobalt, iron-cobalt oxide and iron-cobalt alloy or mixtures thereof. 제15항에 있어서, 활성금속인 철산화물은 Fe2O3, Fe3O4, 또는 둘다이고, 코발트산화물은 CoO, Co3O4, 또는 둘다인 것이 특징인 촉매. The method of claim 15, wherein the active metal of iron oxide is Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, or both, Wherein the cobalt oxide is CoO, Co 3 O 4 , or both. 제13항에 있어서, 상기 촉매는 비표면적이 75 내지 150 m2/g이고 기공의 평균입경이 4 내지 8 nm인 것이 특징인 촉매.14. The catalyst according to claim 13, wherein the catalyst has a specific surface area of 75 to 150 m &lt; 2 &gt; / g and an average pore size of 4 to 8 nm. 제13항에 있어서, 상기 촉매는 350 ℃, 30 기압 및 6000 ml/gcat·h 공간속도의 반응 조건에서 전환율이 90 ∼ 100 카본 몰% 범위인 것이 특징인 촉매.14. Catalyst according to claim 13, characterized in that the catalyst has a conversion of from 90 to 100 carbon% by mol in the reaction conditions of 350 DEG C, 30 atm and 6000 ml / g cat. H space velocity. 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스 생산용 Fe 및 Co 함유 촉매를 제조하는 방법에 있어서,
철과 코발트 100 중량부를 기준으로, 철 및 코발트가 각각 61 내지 99 중량부 및 1 내지 39 중량부가 되도록 Fe계 전구체 및 Co계 전구체를 혼합하여 전구체 용액을 제조하는 제1단계;
침전제와 증류수의 혼합용액을 제조하는 제2단계;
상기 제1단계에서 얻어진 용액을 상기 제2단계에서 얻어진 용액과 혼합하는 제3단계;
상기 제3단계에서 얻어진 혼합용액을 침전여과하는 제4단계; 및
제4단계에서 얻어진 여과물을 건조 및 300 내지 700 ℃에서 소성하여, 스피넬 구조의 코발트 페라이트를 함유하면서 비표면적이 70 내지 120 m2/g이고 기공의 평균입경이 7 내지 30 nm인 촉매를 제조하는 제5단계를 포함하고, 합성천연가스에 메탄의 선택도는 40~80 카본 몰 % 이고, C2-C4 탄화수소의 선택도는 20~60 카본 몰 % 범위이며, C2-C4 탄화수소 중 파라핀의 비율이 90 ~ 100 카본몰 % 범위인 것이 특징인 촉매 제조방법.
1. A method for producing Fe and Co containing catalysts for producing synthetic natural gas having a high heating value of 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 ,
A first step of preparing a precursor solution by mixing an Fe-based precursor and a Co-based precursor so that iron and cobalt are 61 to 99 parts by weight and 1 to 39 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of iron and cobalt;
A second step of preparing a mixed solution of a precipitant and distilled water;
A third step of mixing the solution obtained in the first step with the solution obtained in the second step;
A fourth step of precipitating and filtering the mixed solution obtained in the third step; And
The filtrate obtained in the fourth step is dried and calcined at 300 to 700 ° C to prepare a catalyst containing a cobalt ferrite having a spinel structure, having a specific surface area of 70 to 120 m 2 / g and an average pore size of 7 to 30 nm Wherein the selectivity of methane to synthetic natural gas is 40-80 carbon mole%, the selectivity of C2-C4 hydrocarbon is 20-60 carbon mole%, the ratio of paraffins in C2-C4 hydrocarbon Is in the range of 90 to 100 carbon mole%.
제19항에 있어서, 제4단계에서 얻어진 여과물의 함수율이 50 내지 80 wt%인 것이 특징인 촉매 제조방법.The catalyst production process according to claim 19, wherein the water content of the filtrate obtained in the fourth step is 50 to 80 wt%.
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