KR102142686B1 - Bilayered catalytic reactor and system for producing the synthesis gas using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연가스를 포함하는 반응물로부터 합성가스를 제조하는 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기로서, 상기 반응기는 상기 반응물이 유입되는 측에 구비되는 제1 반응부 및 상기 반응물로부터 제조된 합성가스가 유출되는 측에 구비되는 제2 반응부를 포함하며, 상기 제1 반응부에는 알칼리 처리된 합성가스 제조용 촉매인 제1 촉매가 수용되고, 상기 제2 반응부에는 합성가스 제조용 촉매인 제2 촉매가 수용된 합성가스 제조용 반응기 및 이를 이용한 합성가스 제조 시스템에 관한 것으로, 이중의 촉매층을 구비한 반응기를 제공함으로써 천연가스를 포함하는 반응물이 알칼리 처리된 제1 촉매를 우선 통과 하도록 하여 탄소 침적에 따른 촉매의 비활성화를 방지함과 동시에 알칼리 처리되지 않은 제2 촉매를 통과 하도록 하여 전환율을 상승시킬 수 있다.The present invention is a reactor containing a catalyst for preparing a synthesis gas for producing a synthesis gas from a reactant containing natural gas, wherein the reactor is a first reaction unit provided on the side where the reactant is introduced and the synthesis gas produced from the reactant is discharged It includes a second reaction unit provided on the side, the first reaction unit is a first catalyst, which is an alkali-treated catalyst for syngas production, is accommodated, and the second reaction unit is a synthesis gas, which is a catalyst for synthesis gas production. Reactor for gas production and a synthesis gas production system using the same, by providing a reactor having a double catalyst layer, reactants containing natural gas are first passed through an alkali-treated first catalyst to deactivate catalysts due to carbon deposition. At the same time, the conversion rate can be increased by preventing the second catalyst to pass through the alkali-free treatment.

Description

이중 촉매층 반응기 및 이를 이용한 합성가스 제조 시스템{Bilayered catalytic reactor and system for producing the synthesis gas using the same}Bilayered catalytic reactor and system for producing the synthesis gas using the same}

본 발명은 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기를 이용하여 천연가스를 수증기와 이산화탄소로 동시에 개질하여 합성가스를 제조하는 합성가스 제조 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a syngas production system for producing syngas by simultaneously reforming natural gas into water vapor and carbon dioxide using a reactor containing a catalyst for syngas production.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.Here, background arts related to the present disclosure are provided, and they do not necessarily mean known technologies.

리포밍(reforming) 공정에서 생산되는 합성가스는 수소와 일산화탄소로 구성된 혼합물로서, 주로 암모니아, 메탄올 등과 같은 고가의 화학제품 합성의 반응물로 사용될 수 있다. 또한 차세대 연료인 DME(Dimethylesther) 합성, FT(Fischer-Tropsch) 합성공정의 반응물로써 사용되기 때문에 리포밍 공정은 합성연료 제조에 필수적인 기술이라 볼 수 있다.Syngas produced in the reforming process is a mixture of hydrogen and carbon monoxide, and can be mainly used as a reactant for the synthesis of expensive chemical products such as ammonia and methanol. In addition, since it is used as a reactant of the next-generation fuel DME (Dimethylesther) synthesis and FT (Fischer-Tropsch) synthesis process, the reforming process can be regarded as an essential technology for manufacturing synthetic fuels.

천연가스를 이용한 합성가스를 제조하기 위한 방법으로는 크게 메탄의 수증기 개질반응(steam reforming of methane; SRM), 산소를 이용한 메탄의 부분산화반응(partial oxidation of methane; POM), 메탄의 이산화탄소 개질반응(carbon dioxide reforming of methane; CDR)으로 크게 구분될 수 있으며 각 개질반응으로부터 생성되는 일산화탄소와 수소(H2/CO) 비는 후속 공정에서 최적으로 요구되는 비에 따라서 다르게 사용될 수 있다. As a method for producing synthetic gas using natural gas, steam reforming of methane (SRM), partial oxidation of methane (POM) using oxygen, and carbon dioxide reforming of methane (carbon dioxide reforming of methane; CDR), and the carbon monoxide and hydrogen (H 2 /CO) ratios generated from each reforming reaction can be used differently depending on the optimum ratio required in the subsequent process.

일례로, 강한 흡열반응인 SRM 반응의 경우에는 H2/CO 비가 3 이상으로 얻어 질 수 있어서 수소 생산 및 암모니아 합성반응에 적합한 개질 반응이며, POM 반응의 경우에는 H2/CO 비가 2 정도로 얻어져서 메탄올 합성 반응 및 피셔-트롭쉬 반응에 의한 탄화수소 생성에 유리한 개질반응으로 알려져 있다.For example, in the case of the SRM reaction, which is a strong endothermic reaction, the H 2 /CO ratio can be obtained by 3 or more, so it is a reforming reaction suitable for hydrogen production and ammonia synthesis, and in the case of the POM reaction, the H 2 /CO ratio is obtained to about 2 It is known as a reforming reaction that is advantageous for hydrocarbon synthesis by methanol synthesis reaction and Fischer-Tropsch reaction.

상기의 개별 개질공정은 에너지 및 카본 효율 증대와 함께 적절한 H2/CO비의 유지를 위하여 POM과 SRM이 혼합된 자열개질 반응(auto-thermal reforming; ATR) 및 삼중개질반응(tri-reforming)이라고도 불리우는 POM, SRM 및 CDR의 3가지 개질반응이 혼합된 방법 등이 잘 알려져 있다. 또한, 개질반응의 종류 및 촉매에 따라서 H2/CO 비가 상이한 합성가스를 제조할 수 있으며, 이를 적절하게 이용하는 후속 합성 공정이 변화되는 차별성을 이용한 특허들이 현재 많이 출원되어지고 있는 실정이다[한국특허공개 제2006-0132293호; 한국특허공개 제2005-0051820호].The individual reforming processes are also referred to as auto-thermal reforming (ATR) and tri-reforming in which POM and SRM are mixed to increase energy and carbon efficiency and maintain an appropriate H 2 /CO ratio. A method in which three modified reactions of POM, SRM, and CDR are called is well known. In addition, according to the type and catalyst of the reforming reaction, H 2 /CO ratio can be prepared for different synthesis gases, and patents using differentiation in which the subsequent synthesis process using it is changed are currently being applied [Korea Patent] Publication 2006-0132293; Korean Patent Publication No. 2005-0051820].

한편, 니켈이 촉매활성물질로 사용될 경우에는 반응 과정 중에 생성된 CO가 니켈 표면에 흡착되어서 반응식과 같이 탄소가 침적되는 부두아르(Boudouard) 반응이 일어나게 된다.On the other hand, when nickel is used as a catalytically active material, CO generated during the reaction is adsorbed on the nickel surface, causing a Boudouard reaction in which carbon is deposited as in the reaction formula.

2CO ↔ CO2 + C(coke)2CO ↔ CO 2 + C(coke)

이러한 코크(coke) 형성 반응을 막기 위하여, 과량의 수증기를 공급하여 steam(H2O)과 Methane(CH4)의 비를 3 이상으로 유지하면서, 염기성 금속산화물들(BaO, MgO 등)이나 다양한 금속들을 넣기도 한다. 소형 수소생산용 개질기에사용되는 촉매의 경우에는 표면적이 큰 알루미나 (Al2O3, Alumina)에 촉매활성물질인 귀금속들이 담지되거나, 함침된 형태로 사용되고 있다.In order to prevent such a coke formation reaction, basic steam metal oxides (BaO, MgO, etc.) or various materials are supplied while maintaining the ratio of steam (H 2 O) and Methane (CH 4 ) to 3 or more by supplying excess water vapor. Metals are also added. In the case of a catalyst used in a reformer for small hydrogen production, precious metals, which are catalytically active substances, are supported or impregnated in alumina (Al 2 O 3 , Alumina) having a large surface area.

즉, 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 백금 (Pt), 이리듐 (Ir), 오스뮴(Os) 등과 같은 귀금속들이 지지체인 알루미나에담지 또는 함침된 형태의 촉매가 사용되고 있는데(예를 들어, Ru/Alumina, Rh/Alumina 등), 이렇게 귀금속을 지지체에 담지 또는 함침시켜 사용될 경우에는, 약 1만 시간 이상 개질기를 사용하여도 초기 촉매 성능 또는 활성이 대부분 유지되는 것으로 알려져 있다.That is, a precious metal such as ruthenium (Ru), rhodium (Rh), platinum (Pt), iridium (Ir), osmium (Os) or the like, is used as an alumina support or impregnated catalyst as a support (for example, Ru /Alumina, Rh/Alumina, etc.) When it is used by supporting or impregnating a noble metal on a support, it is known that most of the initial catalyst performance or activity is maintained even with a reformer of about 10,000 hours or more.

니켈계 촉매의 경우, 장시간 사용할 경우 탄소침적에 의한 성능저하가 필연적으로 발생하므로, 이를 해결하기 위해서는 귀금속의 도입을 통한 탄소침적 방지가 반드시 필요하지만, 상기와 같은 귀금속들의 국제가격은 니켈 금속의 국제가격에 비해서 약 100 ~ 1000배 비싸므로, 주요한 촉매 활성물질로 니켈을 사용하면서 탄소침적을 방지하기 위해서 귀금속을 사용할 경우에는, 약 0.5wt% 이하의 소량만으로 귀금속을 사용할 수 밖에 없다. In the case of a nickel-based catalyst, since the performance decrease due to carbon deposition inevitably occurs for a long time, it is necessary to prevent carbon deposition through the introduction of precious metals, but the international price of such precious metals is international Since it is about 100 to 1000 times more expensive than the price, when using a precious metal to prevent carbon deposition while using nickel as the main catalytic active material, it is inevitable to use a precious metal in a small amount of about 0.5 wt% or less.

1. 미국 특허 제6,136,279호1. U.S. Patent No. 6,136,279 2. 미국 특허 제6,525,104호2. US Patent No. 6,525,104 3. 유럽특허 제0450872호3. European Patent No. 0450872 4. 일본국 특개2000-104078호4. Japanese Patent Publication No. 2000-104078 5. 대한민국 특허공개 제10-2004-00651953호5. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2004-00651953

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 우수한 전환율로 제조되는 합성가스의 조성 조절이 용이하고 함과 동시에 촉매의 탄소 침적 현상을 억제할 수 있는 이중의 촉매층이 수용된 반응기 및 이를 이용한 합성가스 제조 시스템을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems as described above, and it is easy to control the composition of the synthetic gas produced at an excellent conversion rate, and at the same time, the reactor containing the double catalyst layer capable of suppressing the carbon deposition phenomenon of the catalyst and syngas production using the same It is to provide a system.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 천연가스를 포함하는 반응물로부터 합성가스를 제조하는 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기로서, 상기 반응기는 상기 반응물이 유입되는 측에 구비되는 제1 반응부 및 상기 반응물로부터 제조된 합성가스가 유출되는 측에 구비되는 제2 반응부를 포함하며, 상기 제1 반응부에는 알칼리 처리된 합성가스 제조용 촉매인 제1 촉매가 수용되고, 상기 제2 반응부에는 합성가스 제조용 촉매인 제2 촉매가 수용된 합성가스 제조용 반응기를 제공한다.The present invention is a reactor containing a catalyst for preparing a synthesis gas for producing a synthesis gas from a reactant containing natural gas, wherein the reactor is a first reaction unit provided on the side where the reactant is introduced and the synthesis gas produced from the reactant is discharged It includes a second reaction unit provided on the side, the first reaction unit is a first catalyst, which is an alkali-treated catalyst for syngas production, is accommodated, and the second reaction unit is a synthesis gas, which is a catalyst for synthesis gas production. A gas production reactor is provided.

또한 상기 반응기는 상기 제1 반응부의 부피가 상기 제2 반응부의 부피에 대하여 1/2배 내지 1.5배로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the reactor is characterized in that the volume of the first reaction portion is 1/2 to 1.5 times the volume of the second reaction portion.

또한 상기 제2 촉매는 적어도 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 지지물질, 적어도 세륨(Ce)을 포함하는 활성촉진물질 및 적어도 니켈(Ni)을 포함하는 활성물질을 포함하고, 상기 촉매의 표면에 노출된 활성물질인 금속 및 활성촉진물질의 산화물의 O2 저장량이 60 내지 70 μmol O2/gcat 인 것을 특징으로 한다.In addition, the second catalyst includes a support material containing at least magnesium (Mg) and aluminum (Al), an active accelerator containing at least cerium (Ce), and an active material containing at least nickel (Ni), and the catalyst It is characterized in that the O 2 storage amount of the active material exposed on the surface of the metal and the oxide of the active accelerator is 60 to 70 μmol O 2 /g cat .

또한 상기 제1 촉매는 성형 촉매의 표면에 알칼리 처리된 촉매인 것을 특징으로 한다. In addition, the first catalyst is characterized in that the catalyst is alkali-treated on the surface of the molding catalyst.

또한 본 발명은 천연가스, 수증기 및 이산화탄소를 포함하는 반응물을 공급 라인을 통해 반응기로 공급하는 반응물 공급부; 및 상기 반응물을 공급받아 합성가스를 제조하는 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기;를 포함하고, 상기 반응기는 상기 반응물 유입되는 측에 구비되는 제1 반응부 및 상기 반응물로부터 제조된 합성가스가 유출되는 측에 구비되는 제2 반응부를 포함하며, 상기 제2 반응부에는 합성가스 제조용 촉매인 제2 촉매가 수용되고, 상기 제1 반응부에는 알칼리 처리된 합성가스 제조용 촉매인 제1 촉매가 수용된 반응기인 합성가스 제조 시스템을 제공한다. In addition, the present invention is a reactant supply unit for supplying a reactant containing natural gas, water vapor and carbon dioxide to the reactor through a supply line; And a reactor containing a catalyst for syngas production for receiving the reactant and preparing syngas, wherein the reactor includes a first reaction unit provided at the reactant inlet side and a synthetic gas prepared from the reactant outlet. It includes a second reaction unit provided in, the second reaction unit is a second catalyst, which is a catalyst for syngas production, is accommodated, and the first reaction unit is a reactor, which is a first catalyst, which is an alkali-treated catalyst for synthesis gas production. Provide a gas production system.

또한 상기 공급 라인과 구별되는 연료 라인을 통해 연료용 가스 및 발화용 공기를 포함하는 연료를 공급하는 연료 공급부;를 더 포함하고, 상기 반응기 전단에 상기 반응물 및 상기 연료와 열교환이 이루어지는 열교환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a fuel supply unit for supplying fuel including gas for fuel and air for ignition through a fuel line distinct from the supply line; further comprising, a heat exchange unit for heat exchange with the reactant and the fuel in front of the reactor; It is characterized by further including.

또한 상기 열교환부는 상기 반응물의 온도를 700 내지 800℃로 승온시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the heat exchange unit is characterized in that the temperature of the reactant is raised to 700 to 800 ℃.

또한 상기 열교환부는 상기 연료의 온도를 300 내지 400℃로 승온시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the heat exchange unit is characterized in that the temperature of the fuel is raised to 300 to 400 ℃.

본 발명은 이중의 촉매층을 구비한 반응기를 제공함으로써 천연가스를 포함하는 반응물이 알칼리 처리된 제1 촉매를 우선 통과 하도록 하여 탄소 침적에 따른 촉매의 비활성화를 방지하고, 흡열반응을 줄임으로써 반응기 상단에서 리포밍 반응이 집중적으로 발생되는 것을 방지함과 동시에 알칼리 처리되지 않은 제2 촉매를 통과하도록 하여 전환율을 상승시킬 수 있다. The present invention provides a reactor having a double catalyst layer so that a reactant containing natural gas first passes through an alkali-treated first catalyst to prevent deactivation of the catalyst due to carbon deposition, and reduce endothermic reaction at the top of the reactor. The conversion can be increased by preventing the reforming reaction from occurring intensively and at the same time passing the second catalyst that is not alkali-treated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 제조 시스템의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실험예에 상용하는 벤치 규모급 합성가스 제조 시스템 구성도를 나타낸 것이다.
1 is a block diagram of a syngas production system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the configuration of a bench-scale synthesis gas production system used in the experimental example of the present invention.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.Before describing the present invention in detail below, it is understood that the terms used herein are only for describing specific embodiments and are not intended to limit the scope of the present invention, which is limited only by the scope of the appended claims. shall. All technical and scientific terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art unless otherwise stated.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.Throughout this specification and claims, the term "comprise, comprises, comprising," unless otherwise stated, means including the recited article, step or group of articles, and steps, and any any other article. It is not meant to exclude a step or group of things or a group of steps.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.On the other hand, various embodiments of the present invention can be combined with any other embodiments, unless otherwise indicated. Any feature indicated as particularly preferred or advantageous may be combined with any other feature or features indicated as preferred or advantageous. Hereinafter, embodiments and effects according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일실시예에 따른 합성가스 제조용 반응기(20)는 천연가스를 포함하는 반응물로부터 합성가스를 제조하는 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기로서, 이중의 촉매층이 수용된 반응기를 제공함으로써 제조되는 합성가스의 조성 조절이 용이함과 동시에 촉매의 탄소 침적 현상을 억제할 수 있는 효과를 제공한다. The reactor 20 for syngas production according to an embodiment of the present invention is a reactor containing a catalyst for syngas production for producing syngas from reactants containing natural gas, and is produced by providing a reactor containing a double catalyst layer. It is easy to control the composition and at the same time provides an effect that can suppress the carbon deposition phenomenon of the catalyst.

천연가스를 포함하는 반응물은 본 발명에 따른 합성가스 제조용 반응기(20)에 충전된 이중의 촉매층을 통과하면서 합성가스로 전환된다. 반응기(20)는 반응물이 유입되는 측에 구비되는 제1 반응부(21) 및 상기 반응물로부터 제조된 합성가스가 유출되는 측에 구비되는 제2 반응부(22)를 포함한다. The reactant containing natural gas is converted into synthetic gas while passing through the double catalyst layer filled in the reactor 20 for syngas production according to the present invention. The reactor 20 includes a first reaction unit 21 provided at a side where the reactants are introduced and a second reaction unit 22 provided at a side where the synthetic gas prepared from the reactants is discharged.

제1 반응부(21)에는 알칼리 처리된 합성가스 제조용 촉매인 제1 촉매가 수용되고, 제2 반응부(22)에는 합성가스 제조용 촉매인 제2 촉매가 수용된다. 이중의 촉매층을 구비한 반응기를 제공함으로써 반응물이 알칼리 처리된 제1 촉매를 우선 통과 하도록 하여 탄소 침적에 따른 촉매의 비활성화를 방지하고, 흡열반응을 줄임으로써 반응기 상단에서 리포밍 반응이 집중적으로 발생되는 것을 방지함과 동시에 알칼리 처리되지 않은 제2 촉매를 통과 하도록 하여 전환율을 상승시킬 수 있다. The first reaction unit 21 accommodates a first catalyst, which is an alkali-treated synthesis gas production catalyst, and the second reaction unit 22 accommodates a second catalyst, which is a synthesis gas production catalyst. By providing a reactor with a double catalyst layer, the reactant first passes through the alkali-treated first catalyst to prevent deactivation of the catalyst due to carbon deposition, and by reducing the endothermic reaction, the reforming reaction is intensively generated at the top of the reactor. At the same time, the conversion rate can be increased by allowing the second catalyst to pass through the alkali-free treatment.

더욱 구체적으로 반응기(20)는 제1 반응부(21)의 부피가 제2 반응부(22)의 부피에 대하여 1/2 배 내지 1.5 배로 구성된다. 제1 반응부(21)의 부피가 제2 반응부(22)의 부피에 대하여 1/2 배 미만인 경우 저활성 반응 부분이 적어 강한 흡열 반응을 제어하기 어려운 문제점이 있고, 1.5 배를 초과하는 경우 저활성 반응이 부분이 길어지기 때문에 반응기(20)의 활성이 낮아지는 문제점이 있다. More specifically, in the reactor 20, the volume of the first reaction unit 21 is 1/2 to 1.5 times the volume of the second reaction unit 22. When the volume of the first reaction unit 21 is less than 1/2 times the volume of the second reaction unit 22, there is a problem in that it is difficult to control a strong endothermic reaction due to a small number of low-active reaction parts, and when it exceeds 1.5 times There is a problem in that the activity of the reactor 20 is lowered because the portion of the low-activity reaction becomes longer.

상기 제2 촉매는 하기 반응식 1 및 반응식 2로 표현되는 메탄(CH4)을 포함하는 천연가스의 수증기 개질반응(Steam reforming of methane; SRM)과, 메탄(CH4)의 이산화탄소(CO2) 개질반응(Carbon dioxide reforming of methane; CDR)을 동시에 수행하는 혼합 개질반응을 수행하여 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하는 합성가스를 제조하는데 이용되는 니켈계 촉매이다. The second catalyst includes steam reforming of methane (SRM) of natural gas containing methane (CH 4 ) represented by the following Reaction Schemes 1 and 2, and carbon dioxide (CO 2 ) reformation of methane (CH 4 ). It is a nickel-based catalyst used to prepare a synthesis gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) by performing a mixed reforming reaction that simultaneously performs a reaction (Carbon dioxide reforming of methane; CDR).

[반응식 1][Scheme 1]

CH4 + H2O = 3H2 + COCH 4 + H 2 O = 3H 2 + CO

[반응식 2][Scheme 2]

CH4 + CO2 = 2H2 + 2COCH 4 + CO 2 = 2H 2 + 2CO

상기 제2 촉매는 활성물질이 표면에 1.3 내지 5.6 % 노출된 촉매로서, 다른 측면에서 설명하면 상기 촉매 표면에 노출된 환원된 금속 활성점 1개당 흡착되는 수소원자(H)의 개수 측정 시 이론 값 (H/Ni=1) 대비 측정 수소흡착량이 1.3 내지 5.6 %인 촉매이다. 성형 촉매 내 산화니켈은 촉매 전처리(환원)과정에서 니켈금속 또는 니켈-알루미나 등으로 전환되는데, 14.3 내지 100%의 촉매에 함유된 니켈이 니켈금속으로 전환되며 이는 각 요소성분의 상호작용에 의존적이다. The second catalyst is a catalyst in which 1.3 to 5.6% of the active material is exposed on the surface. In other aspects, the theoretical value when measuring the number of hydrogen atoms (H) adsorbed per one reduced metal active point exposed on the catalyst surface It is a catalyst with a hydrogen adsorption amount of 1.3 to 5.6% compared to (H/Ni=1). Nickel oxide in the molding catalyst is converted to nickel metal or nickel-alumina, etc. in the catalyst pretreatment (reduction) process, and nickel contained in 14.3 to 100% of the catalyst is converted to nickel metal, which is dependent on the interaction of each component. .

상기 제2 촉매는 활성물질의 산화물, 활성촉진물질의 산화물 및 지지물질의 산화물을 적어도 일부 포함한다. 더욱 구체적으로 상기 활성물질의 전구체 및 활성촉진물질의 전구체에 지지물질을 함침시킨 후 건조 및 소성하여 성형 촉매를 제조함에 있어서 상기 활성물질 및 활성촉진물질이 부분적으로 환원되고 산화됨으로써 촉매 표면에 활성물질인 금속(M1), 활성물질의 산화물(M1O), 활성촉진물질인 금속(M2) 및 활성촉진물질의 산화물(M2O)의 적어도 일부를 노출시키게 된다. 촉매 요소성분의 상호작용에 따라서 활성물질-활성촉진물질(M1-M2), 활성물질-지지물질(M1-S), 활성촉진물질-지지물질(M2-S)의 혼합산화물이 생성될 수 있다. The second catalyst includes at least a part of an oxide of an active material, an oxide of an active accelerator, and an oxide of a support material. More specifically, in preparing a molding catalyst by impregnating a supporting material with the precursor of the active material and the precursor of the active accelerator, drying and firing, the active material and the active accelerator are partially reduced and oxidized, thereby oxidizing the active material on the catalyst surface. At least a part of the phosphorus metal (M 1 ), the oxide of the active material (M 1 O), the metal of the active accelerator (M 2 ) and the oxide of the active accelerator (M 2 O) is exposed. Depending on the interaction of the catalytic component, the active material-active accelerator (M 1 -M 2 ), active material-supporting material (M 1 -S), and active accelerator-supporting material (M 2 -S) mixed oxides Can be generated.

상기 제2 촉매는 상기 활성물질인 금속의 적어도 일부가 촉매 표면에 1.3 내지 5.6% 노출되어 상기 표면에 노출된 적어도 일부의 활성촉진물질의 산화물과 접촉하는 것을 일 특징으로 한다. 상기 활성물질인 금속이 촉매 표면에 1.3% 미만으로 노출되는 경우 촉매 활성이 너무 낮은 문제점이 있고, 5.6% 초과하여 노출되는 경우 촉매 활성이 너무 높아 탄소침적과 소결로 인해 촉매 수명이 감소되는 문제점이 있다. The second catalyst is characterized in that at least a portion of the metal, which is the active material, is exposed to 1.3 to 5.6% of the surface of the catalyst to contact the oxide of at least a part of the active accelerator exposed on the surface. When the metal, which is the active material, is exposed to less than 1.3% on the surface of the catalyst, there is a problem that the catalytic activity is too low, and when it is exposed to more than 5.6%, the catalytic activity is so high that the catalyst life is reduced due to carbon deposition and sintering have.

상기 제2 촉매는 활성물질인 금속(M1)과 활성물질의 산화물(M1O)의 몰비(M1/M1O)가 0.1 내지 1.3인 것을 일 특징으로 한다. 상기 몰비가 0.1 미만인 경우 촉매 활성이 너무 낮은 문제점이 있고, 1.3 초과하는 경우 촉매 활성이 너무 높아 탄소침적과 소결로 인해 촉매 수명이 감소되는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 활성물질 금속(M1)과 활성물질 산화물(M1O)의 몰비(M1/M1O)가 0.8 내지 1.0인 것이 좋다.Wherein the second catalyst is that the metal (M 1) and the molar ratio (M 1 / M 1 O) is 0.1 to 1.3 of the oxide of the active material (M 1 O) active material in one aspect. When the molar ratio is less than 0.1, there is a problem that the catalyst activity is too low, and when it exceeds 1.3, the catalyst activity is too high, resulting in a decrease in catalyst life due to carbon deposition and sintering. More preferably, the molar ratio (M 1 /M 1 O) of the active material metal (M 1 ) and the active material oxide (M 1 O) is preferably 0.8 to 1.0.

상기 제2 촉매는 표면에 노출된 활성물질인 금속(M1)과 활성촉진물질인 금속(M2)의 몰비(M1/M2)가 0.2 내지 2인 것을 일 특징으로 한다. 상기 몰비(M1/M2)가 0.2 미만인 경우 반응 중 활성금속으로 산소공급이 어려워 활성이 낮아지는 문제점이 있고, 2 초과하는 경우 활성 촉진제 금속 산화물이 활성금속을 막거나 분산도를 떨어뜨리는 문제점이 있다. 상기 몰비(M1/M2)가 상기 범위인 경우 반응물에 포함되어 있을 수 있는 피독 물질에 대한 촉매 물질의 저항성이 높을 것으로 생각되며 안정성도 높아져 촉매의 수명도 좋다. The second catalyst is characterized in that the molar ratio of one (M 1 / M 2) of the active material of a metal (M 1) and activity promoting material is a metal (M 2) exposed at the surface it is 0.2 to 2. When the molar ratio (M 1 /M 2 ) is less than 0.2, there is a problem in that it is difficult to supply oxygen to the active metal during the reaction, and thus the activity is lowered. There is this. When the molar ratio (M 1 /M 2 ) is within the above range, it is thought that the resistance of the catalyst material to the poisoning material that may be included in the reactant is high, and the stability is also high, so that the life of the catalyst is good.

상기 활성촉진물질은 산소 저장 능력을 상승시키는 물질로서 촉매에 포함되어 개질 반응 중에 탄소 침적에 의한 촉매의 비활성화를 1차적으로 억제할 수 있다. The active accelerator is a material that increases the oxygen storage capacity, and is included in the catalyst to primarily suppress the deactivation of the catalyst due to carbon deposition during the reforming reaction.

상기 제2 촉매는 평균 기공크기가 18.6 내지 33.5nm인 메조 세공(mesopore) 및 공경이 1nm 이하인 마이크로 세공(micropore)을 포함하는 것을 일 특징으로 한다. 바람직하게는 메조 세공/마이크로 세공 부피비가 92 내지 115인 것을 특징으로 한다. 메조 세공/마이크로 세공 부피비가 너무 낮으면 활성물질 금속의 입자가 커 지지체 표면에서의 분산도가 낮아지는 문제점이 있고, 메조 세공/마이크로 세공 부피비가 너무 높으면 활성물질과 활성촉진물질의 산화물의 근접성이 떨어질 수 있다. The second catalyst is characterized in that it comprises a mesopore (mesopore) having an average pore size of 18.6 to 33.5 nm and a micropore having a pore size of 1 nm or less. Preferably, the mesopore/micropore volume ratio is 92 to 115. If the mesopore/micropore volume ratio is too low, there is a problem that the particles of the active material metal are large and the dispersibility on the surface of the support is low. If the mesopore/micropore volume ratio is too high, the proximity of the oxide of the active material and the active accelerator is high. Can fall.

상기 제2 촉매는 지지물질이 포함된 금속산화물로서 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 결정구조의 지지체를 포함한다. 지지물질은 적어도 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)을 포함하며, 지지체로 형성되는 경우 MgO/Al2O3 중량비가 3/7 내지 7/3인 하이드로탈사이트 결정구조 형태로서 상기 활성물질 및 활성촉진물질이 화학적으로 결합할 수 있는 지지구조를 제공한다.The second catalyst is a metal oxide containing a support material and includes a hydrotalcite crystal structure support. The support material includes at least magnesium (Mg) and aluminum (Al), and when formed as a support, the active material and activity in the form of a hydrotalcite crystal structure having a MgO/Al 2 O 3 weight ratio of 3/7 to 7/3 It provides a supporting structure that can promote chemical bonding.

상기 지지물질이 포함된 금속산화물의 결정크기는 14.4 내지 64.3nm 이다. 금속산화물의 결정크기에 따라서 표면에 존재하는 산점과 염기점의 농도가 변화하는데, 결정크기가 14.4nm 미만인 경우 총 염기점/산점의 농도가 높아져서 촉매 반응활성에 부정적인 영향을 끼치는 문제점이 있고, 64.3nm 초과하는 경우 총 염기점/산점의 농도가 낮아져서 반응 중 탄소침적을 야기하는 문제점이 있다. The crystal size of the metal oxide containing the support material is 14.4 to 64.3nm. Depending on the crystal size of the metal oxide, the concentration of the acid point and the base point existing on the surface changes. When the crystal size is less than 14.4 nm, the concentration of the total base point/acid point increases, which adversely affects the catalytic reaction activity, 64.3 If it exceeds nm, the concentration of the total base point/acid point is lowered, which causes a problem of carbon deposition during the reaction.

상기 제2 촉매는 표면에 노출된 활성물질인 금속 및 활성촉진물질의 금속산화물 산소 저장량이 60 내지 70 μmol O2/gcat 인 적어도 2이상의 홀을 포함하는 형태로 성형된 촉매이다. 상기 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기를 이용하여 천연가스를 수증기와 이산화탄소로 동시에 개질하여 합성가스를 제조하는 합성가스 제조 시스템을 제공함으로써, 산소 저장 능력이 좋기 때문에 탄소 침적에 강하여 복합 리포밍을 하더라도 안정성을 유지할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 바람직하게는 4-hole 형태로 성형된 것이 좋다. The second catalyst is a catalyst formed in a form including at least two holes having a metal oxide oxygen storage amount of 60 to 70 μmol O 2 /g cat as an active material exposed to a surface and a metal. By providing a syngas production system for producing syngas by simultaneously reforming natural gas into water vapor and carbon dioxide using a reactor containing the catalyst for syngas production, it is resistant to carbon deposition and is stable even when compound reforming because it has good oxygen storage capacity. It can provide an effect that can maintain. It is preferably molded into a 4-hole shape.

상기 제2 촉매의 제조방법은 먼저, 적어도 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 지지물질로 형성되는 지지체에 적어도 세륨(Ce)을 포함하는 활성촉진물질의 전구체를 담지하고 동시에 또는 차례로 적어도 니켈(Ni)을 포함하는 활성물질의 전구체를 담지한 혼합물을 제조한다. 이후 100 내지 150℃에서 건조시켜 파우더 형태의 촉매를 얻는다. 물과 상기 파우더 형태의 촉매를 혼합하여 볼밀 작업(ball-milling)을 9 내지 12시간 진행하고, 볼밀된 파우더를 이용하여 스프레이 드라이(spray dry) 공정을 진행한 후 구형의 스프레이 드라이된 파우더를 이용하여 적어도 2 개 이상의 홀(hole)을 갖는 촉매 형상체를 수득한다. 수득된 성형 촉매를 950 내지 1050℃의 온도에서 소성함으로써 상기 물성을 갖는 합성가스 제조용 촉매를 제조할 수 있다.The method of manufacturing the second catalyst is first, by supporting at least a precursor of an active accelerator containing cerium (Ce) on a support formed of a supporting material containing at least magnesium (Mg) and aluminum (Al), and at least simultaneously or sequentially A mixture carrying a precursor of an active material containing nickel (Ni) is prepared. After drying at 100 to 150 ℃ to obtain a catalyst in the form of a powder. The ball-milling process is performed for 9 to 12 hours by mixing the catalyst in the form of water and the powder, and the spray-drying process is performed using the ball-milled powder, followed by the use of a spherical spray-dried powder. Thus, a catalyst-like body having at least two holes is obtained. By firing the obtained molding catalyst at a temperature of 950 to 1050°C, a catalyst for preparing syngas having the above properties can be prepared.

더욱 구체적으로 설명하면, 제2 촉매의 지지체로서 MgO/Al2O3 중량비가 3/7 내지 7/3인 하이드로탈사이트 구조의 Mg-Al 금속산화물을 이용하여 함침법으로 세륨전구체를 이용하여 Ce 금속이 제조된 전체 촉매 무게 대하여 3 내지 20 중량%가 되도록 하고 동시에 니켈 전구체를 이용하여 제조된 전체 촉매 무게 대비 5 내지 20 중량%를 담지한 혼합물을 제조한다. 이후 진공건조기를 이용하여 50 내지 100℃에서 10 내지 15시간 교반한 후에 용매인 물을 제고하고 100 내지 150℃에서 24시간 이상 건조시켜 파우더 형태의 촉매를 얻는다. 물과 상기 파우더 형태의 촉매를 혼합하여 볼밀 작업(ball-milling)을 9 내지 12시간 진행하고, 볼밀된 파우더를 이용하여 스프레이 드라이(spray dry) 공정을 진행한 후 구형의 스프레이 드라이된 파우더를 이용하여 적어도 2 개 이상의 홀(hole)을 갖는 촉매 형상체를 수득한다. 수득된 성형 촉매를 950 내지 1050℃의 온도에서 5 내지 8시간 동안 소성하여 제2 촉매인 Ni-Ce/Mg-Al를 제조한다.More specifically, as a support for the second catalyst, MgO/Al 2 O 3 was used as a precursor of cerium by impregnation using an Mg-Al metal oxide having a hydrotalcite structure having a weight ratio of 3/7 to 7/3. The mixture is prepared so that the metal is 3 to 20% by weight based on the total weight of the prepared catalyst, and at the same time, 5 to 20% by weight based on the total weight of the catalyst prepared using a nickel precursor is prepared. After stirring for 10 to 15 hours at 50 to 100°C using a vacuum dryer, water as a solvent is removed and dried at 100 to 150°C for 24 hours or more to obtain a catalyst in powder form. The ball-milling process is performed for 9 to 12 hours by mixing the catalyst in the form of water and the powder, and the spray-drying process is performed using the ball-milled powder, followed by the use of a spherical spray-dried powder. Thus, a catalyst-like body having at least two holes is obtained. The obtained molding catalyst is calcined at a temperature of 950 to 1050° C. for 5 to 8 hours to prepare Ni-Ce/Mg-Al, a second catalyst.

상기 제1 촉매는 상기 제2 촉매와 동일한 조성(성분 및 함량)의 촉매에 알칼리 처리한 촉매로서, 상기 제2 촉매에 칼륨(Potassium, K), 나트륨(Sodium, Na), 마그네슘(Magnasium, Mg) 또는 칼슘(calcium, Ca)을 포함하는 알칼리 처리한 촉매이다.The first catalyst is a catalyst treated with an alkali of the same composition (component and content) as the second catalyst, potassium (Potassium, K), sodium (Sodium, Na), magnesium (Magnasium, Mg) to the second catalyst ) Or calcium (calcium, Ca) is an alkali-treated catalyst.

상기 제1 촉매는 촉매에 포함된 활성물질에 대하여 알칼리 금속 물질이 10 내지 20 mol.%로 포함된다. 알칼리 물질이 10 mol.% 미만으로 포함되는 경우 촉매활성이 그대로 유지되어 흡열량을 제어할 수 없는 문제점이 있고, 20 mol.% 초과하여 포함되는 경우에는 촉매활성이 매우 낮아지는 문제점이 있다. 바람직하게는 알칼리 물질이 15 mol.% 내지 20 mol.% 로 포함되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 알칼리 처리된 니켈계 촉매에 포함된 니켈(Nickel)에 대하여 칼륨(Potasium)이 15 내지 20 mol.% 으로 포함된 촉매인 것이 좋다.The first catalyst contains 10 to 20 mol.% of an alkali metal material relative to the active material contained in the catalyst. When the alkali material is contained in less than 10 mol.%, the catalytic activity is maintained, and there is a problem that the endothermic amount cannot be controlled, and when it is included in excess of 20 mol.%, the catalytic activity is very low. Preferably, the alkali material is contained in 15 mol.% to 20 mol.%. More preferably, it is preferable that potassium is contained in 15 to 20 mol.% of potassium with respect to nickel contained in the alkali-treated nickel-based catalyst.

상기 제1 촉매는 알칼리 금속이 활성물질과 interation 하면서 활성물질의 active site를 일부 감소시켜 전환율이 감소시키는 영향이 있으나, 이는 리포밍 반응기 상단부에서 흡열 반응을 줄이기 때문에 상단 촉매로서 적합하다. 또한 알칼리계 금속이 담지 될수록 염기점이 많아지기 때문에 CO2 와의 흡착능력 및 activation 능력이 상승되어 탄소 침적양이 감소된다. 그러나 염기점이 너무 많아질 경우, 전환율이 하락하기 때문에 총 염기량이 180 내지 230 μmol CO2/gcat 인 것이 좋다. The first catalyst has an effect of reducing the conversion rate by partially reducing the active site of the active material while the alkali metal interacts with the active material, but it is suitable as a top catalyst because it reduces the endothermic reaction at the top of the reforming reactor. In addition, as the alkali metal is supported, the base point increases, so that the adsorption capacity and activation capacity with CO 2 are increased, thereby reducing the amount of carbon deposition. However, if the base point becomes too large, it is preferable that the total base amount is 180 to 230 μmol CO 2 /g cat because the conversion rate decreases.

알칼리 처리된 촉매는 촉매의 표면 상에 코크의 축적을 방해하고, 코크를 가스화하는 능력에 의해 탄소 침적이 줄어드는 효과가 있지만, 알칼리 금속이 활성물질과 상호작용(interation)하면서 활성점을 일부 감소시키기 때문에 알칼리 처리되지 않은 촉매에 비하여 전환율이 떨어지고, 또한 촉매에 처리된 알칼리 성분의 양이 많아질수록 전환율이 감소하는 것을 발견하였다. 따라서 본 발명에 따른 반응기(20)의 상단인 제1 반응부(21)에 알칼리 처리된 촉매를 수용하여 탄소 침적 현상을 방지하면서 하단인 제2 반응부(22)에 알칼리 처리되지 않은 촉매를 수용하여 전환율이 저하되는 것을 방지하였다. Alkali-treated catalysts have the effect of preventing the accumulation of coke on the surface of the catalyst and reducing the carbon deposition by the ability to gasify the coke, but the alkali metal interacts with the active material to partially reduce the activity point. Therefore, it was found that the conversion rate is lower than that of the catalyst that is not treated with alkali, and the conversion rate decreases as the amount of the alkali component treated in the catalyst increases. Therefore, the alkali-treated catalyst is accommodated in the first reaction unit 21 at the top of the reactor 20 according to the present invention to prevent carbon deposition while accommodating the catalyst that is not alkali-treated in the second reaction unit 22 at the bottom. By doing so, it was prevented that the conversion rate was lowered.

상기 제1 촉매는 제2 촉매인 성형 촉매를 제조한 후, 제조된 성형 촉매를 알칼리 전구체 수용액에 초기 함침(incipient wetness impregnation)하고, 혼합(mixing) 후 100 내지 120℃에서 2시간 내지 4시간 동안 건조(Drying)하고 500 내지 700℃에서 4 내지 6시간 동안 소성(calcination)하여 제조한다. The first catalyst is a second catalyst, after preparing a molding catalyst, the prepared molding catalyst is initially impregnated with an aqueous alkaline precursor solution (incipient wetness impregnation), and after mixing for 2 hours to 4 hours at 100 to 120°C. It is prepared by drying and calcination at 500 to 700°C for 4 to 6 hours.

더욱 구체적인 알칼리 처리 방법을 설명하면, 상기 제조된 제2 촉매를 알칼리 전구체 수용액에 초기 함침 방법(incipient wetness impregnation)을 통해 담지하고 혼합한다. 이때, 알칼리 물질이 성형 촉매의 Ni 금속에 대하여 4 내지 16 mol.%가 되도록 담지한다. 대량 생산법으로 담지할 경우에도 상온에서 1시간 이상 담지 하는 것이 좋다. 이후 상기 담지 및 혼합된 조성물을 100 내지 120℃에서 2시간 이상 건조(Drying)한다. 100℃ 미만으로 건조하는 경우 알칼리 금속 수용액에서 물이 건조되지 못하는 문제점이 있다. 2시간 미만으로 건조하는 경우 성형 촉매 기공 내에 물이 건조 되지 못하는 문제점이 있다. 바람직하게는 105 내지 115℃에서 2시간 내지 3시간 동안 건조하는 것이 좋다. 이후 상기 건조된 조성물을 소성하여 최종 형태의 알칼리 처리된 니켈계 촉매를 얻는 단계로서 500 내지 700℃에서 4 내지 6시간 동안 소성(calcination)한다. 500℃ 미만으로 소성하는 경우 알칼리 금속 전구체에 포함되어 있는 나이트레이트의 분해가 되지 않는 문제점이 있고, 700℃ 초과하여 소성하는 경우 알칼리 금속끼리 뭉쳐짐 현상이 발생 할 수 있는 문제점이 있다. 바람직하게는 550 내지 650℃에서 5 내지 6시간 동안 소성하는 것이 좋다.To describe a more specific alkali treatment method, the prepared second catalyst is supported and mixed in an aqueous alkali precursor solution through an incipient wetness impregnation. At this time, the alkali material is supported to be 4 to 16 mol.% with respect to the Ni metal of the molding catalyst. Even when supporting by mass production method, it is recommended to support at room temperature for more than 1 hour. Then, the supported and mixed composition is dried at 100 to 120°C for 2 hours or more (drying). When drying below 100 ℃, there is a problem that water is not dried in the aqueous alkali metal solution. When drying for less than 2 hours, there is a problem that water is not dried in the pores of the formed catalyst. Preferably, drying is performed at 105 to 115°C for 2 to 3 hours. Subsequently, the dried composition is calcined to obtain a final type of alkali-treated nickel-based catalyst, and calcined at 500 to 700° C. for 4 to 6 hours. When firing below 500°C, there is a problem that the nitrate contained in the alkali metal precursor does not decompose, and when firing above 700°C, there is a problem that the alkali metals may clump together. Preferably it is good to bake for 5 to 6 hours at 550 to 650 ℃.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 합성가스 제조 시스템은 천연가스, 수증기 및 이산화탄소를 포함하는 반응물을 공급 라인을 통해 반응기로 공급하는 반응물 공급부(10) 및 상기 반응물을 공급받아 합성가스를 제조하는 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기(20);를 포함한다. 반응기(20)는 전술한 본 발명에 따른 반응기를 사용한다. 본 발명의 일실시예에 따른 합성가스 제조 시스템의 구성도를 도 1에 나타내었다. Synthetic gas production system according to another embodiment of the present invention is a reactant supply unit 10 for supplying a reactant containing natural gas, water vapor and carbon dioxide to the reactor through a supply line and receiving the reactant to produce a synthesis gas And a reactor 20 containing a catalyst for syngas production. The reactor 20 uses the reactor according to the present invention described above. 1 is a block diagram of a syngas production system according to an embodiment of the present invention.

상기 반응물 공급부(10)는 요구되는 조성의 생성물을 포함하는 합성가스를 얻기 위하여 반응물에 포함된 성분들의 몰비를 조절하여 천연가스를 공급한다. 예를 들어, 상기 이산화탄소는 반응물로 공급되는 천연가스 대비 0.1 내지 0.5 몰비로 공급된다. The reactant supply unit 10 supplies natural gas by adjusting the molar ratio of the components included in the reactant to obtain a synthesis gas containing a product having a desired composition. For example, the carbon dioxide is supplied at a molar ratio of 0.1 to 0.5 compared to natural gas supplied as a reactant.

또한 본 발명에 따른 합성가스 제조 시스템은 상기 공급 라인과 구별되는 연료 라인을 통해 연료용 가스 및 발화용 공기를 포함하는 연료를 공급하는 연료 공급부(30)를 더 포함하고, 상기 반응기(20) 전단에 반응물 및 연료와 열교환이 이루어지는 열교환부(40)를 더 포함한다. 또한 상기 열교환부(40)에서의 열교환 및 반응기(20)에서 필요한 반응열을 제공하는 가열부(50)를 더 포함한다.In addition, the syngas production system according to the present invention further includes a fuel supply unit 30 for supplying fuel including gas for fuel and ignition air through a fuel line distinct from the supply line, and the reactor 20 is sheared. In addition, it further includes a heat exchange unit 40 in which heat exchange is made with reactants and fuel. In addition, it further includes a heating unit 50 that provides heat exchange in the heat exchange unit 40 and reaction heat required in the reactor 20.

상기 열교환부(40)는 보일러 등에서 가열된 열매체와 간접적으로 가열시키는 열교환기로서, 상기 반응물의 온도를 700 내지 800℃로 승온시키고, 상기 combustion air 의 온도를 300 내지 400 ℃로 승온시킨다.The heat exchanger 40 is a heat exchanger indirectly heated with a heating medium heated in a boiler or the like, and the temperature of the reactant is raised to 700 to 800°C, and the temperature of the combustion air is raised to 300 to 400°C.

상기 가열부(50)는 직접적으로 연소, 저항열 등의 발열에 의해 가열시키는 히터로서, 반응기(20)에서 합성가스 제조를 위한 반응 온도 800 ∼ 1000 ℃가 유지되도록 가열한다. The heating unit 50 is a heater that is directly heated by heating such as combustion and resistance heat, and is heated to maintain a reaction temperature of 800 to 1000° C. for syngas production in the reactor 20.

본 발명에 따른 합성가스 제조용 반응기(20)를 이용한 합성가스 제조 시스템을 통해 제조되는 합성가스는 H2/(2CO+3CO2)의 몰 비율이 0.8 내지 1.2로 조절된다. The syngas produced through the syngas production system using the reactor 20 for syngas production according to the present invention has a molar ratio of H 2 /(2CO+3CO 2 ) of 0.8 to 1.2.

실시예 1 - 합성가스 제조용 촉매의 제조Example 1-Preparation of catalyst for syngas production

(1) 성형촉매(제2 촉매)의 제조(1) Preparation of molding catalyst (second catalyst)

먼저, 합성가스 제조용 촉매의 지지체로서 MgO/Al2O3 중량비가 3/7 인 하이드로탈사이트 구조의 Mg-Al 금속산화물인 PURAL MG30(sasol사 제품, 비표면적은 최소 250 m2/g 이상임, 이하, "Mg-Al"이라 함)을 이용하여 함침법으로 세륨아세테이트를 이용하여 Ce 금속이 전체 제조된 촉매 무게 대비 6 중량%가 되도록 하고 동시에 니켈 전구체로서 니켈나이트레이트(Ni(NO3)2·6H2O)를 이용하여 전체 제조된 촉매 무게 대비 15 중량%를 담지하고 진공건조기를 이용하여 70 ℃에서 12시간 교반한 후에 용매인 물을 제거하고 100 ℃의 오븐에서 24시간 이상 건조한 이후, 물과 파우더를 혼합하여 ball-milling 작업을 10시간 진행한다. Ball-milled 파우더를 이용하여 spray dry 공정을 진행한다. 구형의 spray-dried 파우더를 이용하여 4-hole 형태의 촉매를 성형하고, 1000 ℃에 6시간동안 소성하여 최종 촉매인 Ni-Ce/Mg-Al를 제조하였다.First, PURAL MG30, a hydrotalcite-structure Mg-Al metal oxide having a weight ratio of 3/7 of MgO/Al 2 O 3 as a support for a catalyst for syngas production (manufactured by Sasol, has a specific surface area of at least 250 m 2 /g or more, Hereinafter, by using the "Mg-Al") using the cerium acetate by impregnation method so that the Ce metal is 6% by weight compared to the total weight of the prepared catalyst and at the same time nickel nitrate as a nickel precursor (Ni(NO 3 ) 2 After supporting 15% by weight of the total catalyst weight prepared using 6H 2 O) and stirring for 12 hours at 70°C using a vacuum dryer, the solvent water is removed and dried in an oven at 100°C for 24 hours or more, The ball-milling process is performed for 10 hours by mixing water and powder. Spray dry process is performed using ball-milled powder. A 4-hole catalyst was molded using a spherical spray-dried powder, and fired at 1000° C. for 6 hours to prepare a final catalyst, Ni-Ce/Mg-Al.

(2) 알칼리 처리된 촉매(제1 촉매)의 제조(2) Preparation of alkali treated catalyst (first catalyst)

H2O 450g 및 KNO3 77.5 g 수용액에 상기 제조된 NCMA 촉매 2000g을 함침시키고, 혼합 후 110℃에서 2시간 이상 건조시키고 600℃에서 5시간 동안 소성하여 칼륨 처리된 NCMA 촉매(K-NCMA)를 제조하였다. H 2 O 450 g and KNO 3 77.5 g aqueous solution was impregnated with 2000 g of the prepared NCMA catalyst, and after mixing, dried at 110° C. for 2 hours or more and calcined at 600° C. for 5 hours to obtain a potassium treated NCMA catalyst (K-NCMA). It was prepared.

하기 표 1에 나타나는 것과 같이 알칼리의 함량 및 종류를 변경하여 알칼리 처리된 촉매를 제조하였다. Alkali-treated catalyst was prepared by changing the content and type of alkali as shown in Table 1 below.

비교예로서, 상용촉매인 촉매(제조예 10)를 구입하였다.As a comparative example, a catalyst (Production Example 10) as a commercial catalyst was purchased.

처리 성분Treatment ingredients 알칼리 금속 함량(mol.%)Alkali metal content (mol.%) 촉매catalyst 제조예 1Preparation Example 1 -- -- NCMANCMA 제조예 2Preparation Example 2 KK 55 5K-NCMA5K-NCMA 제조예 3Preparation Example 3 KK 1010 10K-NCMA10K-NCMA 제조예 4Preparation Example 4 KK 1515 15K-NCMA15K-NCMA 제조예 5Preparation Example 5 KK 2020 20K-NCMA20K-NCMA 제조예 6Preparation Example 6 KK 3030 30K-NCMA30K-NCMA 제조예 7Preparation Example 7 NaNa 1515 15Na-NCMA15Na-NCMA 제조예 8Preparation Example 8 MgMg 1515 15Mg-NCMA15Mg-NCMA 제조예 9Preparation Example 9 CaCa 1515 15Ca-NCMA15Ca-NCMA 제조예 10Preparation Example 10 -- -- SRM 상용촉매SRM commercial catalyst

실시예 2 - 합성가스 제조용 반응기 구성Example 2-Reactor configuration for syngas production

반응기에 수용된 촉매 구성은 하기 표 2에 나타내었다. 또한 제1 반응부와 제2 반응부의 부피비를 하기 표 2에 나타내었다. The catalyst configuration accommodated in the reactor is shown in Table 2 below. In addition, the volume ratio of the first reaction part and the second reaction part is shown in Table 2 below.

제1 반응부1st reaction part 제2 반응부Second reaction part 부피비Volume ratio 실시예 1Example 1 제조예 3Preparation Example 3 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 실시예 2Example 2 제조예 4Preparation Example 4 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 실시예 3Example 3 제조예 5Preparation Example 5 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 실시예 4Example 4 제조예 7Preparation Example 7 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 실시예 5Example 5 제조예 8Preparation Example 8 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 실시예 6Example 6 제조예 9Preparation Example 9 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 실시예 7Example 7 제조예 3Preparation Example 3 제조예 1Preparation Example 1 1:21:2 실시예 8Example 8 제조예 3Preparation Example 3 제조예 1Preparation Example 1 2:32:3 실시예 9Example 9 제조예 3Preparation Example 3 제조예 1Preparation Example 1 3:23:2 비교예 1Comparative Example 1 제조예 1Preparation Example 1 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 비교예 2Comparative Example 2 제조예 2Preparation Example 2 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 비교예 3Comparative Example 3 제조예 6Preparation Example 6 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 비교예 4Comparative Example 4 제조예 10Preparation Example 10 제조예 1Preparation Example 1 1:11:1 비교예 5Comparative Example 5 제조예 3Preparation Example 3 제조예 1Preparation Example 1 1:31:3 비교예 6Comparative Example 6 제조예 3Preparation Example 3 제조예 1Preparation Example 1 2:12:1 비교예 7Comparative Example 7 제조예 3Preparation Example 3 제조예 1Preparation Example 1 3:13:1

실험예Experimental Example

(1) 메탄(CH4) 및 이산화탄소(CO2)의 전환율 측정(1) Measurement of conversion rate of methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 )

공급부에서 반응물로는 CH4 : CO2 : H2O : N2 의 몰 비를 1 : 0.4 : 1.6 : 1의 비율로 고정하여 반응기로 주입하여 개질반응을 수행하였다. 벤치 반응기는 3개의 히터로 구성되어 있고, 히터들의 온도는 850℃로 설정하였다. 반응기는 내경이 32.52 mm 이고 반응기의 총 길이는 110 cm이다. 반응기 내부에 촉매층은 온도를 지시할 수 있는 T.C.를 설치하였다. 성형된 촉매의 경우, 크기가 2cm 이상으로 벤치 규모 반응기 실험을 위해 4.8 내지 6.4 mm의 크기로 분쇄하였다. 도 3과 같이 실제 촉매층 반응 영역은 66cm 이고, 5개의 온도를 지시할 수 있도록 하였다. As a reactant in the supply part, a molar ratio of CH 4 : CO 2 : H 2 O: N 2 was fixed at a ratio of 1: 0.4: 1.6: 1 and injected into the reactor to perform a reforming reaction. The bench reactor consists of three heaters, and the temperature of the heaters is set to 850°C. The reactor has an inner diameter of 32.52 mm and the total length of the reactor is 110 cm. In the reactor, a catalyst layer was installed with TC to indicate temperature. In the case of the formed catalyst, the size was 2 cm or more and pulverized to a size of 4.8 to 6.4 mm for a bench scale reactor experiment. As shown in Fig. 3, the actual catalyst layer reaction region was 66 cm, and five temperatures were indicated.

표 2와 같은 부피 조성으로 촉매를 개질반응기에 장입하고 700 ℃의 수소(5 부피%H2/N2) 분위기 하에서 3시간 환원 처리한 후에 3개의 히터온도를 850℃, 반응압력 0.5 MPa, 공간속도 5000 L(CH4)/kgcat/hr의 조건에서 반응을 24시간 수행하였으며, 반응이 평형에 도달하고 유지되는 동안 촉매층의 온도를 하기 표 3에 나타내었고, 전환율 측정 결과는 하기 표 4에 나타내었다. After loading the catalyst into the reforming reactor with the volume composition shown in Table 2 and reducing it for 3 hours under a hydrogen (5 vol% H 2 /N 2 ) atmosphere at 700° C., the three heater temperatures are 850° C., the reaction pressure is 0.5 MPa, and space The reaction was carried out for 24 hours at a condition of a rate of 5000 L (CH 4 )/kgcat/hr, and the temperature of the catalyst layer was shown in Table 3 below while the reaction reached and maintained the equilibrium, and the conversion rate measurement results are shown in Table 4 below. Did.

외부제어
(히터 830oC)
External control
(Heater 830 o C)
온도1
(oC)
Temperature 1
( o C)
온도2
(oC)
Temperature 2
( o C)
온도3
(oC)
Temperature 3
( o C)
온도4
(oC)
Temperature 4
( o C)
온도5
(oC)
Temperature 5
( o C)
실시예 1Example 1 720720 746746 784784 799799 812812 실시예 2Example 2 754754 771771 783783 797797 813813 실시예 3Example 3 759759 774774 788788 799799 812812 실시예 4Example 4 750750 770770 780780 794794 809809 실시예 5Example 5 748748 768768 783783 793793 809809 실시예 6Example 6 753753 771771 784784 791791 810810 실시예 7Example 7 748748 759759 781781 793793 813813 실시예 8Example 8 753753 764764 780780 794794 810810 실시예 9Example 9 754754 766766 781781 793793 811811 비교예 1Comparative Example 1 714714 734734 778778 805805 815815 비교예 2Comparative Example 2 717717 740740 781781 803803 815815 비교예 3Comparative Example 3 770770 774774 782782 788788 803803 비교예 4Comparative Example 4 721721 739739 779779 804804 813813 비교예 5Comparative Example 5 729729 739739 778778 799799 812812 비교예 6Comparative Example 6 753753 767767 782782 789789 805805 비교예 7Comparative Example 7 754754 768768 780780 788788 803803

비교예 1의 경우 NCMA 촉매만으로 충진되어 있어 상대적으로 반응성이 높아서 온도1의 온도가 상대적으로 많이 낮고, 비교예 2의 경우 제 1촉매가 5K-NCMA 촉매로 충진되어 있어서 상대적으로 반응성이 높게 유지되어 비교예 1과 비슷한 온도 분포를 보여준다. 비교예 4의 경우, 상용 촉매의 활성이 그대로 보여주고 있어서 온도 1의 온도가 낮은 것을 알 수 있다. 비교예 5의 경우, 제 1촉매인 15K-NCMA 촉매의 부피 비율이 상대적으로 작아서 온도1의 온도가 낮은 것을 확인하였다. 비교예 1, 2, 4 및 5의 경우 온도1의 온도가 상대적으로 낮아서 온도편차가 큰 것을 확인할 수 있다. 비교예 3의 경우, 활성이 낮은 30K-NCMA 촉매를 제 1촉매로 충진할 경우, 낮은 활성으로 인해 온도 분포에는 장점이 있지만, 낮은 활성 제 1 촉매를 충진할 경우 전체 활성이 낮아지는 단점이 있다. 온도 분포를 고르게 유지 하면서도, 평형 전환율에 도달할 수 있을 정도의 활성을 가지는 촉매를 제 1 촉매로 활용해야한다. 본 발명에 따른 실시예들의 경우, 비교적 온도 편차가 작아서 반응열 제어하기에 유리한 것을 확인 할 수 있다. 제1 촉매의 조성으로 반응 초입부의 흡열 반응열을 제어할 수 있으며, 제어된 반응열로 인해 온도 분포 격차를 줄일 수 있다. 이는 실제 리포머 재질의 스트레스를 줄이는데 크게 도움을 줄 수 있다. In the case of Comparative Example 1, only the NCMA catalyst is filled, so the reactivity is relatively high, so the temperature of temperature 1 is relatively low. The temperature distribution similar to that of Comparative Example 1 is shown. In the case of Comparative Example 4, since the activity of the commercial catalyst is shown as it is, it can be seen that the temperature of temperature 1 is low. In the case of Comparative Example 5, the volume ratio of the 15K-NCMA catalyst, which is the first catalyst, was relatively small, confirming that the temperature of Temperature 1 was low. In the case of Comparative Examples 1, 2, 4 and 5, it can be seen that the temperature of temperature 1 is relatively low, so that the temperature deviation is large. In the case of Comparative Example 3, when the low activity 30K-NCMA catalyst is filled with the first catalyst, the temperature distribution is advantageous due to the low activity, but when the low activity first catalyst is filled, the overall activity is lowered. . A catalyst having an activity capable of reaching an equilibrium conversion rate while maintaining a uniform temperature distribution should be utilized as the first catalyst. In the case of the embodiments according to the present invention, it can be confirmed that the temperature deviation is relatively small, which is advantageous for controlling the reaction heat. The composition of the first catalyst can control the heat of endothermic reaction at the entrance of the reaction and reduce the temperature distribution gap due to the controlled heat of reaction. This can greatly help reduce the stress of the actual reformer material.

외부제어
(히터 830oC)
External control
(Heater 830 o C)
CH4 전환율(%)CH 4 conversion rate (%) CO2 전환율(%)CO 2 conversion (%)
실시예 1Example 1 90.790.7 14.814.8 실시예 2Example 2 90.890.8 14.714.7 실시예 3Example 3 90.790.7 14.614.6 실시예 4Example 4 90.790.7 14.614.6 실시예 5Example 5 90.890.8 14.714.7 실시예 6Example 6 90.990.9 14.914.9 실시예 7Example 7 90.790.7 14.414.4 실시예 8Example 8 90.490.4 14.714.7 실시예 9Example 9 90.690.6 14.914.9 비교예 1Comparative Example 1 91.191.1 15.315.3 비교예 2Comparative Example 2 90.990.9 14.814.8 비교예 3Comparative Example 3 89.289.2 13.513.5 비교예 4Comparative Example 4 90.790.7 14.714.7 비교예 5Comparative Example 5 90.690.6 14.814.8 비교예 6Comparative Example 6 89.389.3 13.713.7 비교예 7Comparative Example 7 89.189.1 13.513.5

리포밍 반응의 경우, 온도 의존적인 반응으로서 최하단 온도에 따라 전환율이 변화한다. 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 5는 표 3에서와 같이 온도5가 비슷한 것을 확인할 수 있으며, 표 4에서와 같이 CH4 전환율, CO2 전환율이 유사한 것을 확인할 수 있다. 비교예 6 및 7의 경우, 제 1촉매인 15K-NCMA 촉매의 부피 비율이 상대적으로 높아서 온도5 상대적으로 낮은 것을 확인하였다. 이에 CH4 전환율, CO2 전환율도 상대적으로 가장 낮은 것을 확인할 수 있다. 상대적으로 활성이 낮은 제 1촉매의 부피를 과도하게 설정하게 되면, 하단의 온도5 촉매층 온도가 낮아지게 되고, 이는 곧 리포밍 반응 전체의 전환율을 낮추게 되는 단점이 있다. 따라서 제 1촉매의 부피는 제 2촉매의 부피의 1/2 내지 1.5 배 내외로 유지하는 것이 바람직하다. In the case of a reforming reaction, the conversion rate changes according to the temperature at the bottom as a temperature-dependent reaction. Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 can be confirmed that the temperature 5 is similar, as shown in Table 3, it can be confirmed that the CH 4 conversion rate, CO 2 conversion rate is similar, as shown in Table 4. In the case of Comparative Examples 6 and 7, it was confirmed that the volume ratio of the 15K-NCMA catalyst, which is the first catalyst, was relatively high and the temperature 5 was relatively low. Accordingly, it can be seen that the CH 4 conversion rate and the CO 2 conversion rate are also relatively lowest. When the volume of the first catalyst having a relatively low activity is excessively set, the temperature of the lower temperature 5 catalyst layer is lowered, and this has the disadvantage of lowering the conversion rate of the entire reforming reaction. Therefore, the volume of the first catalyst is preferably maintained at about 1/2 to 1.5 times the volume of the second catalyst.

(2) 탄소 침적 측정(2) Carbon deposition measurement

제1 반응부에 수용된 제1 촉매의 탄소 침적 측정 결과와 제2 반응부에 수용된 제2 촉매의 탄소 침적 측정 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 각 반응부에 수용된 촉매를 대상으로 열중량분석법(Thermo-Gravimetric Analysis, TGA)을 통해 각각의 탄소 침적량을 확인하였다. The results of measuring carbon deposition of the first catalyst accommodated in the first reaction unit and the results of measuring carbon deposition of the second catalyst accommodated in the second reaction unit are shown in Table 5 below. The amount of carbon deposits of each catalyst was confirmed by thermo-Gravimetric Analysis (TGA) for the catalyst accommodated in each reaction unit.

제1 반응부1st reaction part 제2 반응부Second reaction part 부피비Volume ratio 실시예 1Example 1 -- -- 1:11:1 실시예 2Example 2 -- -- 1:11:1 실시예 3Example 3 -- -- 1:11:1 실시예 4Example 4 -- -- 1:11:1 실시예 5Example 5 -- -- 1:11:1 실시예 6Example 6 -- -- 1:11:1 실시예 7Example 7 -- -- 1:21:2 실시예 8Example 8 -- -- 3:23:2 실시예 9Example 9 -- -- 2:32:3 비교예 1Comparative Example 1 -- -- 1:11:1 비교예 2Comparative Example 2 -- -- 1:11:1 비교예 3Comparative Example 3 -- -- 1:11:1 비교예 4Comparative Example 4 3.2 wt%3.2 wt% -- 1:11:1 비교예 5Comparative Example 5 -- -- 1:31:3 비교예 6Comparative Example 6 -- -- 2:12:1 비교예 7Comparative Example 7 -- -- 3:13:1

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects, and the like exemplified in each of the above-described embodiments may be combined or modified for other embodiments by a person having ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 반응물 공급부
20: 반응기
21: 제1 반응부 22:제2 반응부
30: 연료 공급부
40: 열교환부
50: 가열부
10: reactant supply
20: reactor
21: first reaction unit 22: second reaction unit
30: fuel supply
40: heat exchanger
50: heating section

Claims (8)

천연가스를 포함하는 반응물로부터 합성가스를 제조하는 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기로서,
상기 반응기는 상기 반응물이 유입되는 측에 구비되는 제1 반응부 및 상기 반응물로부터 제조된 합성가스가 유출되는 측에 구비되는 제2 반응부를 포함하며,
상기 제1 반응부에는 합성가스 제조용 촉매인 제1 촉매가 수용되고, 상기 제2 반응부에는 합성가스 제조용 촉매인 제2 촉매가 수용되고,
상기 제1 및 제2 촉매는 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 지지물질, 세륨(Ce)을 포함하는 활성촉진물질, 니켈(Ni)을 포함하는 활성물질을 포함하며,
상기 제1 촉매는 표면에서의 탄소침적을 방지하는 알칼리금속, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)을 상기 활성물질에 대하여 10 내지 20mol%로 포함하고,
상기 알칼리금속, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)은 상기 활성물질과 상호작용하여 상기 활성물질의 활성점(active site)을 감소시키며,
상기 세륨(Ce)은 전체 촉매의 6 내지 20wt%로 포함되고,
상기 제2 촉매는 활성물질인 금속(M1)과 활성물질의 산화물(M1O)의 몰비(M1/M1O)가 0.1 내지 1.3이며,
표면에 노출된 활성물질인 금속(M1)과 활성촉진물질인 금속(M2)의 몰비(M1/M2)가 0.2 내지 2인 합성가스 제조용 반응기.
As a reactor containing a synthesis gas production catalyst for producing a synthesis gas from a reactant containing natural gas,
The reactor includes a first reaction unit provided on the side where the reactants are introduced and a second reaction unit provided on the side where synthetic gas prepared from the reactants flows out,
In the first reaction unit, a first catalyst that is a catalyst for syngas production is accommodated, and in the second reaction unit, a second catalyst that is a catalyst for synthesis gas production is accommodated,
The first and second catalysts include a support material including magnesium (Mg) and aluminum (Al), an active accelerator material including cerium (Ce), and an active material including nickel (Ni),
The first catalyst contains alkali metal, magnesium (Mg) or calcium (Ca), which prevents carbon deposition on the surface, in an amount of 10 to 20 mol% with respect to the active material,
The alkali metal, magnesium (Mg) or calcium (Ca) interacts with the active material to reduce the active site of the active material,
The cerium (Ce) is included in 6 to 20 wt% of the total catalyst,
The second catalyst is a molar ratio of the active material of a metal (M 1) and the oxide of the active material (M 1 O) (M 1 / M 1 O) is 0.1 to 1.3,
Reactor for syngas production in which the molar ratio (M 1 /M 2 ) of the active material metal (M 1 ) and the active accelerator metal (M 2 ) exposed to the surface is 0.2 to 2.
제1항에 있어서,
상기 반응기는 상기 제1 반응부의 부피가 상기 제2 반응부의 부피에 대하여 1/2배 내지 1.5배로 구성되는 것을 특징으로 하는 합성가스 제조용 반응기.
According to claim 1,
The reactor is a reactor for syngas production, characterized in that the volume of the first reaction unit is 1/2 to 1.5 times the volume of the second reaction unit.
제2항에 있어서,
상기 제2 촉매의 표면에 노출된 활성물질인 금속 및 상기 활성촉진물질의 산화물의 O2 저장량이 60 내지 70 μmol O2/gcat 이고, 적어도 2이상의 홀을 포함하는 형태로 성형된 촉매인 합성가스 제조용 반응기.
According to claim 2,
Synthesis of a catalyst formed into a form containing at least two or more holes, with an O 2 storage amount of an active material metal exposed on the surface of the second catalyst and an oxide of the active accelerator 60 to 70 μmol O 2 /g cat Reactor for gas production.
제3항에 있어서,
상기 제1 반응부의 온도는 720 ~ 1000℃로 유지되는 합성가스 제조용 반응기.
According to claim 3,
The reactor for syngas production wherein the temperature of the first reaction unit is maintained at 720 to 1000°C.
천연가스, 수증기 및 이산화탄소를 포함하는 반응물을 공급 라인을 통해 반응기로 공급하는 반응물 공급부; 및
상기 반응물을 공급받아 합성가스를 제조하는 합성가스 제조용 촉매가 수용된 반응기;를 포함하고,
상기 반응기는 상기 반응물 유입되는 측에 구비되는 제1 반응부 및 상기 반응물로부터 제조된 합성가스가 유출되는 측에 구비되는 제2 반응부를 포함하며,
상기 제1 반응부에는 합성가스 제조용 촉매인 제1 촉매가 수용되고, 상기 제2 반응부에는 합성가스 제조용 촉매인 제2 촉매가 수용되고,
상기 제1 및 제2 촉매는 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 지지물질, 세륨(Ce)을 포함하는 활성촉진물질, 니켈(Ni)을 포함하는 활성물질을 포함하며,
상기 제1 촉매는 표면에서의 탄소침적을 방지하는 알칼리금속, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)을 상기 활성물질에 대하여 10 내지 20mol%로 포함하고,
상기 알칼리금속, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)은 상기 활성물질과 상호작용하여 상기 활성물질의 활성점(active site)을 감소시키며,
상기 세륨(Ce)은 전체 촉매의 6 내지 20wt%로 포함되고,
상기 제2 촉매는 활성물질인 금속(M1)과 활성물질의 산화물(M1O)의 몰비(M1/M1O)가 0.1 내지 1.3이며,
표면에 노출된 활성물질인 금속(M1)과 활성촉진물질인 금속(M2)의 몰비(M1/M2)가 0.2 내지 2인 합성가스 제조용 반응기인 합성가스 제조 시스템.
A reactant supply unit supplying a reactant containing natural gas, water vapor and carbon dioxide to the reactor through a supply line; And
Includes a reactor containing a catalyst for producing a synthesis gas to produce a synthesis gas receiving the reactant;
The reactor includes a first reaction portion provided on the reactant inlet side and a second reaction portion provided on the side from which the synthetic gas prepared from the reactant flows,
In the first reaction unit, a first catalyst that is a catalyst for syngas production is accommodated, and in the second reaction unit, a second catalyst that is a catalyst for synthesis gas production is accommodated,
The first and second catalysts include a support material including magnesium (Mg) and aluminum (Al), an active accelerator material including cerium (Ce), and an active material including nickel (Ni),
The first catalyst contains alkali metal, magnesium (Mg) or calcium (Ca), which prevents carbon deposition on the surface, in an amount of 10 to 20 mol% with respect to the active material,
The alkali metal, magnesium (Mg) or calcium (Ca) interacts with the active material to reduce the active site of the active material,
The cerium (Ce) is included in 6 to 20 wt% of the total catalyst,
The second catalyst is from 0.1 to 1.3 mole ratio (M1 / M 1 O) of the active material of a metal (M 1) and the oxide of the active material (M 1 O),
The active material of a metal (M 1) and activity promoting material is a metal (M 2) the molar ratio (M 1 / M 2) is from 0.2 to 2 for preparing a synthesis gas reactor, the synthesis gas production system on the surface.
제5항에 있어서,
상기 공급 라인과 구별되는 연료 라인을 통해 연료용 가스 및 발화용 공기를 포함하는 연료를 공급하는 연료 공급부;를 더 포함하고,
상기 반응기 전단에 상기 반응물 및 상기 연료와 열교환이 이루어지는 열교환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성가스 제조 시스템.
The method of claim 5,
It further includes a fuel supply unit for supplying fuel including gas for fuel and ignition air through a fuel line distinct from the supply line;
Synthesis gas production system further comprises a; heat exchange unit to heat exchange with the reactant and the fuel in front of the reactor.
제6항에 있어서,
상기 열교환부는 상기 반응물의 온도를 700 내지 800℃로 승온시키고,
상기 제1 반응부의 온도는 720 ~ 1000 ℃인 합성가스 제조 시스템.
The method of claim 6,
The heat exchange portion is heated to 700 to 800 ℃ temperature of the reactants,
The temperature of the first reaction unit is 720 ~ 1000 ℃ synthesis gas production system.
제6항에 있어서,
상기 열교환부는 상기 연료의 온도를 300 내지 400℃로 승온시키는 것을 특징으로 하는 합성가스 제조 시스템.
The method of claim 6,
The heat exchange unit syngas production system, characterized in that the temperature of the fuel is raised to 300 to 400 ℃.
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