KR102265458B1 - 열전도도가 향상된 합성가스 생산용 촉매 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 합성가스 생성용 촉매에 관한 것으로서, 상기 촉매의 열전도도 및 탄소침적 억제능력을 상승시키고자 한 것이다. 구체적으로 상기 촉매는 알루미나 및 상기 알루미나에 담지된 열전도 물질 및 탄소침적 억제물질을 포함하는 담체와 상기 담체에 담지된 활성 금속을 포함한다.
Description
본 발명은 열전도도가 향상되어 합성가스를 생성하는 개질반응에 대한 촉매활성이 크게 개선된 촉매에 관한 것이다.
탄화수소 물질로부터 합성가스(수소와 일산화 탄소를 포함하는 가스 혼합물)를 제조하기 위한 개질 반응은 수소의 생산, 암모니아, 메탄올 및 피셔-트롭시 합성반응과 같은 다양한 물질을 생산하는 과정의 핵심 요소 중 하나이다.
합성가스의 생산에 있어서 주로 사용되는 개질 반응은 천연가스를 사용하는 수증기 개질 반응이다. 수증기 개질 반응의 화학식은 식(1)과 같다.
CH4 + H2O ↔ 3H2 + CO ----------------------------------------------- (1)
이 반응은 매우 강한 흡열반응이며, 750℃ 내지 1,000℃의 고온 튜블라 반응기 내부에서 이루어진다.
안정적인 개질 반응을 위해서는 촉매의 탄소침적을 억제해야 한다. 이를 위한 방안으로 귀금속 촉매를 사용하는 방법이 있다. 그러나 귀금속은 가격이 매우 비싸며 매장량 또한 제한적이다.
한편 2종 이상의 활성 금속을 사용하여 활성 금속의 분산도를 증가시킴으로써 탄소침적을 억제시킬 수 있다. 조촉매(e.g. 알칼리 금속, 란타나이드(Lanthanide))의 추가는 탄소침적 억제에 효과가 있다. 그러나 알칼리 금속의 경우 고온 공정에서 승화할 가능성이 있기에 후속 공정에 악영향을 미칠 수 있다.
그리고 루이스 염기 성질을 띠는 담체를 사용함으로써 탄소침적을 억제할 수 있다. 대표적인 물질로는 칼슘 알루미네이트 또는 마그네슘 알루미네이트를 사용할 수 있다. 칼슘 알루미네이트의 경우 시멘트를 통해 제조가 가능하다. 주로 사용되는 상용촉매의 담체(e.g. 알루미나, 마그네시아, 실리카 등)의 제조를 위한 원료들은 공급이 제한적이고 전 세계 시멘트의 생산량이 굉장히 많기 때문에 시멘트 특히 고알루미나 시멘트를 촉매 담체로 적용하고자 하는 점은 중요하다.
다만 칼슘 알루미네이트, 마그네슘 알루미네이트와 같은 물질들은 열전전도의 측면에서는 낮은 성능을 나타낸다. 일반적인 튜블라 반응기의 경우 열원이 반응기 외벽으로부터 공급되기 때문에 반응기 중심의 온도와 반응기 외벽의 온도가 차이가 크게 난다. 따라서 촉매의 열전도도가 낮으면 전체적인 반응성이 떨어진다.
열전도도의 향상을 통해 촉매의 성능을 높이는 방법으로는 메탈 폼 지지체, 메탈 모노리스와 같은 열전도도가 높은 물질을 담체로 사용하는 것이 알려져 있다. 그러나 이러한 물질들의 문제점은 활성금속을 정착하기 위한 다공성 물성을 가지고 있지 않다. 또한 이를 극복하기 위해 알루미나졸과 같은 다공성 물질을 표면에 코팅한 뒤 활성 금속을 올리는 경우 장기 내구력에서 취약한 점을 보이며 공정이 추가되기 때문에 비용 역시 상승한다.
최근 세라믹 담체에 알루미늄, 구리, 철과 같은 열전도도를 상승시킬 수 있는 첨가제를 추가하는 방법이 제안되었다. 그러나 고온의 개질 반응기에서는 금속 물질이 세라믹 담체와 반응하여 스피넬 구조를 형성하기 때문에 담체의 물성이 변화하고 그에 따라 열전전도의 상승 효과가 저해된다. 이에 세라믹 담체의 물성을 유지하면서 열전도도를 향상시키는 기술 개발의 필요성이 여전히 존재한다.
본 발명은 열안정성이 뛰어나고, 탄소침적에 대한 저항성이 높으며, 열전도도가 우수한 합성가스 생산용 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산용 촉매는 알루미나 및 상기 알루미나에 담지된 열전도 물질을 포함하는 담체; 및 상기 담체에 담지된 활성 금속;을 포함할 수 있다.
상기 담체는 상기 알루미나에 담지된 알칼리 토금속 알루미네이트계, 란타나이드계 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 더 포함할 수 있다.
상기 알루미나는 보헤마이트(Boehmite)로부터 유래된 것일 수 있다.
상기 열전도 물질은 알루미늄, 구리, 아연, 은, 텅스텐, 탄화 붕소(Boron carbide), 탄화 규소(Silicon carbide), 질화 알루미늄(Aluminium nitride), 질화 규소(Silicon nitride), 질화 붕소(Boron nitride), 붕소화 텅스텐(Tungsten boride), 산화 베릴륨(Beryllium oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있다.
상기 알칼리 토금속 알루미네이트계 물질은 베릴륨(Be) 알루미네이트, 마그네슘(Mg) 알루미네이트, 칼슘(Ca) 알루미네이트, 스트론튬(Sr) 알루미네이트, 바륨(Ba) 알루미네이트, 라듐(Ra) 알루미네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있다.
상기 란타나이드 산화물 물질은 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디움(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀륨(Ho), 어븀(Er), 톨륨(Tm), 이테븀(Yb), 류테튬(Lu) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있다.
상기 담체는 25중량% 내지 95중량%의 알루미나 및 5중량% 내지 75중량%의 열전도 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 담체는 25중량% 내지 75중량%의 알루미나, 5중량% 내지 50중량%의 열전도 물질 및 5중량% 내지 50중량%의 알칼리 토금속 알루미네이트계, 란타나이드계 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군을 포함하는 것일 수 있다.
상기 활성 금속은 니켈을 포함하는 것일 수 있다.
상기 활성 금속은 코발트(Co), 철(Fe), 망간(Mn), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 더 포함할 수 있다.
상기 합성가스 생산용 촉매는 상기 담체 100중량부를 기준으로 상기 활성 금속을 1중량부 내지 40중량부의 함량으로 포함하는 것일 수 있다.
상기 합성가스 생산용 촉매는 분말(Powder) 형태, 구슬(Bead) 형태, 펠릿(Pellet) 형태, 과립(Granule) 형태, 모노리스(Monolith) 형태 및 다공성의 펠릿(Pellet) 형태 중 적어도 어느 하나의 형태의 것일 수 있다.
상기 합성가스 생산용 촉매는 입경이 1mm 내지 20mm인 것일 수 있다.
상기 합성가스 생산용 촉매는 온도가 700℃ 내지 1,000℃이고, 압력이 1atm 내지 30atm인 조건에서 사용되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 촉매는 열안정성이 뛰어나고, 탄소침적에 대한 저항성이 높으며, 열전도도가 우수하기 때문에 수증기 개질 반응에 대한 촉매활성이 높아 합성가스 생산에 적합하다.
본 발명에 따른 촉매는 우수한 촉매 활성과 더불어 촉매 비활성화의 원인이 되는 탄소 침적이 감소되어 장시간 촉매 활성을 유지하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 촉매를 탄화수소의 수증기 개질 반응에 적용하면 수소가 풍부한 합성가스의 제조 효율을 높이면서 빈번한 촉매 재생 과정을 생략할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 실시예3에 따른 촉매의 외형을 찍은 사진이다.
도 2는 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매의 PXRD(Powder X-ray diffraction) 분석 결과이다.
도 3은 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매를 사용하여 반응 온도별 메탄의 수증기 개질 반응을 수행한 결과이다.
도 4는 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매에 대한 TGA(Thermogravimetric analysis) 결과이다.
도 5는 실시예1에 따른 담체의 구형 성형 전 펠릿(Pellet) 형태 압출물의 외형을 찍은 사진이다.
도 2는 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매의 PXRD(Powder X-ray diffraction) 분석 결과이다.
도 3은 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매를 사용하여 반응 온도별 메탄의 수증기 개질 반응을 수행한 결과이다.
도 4는 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매에 대한 TGA(Thermogravimetric analysis) 결과이다.
도 5는 실시예1에 따른 담체의 구형 성형 전 펠릿(Pellet) 형태 압출물의 외형을 찍은 사진이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 목적이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산용 촉매는 탄화수소를 수증기와 동시에 개질하는 수증기 개질 반응에 이용되는 니켈계 촉매로서, 알루미나, 상기 알루미나에 담지된 열전도 물질을 포함하는 담체; 및 상기 담체에 담지된 활성 금속을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 합성가스 생산용 촉매는 상기 담체가 상기 알루미나에 담지된 칼슘 알루미네이트(Calcium aluminate)를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "담지"란 일 성분이 그 지지체가 되는 다른 성분의 표면의 적어도 일부에 화학적 또는 물리적으로 결합 또는 흡착되어 있는 상태를 의미한다.
상기 알루미나는 보헤마이트(Boehmite)일 수 있다. 상기 보헤마이트는 알루미나 3수화물을 공기 중에서 가열 처리 또는 수열 처리함으로써 제조되는 화학적으로 안정적인 알루미나 1수화물이다. 상기 보헤마이트는 탈수 온도가 450℃ 내지 530℃로 높다. 또한 제조 조건을 조정하여 판형 보헤마이트, 침상 보헤마이트, 육각판형 보헤마이트 등 다양한 형상으로 제작할 수 있고, 어스펙트비(Aspect ratio) 또는 입경을 조절할 수 있다. 따라서 상기 보헤마이트는 그 특성을 이용함으로써 다양한 용도에 제공될 수 있다.
상기 열전도 물질은 상기 촉매의 열전도도를 향상시키기 위한 구성으로써, 알루미늄, 구리, 아연, 은, 텅스텐, 탄화 붕소(Boron carbide), 탄화 규소(Silicon carbide), 질화 알루미늄(Aluminium nitride), 질화 규소(Silicon nitride), 질화 붕소(Boron nitride), 붕소화 텅스텐(Tungsten boride), 산화 베릴륨(Beryllium oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 열전도 물질로 상기 알루미나와 반응성이 적은 탄화 규소를 사용할 수 있다.
상기 칼슘 알루미네이트는 상기 촉매의 열안정성 및 탄소침적에 대한 저항성을 향상시키기 위한 구성이다.
상기 칼슘 알루미네이트는 다음과 같이 합성할 수 있다. 고체 알루미나 및/또는 알루미늄 하이드록사이드, 칼슘 알루미네이트 시멘트(Calcium aluminate cement), 및 산화칼슘 및/또는 하이드록사이드를 혼합한다. 혼합물을 물과 혼합한 뒤, 압출물(extrudate) 형태로 형성한다. 상기 압출물의 형태는 과립(Granule) 또는 펠릿(Pellet) 형태일 수 있다. 그 결과물을 약 250℃ 내지 1,400℃의 온도에서 소성하여 세라믹 결합을 형성하고, 고체상태 반응을 통하여 칼슘 알루미네이트를 얻는다. 상기 소성은 단일 또는 다중 단계로 수행될 수 있다. 상기 칼슘 알루미네이트는 분쇄를 통해 입경이 60㎛ 이하인 입자만 담체의 제조에 사용된다.
본 발명은 상기 알루미나에 상기 열전도 물질을 담지시켜 상기 촉매의 열전도도를 크게 향상시킨 상태이므로 상기 칼슘 알루미네이트를 사용하였을 때, 상기 촉매의 열전도도 저하 정도가 미미한 수준이다. 따라서 본 발명에 따르면 열안정성, 탄소침적에 대한 저항성 및 열전도도가 모두 우수한 촉매를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산용 촉매에 있어서, 상기 담체는 상기 알루미나를 25중량% 내지 95중량%의 함량으로 포함하고, 상기 열전도 물질을 5중량% 내지 75중량%의 함량으로 포함하는 것일 수 있다. 상기 열전도 물질의 함량이 5중량% 미만이면 상기 촉매의 열전도도 향상 효과가 미미할 수 있고, 75중량%를 초과하면 상기 알루미나의 함량이 너무 적기 때문에 상기 열전도 물질 및 후술할 활성 금속 등의 다른 성분이 지지될 공간이 충분치 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 합성가스 생산용 촉매에 있어서, 상기 담체는 상기 알루미나를 25중량% 내지 75중량%의 함량으로 포함하고, 상기 열전도 물질을 5중량% 내지 50중량%의 함량으로 포함하며, 상기 칼슘 알루미네이트를 5중량% 내지 50중량%의 함량으로 포함하는 것일 수 있다. 상기 칼슘 알루미네이트의 함량이 5중량% 미만이면 탄소침적에 대한 저항성 향상 효과가 미미할 수 있고, 50중량%를 초과하면 상기 촉매의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 활성 금속은 니켈을 포함할 수 있다. 또한 상기 활성 금속은 니켈과 전이 금속 또는 니켈과 귀금속의 2원 금속일 수 있다. 구체적으로 상기 활성 금속은 니켈; 및 코발트, 철, 망간, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 백금, 이리듐 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속의 2원 금속일 수 있다.
상기 촉매는 상기 담체 100중량부를 기준으로 상기 활성 금속을 1중량부 내지 30중량부의 함량으로 포함하는 것일 수 있다. 상기 활성 금속의 함량이 30중량부를 초과하면 상기 활성 금속의 소결현상과 상기 촉매의 탄소침적을 촉진시킬 수 있고, 1중량부 미만이면 상기 촉매의 활성이 저하될 수 있다.
상기 촉매는 분말(Powder) 형태, 구슬(Bead) 형태, 펠릿(Pellet) 형태 및 과립(Granule) 형태, 모노리스(Monolith) 형태, 다공성의 펠렛(Pellet) 형태 중 적어도 어느 하나의 형태의 것일 수 있다. 또한 상기 촉매는 입경이 1mm 내지 20mm인 것일 수 있다.
상기 촉매는 700℃ 내지 1,000℃의 고온 및 1atm 내지 30atm의 고압 조건에서 운전되는 탄화수소의 수증기 개질 반응 등에 적용될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 합성가스 생산용 촉매에 대하여 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
실시예1
약 120g의 보헤마이트, 40g의 탄화 규소 파우더 및 바인더를 질산 수용액과 혼합한 후 상온에서 24시간 동안 숙성시켰다. 상기 혼합물을 압출 성형 및 그래뉼 성형을 통해 약 1mm 내지 2 mm의 입경을 가지는 압출물로 성형하였다. 상기 압출물을 110℃ 내지 950℃에서 약 8시간 동안 하소하여 BET 표면적이 약 84m2/g이고, 기공부피(질소물리흡착법에 의해 측정됨)가 약 0.29cm3/g인 담체를 얻었다. 상기 담체를 일정 농도의 니켈 나이트레이트 용액에 함침하였다. 상기 담체 100중량부를 기준으로 활성 금속인 니켈이 10중량부의 함량으로 담지되도록 상기 니켈 나이트레이트 용액의 농도를 조절하였다. 함침된 담체를 120℃ 내지 900℃에서 약 8시간 동안 하소하여 촉매를 얻었다. 본 실시예1에 따른 촉매의 물리적 특성은 표 1과 같다.
실시예2
약 100g의 보헤마이트, 100g의 칼슘 알루미네이트 파우더 및 바인더를 질산수용액과 혼합한 후 상온에서 24시간 동안 숙성시켰다. 그 외에는 실시예1과 동일한 방법으로 담체를 제조하였다. 상기 담체의 BET 표면적은 59m2/g이었고, 기공부피는 0.24cm3/g이었다.
참고로 상기 칼슘 알루미네이트 파우더는 다음과 같이 제조하였다. 칼슘 알루미네이트 시멘트, 수산화 알루미늄 및 생석회의 혼합물을 Al/Ca의 비율이 약 3~11이 되도록, 상세하게는 3~9가 되도록 더욱 상세하게는 4~8이 되도록 혼합하였다. 그 혼합물에 1~10중량%의 함량으로 상세하게는 2~6중량%의 바인더를 추가하였다. 그 결과물을 압출기를 통해 약 1mm 내지 2mm의 입경을 갖는 원통형 압출물로 성형하였다. 성형물을 약 110℃에서 약 24시간 동안 건조한 뒤, 110℃ 내지 1,450℃에서 하소하였다. 하소한 성형물의 BET 표면적은 약 1.0m2/g이고, 기공부피는 약 0.005cm3/g이었다. 상기 성형물을 분쇄하여 입경이 230mesh 이하인 것들을 상기 칼슘 알루미네이트 파우더로 사용하였다.
상기 담체에 상기 실시예1과 같은 방법으로 활성 금속인 니켈을 담지하여 촉매를 얻었다. 본 실시예2에 따른 촉매의 물리적 특성은 표 1과 같다.
실시예3
약 50g의 보헤마이트, 50g의 탄화 규소 파우더, 100g의 칼슘 알루미네이트 파우더 및 바인더를 질산 수용액과 혼합한 후 상온에서 24시간 동안 숙성시켰다. 그 외에는 실시예1과 동일한 방법으로 담체를 제조하였다. 상기 담체의 BET 표면적은 24m2/g이었고, 기공부피는 0.09cm3/g이었다.
상기 칼슘 알루미네이트는 상기 실시예2의 것과 동일한 것을 사용하였다.
상기 담체에 상기 실시예1과 같은 방법으로 활성 금속인 니켈을 담지하여 촉매를 얻었다. 도 1은 본 실시예3에 따른 촉매의 외형을 찍은 사진이다. 본 실시예3에 따른 촉매의 물리적 특성은 표 1과 같다.
비교예
약 100g의 보헤마이트 및 바인더를 질산수용액과 혼합한 후 상온에서 24시간 동안 숙성시켰다. 그 외에는 실시예1과 동일한 방법으로 담체를 제조하였다. 상기 담체의 BET 표면적은 106m2/g이었고, 기공부피는 0.38cm3/g이었다.
상기 담체에 상기 실시예1과 같은 방법으로 활성 금속인 니켈을 담지하여 촉매를 얻었다. 본 비교예1에 따른 촉매의 물리적 특성은 표 1과 같다.
| 구분 | 담체의 성분 | BET 표면적[m2/g] | 기공부피[cm3/g] |
| 실시예1 | 보헤마이트, 탄화 규소 | 70.6 | 0.24 |
| 실시예2 | 보헤마이트, 칼슘 알루미네이트 | 43.7 | 0.18 |
| 실시예3 | 보헤마이트, 탄화 규소, 칼슘 알루미네이트 | 19.7 | 0.07 |
| 비교예 | 보헤마이트 | 87.2 | 0.31 |
실험예1
-
PXRD
(Powder X-ray diffraction) 분석 결과
상기 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매에 대한 PXRD 분석을 수행하였다. 그 결과는 도 2와 같다. 이를 참조하면, 실시예1은 니켈 알루미네이트와 탄화 규소에 해당하는 피크가, 실시예2는 니켈 알루미네이트 및 칼슘 알루미네이트에 해당하는 피크가, 실시예3은 니켈 알루미네이트, 탄화 규소 및 칼슘 알루미네이트에 해당하는 피크가 정확하게 발견됨을 알 수 있다.
실험예2
- 반응 온도별 메탄의 수증기 개질 반응 결과
상기 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매를 사용하여 각 온도에서 수증기 개질 반응을 진행한 결과를 분석하였다. 그 결과는 도 3과 같다. 이를 참조하면, 650℃ 내지 850℃의 고온 조건에서 실시예1, 2 및 3에 따른 촉매를 사용하였을 때, 메탄의 전환율이 비교예에 비해 훨씬 높다는 것을 알 수 있다.
실험예3
-
TGA
(
Thermogravimetric
analysis) 결과
상기 실시예1, 2, 3 및 비교예에 따른 촉매에 대한 열중량 분석(TGA)을 실시하였다. 그 결과는 도 4와 같다. 이를 참조하면, 비교예의 경우 700℃ 이상의 고온 조건에서 약 11.4%의 중량이 감소하였음을 알 수 있다. 반면에 실시예1, 2 및 3은 동일한 조건에서 비교예에 비해 중량 감소율이 현저히 줄었으며, 특히 실시예3의 경우 중량의 감소가 없었음을 알 수 있다.
이를 통해 상기 실시예1, 2 및 3에 따른 촉매는 고온의 조건에서도 촉매의 활성이 충분히 유지됨을 확인할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (14)
- 알루미나 25중량% 내지 75중량%, 상기 알루미나에 담지된 열전도 물질 5중량% 내지 50중량% 및 상기 알루미나에 담지된 알칼리 토금속 알루미네이트계, 란타나이드계 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것 5중량% 내지 50중량%를 포함하는 담체; 및
상기 담체에 담지된 활성 금속을 포함하는 합성가스 생산용 촉매. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 알루미나는 보헤마이트(Boehmite)로부터 유래된 것인 합성가스 생산용 촉매. - 제1항에 있어서,
상기 열전도 물질은 알루미늄, 구리, 아연, 은, 텅스텐, 탄화 붕소(Boron carbide), 탄화 규소(Silicon carbide), 질화 알루미늄(Aluminium nitride), 질화 규소(Silicon nitride), 질화 붕소(Boron nitride), 붕소화 텅스텐(Tungsten boride), 산화 베릴륨(Beryllium oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인 합성가스 생산용 촉매. - 제1항에 있어서,
상기 알칼리 토금속 알루미네이트계 물질은 베릴륨(Be) 알루미네이트, 마그네슘(Mg) 알루미네이트, 칼슘(Ca) 알루미네이트, 스트론튬(Sr) 알루미네이트, 바륨(Ba) 알루미네이트, 라듐(Ra) 알루미네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것이고,
상기 란타나이드 산화물 물질은 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디움(Pr), 네오듐(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀륨(Ho), 어븀(Er), 톨륨(Tm), 이테븀(Yb), 류테튬(Lu) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인 합성가스 생산용 촉매. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 활성 금속은 니켈을 포함하는 것인 합성가스 생산용 촉매. - 제8항에 있어서,
상기 활성 금속은 코발트(Co), 철(Fe), 망간(Mn), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 더 포함하는 합성가스 생산용 촉매. - 제1항에 있어서,
상기 합성가스 생산용 촉매는 상기 담체 100중량부를 기준으로 상기 활성 금속을 1중량부 내지 40중량부의 함량으로 포함하는 것인 합성가스 생산용 촉매. - 제1항에 있어서,
상기 합성가스 생산용 촉매는 분말(Powder) 형태, 구슬(Bead) 형태, 펠릿(Pellet) 형태, 과립(Granule) 형태, 모노리스(Monolith) 형태 및 다공성의 펠릿(Pellet) 형태 중 적어도 어느 하나의 형태의 것인 합성가스 생산용 촉매. - 제1항에 있어서,
상기 합성가스 생산용 촉매는 입경이 1mm 내지 20mm인 것인 합성가스 생산용 촉매. - 제1항에 있어서,
상기 합성가스 생산용 촉매는 온도가 700℃ 내지 1,000℃이고, 압력이 1atm 내지 30atm인 조건에서 사용되는 것인 합성가스 생산용 촉매. - 제1항, 제3항 내지 제5항 및 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항의 합성가스 생산용 촉매의 제조방법으로서,
보헤마이트, 열전도 물질 및 알칼리 토금속 알루미네이트계, 란타나이드계 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합물을 압출 성형하는 단계;
압출 성형된 성형체를 하소하여 알루미나 25중량% 내지 75중량%, 상기 알루미나에 담지된 열전도 물질 5중량% 내지 50중량% 및 상기 알루미나에 담지된 알칼리 토금속 알루미네이트계, 란타나이드계 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것 5중량% 내지 50중량%를 포함하는 담체를 얻는 단계; 및
상기 담체에 활성 금속을 담지하는 단계;를 포함하는 합성가스 생산용 촉매의 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190081408A KR102265458B1 (ko) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | 열전도도가 향상된 합성가스 생산용 촉매 |
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| US20050096215A1 (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-05 | Conocophillips Company | Process for producing synthesis gas using stabilized composite catalyst |
| KR101363384B1 (ko) * | 2012-09-28 | 2014-02-14 | 한국과학기술연구원 | 천연가스의 혼합 개질반응용 페롭스카이트 담지촉매 |
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|---|---|---|---|---|
| US20040077496A1 (en) * | 2002-07-26 | 2004-04-22 | Shizhong Zhao | Catalyst |
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-
2019
- 2019-07-05 KR KR1020190081408A patent/KR102265458B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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