KR20090016156A - 일산화탄소 제거용 루테늄 촉매 및 그 활성화방법,이를포함하는 연료처리장치 및 연료전지 - Google Patents

일산화탄소 제거용 루테늄 촉매 및 그 활성화방법,이를포함하는 연료처리장치 및 연료전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스로부터 일산화탄소를 제거하는 반응에 사용되는 루테늄 촉매를 활성화하는 방법으로서, 상기 루테늄 촉매를 산소 함유 산화 가스와 환원 가스를 포함하는 혼합가스를 이용하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법, 그 방법에 따라 활성화된 루테늄 촉매, 이를 포함하는 연료처리장치 및 연료전지 시스템을 제공한다. 본 발명의 활성화 방법에 따르면, 프록스 반응에 대한 촉매 활성이 개선된 루테늄 촉매를 제조할 수 있다. 이 루테늄 촉매를 이용하면, 제조단가가 저렴하면서도 150℃ 이하의 낮은 운전 온도에서도 높은 일산화탄소 제거 능력을 보이는 효과를 갖는다.

Description

일산화탄소 제거용 루테늄 촉매 및 그 활성화방법,이를 포함하는 연료처리장치 및 연료전지{Ruthenium catalyst for carbon monoxide removing, activation method thereof, fuel processor and fuel cell comprising the same}
본 발명은 일산화탄소 제거용 루테늄 촉매 및 그 활성화방법, 이를 포함하는 연료처리장치 및 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 수소와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스로부터 일산화탄소를 제거하기 위해 사용되는 루테늄 촉매의 성능을 향상시키기 위하여 상기 촉매를 활성화하는 방법, 그 방법에 따라 얻은 루테늄 촉매, 이를 포함하는 연료처리장치 및 연료장치에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 연료전지 스택 (stack), 연료처리장치 (FP: fuel processor), 연료탱크, 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며 막-전극 접합체 (MEA: membrane electrode assembly)와 세퍼레이터 (separator 또는 bipolar plate)로 이루어진 단위 셀이 수 내지 수십 개로 적층된 구조를 가진다. 이러한 스택에 수소를 공급하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같은 연료처리장치(10)에서 그 연료원으로부터 수소를 추출하여 스택(20)에 공급하게 된다. 이 연료처리장치(10)의 세부 구성으로는, 탈황기(11)와, 리포머(reformer;12), 버너(13), 물 공급용 펌프(16), 제1,2열교환기(14a)(14b), 그리고 CO 쉬프트기(15a)와 CO 제거기(15b)로 구성된 CO 제거유닛(15) 등이 구비되어 있는데, 상기한 수소 추출 과정은 상기 리포머(12)에서 진행된다.
연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 연료처리장치로 공급하며, 연료처리장치는 연료를 개질 및 정화하여 수소를 발생시키고 그 수소를 스택으로 공급한다. 연료전지 스택에서는 상기 수소를 받아 산소와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.
연료처리장치의 리포머(reformer)는 리포밍 촉매를 이용하여 탄화수소를 개질하게 되는데, 상기 탄화수소는 황 화합물을 함유하는 반면, 상기 리포밍 촉매는 황 화합물에 의해 피독되기 쉽기 때문에 상기 탄화수소를 개질공정에 공급하기 전에 상기 황 화합물을 제거할 필요가 있다. 따라서, 상기 탄화수소는 개질공정에 진입하기 전에 탈황공정을 거치게 된다.
탄화수소는 개질되면서 수소를 생성하지만, 이와 아울러 이산화탄소 및 소량의 일산화탄소를 생성하게 된다.
그런데, 상기 일산화탄소는 연료전지 스택의 전극에 사용되는 촉매에 촉매독으로 작용하기 때문에 개질된 연료를 바로 스택에 공급해서는 아니 되고, 상기 일산화탄소를 제거하는 공정을 거쳐야만 한다. 이 때, 일산화탄소의 함량은 10 ppm 이내로 감소시키는 것이 바람직하다.
일반적으로, 일산화탄소를 제거하는 반응으로는 하기 반응식 1과 같은 고온 및 저온 쉬프트 반응을 이용한다.
[반응식 1]
CO + H2O → CO2 + H2
고온 쉬프트 반응은 400 내지 500℃의 고온에서 이루어지며 200 내지 300℃에서 이루어지는 저온 쉬프트 반응과 함께 순차적으로 수행되는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 반응들을 거치더라도 CO의 함량을 5000 ppm 이하로 감소시키기는 대단히 어렵다.
따라서, 상기와 같은 단점을 보완하기 위해 하기 반응식 2와 같은 소위 프록스 (PROX: preferential oxidation) 반응을 활용한다.
[반응식 2]
CO + 1/2 O2 → CO2
또한 상기 프록스 반응은 고온 영역에서 하기 반응식 3과 같은 부반응인 수소가 산화되어 물이 되는 수소 연소 반응이 일어나므로 이를 억제하기 위하여 촉매활성을 높여 프록스 반응을 저온 영역에서 일어나도록 해야 한다.
2H2 + O2 → 2H2O
상기한 바와 같이 프록스 반응에 높은 활성을 갖는 촉매의 개발에 대한 필요성이 높은 편이다.
상술한 프록스 반응용 촉매로서 백금계 촉매, 루테늄계 촉매, 산화물계 촉매 등이 알려져 있다. 이들의 촉매 활성을 높이기 위하여 촉매를 활성화하는 방법으로는, 수소 환원 방법, 공기중에 하소처리한 후 수소 환원하는 방법 등이 알려져 있다 (미국 특허 6,672,742)
프록스 반응용 백금계 촉매는 활성은 우수하지만 고가라서 일산화탄소 제거 처리 비용이 비싸지므로 경제성이 떨어진다. 그리고 프록스 반응용 산화물계 촉매인 CuO/CeO2 촉매는 제조 단가는 저렴하지만 촉매성능은 낮은 편이다.
한편, 프록스 반응용 루테늄계 촉매는 제조 단가가 백금계 촉매에 비해 싼 편이라서 경제성면에서 유리하다. 그러나 지금까지 알려진 활성화 방법으로 활성화시킨다고 하더라도 촉매 활성이 만족할 만한 수준에 도달하지 못하여 개선의 여지가 많다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 프록스 반응 촉매인 루테늄 촉매의 활성을 개선하는 루테늄 촉매의 활성화하는 방법, 그 방법에 따라 활성화되어 촉매 활성이 개선된 루테늄 촉매, 이를 포함하는 연료 처리 장치 및 연료전지를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 수소와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스로부터 일산화탄소를 제거하는 반응에 사용되는 루테늄 촉매를 활성화하는 방법으로서,
상기 루테늄 촉매를 산소 함유 산화 가스와 환원 가스를 포함하는 혼합가스를 이용하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상술한 방법에 따라 활성화되어,
루테늄 금속과 루테늄 금속 산화물중에서 선택된 하나 이상이 담체에 담지된 담지 촉매인 것을 특징으로 하는 수소와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스로부터 일산화탄소를 제거하는 반응에 사용되는 루테늄 촉매에 의하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 탈황기; 리포머; 시프트기; 및 상술한 루테늄 촉매를 포함하는 CO 제거기를 포함하는 연료처리장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 의하여 이루어진다.
본 발명의 활성화 방법에 따르면, 프록스 반응에 대한 촉매 활성이 개선된 루테늄 촉매를 제조할 수 있다. 이 루테늄 촉매를 이용하면, 제조단가가 저렴하면서도 150℃ 이하의 낮은 운전 온도에서도 높은 일산화탄소 제거 능력을 보이는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따라 수소와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스로부터 일산화탄소를 제거하기 위한 반응 즉, 프록스 반응에 사용되는 루테늄 촉매의 활성화 방법을 포함하는 제조방법을 살펴 보기로 한다.
먼저, 루테늄 전구체를 탈이온수에 용해하고 이를 담체에 함침시킨다.
상기 루테늄 전구체로는 루테늄 질화물, 루테늄 염화물 등을 사용한다. 그리고 상기 탈이온수의 함량은 루테늄 전구체 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 2000 중량부인 것이 바람직하다.
상기 담체로는 Al2O3, TiO2, SiO2, YSZ, ZrO2, Y-ZrO2, ZnO, CuO, CeO2 중에서 선택된 하나 이상을 사용한다.
상기 함침시킨 결과물을 건조하여 루테늄이 담체에 담지된 루테늄 촉매를 제조한다.
상기 건조는 50 내지 150℃에서 실시한다.
이어서, 상기 루테늄 촉매를 산소 함유 산화가스와 환원가스의 혼합가스를 이용하여 열처리하여 활성화시킨다. 이러한 활성화단계에서 루테늄 촉매의 표면이 개질되어 프록스 반응에 보다 향상된 촉매 활성을 갖는다.
본 발명에서 환원가스로는 수소를 이용한다. 그리고 상기 산화가스는 산소를 필수 구성성분으로 하고 물, 이산화탄소 및 일산화탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
상기 산화가스와 환원가스의 혼합 부피비는 10:1 내지 1:1000인 것이 바람직하고, 특히 1:10 내지 1:300인 것이 가장 바람직하다. 만약 산화가스에 대한 환원가스의 부피가 상기 범위를 초과하면 촉매가 과잉 환원)하고, 상기 범위 미만이면 과잉 산화하여 바람직하지 못하다.
본 발명에 있어서, 상기 혼합가스는 상술한 산화가스와 환원가스 이외에 불활성 가스가 일부 포함된다. 이 때 불활성 가스로는 헬륨, 질소 등을 사용하며, 이의 함량은 산소 가스 1 부피부에 대하여 1 내지 50 부피부로 조절한다.
만약 불활성 가스의 함량이 상기 범위를 벗어나면 루테늄 촉매의 활성화 효과가 저하되어 바람직하지 못하다.
산화가스로서 산소, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소의 혼합가스를 사용하는 경우, 물의 부피는 산소 1부피부를 기준으로 하여 1 내지 10 부피부이고, 일산화탄소의 부피는 산소 1부피부를 기준으로 하여 0.5 내지 10 부피부이고, 이산화탄소의 부피부는 산소 1부피부를 기준으로 하여 1 내지 30 부피부이다. 이 때 불활성 가스는 산소 1 부피부를 기준으로 하여 1 내지 50 부피부이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "부피부"(part by volume)는 상대적인 부피를 나타내는 용어로서, 당업자에게 알려진 용어이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 혼합가스는 산소, 수소, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함한다.
상기 혼합가스에서 산소 1 부피부에 대하여, 수소 30 내지 80 부피부, 물 1 내지 3 부피부, 일산화탄소 0.5 내지 3 부피부, 이산화탄소 10 내지 30 부피부인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 산소 1부피부에 대하여 수소 50 부피부, 물 2부피부, 일산화탄소 1부피부, 이산화탄소 20 부피부이고, 불활성 가스인 헬륨은 26 부피부이다.
상기 열처리가 루테늄 환원 가능 최소온도인 100℃ 내지 루테늄 승화온도인 700℃, 특히 150 내지 400℃에서 실시된다. 만약 열처리온도가 700℃를 초과하면 루테늄 소실이 발생하여 바람직하지 못하고, 100℃ 미만이면 루테늄이 미환원하여 바람직하지 못하다.
본 발명에 있어서, 상기 혼합가스의 유량은 10 내지 1000 cc/min, 특히 100cc/min인 것이 바람직하다. 혼합가스의 유량이 상기 범위 미만이면 활성화 효과가 미미하고 상기 범위를 초과하면 처리 용기의 압력이 증가하여 바람직하지 못하다.
본 발명에 있어서, 상술한 혼합가스를 이용한 루테늄 촉매의 활성화하기 이전에, 수소를 이용한 환원하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 수소를 이용한 환원단계를 더 거치게 되면 촉매 표면이 보다 균일한 잇점이 있다.
상술한 과정에 따라 활성화되어 안정화된 루테늄 촉매는 루테늄 금속과 루테늄 금속 산화물중에서 선택된 하나 이상의 활성성분이 담체에 담지된 담지 촉매이다.
상기 담체는 상술한 바와 같이 Al2O3, TiO2, SiO2, YSZ, ZrO2, Y-ZrO2, ZnO, CuO ,CeO2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이다. 그리고 상기 활성성분의 함량은 활성성분과 담체의 총중량인 담지 촉매 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 5 중량부인 것이 바람직하고, 특히 0.5 내지 2 중량부인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 루테늄 촉매는 백금계 촉매와 동등한 수준으로 그 촉매 활성이 개선된다. 따라서 백금계 촉매에 비하여 단가가 저렴하면서도 촉매 활성이 동등하므로 프록스 반응 촉매로서 매우 유용하다.
또한, 본 발명은 상기 루테늄 촉매를 포함하는 일산화탄소 제거 촉매 시스템과 이를 포함하는 연료처리장치를 제공한다. 이하에서는 상기 연료처리장치에 관해 설명한다.
상기 연료처리장치는 탈황기, 리포머, 고온 쉬프트기와 저온 쉬프트기를 포함하는 CO 쉬프트기 및 본 발명에 따른 일산화탄소 제거 촉매를 포함하는 시스템을 포함하는 CO 제거기를 포함할 수 있다.
상기 탈황기는 후속되는 장치 내에 포함된 촉매를 피독시키는 황 화합물을 제거하기 위한 장치로서, 당 업계에 잘 알려진 흡착제를 이용하여 흡착시킬 수도 있고, 수첨탈황공정 (HDS)을 이용할 수도 있다.
상기 리포머는, 연료로서 공급되는 탄화수소를 개질하여 수소 기체를 제조하는 장치로서, 상기 개질 촉매는, 예를 들면, 백금, 루테늄 또는 니켈과 같은 당업계에 잘 알려진 촉매를 이용할 수 있다.
상기 고온 쉬프트기 및 저온 쉬프트기는 연료전지 촉매층을 피독시키는 일산화탄소를 제거하기 위한 장치로서 일산화탄소의 농도를 1% 미만으로 감소시킨다. 상기 쉬프트 반응 촉매는 상기 쉬프트기 내에, 예를 들면, 고정상으로 충전되어 사용될 수 있다. 또한, 상기 고온 쉬프트기와 저온 쉬프트기를 별도로 두지 않고 하나의 쉬프트기로 구성하여 동일한 목적을 달성할 수도 있다.
본 발명에 따른 일산화탄소 제거 촉매 시스템을 포함하는 CO 제거기는 상기 고온 및 저온 쉬프트기를 거친 후의 연료에 있어서, 일산화탄소의 농도를 더욱 저감시키게 되며, 최종 일산화탄소의 농도를 10 ppm 미만으로 감소시키는 역할을 한다. 상기 CO 제거기는 200℃ 이하, 바람직하게는 25℃ 이상 200℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이상 170℃ 이하의 작동온도에서 효율적으로 이산화탄소를 제거할 수 있다.
본 발명의 연료전지는 크게 연료처리장치와 연료전지 스택을 포함한다. 상기 연료처리장치는 앞서 설명한 바와 같이 탈황기, 리포머, 고온 쉬프트기, 저온 쉬프트기 및 본 발명에 따른 일산화탄소 제거 촉매 시스템을 포함하는 CO 제거기를 포함할 수 있다. 상기 연료전지 스택은 단위 연료전지를 여러개 적층하거나 배열하여 이루어질 수 있다. 상기 단위 연료전지는 캐소드, 애노드 및 그 사이에 위치하는 전해질막을 포함하며 분리판을 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
<실시예 1>
질산루테늄 0.1g을 100ml의 탈이온수에 혼합한 후, 여기에서 γ-Al2O3 5g을 교반하여 질산루테늄 용액을 만들었다.
그 후, 상기 건조된 결과물을 하기 과정에 따라 활성화시켰다.
산소 1 부피부, 수소 50 부피부, 물 2 부피부, 일산화탄소 1 부피부, 이산화탄소 20 부피부와 헬륨 가스 26 중량부로 이루어진 혼합가스를 이용하여 300℃에서 열처리하여 활성화된 루테늄 촉매를 제조하였다. 이렇게 얻은 루테늄 촉매에서 활성성분의 함량은 루테늄 촉매 100중량부를 기준으로 하여 1 중량부였고, 상기 혼합가스의 유량은 약 100ml/min이었다.
상기 루테늄 촉매를 일산화탄소 제거 반응기의 유입구에 가까운 쪽부터 차례로 충전한 다음 쉬프트기를 거친 연료 가스 (CO 20부피%, O2 1부피%, H2 50부피%, CO2 20부피%, H2O 2부피% 및 N2 7부피%)를 6000 h-1 공간속도 (ml (가스양)/hr/ml (촉매)) 의 유속으로 작동온도를 달리하여 분당 1 oC씩 온도를 증가하면서 통과시켜 일산화탄소를 제거하였다.
<실시예 2>
루테늄 촉매 활성화 단계 이전에 수소를 이용하여 300℃에서 환원 처리하는 과정을 더 거친 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<실시예 3>
루테늄 촉매로서 알드리치사에서 구입한 0.5 중량% Ru/Al2O3 (5)g 을 사용하고 이를 실시예 1과 같은 방법에 따라 활성화 처리하여, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 일산화탄소 제거를 실시하였다.
<실시예 4>
γ-Al2O3 5g 대신 Y-ZrO2 5g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<실시예 5>
γ-Al2O3 5g 대신 TiO2 5g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<실시예 6>
γ-Al2O3 5g 대신 SiO2 5g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<비교예 1>
루테늄 촉매 활성화시, 건조된 결과물을 300℃에서 공기중에서 열처리한 후, 이를 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 과정을 거친 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<비교예 2>
루테늄 촉매의 활성화가, 건조된 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계, 상기 결과물을 300℃에서 공기중에서 열처리하는 단계,상기 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계를 순차적으로 실시하여 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<비교예 3>
루테늄 촉매의 활성화가, 건조된 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계를 실시하여 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<비교예 4>
루테늄 촉매의 활성화가, 건조된 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계를 2회 실시하여 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<비교예 5>
루테늄 촉매의 활성화가, 건조된 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계, 상기 결과물을 공기중에서 200℃에서 열처리하는 단계, 상기 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계를 실시하여 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<비교예 6>
루테늄 촉매의 활성화가, 건조된 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계, 상기 결과물을 일산화탄소 1부피부, 수소 50 부피부, 불활성가스 49 부피부로 이루어진 혼합가스를 이용하여 300℃에서 열처리하는 단계를 실시하여 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<비교예 7>
루테늄 촉매의 활성화가, 건조된 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계, 상기 결과물을 수소 50 부피부, 불활성가스 50 부피부로 이루어진 혼합가스를 이용하여 300℃에서 열처리하는 단계를 실시하여 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<비교예 8>
루테늄 촉매의 활성화가, 건조된 결과물을 수소를 이용하여 300℃에서 환원처리하는 단계를 실시하여 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
<참고예 1>
질산루테늄 대신에 염화백금산을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 3과 동일한 방법에 따라 실시하였다.
촉매 활성 평가
실시예 2 및 비교예 1-7에 따른 일산화탄소 제거장치를 사용하여 일산화탄소를 처리하였으며 온도에 따른 일산화탄소 전환율을 도 2에 도시하였다. 여기에서 일산화탄소 전환율은 (출구 일산화탄소 농도 분석) 방법에 의하여 평가한다.
도 2에 도시된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따른 촉매 시스템을 사용할 경우, 비교예 1-7의 경우와 달리, 일산화탄소 전환율 100%를 유지할 수 있는 유효 작동 온도는 200℃ 이하에서, 70℃ 이상 범위의 온도 구간을 확보할 수 있었다.
상기 실시예 1, 비교예 3 및 참고예 1에 따른 일산화탄소 제거장치를 사용하여 일산화탄소를 처리하였으며 온도에 따른 일산화탄소 전환율을 도 3에 도시하였다.
도 3을 참조하면, 실시예 1의 경우는 일산화탄소 전환율 100%를 유지할 수 있는 유효 작동 온도가 100-170℃범위의 온도 구간을 확보할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이에 비하여 비교예 3의 경우는 일산화탄소 전환율이 100% 미만인 결과를 나타냈다.
상기 실시예 3 및 비교예 8에 따른 일산화탄소 제거 장치를 사용하여 일산화탄소를 처리하였고, 온도에 따른 일산화탄소 전환율을 조사하여 도 4에 나타내었다.
이를 참조하면, 상용 촉매의 경우에도 활성화 처리를 거치면 CO 제거 활성이 증가됨)을 알 수 있었다.
또한 상기 실시예 4-6에 따른 일산화탄소 제거 장치를 사용하여 일산화탄소를 처리하였고, 온도에 따른 일산화탄소 전환율을 조사하여 도 5-7에 나타내었다.
도 5-7에서 "1" 은 수소 환원 처리후, "2"는 활성화 처리 1회 실시후, "3"는 활성화 처리 2회 처리한 경우에 대한 것이다.
도 5-7을 참조하면, 담체를 변경한 경우에도 활성화처리된 루테늄 촉매를 사용하면 일반적인 수소환원을 거친 촉매보다 동일 온도에서 높은 CO 전환율을 보임 을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
도 1은 연료전지에 공급될 연료를 개질하는 연료개질기의 일반적인 구성을 보인 도면이고,
도 2는 실시예 2 및 비교예 1에 따른 CO 제거기에서 온도 변화에 따른 일산화탄소 전환율을 나타낸 그래프이고,
도 3은 실시예 1 및 비교예 3에 따른 일산화탄소 제거 장치를 사용하여 일산화탄소를 처리하였고, 온도에 따른 일산화탄소 전환율을 나타낸 도면이고,
도 4는 실시예 3 및 비교예 8에 따른 일산화탄소 제거 장치를 사용하여 일산화탄소를 처리하였고, 온도에 따른 일산화탄소 전환율을 나타낸 도면이고,
도 5-7은 실시예 4-6에 따른 일산화탄소 제거 장치를 사용하여 일산화탄소를 처리하였고, 온도에 따른 일산화탄소 전환율을 나타낸 도면이다.

Claims (14)

  1. 수소와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스로부터 일산화탄소를 제거하는 반응에 사용되는 루테늄 촉매를 활성화하는 방법으로서,
    상기 루테늄 촉매를 산소 함유 산화 가스와, 환원 가스를 포함하는 혼합가스를 이용하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 환원가스가 수소인 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 산소 함유 산화가스가,
    산소(O2)와,
    물(H2O), 이산화탄소(CO2) 및 일산화탄소(CO)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산화가스와 환원가스의 혼합 부피비는 10:1 내지 1:1000인 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 혼합가스가,
    산소, 수소, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 혼합가스에서 산소 1 부피부에 대하여
    수소 1 내지 99 부피부, 물 1 내지 20 부피부, 일산화탄소 1 내지 20 부피부, 이산화탄소 1 내지 30 부피부인 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 열처리가 100 내지 700℃에서 실시되는 것을 특징으로하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 루테늄 촉매의 활성화하기 이전에,
    수소를 이용한 환원하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 루테늄 촉매가,
    루테늄 금속과 루테늄 금속 산화물중에서 선택된 하나 이상의 활성성분이 담체에 담지된 담지 촉매인 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 담체가 Al2O3, TiO2, SiO2, YSZ, ZrO2, Y-ZrO2, ZnO, CuO ,CeO2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 활성성분의 함량은 담지 촉매 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는 루테늄 촉매의 활성화 방법.
  12. 제1항 내지 제11항중에서 선택된 하나의 방법에 따라 활성화되어,
    루테늄 금속과 루테늄 금속 산화물중에서 선택된 하나 이상이 담체에 담지된 담지 촉매인 것을 특징으로 하는 수소와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스로부터 일산화탄소를 제거하는 반응에 사용되는 루테늄 촉매.
  13. 탈황기; 리포머; 시프트기; 및 제12항에 따른 루테늄 촉매를 포함하는 CO 제거기를 포함하는 연료처리장치.
  14. 제13항에 따른 연료처리장치를 포함하는 연료전지 시스템.
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