KR20090067430A - 합성가스로부터 수소 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석탄 및 천연가스와 같은 화석연료를 연소하는 과정이나 수증기 개질공정에서 발생하는 배 가스 중 이산화탄소를 이용하여 천연가스를 원료로 공급하는 수증기 개질공정 또는 기타 공정에서 발생하는 합성가스(일산화탄소와 수소를 함유한 가스)로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것으로,
그 구성은 0.1~0.2wt%의 란탄과 0.5~0.7wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑에 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 0.8~1.2로 하고, 상기 반응탑의 온도를 600℃ 이상으로 유지 관리하여 하기 반응식과 같이
CO + H2O = H2 + CO2
일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소를 제조하는 것으로 이루어진다.
천연가스, 합성가스, 개질공정, 반응탑, 니켈촉매

Description

합성가스로부터 수소 제조방법{Method for making hydrogen from composite gas}
본 발명은 석탄 및 천연가스와 같은 화석연료를 연소하는 과정이나 수증기 개질공정에서 발생하는 배 가스 중 이산화탄소를 이용하여 천연가스를 원료로 공급하는 수증기 개질공정 또는 기타 공정에서 발생하는 합성가스(일산화탄소와 수소를 함유한 가스)로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래에 천연가스를 원료로 공급하여 수증기 개질공정에서 개질기에 니켈촉매를 충입하고 그 니켈촉매가 충입된 개질기를 사용하여 수증기와 천연가스 중 메탄과의 화학반응을 이용하여 수소 및 이산화탄소를 제조하고 흡착분리탑을 이용하여 수소를 분리하고 있다.
상기 흡착분리탑에서의 흡착분리과정에서 발생하는 이산화탄소를 함유한 배 가스는 수증기 개질공정에 리턴되어 배 가스가 보유한 현열을 회수한 후 이산화탄소를 함유한 배 가스는 대기중으로 방출됨에 따라 온실가스 배출에 따른 대기오염을 가중시키는 문제점이 있다.
그리고 상기 대기중으로 방출되는 배 가스에는 대부분 다량의 이산화탄소를 함유하 고 있어 지구온난화를 가중시키는 문제점과 동시에 건강을 해치는 주범으로 사회문제화 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로서, 종래 문제시되고 있는 이산화탄소의 대기 방출을 방지하고자 란탄과 백금을 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑에 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 조절하여 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소를 제조하는 합성가스로부터 수소 제조방법을 제공함에 있다..
본 발명의 해결수단은 0.1~0.2wt%의 란탄과 0.5~0.7wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑에 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 0.8~1.2로 하고, 상기 반응탑의 온도를 600℃ 이상으로 유지 관리하여 하기 반응식과 같이
CO + H2O = H2 + CO2
일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소를 제조하는 것으로 이루어진다. 그리고 상기 반응탑의 온도는 600 - 800℃로 유지 관리한다
이상과 같은 본 발명은 석탄 및 천연가스와 같은 화석연료를 연소하는 과정 이나 수증기 개질공정에서 발생하는 배 가스 중 이산화탄소를 이용하여 천연가스를 원료로 공급하는 수증기 개질공정에서 합성가스를 제조함으로써 온실가스 배출을 억제하여 대기오염을 방지함은 물론, 지구온난화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 0.1~0.2wt%의 란탄과 0.5~0.7wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑에 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 0.8~1.2로 하고, 상기 반응탑의 온도를 600℃ 이상으로 유지 관리하여 하기 반응식과 같이
CO + H2O = H2 + CO2
일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소를 제조하는 것을 요지로 한다. 그리고 상기 반응탑의 온도는 600 - 800℃로 함이 바람직하다.
상기에서 합성가스(일산화탄소와 수소를 함유한 가스)중 일산화탄소와 수증기의 비율을 0.8~1.2로 한정하는 이유는 촉매를 충진한 반응탑에서의 화학반응 속도, 촉매표면에의 탄소침적, 촉매의 활성정도 및 촉매의 수명과 밀접한 관계를 가지고 있다.
즉 일산화탄소는 탄소와 산소를 함유하고 있어 일산화탄소와 수증기의 반응이 적절하게 일어나게 되면 일산화탄소는 이산화탄소로 전환되지만, 상기에서 언급한 수치를 벗어나는 경우에는 화학반응 속도 저하, 촉매표면상에의 탄소침적 증가, 촉매 활성정도의 감소 및 촉매의 수명을 떨어뜨리게 된다.
또한 합성가스로부터 수소를 제조하기 위하여 사용되는 촉매로서 0.1~0.2wt%의 란탄과 0.5~0.7wt%의 백금을 함유한 촉매를 사용하는 이유는 상기 합성가스 중에는 일산화탄소 이외에 수소를 함유하고 있어 일산화탄소와 수소와의 반응을 억제하기 위함이다.
일반적으로 사용되는 니켈촉매를 사용하게 되면 합성가스 중에 함유한 불안정한 화합물인 일산화탄소와 수소가 반응하게 되어 메탄을 생성하게 된다.
그러므로 니켈촉매 상의 란탄은 합성가스 중 일산화탄소와 수소와의 화학반응을 억제하는 역할을 하게 되고, 백금은 일산화탄소와 수증기와의 화학반응을 촉진하여 수소를 제조하게 된다.
상기와 같이 촉매 상에 란탄과 백금 함량을 한정하는 이유는 란탄과 백금함량이 증가하게 되면 상기에서 언급한 반응탑의 운전온도가 증가하게 되어 운전비용증가를 초래하게 된다.
또한 니켈촉매의 과도한 활성정도의 증가로 인하여 촉매의 수명이 떨어지게 된다.
이하 본 발명을 실시 예와 비교 예를 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
0.2wt%의 란탄과 0.7wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑을 800℃로 운전하고 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 1.2로 한 결과 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소 전환율은 99%이었다.
[실시예 2]
0.2wt%의 란탄과 0.7wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑을 700℃로 운전하고 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 1.0로 한 결과 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소 전환율은 97%이었다.
[실시예 3]
0.2wt%의 란탄과 0.5wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑을 800℃로 운전하하고, 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 0.8로 한 결과 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소 전환율은 96%이었다.
[비교예 1]
니켈촉매를 충진한 반응탑을 800℃로 운전하고, 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 1.2로 한 결과 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소 전환율은 43%이었다.
[비교예 2]
0.7wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑을 800℃로 운전하고 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 1.2로 한 결과 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소 전환율은 65%이었다.
[비교예 3]
0.2wt%의 란탄을 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑을 800℃로 운전하고, 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 1.2로 한 결과 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소 전환율은 51%이었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 방법 즉 0.1~0.2wt%의 란탄과 0.5~0.7wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑에 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 0.8~1.2로 하고, 상기 반응탑의 온도를 600℃ 이상으로 유지 관리한 결과 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소 전환율이 97% 이상임을 알 수 있어 이산화탄소 배출을 억제할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

  1. 0.1~0.2wt%의 란탄과 0.5~0.7wt%의 백금를 함유한 니켈촉매를 충진한 반응탑에 일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스 중 일산화탄소와 수증기의 비율을 0.8~1.2로 하고, 상기 반응탑의 온도를 600℃ 이상으로 유지 관리하여 하기 반응식과 같이
    CO + H2O = H2 + CO2
    일산화탄소와 수소를 함유한 합성가스로부터 수소를 제조하는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 수소 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응탑의 온도는 600 - 800℃ 임을 특징으로 하는 합성가스로부터 수소 제조방법.
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