KR20130075147A - Copper based catalyst for methane reformation using co2, and the fabrication method thereof - Google Patents

Copper based catalyst for methane reformation using co2, and the fabrication method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20130075147A
KR20130075147A KR1020110143393A KR20110143393A KR20130075147A KR 20130075147 A KR20130075147 A KR 20130075147A KR 1020110143393 A KR1020110143393 A KR 1020110143393A KR 20110143393 A KR20110143393 A KR 20110143393A KR 20130075147 A KR20130075147 A KR 20130075147A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
copper
methane
carbon dioxide
weight
Prior art date
Application number
KR1020110143393A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101308546B1 (en
Inventor
안홍찬
서정권
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020110143393A priority Critical patent/KR101308546B1/en
Publication of KR20130075147A publication Critical patent/KR20130075147A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101308546B1 publication Critical patent/KR101308546B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72Copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/40Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/30Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group III (IIIA or IIIB) of the Periodic Table
    • B01J2523/37Lanthanides
    • B01J2523/3706Lanthanum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/30Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group III (IIIA or IIIB) of the Periodic Table
    • B01J2523/37Lanthanides
    • B01J2523/3712Cerium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/70Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group VII (VIIB) of the Periodic Table
    • B01J2523/72Manganese
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/80Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group VIII of the Periodic Table
    • B01J2523/82Metals of the platinum group
    • B01J2523/821Ruthenium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/80Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group VIII of the Periodic Table
    • B01J2523/82Metals of the platinum group
    • B01J2523/822Rhodium
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

PURPOSE: A copper-based catalyst for reforming methane using carbon dioxide and a fabricating method thereof are provided to fabricate synthetic gas with high content of carbon monoxide. CONSTITUTION: A copper-based catalyst for reforming methane using carbon dioxide is represented by chemical formula, a (X)-b (Cu)-c (Y)/Z. In the chemical formula, X is rhodium (Rh) or ruthenium (Ru); Y is manganese (Mn), lanthanum (La), or cerium (Ce); Z, which is a carrier, is silica (SiO2); a, b, and c are respectively the weight% of X, Cu, and Y with respect to Z; and a is 0.1-1.0 weight%, b is 5.0-20.0 weight%, and c is 5.0-20.0 weight%. [Reference numerals] (AA) Conversion rate (%); (BB) Example 3; (CC) CH4 conversion rate (%); (DD) CO2 conversion rate (%); (EE) Time (hr)

Description

이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매 및 이의 제조방법{Copper based catalyst for methane reformation using CO2, and the fabrication method thereof}Copper based catalyst for methane reforming reaction using carbon dioxide and its preparation method

본 발명은 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a copper catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide and a method for producing the same.

지구의 온난화 현상으로 세계 각국에서 온실가스 감축안이 발표되고 있는 가운데, 대한민국 정부가 온실가스 감축 목표를 2020년 배출전망치 대비 30%로 확정함에 따라, 산업계의 부담이 커지고 있다. 특히, 에너지 다소비업종이자 수출 주력산업인 철강과 자동차, 석유화학업계 등에 타격이 불가피해 보인다. 그러나, 더욱 큰 문제는 이미 국내 기업들의 에너지 효율 수준이 세계 최고라는 점에서 온실가스 감축여력이 제한적인 점이다. 또한, 감축을 위한 수단으로 정부가 규제에 나선다면 기업들이 해외로 공장을 옮기거나, 온실가스 감축에 소비되는 비용 상승으로 인하여 생산차질 문제 또한 발생할 수 있다.As the global warming causes global greenhouse gas reduction proposals to be announced, the government of the Republic of Korea has set the target of reducing greenhouse gas emissions at 30% of the 2020 emission estimate. In particular, it is inevitable that the energy-consuming and export industries, including steel, automobiles, and petrochemicals, will be hit. However, the bigger problem is that domestic companies are already at the world's highest level of energy efficiency, which limits their greenhouse gas reduction. In addition, if the government regulates as a means of reduction, production disruption may also occur due to companies moving their plants overseas or rising costs for greenhouse gas reduction.

이를 해결하는 방안으로 이산화탄소 배출량을 줄이는 것이 아니라 배출되는 이산화탄소를 이용한 자원화 방안이 연구되고 있으며, 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하여 메탄올 합성, 옥소 합성, 피셔 트롭쉬 합성 등 각종 고부가가치의 화학제품의 합성 원료로써 사용하는 공정이 개발된 바 있다.
As a solution to this problem, rather than reducing carbon dioxide emissions, researches are being made on the use of carbon dioxide emissions to produce carbon dioxide and hydrogen from the synthesis gas, and various high value-added products such as methanol synthesis, oxo synthesis, and Fisher Tropsch synthesis. Processes have been developed for use as synthetic raw materials for chemicals.

이러한 합성 가스의 제조는 석탄의 가스화에 의한 방법, 천연 가스 등을 원료로 하는 탄화수소류의 수증기 개질법, 부분산화 개질법 등이 있다. The production of such synthesis gas includes a method by coal gasification, steam reforming of hydrocarbons using natural gas, and the like, partial oxidation reforming, and the like.

그러나, 석탄의 가스화 방법은 고가의 석탄 가스화 가열기와 대규모 플랜트가 요구되며, 수증기 개질법 및 부분산화 개질법은 개질 반응용 기체로 이산화탄소, 산소, 수증기, 또는 이들의 혼합기체를 사용하는 700 내지 1200 ℃의 고온 흡열반응이기 때문에 촉매에 높은 내열성이 요구되는 문제가 있다. However, the coal gasification method requires an expensive coal gasification heater and a large-scale plant, and steam reforming and partial oxidation reforming methods use 700 to 1200 ° C. using carbon dioxide, oxygen, steam, or a mixture thereof as a reforming gas. Because of the high temperature endothermic reaction, there is a problem that high heat resistance of the catalyst is required.

한편, 현재 개질 반응의 촉매로 널리 알려진 니켈계 촉매는 높은 활성을 나타낼 수 있지만, 급격한 코크스(cokes)의 생성으로 인하여 촉매의 안정성이 저하되는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위한 새로운 촉매 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
Meanwhile, nickel-based catalysts, which are widely known as catalysts for reforming reactions, may exhibit high activity, but there is a problem in that the stability of the catalysts is lowered due to the rapid generation of cokes, and there is an urgent need to develop new catalysts to solve these problems. It's happening.

합성 가스의 제조방법 중, 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응은 다른 개질 방법보다 일산화탄소 함량이 매우 높은 합성가스 (H2 : CO = 1 : 1)를 제조할 수 있기 때문에, 제조된 합성가스를 옥소알코올(oxoalcohol), 디메틸에테르(dimethyl ether, DME), 폴리카보네이트(poly carbonate, PC), 아세트산(acetic acid) 등의 고부가가치 화학제품 제조공정에 사용하기 용이하다. 상기 메탄의 이산화탄소 개질 반응은 하기 반응식과 같다.
In the synthesis method of the synthesis gas, the reforming reaction of methane using carbon dioxide can produce a synthesis gas (H 2 : CO = 1: 1) having a higher carbon monoxide content than other reforming methods, so that the prepared synthesis gas is used as oxo alcohol. (oxoalcohol), dimethyl ether (dimethyl ether, DME), polycarbonate (poly carbonate, PC), acetic acid (acetic acid), such as high value-added chemicals are easy to use in the manufacturing process. The carbon dioxide reforming reaction of the methane is shown in the following scheme.

<반응식><Reaction Scheme>

Figure pat00001

Figure pat00001

메탄의 이산화탄소 개질 반응은 상기 반응식을 통해 알 수 있듯이 매우 강한 흡열반응으로, 주어진 온도에서의 이론적 최대 전환율인 평형전환율은 온도가 높아짐에 따라 증가하여 상기 반응은 650 ℃ 이상의 온도에서 반응이 일어나며, 보통 850 ℃의 고온에서 반응이 진행된다. 또한, 상기 반응은 반응기체의 탄소대 수소비가 높아 열 역학적으로 탄소의 형성이 용이하다는 특징이 있어, 상대적으로 낮은 온도에서도 우수한 활성을 보이며, 코크스의 생성과 소결에 의한 비활성화에 강한 촉매의 개발이 요구되고 있다.
The carbon dioxide reforming reaction of methane is a very strong endothermic reaction, as can be seen from the above equation, and the equilibrium conversion rate, which is the theoretical maximum conversion at a given temperature, increases with increasing temperature so that the reaction occurs at a temperature above 650 ° C. The reaction proceeds at a high temperature of 850 ° C. In addition, the reaction is characterized by a high carbon-to-hydrogen ratio of the reactor body is easy to form carbon thermodynamically, showing excellent activity even at a relatively low temperature, the development of a catalyst resistant to the coke generation and deactivation by sintering This is required.

기존의 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 촉매에 대하여 알아보면,Looking at the catalyst for the reforming reaction of methane using conventional carbon dioxide,

[Chem. Lett. , 1953 (1992)] 및 대한민국 공개특허 제10-2001-57530호에서는 산화마그네슘(MgO) 및 산화마그네슘-알루미나(MgO-Al2O3)와 같은 산화마그네슘 담체에 니켈 금속을 담지시켜 메탄의 개질반응용 촉매를 제조한 바 있으며,Chem. Lett. , 1953 (1992)] and Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2001-57530 to modify methane by supporting nickel metal on a magnesium oxide carrier such as magnesium oxide (MgO) and magnesium oxide-alumina (MgO-Al 2 O 3 ). The reaction catalyst was prepared,

[J. Chem. Soc., Chem. Commun., 71 (1995)] 및 [Inter. J. Hydro. Ene. 28 (2003), 1045]에서는 산화란타늄(La2O3)의 담체에 니켈 금속을 담지시켜 촉매를 제조한 바 있다.[J. Chem. Soc., Chem. Commun., 71 (1995) and Inter. J. Hydro. Ene. 28 (2003), 1045, prepared a catalyst by supporting nickel metal on a carrier of lanthanum oxide (La 2 O 3 ).

또한, 대한민국 등록특허 제10-0482646호 및 [A. catal. : A(2005) 200]에서는 세륨 지르코늄 산화물로 구성된 담체표면에 니켈 금속을 담지시킨 촉매가 개시된 바 있으며,In addition, Korean Patent No. 10-0482646 and [A. catal. A (2005) 200 discloses a catalyst in which nickel metal is supported on a carrier surface composed of cerium zirconium oxide.

대한민국 등록특허 제10-0912725호에서는 텅스텐 카바이드(WC)의 담체에 니켈 금속이 담지 된 촉매를 개시한 바 있고, Korean Patent No. 10-0912725 discloses a catalyst in which nickel metal is supported on a carrier of tungsten carbide (WC),

대한민국 등록특허 제10-0336968호에서는 ZrO2에 알칼리 토금속과 IIIB족 또는 란타늄족 금속으로 수식된 지르코니아 담체상에 니켈 금속과 함께 알칼리 금속, 알칼리 토금속 등이 조촉매로서 담지되어 제조된 니켈계 개질촉매가 개시된 바 있으며,Korean Patent No. 10-0336968 discloses a nickel-based reforming catalyst prepared by supporting alkali metals and alkaline earth metals as co-catalysts on a zirconia carrier modified with ZrO 2 by alkaline earth metals and IIIB or lanthanum group metals. Has been disclosed,

대한민국 공개특허 제10-1995-5964호에서는 제올라이트, 실리카, 실리케이트, 실리카-알루미나 등의 실리콘 함유 담체에 알카리 금속 알카리 토금속 조촉매 및 니켈이 담지 된 촉매가 개시된 바 있고,Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1995-5964 discloses an alkali metal alkaline earth metal promoter and a catalyst in which nickel is supported on a silicon-containing carrier such as zeolite, silica, silicate, silica-alumina,

대한민국 공개특허 제10-2000-30023호에서는 알루미나 에어로젤 담체에 지지된 니켈 촉매가 개시된 바 있다.Korean Patent Publication No. 10-2000-30023 discloses a nickel catalyst supported on an alumina airgel carrier.

나아가, 대한민국 등록특허 제10-0732729호에서는 메탄의 삼중(이산화탄소, 산소 및 수증기의 혼합가스)개질촉매로, 필수구성 금속인 이트륨, 및 란타늄계 원소 및 알칼리 토금속 원소 중에서 선택되는 금속을 포함하는 혼합금속으로 도핑한 니켈을 지르코니아 담체에 담지시킨 니켈계 촉매가 개시된 바 있으며, 활성 유지 및 촉매의 수명을 연장효과가 있음을 나타낸 바 있다.
Furthermore, Korean Patent No. 10-0732729 discloses a triple (mixed gas of carbon dioxide, oxygen and water vapor) reforming catalyst of methane, a mixture containing yttrium which is an essential component metal, and a metal selected from lanthanum-based elements and alkaline earth metal elements. Nickel-based catalysts in which nickel-doped nickel is supported on a zirconia carrier have been disclosed, and have been shown to have an effect of maintaining activity and extending the life of the catalyst.

상기한 바와 같이, 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응에 있어서, 수증기 개질반응과 마찬가지로 가격이 저렴하면서도 탄소침적에 강한 저항성을 가지는 고성능 니켈 담지촉매를 개발하고자 하는 시도가 계속되어 왔지만, 니켈의 짧은 촉매 수명으로 인하여 한계점에 직면하고 있다. 한편, 니켈계 촉매보다 탄소 침적에 대한 저항성이 크고 활성이 좋은 반면, 값이 비싼 단점으로 인하여 적용하기 어려웠던 귀금속계 촉매의 연구도 활발히 이루어지고 있다.As described above, in the reforming reaction of methane using carbon dioxide, attempts have been made to develop a high performance nickel supported catalyst which is inexpensive and resistant to carbon deposition similar to steam reforming, but has a short catalyst life of nickel. Due to this, it faces limitations. On the other hand, while the resistance to carbon deposition and activity is better than the nickel-based catalyst, the research on the noble metal-based catalyst that was difficult to apply due to the expensive disadvantage has been actively made.

미국 등록특허 제5068057호에서는 Pt/Al2O3 및 Pd/Al2O3 촉매가 개시된 바 있고, 국제특허공개 WO 92/11,199호에서는 이리듐, 로듐, 루테늄 등의 귀금속을 담지시킨 알루미나 촉매가 개시되어 높은 활성과 긴 수명을 나타내는 효과가 있음을 제시한 바 있다. US Patent No. 5068057 discloses Pt / Al 2 O 3 and Pd / Al 2 O 3 catalysts, and International Patent Publication No. WO 92 / 11,199 discloses an alumina catalyst carrying precious metals such as iridium, rhodium, ruthenium and the like. It has been suggested to have the effect of showing high activity and long life.

또한, 일본 공개특허 평11-276893호에서는 활성금속으로 귀금속(Rh, Pd, Ru) 및 전이금속(Ni)을 사용하는 하이드로탈사이트를 전구체로 하는 금속산화물 촉매 상에서 이산화탄소에 의한 메탄의 개질반응을 개시한 바 있다. 그러나, 고가의 귀금속을 사용하였음에도 불구하고 800 ℃의 온도에서만 메탄의 전환율은 90 % 이상을 나타내고, 800 ℃ 이하의 온도 영역에서는 전환율이 급격히 감소하여 600 ℃의 온도에서는 로듐(Rh)을 5 중량% 포함하는 촉매(메탄 전환율 약 50 %)를 제외하고는 메탄의 전환율이 30 %를 넘지 못하는 것으로 나타났다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 11-276893 discloses the reforming reaction of methane by carbon dioxide on a metal oxide catalyst using a hydrotalcite precursor using noble metals (Rh, Pd, Ru) and transition metals (Ni) as active metals. It was initiated. However, despite the use of expensive precious metals, the conversion of methane was more than 90% only at temperatures of 800 ° C. Except for the catalyst containing (about 50% methane conversion), the conversion rate of methane did not exceed 30%.

나아가, 미국 등록특허 제5744419호에는 산소 개질반응을 포함한 수증기 개질 및 이산화탄소 개질과의 혼합 개질공정과 관련하여 귀금속의 존재유무에 따라 알카리 토금속으로 미리 코팅시킨 실리카, 알루미나, 지르코니아 등의 담체 상으로 니켈 또는 코발트를 담지시킨 촉매가 개시된 바 있고,Furthermore, U. S. Patent No. 5744419 discloses nickel on a carrier such as silica, alumina, zirconia, or the like previously coated with alkaline earth metals according to the presence or absence of precious metals in connection with steam reforming including oxygen reforming and carbon dioxide reforming. Or a catalyst carrying cobalt has been disclosed,

미국등록특허 제4026823호에는 탄화수소의 수증기 개질 촉매로서 니켈에 코발트를 첨가한 지르코니아 담지 니켈 촉매가 개시된 바 있으며,US Patent No. 4026823 discloses a zirconia-supported nickel catalyst in which cobalt is added to nickel as a steam reforming catalyst for hydrocarbons.

대한민국 등록특허 제10-0526052호에는 금속산화물을 이용한 메탄의 부분산화 및 환원된 금속산화물을 이용하는 수소의 제조가 개시된 바 있으나, 주 활성 성분인 코발트를 포함하는 철산화물의 열적안정성 및 반응성 향상을 위해 알루미나를 함께 사용하여 수소를 제조함에 따라 카본침적 문제가 발생할 수 있다.Korean Patent No. 10-0526052 discloses the partial oxidation of methane using metal oxides and the production of hydrogen using reduced metal oxides, but to improve the thermal stability and reactivity of iron oxides containing cobalt as the main active ingredient. The use of alumina together to produce hydrogen can cause carbon deposition problems.

이와 같이 귀금속계 촉매의 연구 또한 활발하게 진행되고 있으나, 아직 카본 침적에 의한 촉매 수명 및 활성도의 촉매 연구는 계속적인 관심을 끌고 있다.
As such, researches on noble metal catalysts have been actively conducted, but catalyst studies on catalyst life and activity due to carbon deposition have attracted continuous interest.

이에, 본 발명자들은 내구성이 부족한 기존의 수증기 개질용 상용촉매인 니켈계 촉매를 대체할 수 있는 우수한 내구성을 나타내는 촉매물질에 대하여 연구하던 중, 저온에서의 촉매 활성 및 안정성이 우수한, 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 촉매를 개발하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have been studying a catalyst material exhibiting excellent durability to replace the nickel-based catalyst, which is a commercial catalyst for steam reforming, which is insufficient in durability, and has excellent catalytic activity and stability at low temperatures, and using methane using carbon dioxide. The catalyst for reforming was developed and the present invention was completed.

본 발명의 목적은 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide and a method for producing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object,

하기 화학식 1로 표시되는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매를 제공한다:
It provides a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide represented by the formula (1):

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

a(X)-b(Cu)-c(Y)/Z
a (X) -b (Cu) -c (Y) / Z

상기 화학식 1에서, X는 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru)이고; In Formula 1, X is rhodium (Rh) or ruthenium (Ru);

Y는 망간(Mn), 란타늄(La) 또는 세륨(Ce)이며;Y is manganese (Mn), lanthanum (La) or cerium (Ce);

Z(담체)는 실리카(SiO2)이고;Z (carrier) is silica (SiO 2 );

a, b 및 c 각각은 Z 성분에 대한 X, Cu, Y의 중량%를 나타내며;a, b and c each represents the weight percentage of X, Cu, Y relative to the Z component;

a는 0.1 내지 1.0 중량%, b는 5.0 내지 20.0 중량%, c는 5.0 내지 20.0 중량%의 범위이다.
a is 0.1 to 1.0% by weight, b is 5.0 to 20.0% by weight, c is 5.0 to 20.0% by weight.

또한, 본 발명은In addition,

상기 화학식 1의 조성비와 일치하도록 금속 전구체 용액을 실리카 담체에 담지시키는 단계(단계 1); Supporting the metal precursor solution on a silica carrier to match the composition ratio of Chemical Formula 1 (step 1);

상기 단계 1에서 금속 전구체 용액이 담지된 실리카 담체를 건조하는 단계(단계 2); 및 Drying the silica carrier on which the metal precursor solution is supported in step 1 (step 2); And

상기 단계 2에서 건조된 실리카 담체를 소성시키는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide represented by the formula (1) comprising the step (step 3) calcining the dried silica carrier in step 2.

본 발명에 따른 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매 및 이의 제조방법은 이산화탄소와 메탄을 이용하는 개질반응을 수행함에 있어서, 기존의 니켈계 촉매보다 상대적으로 저온에서 우수한 안정성 및 촉매 활성을 나타내어 일산화탄소 함량이 높은 합성가스를 제조할 수 있다. 또한, 값이 저렴한 구리를 이용함에 따라 저렴한 공정비용으로 촉매를 제조할 수 있다.
Copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide according to the present invention and a method for producing the same according to the present invention, in the reforming reaction using carbon dioxide and methane, exhibits excellent stability and catalytic activity at a relatively low temperature than the conventional nickel-based catalyst Syngas having a high content can be produced. In addition, the use of inexpensive copper can be used to produce a catalyst at a low process cost.

도 1은 실시예 3에서 제조된 촉매를 X-선 회절분석한 그래프이고;
도 2는 실시예 3에서 제조된 촉매의가 반응시간에 따른 메탄 및 이산화탄소의 전환율을 나타낸 그래프이고;
도 3은 실시예 6에서 제조된 촉매의가 반응시간에 따른 메탄 및 이산화탄소의 전환율을 나타낸 그래프이다.
1 is an X-ray diffraction graph of the catalyst prepared in Example 3;
2 is a graph showing the conversion rate of methane and carbon dioxide according to the reaction time of the catalyst prepared in Example 3;
3 is a graph showing the conversion of methane and carbon dioxide according to the reaction time of the catalyst prepared in Example 6.

본 발명은The present invention

하기 화학식 1로 표시되는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매를 제공한다:
It provides a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide represented by the formula (1):

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

a(X)-b(Cu)-c(Y)/Z
a (X) -b (Cu) -c (Y) / Z

상기 화학식 1에서, X는 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru)이고; In Formula 1, X is rhodium (Rh) or ruthenium (Ru);

Y는 망간(Mn), 란타늄(La) 또는 세륨(Ce)이며;Y is manganese (Mn), lanthanum (La) or cerium (Ce);

Z(담체)는 실리카(SiO2)이고;Z (carrier) is silica (SiO 2 );

a, b 및 c 각각은 Z 성분에 대한 X, Cu, Y의 중량%를 나타내며;a, b and c each represents the weight percentage of X, Cu, Y relative to the Z component;

a는 0.1 내지 1.0 중량%, b는 5.0 내지 20.0 중량%, c는 5.0 내지 20.0 중량%의 범위이다.
a is 0.1 to 1.0% by weight, b is 5.0 to 20.0% by weight, c is 5.0 to 20.0% by weight.

이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응에 사용되었던 종래의 촉매는 활성성분으로 코발트, 니켈, 지르코니아 등의 전이금속이 사용되고, 담체성분으로 알루미나, 실리카 등이 사용되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 촉매는 동일한 성분을 사용한다 하더라도 각 성분의 혼합비, 즉 상대적인 비율에 따라 활성은 전혀 다르게 나타나는 것으로 알려져 있다. 이에, 본 발명에서는 활성성분으로 구리, 및 상기 전이 금속들을 선택적으로 사용하고, 이들의 함량을 최적의 비로 조절함으로써 담체에 활성 금속이 분산된 3상의 구리계 촉매를 제공한다. Conventional catalysts used for the reforming of methane using carbon dioxide are known to use transition metals such as cobalt, nickel and zirconia as active ingredients, and alumina, silica and the like as carrier components. However, even if the catalyst uses the same components, it is known that the activity is completely different depending on the mixing ratio of each component, that is, the relative ratio. Accordingly, the present invention provides a three-phase copper-based catalyst in which the active metal is dispersed in the carrier by selectively using copper as the active ingredient and the transition metals, and controlling the content thereof in an optimum ratio.

본 발명에 따른 상기 구리계 촉매는 메탄의 개질반응을 수행함에 있어서 기존의 니켈계 개질촉매보다 저온에서도 촉매의 안정성이 우수하고, 촉매 활성이 향상되어 일산화탄소 함량이 높은 합성가스를 제조할 수 있다. 이때, 촉매의 안정성 및 촉매 활성 향상은 본 발명에 따른 구리계 촉매에 사용되는 활성금속들 각각에 의한 효과가 아닌 이들 상호간의 시너지 효과에 의한 것으로, 어느 하나의 성분이라도 제외되는 경우네는 이러한 시너지 효과를 나타낼 수 없다.
The copper-based catalyst according to the present invention is excellent in the stability of the catalyst even at low temperatures than the conventional nickel-based reforming catalyst in performing the reforming reaction of methane, it is possible to produce a synthesis gas having a high carbon monoxide content by improving the catalytic activity. At this time, the stability of the catalyst and the improvement of the catalyst activity are not due to the effects of each of the active metals used in the copper-based catalyst according to the present invention, but due to the synergistic effect between each other, such a synergy if any one component is excluded. It can not be effective.

본 발명에 따른 상기 구리계 촉매는 구리(Cu); 백금족에 속하는 로듐(Rh), 또는 루테늄(Ru) 중 1종의 금속; 망간(Mn), 란타늄(La) 및 세륨(Ce)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속;을 포함하며, 실리카(SiO2)를 담체 성분으로 포함한다. 상기 활성금속의 함량을 최적화한 후, 이들 각각을 담체에 함침 시키고 건조하며, 활성금속들이 함침된 담체를 소성함으로써 본 발명에 따른 구리계 촉매를 제조할 수 있다.
The copper-based catalyst according to the present invention is copper (Cu); A metal of rhodium (Rh) or ruthenium (Ru) belonging to the platinum group; A metal selected from the group consisting of manganese (Mn), lanthanum (La), and cerium (Ce); and includes silica (SiO 2 ) as a carrier component. After optimizing the content of the active metals, the copper catalyst according to the present invention can be prepared by impregnating and drying each of them in a carrier and firing the carrier impregnated with the active metals.

한편, 상기 화학식 1에 있어서, 상기 X는 백금족 원소인 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru) 중 1종의 금속으로, 담체에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 중량%인 범위로 사용된다. 상기 X의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 로듐 또는 루테늄의 활성 시너지 효과가 나타나지 않는 문제가 있고, 상기 X의 함량이 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 더 이상의 활성 증가 효과가 나타나지 않으며, 이에 따른 경제성 문제가 발생하는 문제가 있다.Meanwhile, in Chemical Formula 1, X is a metal of rhodium (Rh) or ruthenium (Ru), which is a platinum group element, in a range of 0.1 to 1.0 wt%, preferably 0.1 to 0.5 wt% based on the carrier. Used. When the content of X is less than 0.1% by weight, there is a problem in that no active synergistic effect of rhodium or ruthenium is exhibited, and when the content of X is more than 1.0% by weight, no further increase in activity occurs, and thus economical efficiency. There is a problem that occurs.

또한, 상기 구리는 담체에 대하여 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%인 범위로 사용된다. 상기 구리의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 촉매활성 효과가 저하되는 문제가 있으며, 구리의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우에는 촉매의 급격한 카본침적 현상으로 인하여 비활성화가 일어나는 문제가 있고, 이에 따라 촉매의 수명이 감소되는 문제가 있다.In addition, the copper is used in the range of 5 to 20% by weight, preferably 5 to 10% by weight relative to the carrier. When the copper content is less than 5% by weight, there is a problem that the catalytic activity effect is lowered. When the copper content is more than 20% by weight, there is a problem that deactivation occurs due to a sudden carbon deposition phenomenon of the catalyst. There is a problem that the life of the catalyst is reduced.

나아가, 상기 Y는 망간(Mn), 란타늄(La) 및 세륨(Ce)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속으로, 담체에 대하여 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%인 범위로 사용된다. 상기 Y의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 활성 시너지 효과가 나타나지 않는 문제가 있고, 상기 Y의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 활성금속이 혼합됨에 따라 오히려 촉매의 활성이 저하되는 문제가 있다.
Further, Y is one metal selected from the group consisting of manganese (Mn), lanthanum (La) and cerium (Ce), and is in the range of 5 to 20% by weight, preferably 5 to 10% by weight, based on the carrier. Used as When the content of Y is less than 5% by weight, there is a problem in that the active synergy does not appear, and when the content of Y is more than 20% by weight, the activity of the catalyst is lowered as an excess of the active metal is mixed. There is.

한편, 본 발명에 따른 구리계 촉매에 있어서, 상기 금속 X 및 구리(Cu) 중 어느 하나의 금속이라도 빠지는 경우에는 촉매의 활성이 현저히 낮아지거나, 촉매반응이 전혀 일어나지 않는 문제가 있다. 따라서, 상기 금속 X 및 구리(Cu)는 반드시 포함되어야 하며, 상기의 범위와 일치하는 함량으로 포함되어 최적의 촉매활성 능력을 나타낼 수 있도록 한다.
On the other hand, in the copper catalyst according to the present invention, when any one of the metals X and copper (Cu) is pulled out, there is a problem that the activity of the catalyst is considerably lowered or the catalytic reaction does not occur at all. Therefore, the metal X and copper (Cu) must be included and included in an amount consistent with the above range so as to exhibit the optimum catalytic activity capability.

본 발명은The present invention

상기 화학식 1의 조성비와 일치하도록 금속 전구체 용액을 실리카 담체에 담지시키는 단계(단계 1); Supporting the metal precursor solution on a silica carrier to match the composition ratio of Chemical Formula 1 (step 1);

상기 단계 1에서 금속 전구체 용액이 담지된 실리카 담체를 건조하는 단계(단계 2); 및 Drying the silica carrier on which the metal precursor solution is supported in step 1 (step 2); And

상기 단계 2에서 건조된 실리카 담체를 소성시키는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide represented by the formula (1) comprising the step (step 3) calcining the dried silica carrier in step 2.

이하, 본 발명에 따른 구리계 촉매의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for preparing a copper catalyst according to the present invention will be described in detail for each step.

본 발명에 따른 구리계 촉매의 제조방법에 있어서, 단계 1은 상기 화학식 1의 조성비와 일치하도록 금속 전구체 용액을 실리카 담체에 담지시키는 단계이다.In the method of preparing a copper-based catalyst according to the present invention, step 1 is a step of supporting a metal precursor solution on a silica carrier so as to match the composition ratio of Chemical Formula 1.

이때, 상기 금속전구체 용액에 있어서, 구리 성분을 포함하는 구리 전구체 물질로는 Cu(NO3)2·xH2O와 같은 질산염을 일반적으로 이용할 수 있다. 또한, 망간 성분을 포함하는 망간 전구체 물질로는 Mn(NO3)2·4H2O를 이용할 수 있으며, 란타늄 성분을 포함하는 란타늄 전구체 물질로는 LaCl3, LaCl3·7H2O, La(OH)3, La(NO3)3, La(NO3)3·6H2O, La2O3, La2(SO4)3·8H2O, LaCl3·6H2O 등을 이용할 수 있고, 상기 란타늄 전구체 물질로는 질산염을 일반적으로 이용할 수 있다. 나아가, 세륨 성분을 포함하는 세륨 전구체 물질로는 Ce(NO3)3·6H2O와 같은 질산염을 일반적으로 이용할 수 있고, 루테늄 성분을 포함하는 루테늄 전구체 화합물로는 다양한 루테늄염들을 사용할 수 있으나, 일반적으로 Ru(NO)(NO3)3, RuCl3·xH2O가 이용될 수 있으며, 로듐 성분을 포함하는 로듐 전구체 물질로는 Rh(NO3)3·xH2O, RhCl3·xH2O 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the metal precursor solution, a nitrate such as Cu (NO 3 ) 2 .xH 2 O may be generally used as the copper precursor material including the copper component. In addition, as a manganese precursor material containing a manganese component Mn (NO 3 ) 2 4H 2 O may be used, and a lanthanum precursor material including a lanthanum component may include LaCl 3, LaCl 3 · 7H 2 O, La (OH) 3, La (NO 3 ) 3, and La ( NO 3 ) 3 · 6H 2 O, La 2 O 3, La 2 (SO 4 ) 3 · 8H 2 O, LaCl 3 · 6H 2 O, and the like, and the lanthanum precursor material may generally be used. have. Furthermore, a nitrate such as Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O may be generally used as the cerium precursor material including the cerium component, and various ruthenium salts may be used as the ruthenium precursor compound including the ruthenium component. In general, Ru (NO) (NO 3 ) 3 , RuCl 3 .xH 2 O may be used, and as a rhodium precursor material including a rhodium component, Rh (NO 3 ) 3 .xH 2 O, RhCl 3 .xH 2 O may be used, but is not limited thereto.

상기 실리카 담체에 금속 전구체 용액을 담지시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 가열 함침법, 상온 함침법, 진공 함침법, 상압 함침법, 증발 건조법, 포어 필링법, 초기 습식(incipient wetness)법 등의 각종 함침법, 침지법, 분무법, 이온 교환법 등의 방법을 이용하여 수행할 수 있다.
The method of supporting the metal precursor solution on the silica carrier is not particularly limited, and various methods such as heating impregnation method, room temperature impregnation method, vacuum impregnation method, atmospheric pressure impregnation method, evaporation drying method, pore peeling method, and initial wetness method Impregnation, dipping, spraying, ion exchange, or the like can be used.

한편, 화학식 1의 조성비와 일치하도록 제조된 상기 금속 전구체 용액에 있어서, 상기 X는 백금족 원소인 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru) 중 1종의 금속으로, 담체에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 중량%인 범위로 사용된다. 상기 X의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 로듐 또는 루테늄의 활성 시너지 효과가 나타나지 않는 문제가 있고, 상기 X의 함량이 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 더 이상의 활성 증가 효과가 나타나지 않으며, 이에 따른 경제성 문제가 발생하는 문제가 있다.On the other hand, in the metal precursor solution prepared to match the composition ratio of Formula 1, X is one metal of rhodium (Rh) or ruthenium (Ru), a platinum group element, 0.1 to 1.0% by weight relative to the carrier, preferably Preferably 0.1 to 0.5% by weight. When the content of X is less than 0.1% by weight, there is a problem in that no active synergistic effect of rhodium or ruthenium is exhibited, and when the content of X is more than 1.0% by weight, no further increase in activity occurs, and thus economical efficiency. There is a problem that occurs.

또한, 상기 구리(Cu)는 담체에 대하여 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%인 범위로 사용된다. 상기 구리의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 촉매활성 효과가 저하되는 문제가 있으며, 구리의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우에는 촉매의 급격한 카본침적 현상으로 인하여 비활성화가 일어나는 문제가 있고, 이에 따라 촉매의 수명이 감소되는 문제가 있다.In addition, the copper (Cu) is used in the range of 5 to 20% by weight, preferably 5 to 10% by weight with respect to the carrier. When the copper content is less than 5% by weight, there is a problem that the catalytic activity effect is lowered. When the copper content is more than 20% by weight, there is a problem that deactivation occurs due to a sudden carbon deposition phenomenon of the catalyst. There is a problem that the life of the catalyst is reduced.

나아가, 상기 Y는 망간(Mn), 란타늄(La) 및 세륨(Ce)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속으로, 담체에 대하여 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%인 범위로 사용된다. 상기 Y의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 활성 시너지 효과가 나타나지 않는 문제가 있고, 상기 Y의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 활성금속이 혼합됨에 따라 오히려 촉매의 활성이 저하되는 문제가 있다.
Further, Y is one metal selected from the group consisting of manganese (Mn), lanthanum (La) and cerium (Ce), and is in the range of 5 to 20% by weight, preferably 5 to 10% by weight, based on the carrier. Used as When the content of Y is less than 5% by weight, there is a problem in that the active synergy does not appear, and when the content of Y is more than 20% by weight, the activity of the catalyst is lowered as an excess of the active metal is mixed. There is.

한편, 상기 금속 전구체 용액에 있어서, 상기 금속 X 및 구리(Cu) 중 어느 하나의 금속이라도 빠지는 경우에는 제조되는 촉매의 활성이 현저히 낮아지거나, 촉매반응이 전혀 일어나지 않는 문제가 있다. 따라서, 상기 금속 X 및 구리(Cu)는 금속 전구체 용액에 반드시 포함되어야 하며, 상기의 범위와 일치하는 함량으로 포함되어 최적의 촉매활성 능력을 나타낼 수 있도록 한다.
On the other hand, in the metal precursor solution, when any one of the metals X and copper (Cu) is pulled out, there is a problem that the activity of the catalyst produced is significantly lowered, or no catalytic reaction occurs at all. Therefore, the metal X and copper (Cu) must be included in the metal precursor solution, and included in an amount consistent with the above range so as to exhibit the optimum catalytic activity capability.

본 발명에 따른 구리계 촉매의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 금속 전구체 용액이 담지된 실리카 담체를 건조하는 단계이다.In the method for preparing a copper catalyst according to the present invention, step 2 is a step of drying the silica carrier on which the metal precursor solution is supported in step 1.

이때, 상기 실리카 담체의 건조는 50 내지 110 ℃의 온도에서 5 내지 48 시간동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 실리카 담체의 건조가 50 ℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우에는, 수분의 증발이 너무 느려서 건조시간이 불필요하게 많이 소모되는 문제가 있고, 상기 실리카 담체의 건조가 150 ℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우에는 수분이 너무 빨리 증발되어 촉매의 비활성화 원인 중 하나인 촉매의 포어(pore) 크기를 크게 하며, 이에 따라 촉매의 비활성화가 나타나는 문제가 있다.
At this time, the drying of the silica carrier is preferably carried out for 5 to 48 hours at a temperature of 50 to 110 ℃. If the drying of the silica carrier is carried out at a temperature of less than 50 ℃, there is a problem that the evaporation of moisture is too slow to consume a lot of drying time unnecessarily, the drying of the silica carrier is carried out at a temperature exceeding 150 ℃ In this case, the moisture is evaporated too quickly, which increases the pore size of the catalyst, which is one of the causes of the catalyst deactivation.

본 발명에 따른 구리계 촉매의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 건조된 실리카 담체를 소성시키는 단계이다.In the method for preparing a copper-based catalyst according to the present invention, step 3 is a step of calcining the dried silica carrier in step 2.

이때, 상기 소성은 200 내지 700 ℃의 온도에서 5 내지 48 시간동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 소성이 200 ℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우에는, 촉매의 화학적인 결합이 이루어지지 않고 단순 건조 상태가 되는 문제가 있으며, 상기 소성이 700 ℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우에는, 촉매의 산화정도가 크고, 촉매에 사용된 금속들의 녹는점에 도달하여 촉매의 분해가 일어나는 문제가 있다.
At this time, the firing is preferably carried out for 5 to 48 hours at a temperature of 200 to 700 ℃. When the firing is carried out at a temperature of less than 200 ℃, there is a problem that the chemical bond of the catalyst is not made, but a simple dry state, when the firing is performed at a temperature exceeding 700 ℃, oxidation of the catalyst The degree is large, there is a problem that the decomposition of the catalyst to reach the melting point of the metals used in the catalyst.

한편, 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 촉매는 일반적으로 반응하기 전 적절한 전처리 과정을 통한 환원반응이 수행되며, 이를 통해 촉매로서의 역할 수행이 가능하도록 한다. 이에, 본 발명에 따른 구리계 촉매의 제조방법은 상기 단계 3의 소성이 수행된 촉매를 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 제조된 촉매는 환원반응 없이도 촉매 표면에 존재하는 산화물로 인하여, 촉매의 비활성화 원인인 카본 침적을 방지할 수 있어 촉매의 활성을 안정적으로 유지시킬 수 있다. 따라서, 상기 전처리 단계는 본 발명의 제조방법을 수행함에 있어서, 작업자가 적절히 선택하여 수행할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.On the other hand, the catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide is generally carried out a reduction reaction through an appropriate pretreatment process before the reaction, thereby enabling the role as a catalyst. Thus, the method for preparing a copper-based catalyst according to the present invention may further include a step of pretreating the catalyst on which the calcination of step 3 is performed. However, the catalyst prepared according to the present invention can prevent carbon deposition, which is the cause of deactivation of the catalyst, due to the oxides present on the surface of the catalyst even without a reduction reaction, thereby keeping the activity of the catalyst stable. Therefore, the pretreatment step may be appropriately selected by the operator in performing the manufacturing method of the present invention, but is not limited thereto.

한편, 상기 전처리를 수행하는 경우, 상기 전처리는 단계 3의 소성이 수행되어 제조된 촉매를 100 내지 800 ℃의 온도로 10 분 내지 12 시간 동안 100 내지 100,000 ml/gcat·hr의 공간속도인 분위기 가스하에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분위기 가스는 수소가스, 또는 질소, 헬륨 및 아르곤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 불활성 가스와 수소가스의 혼합가스를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
On the other hand, when the pretreatment is performed, the pretreatment is an atmosphere having a space velocity of 100 to 100,000 ml / g cat · hr for 10 minutes to 12 hours at a temperature of 100 to 800 ℃ the catalyst prepared by the firing of step 3 It is preferable to carry out under gas. In addition, the atmosphere gas is preferably, but not limited to, using a hydrogen gas, or a mixed gas of at least one inert gas and hydrogen gas selected from the group consisting of nitrogen, helium and argon.

나아가, 본 발명은Further,

상기 구리계 촉매를 이용하여, 하기 반응식과 같이 메탄과 이산화탄소를 포함하는 가스로부터 합성가스를 제조하는 제조방법을 제공한다.
By using the copper-based catalyst, there is provided a production method for producing a synthesis gas from a gas containing methane and carbon dioxide as shown in the following scheme.

<반응식><Reaction Scheme>

Figure pat00002

Figure pat00002

상기 반응식에 나타낸 바와 같이, 상기 구리계 촉매를 이용하여 메탄과 이산화탄소를 포함하는 가스로부터 일산화탄소와 수소를 포함하는 합성가스를 제조할 수 있다. 전세계적으로 배출량이 제한되고 있는 이산화탄소를 이용하여 제조되는 상기 합성가스는 옥소알코올(oxoalcohol), 디메틸에테르(dimethyl ether, DME), 폴리카보네이트(poly carbonate, PC), 아세트산(acetic acid) 등의 고부가가치 화학제품 제조공정에 사용할 수 있어, 이산화탄소 배출에 따른 배출비용을 절감하고, 합성가스 제조에 따른 경제적 이윤을 얻을 수 있다.As shown in the above reaction scheme, the copper-based catalyst may be used to prepare a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from a gas containing methane and carbon dioxide. Synthetic gas produced using carbon dioxide, which is limited in emissions worldwide, has high concentrations such as oxoalcohol, dimethyl ether (DME), polycarbonate (PC), acetic acid, and the like. It can be used in the value-added chemical manufacturing process, reducing the emission cost of carbon dioxide emissions and economic profit from syngas production.

한편, 상기 합성가스를 제조하는 제조방법에 있어서, 구리계 촉매는 650 내지 850 ℃의 반응온도, 0.01 내지 0.1 MPa인 압력, 및 5,000 내지 50,000 ml/gcat·hr의 공간속도인 반응기 내에서 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조한다. 상기와 같이 종래의 니켈계 촉매와 비교하여 상대적으로 낮은 반응온도는 고온 반응으로 인한 촉매의 탄화 및 촉매의 성질 변화를 방지하기 위한 것으로, 이를 통해 촉매의 활성을 안정하게 유지할 수 있다. 이때, 상기 반응온도가 650 ℃ 미만인 경우에는 반응속도가 충분치 못하여 일산화탄소 및 수소로의 전환이 일어나지 않는 문제가 있으며, 상기 반응온도가 850 ℃를 초과하는 경우에는 촉매의 탄화가 시작되어 비활성화가 빠르게 진행되는 문제가 있다. 또한, 상기 반응압력은 촉매반응에 큰 영향을 주는 변수는 아니지, 0.1MPa 이상의 압력은 초기 반응기 설치비용이 큰 문제가 있어 반응압력을 상기 범위로 유지하는 것이 바람직하다. On the other hand, in the production method for producing the synthesis gas, the copper catalyst is carbon monoxide in the reactor of the reaction temperature of 650 to 850 ℃, pressure of 0.01 to 0.1 MPa, and space velocity of 5,000 to 50,000 ml / g cat · hr And to prepare a synthesis gas containing hydrogen. Compared with the conventional nickel-based catalyst as described above, the relatively low reaction temperature is to prevent carbonization of the catalyst and changes in the properties of the catalyst due to the high temperature reaction, through which the activity of the catalyst can be stably maintained. At this time, when the reaction temperature is less than 650 ℃ there is a problem that the conversion rate is not enough to convert to carbon monoxide and hydrogen, and when the reaction temperature exceeds 850 ℃ carbonization of the catalyst is started and deactivation proceeds quickly There is a problem. In addition, the reaction pressure is not a variable that greatly affects the catalytic reaction, the pressure of 0.1MPa or more has a problem that the initial reactor installation cost is large, it is preferable to maintain the reaction pressure in the above range.

나아가, 메탄과 이산화탄소를 포함하는 혼합기체의 공간속도가 5,000 ml/gcat·hr 미만인 경우에는 반응생산성이 너무 낮아지는 문제가 있고, 혼합기체의 공간속도가 50,000 ml/gcat·hr를 초과하는 경우에는 반응물과 촉매의 접촉시간이 짧아지기 때문에 촉매의 활성화가 저하되는 문제가 있다.
Further, when the space velocity of the mixed gas containing methane and carbon dioxide is less than 5,000 ml / g cat · hr there is a problem that the reaction productivity is too low, the space velocity of the mixed gas exceeds 50,000 ml / g cat · hr In this case, since the contact time between the reactants and the catalyst is shortened, there is a problem that the activation of the catalyst is lowered.

상기 메탄과 이산화탄소를 포함하는 가스에 있어서, 메탄과 이산화탄소의 혼합비(CO2/H2)는 0.5 내지 2.0인 몰비인 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 혼합비를 나타내는 경우, 어느 한 쪽의 전환으로만 반응이 기울게 되어 반응이 비효율적인 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
In the gas containing methane and carbon dioxide, the mixture ratio of methane and carbon dioxide (CO 2 / H 2 ) is preferably a molar ratio of 0.5 to 2.0. When the mixing ratio is out of the above range, it is preferable to maintain the above range because the reaction is inclined only by either conversion and the reaction is inefficient.

또한, 메탄과 이산화탄소의 개질 반응에 사용되는 반응기로는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 이에 특별히 한정되지는 않지만, 구체적으로 기상의 고정층 반응기, 유동층 반응기, 액상의 슬러리 형태 반응기 등을 사용할 수 있다.
In addition, the reactor used for the reforming reaction of methane and carbon dioxide may be used in the art in general, but is not particularly limited to, specifically, gas phase fixed bed reactor, fluidized bed reactor, liquid slurry type reactor, etc. Can be used.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 구리계 촉매는 종래의 메탄과 이산화탄소의 개질 반응에 사용되었던 니켈계 촉매와 비교하여 더욱 높은 전환율, 특히 일산화탄소의 비가 높은 합성가스를 제조할 수 있다.
As described above, the copper-based catalyst prepared according to the present invention can produce a synthesis gas having a higher conversion rate, in particular, a high carbon monoxide ratio, compared to the nickel-based catalyst used in the conventional reforming reaction of methane and carbon dioxide.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

표 1에 나타낸 바와 같은 비율로 Mn(NO3)2·4H2O를 물에 녹인 후, 담체인 실리카(SiO2)와 함께 혼합하였고, 이를 60 ℃의 온도에서 감압 증류하여 물을 증발시켰다. 물의 증발이 완료된 후 60 ℃의 온도로 6시간 동안 건조하여 망간을 실리카 담체에 함침시켰다. 상기 망간의 함침이 수행된 후, Cu(NO3)2·xH2O와 Ru(NO)·(NO3)3을 Mn(NO3)2·4H2O와 동일한 과정을 통해 실리카 담체로 함침시켰다. 모든 성분이 함침된 담체를 400 ℃의 온도로 6시간 동안 소성시켰으며, 이를 통해 본 발명에 따른 구리계 촉매를 제조하였다.
Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O was dissolved in water in a ratio as shown in Table 1, and then mixed with silica (SiO 2 ) as a carrier, which was distilled under reduced pressure at a temperature of 60 ° C. to evaporate water. After evaporation of water was completed, the manganese was impregnated into the silica carrier by drying at a temperature of 60 ° C. for 6 hours. After the impregnation of manganese was performed, Cu (NO 3 ) 2 .xH 2 O and Ru (NO). (NO 3 ) 3 were impregnated with silica carrier through the same process as Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O. I was. The carrier impregnated with all the components was calcined at a temperature of 400 ° C. for 6 hours, thereby preparing a copper catalyst according to the present invention.

<실시예 2 - 18><Examples 2-18>

표 1에 기재된 바와 같은 비율 및 물질을 이용하여 촉매를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통해 구리계 촉매를 제조하였다.
A copper-based catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst was prepared using the ratios and materials as described in Table 1.

<비교예 1 - 3><Comparative Example 1-3>

표 1에 기재된 바와 같은 비율 및 물질을 이용하여 촉매를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통해 구리계 촉매를 제조하였다.
A copper-based catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst was prepared using the ratios and materials as described in Table 1.

<실험예 1> 촉매성능 평가Experimental Example 1 Catalytic Performance Evaluation

본 발명에 따른 상기 실시예 1 내지 18 및 비교예 1 내지 3에 의하여 제조된 촉매의 성능을 비교하기 위하여 하기와 같은 방법으로 메탄과 이산화탄소의 개질 반응을 수행하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.In order to compare the performance of the catalysts prepared in Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 3 according to the present invention, the reforming reaction of methane and carbon dioxide was carried out in the following manner, and the results are shown in Table 1. .

상기 실시예 1 내지 18 및 비교예 1 내지 3에 의하여 제조된 60 ~ 80 메쉬(mesh)의 크기의 촉매 각각을 0.2 g 씩 반응기 내로 충진하였다. 상기 반응기로는 외부 가열 시스템을 갖춘 고정층 관형 반응기를 사용하였으며, 상기 반응기는 길이가 400 mm, 내경 9.25 mm 인 쿼츠재질이다. 상기 반응기 내로 혼합 몰비가 1.0인 메탄/이산화탄소 혼합가스를 20,000 ml/gcat·hr의 공간속도로 반응기에 공급하여 촉매반응을 수행하였다. 이때, 상기 촉매반응은 상압 분위기 및 700 ℃의 반응온도 조건에서 수행되었으며, 반응 후 배출되는 가스는 온라인 가스크로마토그래피 시스템의 열전도도검출기를 이용하여 분석하였다. 0.2 g of each of catalysts having a size of 60 to 80 mesh prepared by Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 3 were charged into the reactor. As the reactor, a fixed bed tubular reactor with an external heating system was used, and the reactor was quartz material having a length of 400 mm and an inner diameter of 9.25 mm. Catalytic reaction was performed by supplying a methane / carbon dioxide mixed gas having a mixing molar ratio of 1.0 into the reactor at a space velocity of 20,000 ml / g cat.hr. At this time, the catalytic reaction was carried out under atmospheric pressure and reaction temperature conditions of 700 ℃, the gas discharged after the reaction was analyzed using a thermal conductivity detector of the on-line gas chromatography system.

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 18에서 제조된 구리계 촉매를 이용하는 경우, CO2의 전환율이 50~70%, CH4의 전환율이 30~60%를 나타내었으며, 수소에 대한 일산화탄소의 비가 1.0 이상인 합성가스가 생성되었다. 반면, 비교예 1 내지 3의 촉매와 같이 하나의 촉매성분이라도 제외가 되는 경우에는 전환율은 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있다.
As shown in Table 1, when using the copper-based catalyst prepared in Examples 1 to 18 according to the present invention, the conversion of CO 2 was 50 to 70%, the conversion of CH 4 was 30 to 60%, Syngas having a ratio of carbon monoxide to hydrogen of 1.0 or more was produced. On the other hand, when even one of the catalyst components, such as the catalyst of Comparative Examples 1 to 3 can be confirmed that the conversion is significantly reduced.

구 분division 성분 및 조성비Ingredients and Composition Ratio 반응
온도
(℃)
reaction
Temperature
(℃)
CH4
전환율
(%)
CH 4
Conversion rate
(%)
CO2
전환율
(%)
CO 2
Conversion rate
(%)
CO/H2
부피
비율
CO / H 2
volume
ratio
XX b(Cu)b (Cu) YY 담체 Z
(100 중량%)
Carrier Z
(100% by weight)
성분
a
ingredient
a
함량
(중량%)
content
(weight%)
함량
(중량%)
content
(weight%)
성분
c
ingredient
c
함량
(중량%)
content
(weight%)
실시예 1Example 1 RuRu 0.50.5 1010 MnMn 1010 SiO2 SiO 2 700700 3030 5050 1.61.6 실시예 2Example 2 RuRu 0.50.5 1515 LaLa 55 SiO2 SiO 2 700700 4747 5959 1.31.3 실시예 3Example 3 RuRu 0.50.5 1212 CeCe 88 SiO2 SiO 2 700700 4848 6767 1.41.4 실시예 4Example 4 RhRh 0.80.8 1010 MnMn 1010 SiO2 SiO 2 700700 3232 5151 1.61.6 실시예 5Example 5 RhRh 0.80.8 1515 LaLa 55 SiO2 SiO 2 700700 4848 6060 1.31.3 실시예 6Example 6 RhRh 0.80.8 1212 CeCe 88 SiO2 SiO 2 700700 6161 7272 1.21.2 실시예 7Example 7 RuRu 0.80.8 1010 MnMn 1010 SiO2 SiO 2 700700 3232 4848 1.51.5 실시예 8Example 8 RuRu 0.80.8 1515 LaLa 55 SiO2 SiO 2 700700 4646 6060 1.31.3 실시예 9Example 9 RuRu 0.80.8 1212 CeCe 88 SiO2 SiO 2 700700 5757 6060 1.11.1 실시예 10Example 10 RuRu 0.50.5 2020 MnMn 1010 SiO2 SiO 2 700700 5858 6262 1.11.1 실시예 11Example 11 RuRu 0.80.8 2020 MnMn 1010 SiO2 SiO 2 700700 5858 6161 1.11.1 실시예 12Example 12 RuRu 1.01.0 2020 MnMn 1010 SiO2 SiO 2 700700 5656 5959 1.11.1 실시예 13Example 13 RuRu 0.50.5 2020 LaLa 55 SiO2 SiO 2 700700 4646 5555 1.21.2 실시예 14Example 14 RuRu 0.80.8 2020 LaLa 55 SiO2 SiO 2 700700 4444 5656 1.31.3 실시예 15Example 15 RuRu 1.01.0 2020 LaLa 55 SiO2 SiO 2 700700 4545 5555 1.21.2 실시예 16Example 16 RuRu 0.50.5 2020 CeCe 88 SiO2 SiO 2 700700 5050 5353 1.11.1 실시예 17Example 17 RuRu 0.80.8 2020 CeCe 88 SiO2 SiO 2 700700 5353 5555 1.01.0 실시예 18Example 18 RuRu 1.01.0 2020 CeCe 88 SiO2 SiO 2 700700 5555 6060 1.11.1 비교예 1Comparative Example 1 -- -- 1515 -- -- SiO2 SiO 2 700700 1212 2424 2.02.0 비교예 2Comparative Example 2 RuRu 0.50.5 -- -- -- SiO2 SiO 2 700700 3030 4040 1.31.3 비교예 3Comparative Example 3 RhRh 1.01.0 -- -- -- SiO2 SiO 2 700700 3232 4343 1.31.3

<실험예 2> X-선 회절 분석 Experimental Example 2 X-ray Diffraction Analysis

본 발명에 따른 실시예 6에서 제조된 구리계 촉매를 X-선 회절 분석하였고, 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다.The copper catalyst prepared in Example 6 according to the present invention was analyzed by X-ray diffraction, and the results are shown in FIG. 1.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 6에서 제조된 구리계 촉매에서 산화구리에 해당하는 피크가 검출되는 것을 알 수 있다. 이를 통해 상기 실시예 6을 통해 본 발명에 따른 구리계 촉매가 잘 제조되었음을 확인하였다.
As shown in FIG. 1, it can be seen that a peak corresponding to copper oxide is detected in the copper-based catalyst prepared in Example 6 according to the present invention. This confirmed that the copper-based catalyst according to the present invention through Example 6 was well prepared.

<실험예 3> 시간에 따른 촉매성능 변화 분석Experimental Example 3 Analysis of Change in Catalytic Performance Over Time

본 발명에 따른 실시예 3 및 6에서 제조된 구리계 촉매의 시간에 따른 촉매성능 변화를 분석하기 위하여, 상기 실험예 1의 조건과 동일한 조건으로 시간에 따른 촉매성능 변화를 분석하였으며, 그 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.In order to analyze the change in catalyst performance over time of the copper catalysts prepared in Examples 3 and 6 according to the present invention, the change in catalyst performance over time was analyzed under the same conditions as in Experimental Example 1, and the results 2 and 3 are shown.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 3 및 6에서 제조된 구리계 촉매는 반응 초기와 약 40 시간 경과된 후의 전환율이 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 구리계 촉매는 약 700 ℃의 상대적으로 저온인 온도에서도 약 70%의 높은 활성을 나타낼 수 있으며, 촉매의 비활성화를 방지함으로써 촉매활성의 안정성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.As shown in Figures 2 and 3, it can be seen that the copper-based catalyst prepared in Examples 3 and 6 according to the present invention has no significant change in conversion after the initial reaction and after about 40 hours. Through this, the copper-based catalyst according to the present invention can exhibit a high activity of about 70% even at a relatively low temperature of about 700 ℃, it can be seen that it can improve the stability of the catalytic activity by preventing the deactivation of the catalyst have.

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매:

<화학식 1>
a(X)-b(Cu)-c(Y)/Z

상기 화학식 1에서, X는 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru)이고;
Y는 망간(Mn), 란타늄(La) 또는 세륨(Ce)이며;
Z(담체)는 실리카(SiO2)이고;
a, b 및 c 각각은 Z 성분에 대한 X, Cu, Y의 중량%를 나타내며;
a는 0.1 내지 1.0 중량%, b는 5.0 내지 20.0 중량%, c는 5.0 내지 20.0 중량%의 범위이다.
Copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide represented by the formula (1):

&Lt; Formula 1 >
a (X) -b (Cu) -c (Y) / Z

In Formula 1, X is rhodium (Rh) or ruthenium (Ru);
Y is manganese (Mn), lanthanum (La) or cerium (Ce);
Z (carrier) is silica (SiO 2 );
a, b and c each represents the weight percentage of X, Cu, Y relative to the Z component;
a is 0.1 to 1.0% by weight, b is 5.0 to 20.0% by weight, c is 5.0 to 20.0% by weight.
하기 화학식 1의 조성비와 일치하도록 금속 전구체 용액을 실리카 담체에 담지시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 금속 전구체 용액이 담지된 실리카 담체를 건조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 건조된 실리카 담체를 소성시키는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매의 제조방법:

<화학식 1>
a(X)-b(Cu)-c(Y)/Z

상기 화학식 1에서, X는 로듐(Rh) 또는 루테늄(Ru)이고;
Y는 망간(Mn), 란타늄(La) 또는 세륨(Ce)이며;
Z(담체)는 실리카(SiO2)이고;
a, b 및 c 각각은 Z 성분에 대한 X, Cu, Y의 중량%를 나타내며;
a는 0.1 내지 1.0 중량%, b는 5.0 내지 20.0 중량%, c는 5.0 내지 20.0 중량%의 범위이다.
Supporting the metal precursor solution on the silica carrier so as to match the composition ratio of Chemical Formula 1 (step 1);
Drying the silica carrier on which the metal precursor solution is supported in step 1 (step 2); And
Method for preparing a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide represented by the formula (1) comprising the step (step 3) of firing the silica carrier dried in step 2;

&Lt; Formula 1 >
a (X) -b (Cu) -c (Y) / Z

In Formula 1, X is rhodium (Rh) or ruthenium (Ru);
Y is manganese (Mn), lanthanum (La) or cerium (Ce);
Z (carrier) is silica (SiO 2 );
a, b and c each represents the weight percentage of X, Cu, Y relative to the Z component;
a is 0.1 to 1.0% by weight, b is 5.0 to 20.0% by weight, c is 5.0 to 20.0% by weight.
제2항에 있어서, 상기 단계 2의 건조는 50 내지 110 ℃의 온도에서 5 내지 48시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the drying of step 2 is carried out for 5 to 48 hours at a temperature of 50 to 110 ℃ method for producing a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide.
제2항에 있어서, 상기 단계 3의 소성은 200 내지 700 ℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the calcination of step 3 is carried out at a temperature of 200 to 700 ℃ method for producing a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide.
제2항에 있어서, 단계 3의 소성이 수행되어 제조된 촉매를 전처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매의 제조방법.
The method of claim 2, further comprising the step of pretreatment of the catalyst prepared by the calcination of step 3, wherein the copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide.
제5항에 있어서, 상기 전처리는 단계 3의 소성이 수행되어 제조된 촉매를 100 내지 800 ℃의 온도로 10 분 내지 12 시간 동안 100 내지 100,000 ml/gcat·hr의 공간속도인 분위기 가스하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the pretreatment is carried out under an atmospheric gas at a space velocity of 100 to 100,000 ml / g cat · hr for 10 minutes to 12 hours at a temperature of 100 to 800 ℃ the catalyst prepared by the calcination of step 3 Method for producing a copper-based catalyst for the reforming reaction of methane using carbon dioxide.
제6항에 있어서, 상기 분위기 가스는 수소가스, 또는 질소, 헬륨 및 아르곤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 불활성 가스와 수소가스의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응용 구리계 촉매의 제조방법.
The copper for reforming methane using carbon dioxide according to claim 6, wherein the atmosphere gas is hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas or at least one inert gas selected from the group consisting of nitrogen, helium and argon. Method for producing a catalyst.
구리계 촉매를 이용하여, 하기 반응식과 같이 메탄과 이산화탄소를 포함하는 가스로부터 합성가스를 제조하는 제조방법.

<반응식>
Figure pat00003

A method for producing a synthesis gas from a gas containing methane and carbon dioxide using a copper catalyst, as shown in the following scheme.

<Scheme>
Figure pat00003

제8항에 있어서, 상기 구리계 촉매는 650 내지 850 ℃의 반응온도, 0.01 내지 0.1 MPa인 압력, 및 5,000 내지 50,000 ml/gcat·hr의 공간속도인 반응기 내에서 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
The synthesis of claim 8, wherein the copper-based catalyst comprises carbon monoxide and hydrogen in a reactor at a reaction temperature of 650 to 850 ° C., a pressure of 0.01 to 0.1 MPa, and a space velocity of 5,000 to 50,000 ml / g cat.hr. A manufacturing method characterized by producing a gas.
제9항에 있어서, 상기 반응기는 고정층 반응기, 유동층 반응기 또는 슬러리 반응기인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 9, wherein the reactor is a fixed bed reactor, a fluidized bed reactor, or a slurry reactor.
KR1020110143393A 2011-12-27 2011-12-27 Copper based catalyst for methane reformation using CO2, and the fabrication method thereof KR101308546B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110143393A KR101308546B1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Copper based catalyst for methane reformation using CO2, and the fabrication method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110143393A KR101308546B1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Copper based catalyst for methane reformation using CO2, and the fabrication method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130075147A true KR20130075147A (en) 2013-07-05
KR101308546B1 KR101308546B1 (en) 2013-09-13

Family

ID=48989090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110143393A KR101308546B1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Copper based catalyst for methane reformation using CO2, and the fabrication method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101308546B1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2511018A1 (en) 2002-12-20 2004-07-15 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Catalyst formulations for hydrogen generation
KR101320388B1 (en) * 2006-02-18 2013-10-22 삼성에스디아이 주식회사 Hydrocarbon reforming catalyst, method for manufacturing the same and a fuel treatment device comprising the same
KR101164024B1 (en) * 2009-12-24 2012-07-18 한국화학연구원 Cobalt based catalysts for reforming of methane by carbon dioxide, and production method of synthesis gas using them

Also Published As

Publication number Publication date
KR101308546B1 (en) 2013-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101164024B1 (en) Cobalt based catalysts for reforming of methane by carbon dioxide, and production method of synthesis gas using them
US8206576B2 (en) Nickel based catalyst using hydrotalcite-like precursor and steam reforming reaction of LPG
Roh et al. Low temperature and H 2 selective catalysts for ethanol steam reforming
KR101437072B1 (en) Catalyst for efficient co2 conversion and method for preparing thereof
TW201031632A (en) Integrated process for the production of vinyl acetate from acetic acid via ethyl acetate
Palma et al. Oxidative steam reforming of ethanol in a fluidized bed over CeO2-SiO2 supported catalysts: effect of catalytic formulation
Qiujie et al. Hydrogen production from steam reforming of ethanol over Ni/MgO-CeO2 catalyst at low temperature
US9789471B2 (en) Monolith catalyst for carbon dioxide reforming reaction, preparation method for same, and preparation method for synthesis gas using same
KR101227447B1 (en) Novel Metal Modified Hydrotalcite Catalyst for Reforming of Alcohols and Method for Producing Hydrogen Using The Same
KR101337743B1 (en) Modified nickel-based catalysts for steam reforming, method for fabricating the same and hydrogen production method using the catalysts
KR102186058B1 (en) Catalyst Comprising MgO-Al2O3 Hybrid Support and The Method of Preparing Synthesis Gas from Carbon Dioxide Reforming of Alcohol Using the Same
KR100976789B1 (en) Catalyst for water gas shift reaction, method for production thereof, and method of water gas shift by using same
JP2023514029A (en) Catalyst for CO2 methanation reaction with high activity and long-term stability, and method thereof
KR101421189B1 (en) The modified catalyst for co2 conversion
Al‐Fatesh et al. Sustainable production of synthesis gases via state of the art metal supported catalytic systems: an overview
KR101466470B1 (en) Nickel based catalyst of core-shell structure for steam and carbon dioxide mixed reforming reaction and preparation method thereof
KR101166074B1 (en) Manganese based Catalysts for Carbon dioxide reforming of Methane, Preparing method thereof, and Preparing method of Syngas using the same
KR101308546B1 (en) Copper based catalyst for methane reformation using CO2, and the fabrication method thereof
KR101466541B1 (en) Nickel based catalyst of core-shell structure for steam and carbon dioxide mixed reforming reaction and preparation method thereof
KR101392996B1 (en) Mesoporous nickel-alumina-zirconia xerogel catalyst and production method of hydrogen by steam reforming of ethanol using said catalyst
KR101783647B1 (en) Ni-Based catalysts for combined steam and carbon dioxide reforming with methane
JPH0419901B2 (en)
CA3138894A1 (en) Steam reforming catalysts for sustainable hydrogen production from bio-based materials
KR20150129566A (en) Ni-based catalysts for combined steam and carbon dioxide reforming with natural gas
JPS6082136A (en) Reforming catalyst of methanol

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160607

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170828

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180627

Year of fee payment: 6