KR20180065137A - Method for Oxidative Coupling of Methane Using Oxygen ion Conductive Membrane - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a methane oxidizing dimerization method using a fluidized bed catalyst and an oxygen separator having a catalyst layer. The methane oxidizing dimerization method of the present invention is a spontaneous methane oxidizing dimerization reaction using oxygen partial pressure difference and also uses the oxygen separator and the catalyst-containing fluidized bed. It is possible to obtain hydrocarbon with at least two carbon atoms at a high yield by additionally dimerizing unreacted methane.

Description

산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법{Method for Oxidative Coupling of Methane Using Oxygen ion Conductive Membrane}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for oxidizing methane,

본 발명은 메탄 전환 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 촉매층을 갖는 산소 분리막 및 유동층 촉매를 이용한 메탄 산화 이량화 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane having a catalyst layer and a fluidized bed catalyst.

기초 화합물인 에틸렌(ehtylene)은 산업적 쓰임새가 가장 다양한 화합물로, 이를 고분자화하거나 산화시켜 폴리에틸렌, 에틸렌옥사이드, 올레핀, 비닐클로라이드 등으로 변환하여 산업에 사용되고 있다. 에틸렌은 주로 에탄, 나프타 LPG 등의 열분해나 스팀 크래킹(steam cracking)에 의해 제조될 수 있는데, 이는 에틸렌뿐만 아니라 아세틸렌이나 디올레핀 등의 불순물이 생성된다. 또한 원료물질이 원유이므로 최근의 자원 고갈 및 고비용으로 인해 에틸렌 생산 비용이 증가하는 실정이다. 따라서 이를 대체할 수 있는 자원(석탄, 천연가스 등)으로부터 에틸렌을 제조하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. Ethylene (ehtylene), which is a basic compound, is the most abundant compound in industrial use and it is converted into polyethylene, ethylene oxide, olefin, vinyl chloride and so on by polymerizing or oxidizing it. Ethylene can be produced mainly by thermal cracking or steam cracking of ethane, naphtha LPG or the like, which produces not only ethylene but also impurities such as acetylene and diolefine. In addition, since the raw material is crude oil, the production cost of ethylene is increasing due to recent resource depletion and high cost. Therefore, attempts have been made to produce ethylene from resources (coal, natural gas, etc.) that can replace them.

최근 셰일 가스, 가스 하이드레이트, 쓰레기 매립지 의 매립 가스 등에 다량 포함된 메탄을 에탄, 에틸렌 등의 액체 연료와 기초 화합물로 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 메탄부터 탄소수가 많은 탄화수소로 전환시키는 방법으로는 간접전환과 직접전환으로 나뉠 수 있다. 메탄 간접 전환 방법은 메탄에 고온의 촉매반응으로 합성가스 (H2, CO, CO2)를 제조한 후 이를 피셔-트롭쉬 (Fischer-Tropsch) 반응으로 탄화수소 화합물을 제조하거나 Cu, Zn, alumina 촉매반응으로 메탄올을 합성하고 ZSM-5와 같은 탈수 촉매로 합성연료를 얻을 수 있으나, 메탄 전환공정에 합성가스 제조공정이 포함되어 전체 설비비용이 높아지는 단점이 있다. 이에 따라 메탄의 C2 직접전환(Direct methane coupling, DMC)방법이 각광 받고 있으며, 이는 메탄을 촉매 상에서 산소와 반응시켜 에탄 또는 에틸렌을 바로 생산하는 방법이다. Recently, researches on the development of methane as a liquid fuel and a basic compound such as ethane, ethylene, etc., which are contained in large amounts in shale gas, gas hydrate, and landfill gas in landfills, are actively being carried out. Methane to carbon-rich hydrocarbons can be divided into indirect and direct conversion. The methane indirect conversion method is a method in which a synthesis gas (H2, CO, CO2) is produced by a high-temperature catalytic reaction in methane, and then a hydrocarbon compound is produced by a Fischer-Tropsch reaction or by a catalytic reaction of Cu, Zn and alumina It is possible to synthesize methanol and obtain a synthetic fuel using a dehydration catalyst such as ZSM-5, but it has disadvantages that the total equipment cost is increased due to the synthesis gas production process being included in the methane conversion process. Direct methane coupling (DMC) method of methane is attracting attention, and methane is reacted with oxygen on catalyst to directly produce ethane or ethylene.

메탄 직접 전환 방법은 일반적으로 메탄 산화 이량화 (Oxidative Coupling of Methane, OCM) 방법과 비산화 메탄 이량화 (Non-oxidative Coupling of Methane NCM) 방법으로 구분될 수 있다. 메탄 산화 이량화 방법은 화학식 (1)과 같이 메탄을 산소와 반응시켜 에틸렌 등으로 직접 전환하는 것으로 현재까지 메탄 직접 전환 기술로 많은 연구가 진행되고있으나, 높은 반응속도 및 전환율에도 불구하고 메탄의 산화반응에 의한 손실과 코킹(coking) 현상으로 촉매 활성 저하를 초래하여 한계 수율을 극복하지 못하여 상용화가 불가능한 실정이다. 이를 극복하기 위한 대안으로 화학식 (2)와 같은 비산화 메탄 이량화 방법이 연구되고 있다.The methane direct conversion method is generally classified into the Oxidative Coupling of Methane (OCM) method and the Non-oxidative Coupling of Methane NCM method. Methane oxidative dimerization is a method that directly converts methane to oxygen by reacting methane with oxygen as shown in formula (1). Up to now, many studies have been made with direct methane conversion technology. However, in spite of high reaction rate and conversion rate, The loss due to the reaction and the coking phenomenon cause the catalytic activity to deteriorate and the commercial yield can not be overcome because the yield can not be overcome. As an alternative to overcome this problem, non-oxidative methane dimerization methods such as the formula (2) have been studied.

메탄 직접변환 화학식Methane direct conversion formula

2CH4 +O2 ↔ C2H4 +2H2O, Δ Go (1000 K) = -152 kJ/mol (1)2 K 4 + O 2 ↔ C 2 H 4 + 2H 2 O, Δ Go (1000 K) = -152 kJ / mol (1)

2CH4 ↔ C2H4 +2H2, Δ Go (1000 K) = 40 kJ/mol (2)2CH 4 ↔ C 2 H 4 + 2H 2 , Δ Go (1000 K) = 40 kJ / mol (2)

비산화 메탄 이량화 방법은 메탄의 탈수소화 및 이량화 또는 고리화가 일어나 수소를 방출하면서 상응하는 화합물이 제조된다. 그러나 비산화 메탄 이량화 방법은 외부 열 공급에 의존하는 비자발적인 흡열 반응으로 메탄의 전환율이 낮고, 반응이 간접적으로 가열되는 경우, 넓은 열 교환 면적이 필요하며, 이는 공정을 복잡하게 하고 높은 투자비용이 필요하다. 또한, 상대적으로 높은 온도로 인해 목적하지 않은 부반응, 예를 들어 코킹이 열 교환 표면 상에서 발생할 수 있다.The non-oxidizing methane dimerization process produces a corresponding compound while dehydrogenating and dimerizing or cyclizing methane and releasing hydrogen. However, the non-oxidizing methane dimerization method requires involuntary endothermic reaction, which depends on external heat supply, and requires a large heat exchange area when the conversion of methane is low and the reaction is indirectly heated. This complicates the process, Is required. In addition, undesired side reactions, such as caulking, can occur on the heat exchange surface due to the relatively high temperature.

한국 공개특허 2012-0004984호는 지방족탄화수소를 방향족 탄화수소로 변환시키기 위한 방법에 관한 것으로, 비산화 메탄 이량화 방법에서 반응 중 생성되는 수소를 수소분리막을 이용하여 전기화학적으로 수소를 제거하는 방법을 개시한다. 그러나 이는 별도의 탈수소 촉매 및 고온의 반응조건을 요구한다.Korean Unexamined Patent Publication No. 2000-0004984 discloses a method for converting aliphatic hydrocarbons into aromatic hydrocarbons, and discloses a method for electrochemically removing hydrogen by using a hydrogen separation membrane in the non-oxidized methane dimerization method. do. However, this requires separate dehydrogenation catalysts and high temperature reaction conditions.

따라서 높은 반응속도 및 전환율을 나타내면서도 안정한 반응 및 수율을 얻을 수 있는 고효율의 메탄 직접 전환 방법이 요구된다.Therefore, there is a need for a high-efficiency methane direct conversion method capable of obtaining a stable reaction and yield while exhibiting a high reaction rate and conversion ratio.

한국 공개특허 2012-0004984호Korea Patent Publication No. 2012-0004984

본 발명은 촉매층을 갖는 산소 분리막 및 유동층 촉매를 이용한 메탄 산화 이량화 장치를 이용하여 환원 분위기에서도 안정한 반응을 보이는 메탄 산화 이량화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides an apparatus and method for methane oxidation dimerization which exhibits a stable reaction even in a reducing atmosphere by using a methane oxidation dimerization apparatus using an oxygen separation membrane having a catalyst layer and a fluidized bed catalyst.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 산소 분리막 및 유동층 촉매를 이용한 메탄 산화 이량화 방법을 발견함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다. In order to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention by discovering a methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane and a fluidized bed catalyst.

본 발명은 지지층, 안정화층 및 촉매층이 순차적으로 적층된 산소 분리막을 경계로, 제 1공간 및 제 2공간으로 나누어지는 반응기를 이용한 메탄 산화 이량화 방법으로, 상기 방법은 제 1공간에 산소 분리막의 지지층면과 접하도록 산소 함유 가스를 공급하는 단계; 상기 제 2공간에 상기 산소 분리막의 촉매층면과 접하도록 메탄 함유 가스 및 유동촉매를 포함하는 유동층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2공간에서 생성되는 탄소수 2 이상의 탄화수소를 수득하는 단계를 포함하는, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다. The present invention is a methane oxidation dimerization method using a reactor in which a support layer, a stabilization layer and a catalyst layer are sequentially divided into a first space and a second space with an oxygen separation membrane as a boundary, Supplying an oxygen-containing gas so as to be in contact with the support layer surface; Forming a fluidized bed in the second space, the fluidized bed including a methane-containing gas and a flow catalyst so as to contact the surface of the catalyst layer of the oxygen separation membrane; And obtaining a hydrocarbon having 2 or more carbon atoms produced in the second space. The present invention also provides a method for diminishing methane oxidation using an oxygen separation membrane.

본 발명은 또한, 상기 지지층은 페롭스카이트 구조 물질로, 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium cobaltite, LSC), 도핑된 란타늄 페라이트(Lanthanum ferrite, LF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium chromite, LSCr), 칼슘 티타네이트 페라이트(Calcium Titanate Ferrite, CTF, CaTiFeO3), 바륨 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium Cobalt Ferrite, BSCF) 및 스트론튬 티타네이트 페라이트(Strontium Titanate Ferrite, STF) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 도핑된 란타늄 페라이트는 LaFeO3 - x 의 기본 구조에 A-site (La site)에 Sr, Ca 또는 Ba 이 도핑되는 것이며, B-site (Fe-site)는 Co, Cr, Ga 또는 Ti 이 도핑된 것인, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다.The present invention is also characterized in that the support layer is a perovskite structure material selected from the group consisting of lanthanum strontium cobaltite (LSC), lanthanum ferrite (LF), lanthanum strontium manganite (LSM) LSCr, Calcium Titanate Ferrite (CTF), CaTiFeO3, Barium Strontium Cobalt Ferrite (BSCF), and Strontium Titanate Ferrite (STF) Wherein the doped lanthanum ferrite is doped with Sr, Ca or Ba to A-site (La site) to the basic structure of LaFeO 3 - x , and B-site (Fe- site) is doped with Co, Cr, Ga, or Ti. The present invention provides a methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.

본 발명은 또한, 상기 안정화층은 형석구조 산화물, 또는 형석구조 산화물과 페롭스카이트 구조 물질의 혼합물이며, 상기 형석구조 산화물은 이트리아 안정화 지르코니아 (Yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아 (Scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 사마륨 주입된 세리아 (Samarium-doped ceria, SDC) 및 가돌리늄 주입된 세리아 (Gadolinium-doped ceria, GDC)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 상기 페롭스카이트 구조 물질은 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium cobaltite, LSC), 도핑된 란타늄 페라이트(Lanthanum ferrite, LF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium chromite, LSCr), 칼슘 티타네이트 페라이트(Calcium Titanate Ferrite, CTF, CaTiFeO3), 바륨 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium Cobalt Ferrite, BSCF) 및 스트론튬 티타네이트 페라이트(Strontium Titanate Ferrite, STF) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 도핑된 란타늄 페라이트는 LaFeO3 - x 의 기본 구조에 A-site (La site)에 Sr, Ca 또는 Ba 이 도핑되는 것이며, B-site (Fe-site)는 Co, Cr, Ga 또는 Ti 이 도핑된 것인, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a fluorite-structured oxide, wherein the stabilizing layer is a fluorosilicic oxide or a mixture of fluorosilicic oxide and perovskite structure material, wherein the fluorosilicic oxide is selected from the group consisting of Yttria-stabilized zirconia (YSZ), Scandia stabilized zirconia wherein the perovskite structure material is at least one selected from the group consisting of lanthanide-stabilized zirconia (ScSZ), samarium-doped ceria (SDC), and gadolinium-doped ceria Lanthanum strontium cobaltite (LSC), lanthanum ferrite (LF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium chromite (LSCr), calcium titanate ferrite (Calcium Titanate Ferrite, CTF, CaTiFeO3), barium strontium cobalt ferrite It is preferable that the doped lanthanum ferrite is at least one selected from the group consisting of LaFeO 3 - x and LaFeO 3 - x , (Fe-site) is doped with Sr, Ca, or Ba, and B-site (Fe-site) is doped with Co, Cr, Ga, or Ti.

본 발명은 또한, 상기 촉매층은 La2O3/MgO, MnNa2WO4/SiO2, La2O3(SrO)/CaO, Li2O/MgO, LaMnO3, La0.9K0.1MnO3, La1 - xNaxMnO3(0<x<1), Ba0 . 5Sr0 . 5TiO3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi1 - xLixO3(0<x<1), SrTi0.9Li0.1O3 및 Bi1 . 5Y0 . 3Sm0 . 2O3 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다.In the present invention, the catalyst layer is formed of La 2 O 3 / MgO, MnNa 2 WO 4 / SiO 2 , La 2 O 3 (SrO) / CaO, Li 2 O / MgO, LaMnO 3 , La 0.9 K 0.1 MnO 3 , La 1 - x Na x MnO 3 (0 < x < 1) , Ba 0 . 5 Sr 0 . 5 TiO 3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi 1 - x Li x O 3 (0 <x <1) , SrTi 0.9 Li 0.1 O 3 and Bi 1 . 5 Y 0 . 3 Sm 0 . 2 O 3 Wherein the at least one oxygen separation membrane comprises at least one selected from the group consisting of oxygen and oxygen.

본 발명은 또한, 상기 유동촉매는 20㎛ 내지 2000㎛ 크기의 입자상 물질로, La2O3/MgO, MnNa2WO4/SiO2, La2O3(SrO)/CaO, Li2O/MgO, LaMnO3, La0 .9K0. 1MnO3, La1 - xNaxMnO3(0<x<1), Ba0 . 5Sr0 . 5TiO3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi1 - xLixO3(0<x<1), SrTi0 . 9Li0 . 1O3 및 Bi1 . 5Y0 . 3Sm0 . 2O3 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는,산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다. In the present invention, the flow catalyst may be a particulate material having a size of 20 μm to 2000 μm, and may include La 2 O 3 / MgO, MnNa 2 WO 4 / SiO 2 , La 2 O 3 (SrO) / CaO, Li 2 O / MgO , LaMnO 3, La 0 .9 K 0. 1 MnO 3, La 1 - x Na x MnO 3 (0 <x <1), Ba 0. 5 Sr 0 . 5 TiO 3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi 1 - x Li x O 3 (0 <x <1) , SrTi 0 . 9 Li 0 . 1 O 3 And Bi 1 . 5 Y 0 . 3 Sm 0 . 2 O 3 Wherein the at least one oxygen separation membrane comprises at least one selected from the group consisting of oxygen and oxygen.

본 발명은 또한, 상기 지지층, 안정화층 또는 촉매층은 다공성인, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다. The present invention also provides a methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane, wherein the support layer, the stabilization layer or the catalyst layer is porous.

본 발명은 또한, 상기 안정화층은 두께가 1 내지 100㎛인, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다.The present invention also provides a methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane, wherein the stabilization layer has a thickness of 1 to 100 mu m.

본 발명은 또한, 상기 유동층은 이산화탄소 흡착제를 포함하는, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다.The present invention also provides a methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane, wherein the fluidized bed comprises a carbon dioxide adsorbent.

본 발명은 또한, 상기 메탄 함유 가스는 3부피% 이상의 메탄을 포함하는, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다.The present invention also provides a methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane, wherein the methane-containing gas comprises at least 3 vol% of methane.

본 발명은 또한, 상기 탄소수 2 이상의 탄화수소는 에탄(C2H6) 또는 에틸렌(C2H4)인, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다.The present invention also provides a methane oxidation dimerization method using the oxygen separation membrane, wherein the hydrocarbon having 2 or more carbon atoms is ethane (C 2 H 6 ) or ethylene (C 2 H 4 ).

본 발명은 또한, 상기 반응기는 700℃ 내지 1000℃의 온도가 유지되는, 산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법을 제공한다.The present invention also provides a methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane, wherein the reactor is maintained at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C.

본 발명의 촉매층을 갖는 산소 분리막 및 유동층 촉매를 이용한 메탄 산화 이량화 방법은 산소 분압차를 이용한 자발적 메탄 산화 이량화 반응으로, 촉매가 포함된 유동층을 사용함에 따라 미반응 메탄을 추가적으로 이량화하여 높은 수율로 탄소수 2 이상의 탄화수소를 수득할 수 있다. The methane oxidation dimerization method using the oxygen separation membrane and the fluidized bed catalyst having the catalyst layer of the present invention is a spontaneous methane oxidation dimerization reaction using the oxygen partial pressure difference. As the fluidized bed containing the catalyst is used, unreacted methane is further dimerized It is possible to obtain hydrocarbons having 2 or more carbon atoms in the yield.

도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 산소 분리막을 이용한 메탄 산화 이량화 반응을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 산소 분리막의 구조를 나타내는 개략도 이다.
도 3은 본 발명의 한 구현예에 따라 산소 분리막 및 촉매가 포함된 유동층을 사용한 메탄 산화 이량화 반응기를 나타내는 개략도이다.
1 is a schematic diagram showing a methane oxidation dimerization reaction using an oxygen separation membrane according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing the structure of an oxygen separation membrane according to one embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a methane oxidation dimerization reactor using a fluidized bed including an oxygen separation membrane and a catalyst according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to the detailed description of the present invention, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

한 양태에서 본 발명은 지지층, 안정화층 및 촉매층이 순차적으로 적층된 산소 분리막을 경계로, 제 1공간 및 제 2공간으로 나누어지는 반응기를 이용한 메탄 산화 이량화 방법으로, 상기 방법은 제 1공간에 산소 분리막의 지지층면과 접하도록 산소 함유 가스를 공급하는 단계; 상기 제 2공간에 상기 산소 분리막의 촉매층면과 접하도록 메탄 함유 가스 및 유동촉매를 포함하는 유동층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2공간에서 생성되는 탄소수 2 이상의 탄화수소를 수득하는 단계를 포함하는 메탄 산화 이량화 방법이다.In one embodiment, the present invention is a methane oxidation dimerization method using a reactor in which a support layer, a stabilization layer, and a catalyst layer are sequentially divided into a first space and a second space with an oxygen separation membrane as a boundary, Supplying an oxygen-containing gas so as to be in contact with the support layer surface of the oxygen separation membrane; Forming a fluidized bed in the second space, the fluidized bed including a methane-containing gas and a flow catalyst so as to contact the surface of the catalyst layer of the oxygen separation membrane; And a step of obtaining a hydrocarbon having 2 or more carbon atoms generated in the second space.

이온-전자 혼합 전도성막(Mixed ionic electronic conductor membrane)을 이용한 기체분리는 막에 대한 선택적인 가스투과원리에 의하여 진행된다. 즉 기체혼합물이 막표면에 접촉하였을 때 기체성분은 막 속으로 용해, 확산하게 되는데 이때 각각의 기체성분의 용해도와 투과도는 막 물질에 대하여 서로 다르게 나타나게 된다. 기체분리에 대한 추진력은 막 양단에 가해지는 특정기체성분에 대한 분압차이다. 특히 이온-전자 혼합 전도성막 이용한 막 분리 공정은 에너지 소모가 적은 장점 때문에 여러 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 본 발명의 이온 분리막은 산소 이온을 선택적으로 투과시키는 산소 분리막이다. 도 1은 본 발명의 산소 분리막을 이용한 메탄 산화 이량화 반응기(1) 및 메탄 산화 이량화 반응의 원리를 나타내는 것으로, 산소 분리막(2)을 경계로 제 1공간(3) 및 제 2공간(4)으로 나누어지는 반응기에 산소 함유 가스를 제 1공간에, 메탄 함유 가스를 제 2공간에 각각 주입하면, 제 1공간의 산소는 산소 분리막의 표면에 접하여 산소 이온으로 전환되어 전도성막을 통과한다. 전도성막을 통과한 산소 이온은 전도성막을 경계로 반대편 메탄을 포함하는 메탄가스와 촉매층에서 반응하고, 이는 산화성 탈수소화 커플링 반응이 유도되어 제 2공간에서 탄소수 2 이상의 화합물이 제조된다. 상기 메탄 산화 이량화 반응은 700℃ 내지 900℃의 온도가 유지된 상태에서 수행된다.Gas separation using a mixed ionic electronic conductor membrane proceeds by selective gas permeation principle for the membrane. That is, when the gas mixture contacts the surface of the membrane, the gas component dissolves and diffuses into the membrane, where the solubility and permeability of each gas component is different for the membrane material. The propulsive force for gas separation is the partial pressure difference for the particular gas component applied across the membrane. Particularly, the membrane separation process using ion - electron mixed conductive film is widely used in various fields because of its low energy consumption. The ion separation membrane of the present invention is an oxygen separation membrane which selectively permeates oxygen ions. FIG. 1 shows the principle of the methane oxidation dimerization reaction (1) and the methane oxidation dimerization reaction using the oxygen separation membrane of the present invention, wherein the oxygen separation membrane 2 is divided into a first space 3 and a second space 4 ) Into the first space and the methane-containing gas into the second space, the oxygen in the first space is converted into oxygen ions by passing through the conductive film in contact with the surface of the oxygen separation membrane. Oxygen ions passing through the conductive film react with methane gas containing methane on the opposite side of the conductive membrane at the catalyst layer, which leads to oxidation-induced dehydrogenation coupling reaction to produce a compound having 2 or more carbon atoms in the second space. The methane dimerization reaction is carried out at a temperature of 700 ° C to 900 ° C.

상기 메탄 함유 가스는 도 3 과 같이 유동촉매와 함께 제 2공간에 유동층(5)을 형성할 수 있다. 유동층이란 일정 공간에서 분립체가 유체의 일정한 유속에 따라 형성하여 이동하는 층으로, 유동층에서는 입자가 균일하게 혼합되어 입자와 유체의 접촉이 좋고 온도 조절 또한 용이하다. 본 발명에서는 메탄 함유 가스와 유동촉매를 제 2공간에서 유동층으로 형성함에 따라 분리막 표면에서 반응하지 못한 미반응 메탄을 추가적으로 산화 시켜, 높은 이량화 반응 수율을 얻을 수 있다. 상기 유동층의 유속은 이로 한정하는 것은 아니나 예를 들면 유속 0.02 내지 2 m/s로 공급할 수 있다. 0.02m/s 이하의 속도의 경우 유동층 내 미립 유동촉매 분자들이 원활한 흐름을 갖지 못해 촉매의 역할을 충분히 수행할 수 없으며, 2m/s 이상의 속도에서는 산소 분리막과 메탄 함유 가스의 접촉이 충분하지 못해 메탄 가스의 이량화 효율이 낮아질 수 있다. 한 구현예에서 상기 유동촉매는 20㎛ 내지 2000㎛ 크기의 입자상 물질로, La2O3/MgO, MnNa2WO4/SiO2, La2O3(SrO)/CaO, Li2O/MgO, LaMnO3, La0 .9K0. 1MnO3, La1 - xNaxMnO3(0<x<1), Ba0 . 5Sr0 . 5TiO3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi1 - xLixO3(0<x<1), SrTi0 . 9Li0 . 1O3 및 Bi1 . 5Y0 . 3Sm0 . 2O3 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함한다. 또한 상기 유동층은 이산화탄소 흡착제를 포함할 수 있다. 이산화탄소 흡착제를 제 2공간의 유동층을 이용하여 유동시키면 부가적 반응인 연소반응에 의해 발생하는 이산화탄소를 흡착할 수 있어, 메탄 산화 이량화 반응의 공정 효율을 높일 수 있다. 상기 이산화탄소 흡착제는 바람직하게 La2O3 또는 MgO인 금속산화물이며, 상기 금속 산화물을 사용할 경우 이산화탄소 흡착재와 메탄 산화 이량화 반응의 촉매 역할을 동시에 수행할 수 있다.The methane-containing gas may form the fluidized bed 5 in the second space together with the flow catalyst as shown in FIG. The fluidized bed is a layer in which a powder is formed and moves according to a constant flow rate of a fluid in a certain space. In the fluidized bed, the particles are uniformly mixed to allow good contact between particles and fluid, and temperature control is also easy. In the present invention, by forming the methane-containing gas and the flowing catalyst in the second space as a fluidized bed, the unreacted methane that has not reacted on the surface of the separation membrane is additionally oxidized, and a high dimerization reaction yield can be obtained. The flow rate of the fluidized bed is not limited to this, but it can be supplied at a flow rate of 0.02 to 2 m / s, for example. In the case of the velocity below 0.02 m / s, the fine flow catalyst molecules in the fluidized bed do not have a smooth flow and can not sufficiently perform the role of the catalyst. At a velocity of 2 m / s or higher, the contact between the oxygen separator and the methane- The efficiency of dimerization of the gas may be lowered. In one embodiment, the flow catalyst is selected from the group consisting of La 2 O 3 / MgO, MnNa 2 WO 4 / SiO 2 , La 2 O 3 (SrO) / CaO, Li 2 O / MgO, LaMnO 3, La 0 .9 K 0. 1 MnO 3, La 1 - x Na x MnO 3 (0 <x <1), Ba 0. 5 Sr 0 . 5 TiO 3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi 1 - x Li x O 3 (0 <x <1) , SrTi 0 . 9 Li 0 . 1 O 3 And Bi 1 . 5 Y 0 . 3 Sm 0 . 2 O 3 And at least one selected from the group consisting of The fluidized bed may also comprise a carbon dioxide adsorbent. When the carbon dioxide adsorbent is flowed using the fluidized bed of the second space, carbon dioxide generated by the combustion reaction as an additional reaction can be adsorbed, and the process efficiency of the methane oxidation dimerization reaction can be enhanced. The carbon dioxide adsorbent is preferably La 2 O 3 Or MgO. When the metal oxide is used, the carbon dioxide adsorbent can be simultaneously used as a catalyst for the methane dimerization reaction.

한 구현예에서 상기 메탄 공급 가스는 메탄/아르곤 혼합가스를 사용할 수 있으며, 3 부피% 이상의 메탄을 포함한다. 메탄이 3 부피% 미만으로 충분하지 않을 경우 산소 분리막을 통하여 공급된 산소가 메탄과 충분히 반응할 수 없다 . 상기 산소 함유 가스 및 메탄 함유 가스는 상기 유동층의 bed 크기에 따라 다르게 적용할 수 있으며, 예를 들면 산소 분리막 표면에서 충분한 반응을 유도하기 위해 100ml/min 내지 500ml/min의 유량으로 각각 주입될 수 있으며, 이로 제한하는 것은 아니다. 유량이 100ml/min 낮은 경우 산소 분리막 표면에서 반응물 농도가 낮아 반응 속도가 느려지게 되며, 500ml/min인 경우 산소 분리막의 반응 활성 자리가 포화되며, 또한 산소 분리막의 파손이 우려될 수 있다. 본 발명의 메탄 산화 이량화 반응은 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 산소 분압차이에 의한 자발적인 메탄 산화 반응이다. 상기 반응을 통해 메탄은 탄소수 2 이상의 화합물, 바람직하게 에틸렌으로 제조된다. In one embodiment, the methane feed gas may be a methane / argon mixed gas, And 3% by volume or more of methane. If less than 3% by volume of methane is not sufficient, the oxygen supplied through the oxygen separation membrane can not sufficiently react with methane. The oxygen-containing gas and the methane-containing gas may be applied at different flow rates, for example, 100 ml / min to 500 ml / min to induce sufficient reaction at the surface of the oxygen separation membrane. , But is not limited thereto. When the flow rate is 100ml / min, the reaction rate is slowed due to the low reactant concentration at the surface of the oxygen separation membrane. When the flow rate is 500ml / min, the active sites of the oxygen separation membrane become saturated and the oxygen separation membrane may be damaged. The methane oxidation dimerization reaction of the present invention is a spontaneous methane oxidation reaction at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C due to the difference in oxygen partial pressure. Through this reaction, methane is produced from a compound having two or more carbon atoms, preferably ethylene.

본 발명의 상기 산소 분리막은 지지층, 안정화층 및 촉매층이 순차적으로 적층된 것이며, 상기 지지층은 산소 이온 전도성층이고, 안정화층은 지지층이 환원가스에 노출되면 손상될 우려가 있기 때문에 이를 방지하기 위한 층이며, 촉매층은 메탄의 이량화 반응을 촉진하는 촉매물질이 포함된 층이다. 도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 산소 분리막을 나타낸다. (a)는 치밀구조의 지지층(10)과 안정화층(11)을 나타내는 것으로, 지지층 일면에 안정화층이 적층된 것이다. (b)는 본 발명에 따른 한구현예에서 지지층의 표면적을 높여 산소 함유 가스의 이온화도를 향상시키기 위한 다공성 지지층(100) 및 지지층 일면에 적층된 안정화층(11)을 나타낸다. (C) 및 (d)는 산소 분리막의 메탄 산화 이량화 촉매층의 형태를 나타내는 것으로, 반응면적을 최대화하기 위한 다공성 촉매층(12)이 안정화층 일면에 적층된 것을 나타낸다. (C)는 지지층(10), 안정화층(11), 촉매층(12)이 순차적으로 적층된 것이며, 상기 촉매층은 예를 들면 활성탄 등과 촉매를 혼합하여 혼합층을 형성하고 이를 소결하여 활성탄이 제거되면 형성되는 기공에 의해 반응면적을 넓힐 수 있다. (d)는 지지층, 안정화층, 촉매층이 순차적으로 적층된 것이며, 상기 촉매층은 안정화층 및 촉매층의 분말재료를 혼합하여 소결하여 이를 다공성화 한 것이다. 메탄 산화 이량화 촉매는 금속 산화물로 열적으로 안정하며 바람직하게 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 Mg 및 La 산화물에 도입되어 높은 활성화 촉매를 달성할 수 있다. 이러한 촉매 물질은 산소 빈자리로 인한 이온 전도성이 촉진되어 산소 이온 이동에 적합하다.Since the support layer is an oxygen ion conductive layer, and the stabilization layer may be damaged when the support layer is exposed to the reducing gas, the oxygen separation membrane according to the present invention may have a layer , And the catalyst layer is a layer containing a catalyst material for promoting the dimerization reaction of methane. 2 shows an oxygen separation membrane according to one embodiment of the present invention. (a) shows a dense support layer 10 and a stabilized layer 11, and a stabilized layer is laminated on one surface of the support layer. (b) shows a porous support layer 100 for enhancing the ionization degree of the oxygen-containing gas by increasing the surface area of the support layer in the single-layer structure according to the present invention, and a stabilization layer 11 laminated on one surface of the support layer. (C) and (d) show the form of the methane oxidation diminution catalyst layer of the oxygen separation membrane, which indicates that the porous catalyst layer 12 for maximizing the reaction area is laminated on one surface of the stabilization layer. The catalyst layer C is formed by sequentially laminating a support layer 10, a stabilizing layer 11 and a catalyst layer 12. The catalyst layer is formed by mixing a catalyst with, for example, activated carbon to form a mixed layer, The reaction area can be widened by the pores to be formed. (d) is a support layer, a stabilizing layer, and a catalyst layer sequentially laminated, and the catalyst layer is obtained by mixing and sintering the powder materials of the stabilizing layer and the catalyst layer to make them porous. The methane oxide dimerization catalyst is thermally stable as a metal oxide and preferably an alkali metal or an alkaline earth metal is introduced into the Mg and La oxides to achieve a high activation catalyst. This catalytic material promotes ionic conductivity due to oxygen vacancy and is suitable for oxygen ion transport.

한 구현예에서 상기 지지층은 페롭스카이트 구조 물질로, 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium cobaltite, LSC), 도핑된 란타늄 페라이트(Lanthanum ferrite, LF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium chromite, LSCr), 칼슘 티타네이트 페라이트(Calcium Titanate Ferrite, CTF, CaTiFeO3), 바륨 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium Cobalt Ferrite, BSCF) 및 스트론튬 티타네이트 페라이트(Strontium Titanate Ferrite, STF) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 상기 란타늄 페라이트는 LaFeO3 - x 의 기본 구조에 A-site (La site)는 Sr, Ca, Ba등이 도핑되는 것이며 B-site (Fe-site)는 Co, Cr, Ga, Ti 등이 도핑된 조성의 물질을 이용할 수 있다. In one embodiment, the support layer is a perovskite structure material selected from the group consisting of lanthanum strontium cobaltite (LSC), lanthanum ferrite (LF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum (LSCr), calcium titanate ferrite (CTF), CaTiFeO3, barium strontium cobalt ferrite (BSCF), and strontium titanate ferrite (STF). And at least one selected from the group consisting of The lanthanum ferrite is doped with Sr, Ca, Ba or the like in the basic structure of LaFeO 3 - x , and A-site (La site) is doped with Co, Cr, Ga, Ti or the like. Can be used.

본 발명의 한 구현에에서 상기 안정화층은 형석구조 산화물, 또는 형석구조 산화물과 페롭스카이트 구조 물질의 혼합물이며, 상기 형석구조 산화물은 이트리아 안정화 지르코니아 (Yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아 (Scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 사마륨 주입된 세리아 (Samarium-doped ceria, SDC) 및 가돌리늄 주입된 세리아 (Gadolinium-doped ceria, GDC)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 상기 페롭스카이트 구조 물질은 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium cobaltite, LSC), 도핑된 란타늄 페라이트(Lanthanum ferrite, LF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium chromite, LSCr), 칼슘 티타네이트 페라이트(Calcium Titanate Ferrite, CTF, CaTiFeO3), 바륨 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium Cobalt Ferrite, BSCF) 및 스트론튬 티타네이트 페라이트(Strontium Titanate Ferrite, STF) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 도핑된 란타늄 페라이트는 LaFeO3 - x 의 기본 구조에 A-site (La site)에 Sr, Ca 또는 Ba 이 도핑되는 것이며, B-site (Fe-site)는 Co, Cr, Ga 또는 Ti 이 도핑된 것이다. 바람직하게 가돌리니아 주입 세리아(gadolinia doped-ceria, GDC)이다. 본 발명의 상기 촉매층은 La2O3/MgO, MnNa2WO4/SiO2, La2O3(SrO)/CaO, Li2O/MgO, LaMnO3, La0 .9K0. 1MnO3, La1 -xNaxMnO3(0<x<1), Ba0 . 5Sr0 . 5TiO3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi1 - xLixO3(0<x<1), SrTi0 . 9Li0 . 1O3 및 Bi1.5Y0.3Sm0.2O3 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the stabilizing layer is a fluorosilicic oxide, or a mixture of fluorosilicic oxide and perovskite structure material, wherein the fluorosilicic oxide is selected from the group consisting of Yttria-stabilized zirconia (YSZ), Scandia stabilized zirconia At least one selected from the group consisting of Scandia-stabilized zirconia (ScSZ), samarium-doped ceria (SDC) and gadolinium-doped ceria (GDC) Is preferably selected from the group consisting of Lanthanum strontium cobaltite (LSC), Lanthanum ferrite (LF), Lanthanum strontium Manganite (LSM), Lanthanum strontium chromite (LSCr) Calcium Titanate Ferrite (CTF, CaTiFeO3), barium strontium cobalt ferrite (Barium Strontium A-site (La site on the primary structure of the x) - Cobalt Ferrite, BSCF) and strontium titanate ferrite (Strontium Titanate Ferrite, STF) group 1 that contains the least, and the doped lanthanum ferrite LaFeO 3 selected from the consisting of And B-site (Fe-site) is doped with Co, Cr, Ga, or Ti. It is preferably gadolinia doped-ceria (GDC). The catalyst layer of the present invention is La 2 O 3 / MgO, MnNa 2 WO 4 / SiO 2, La 2 O 3 (SrO) / CaO, Li 2 O / MgO, LaMnO 3, La 0 .9 K 0. 1 MnO 3 , La 1- x Na x MnO 3 (0 &lt; x < 1) , Ba 0 . 5 Sr 0 . 5 TiO 3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi 1 - x Li x O 3 (0 <x <1) , SrTi 0 . 9 Li 0 . 1 O 3 And Bi 1.5 Y 0.3 Sm 0.2 O 3 .

본 발명의 상기 지지층은 두께가 20 내지 300㎛으로, 두께가 20㎛ 미만도 가능하나, 제조 공정상의 용이성 및 제조된 산소 이온 전도성막의 기계적 강도 등을 고려하면 20㎛ 이상인 것이 바람직하고, 산소 투과도 등을 고려하면 300㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 상기 안정화층은 두께가 1 내지 100㎛를 유지한다. 두께가 1㎛ 미만이면 지지층에서 쉽게 박리되고 100㎛를 초과하는 경우에는 산소 이온의 확산 속도가 안정화층 내에서 충분하지 않은 문제가 발생할 수 있다. 상기 촉매층은 두께가 1 내지 5000㎛를 유지한다. 두께가 1㎛ 미만이면 안정화층에서 쉽게 박리되고 5000㎛를 초과하는 경우에는 기체의 확산 속도가 촉매층 내에서 충분하지 않은 문제가 발생할 수 있다.The support layer of the present invention may have a thickness of 20 to 300 占 퐉 and a thickness of less than 20 占 퐉, but it is preferably 20 占 퐉 or more in consideration of easiness in the production process and mechanical strength of the oxygen ion conductive film produced, It is preferable that it does not exceed 300 mu m. The stabilizing layer maintains a thickness of 1 to 100 mu m. If the thickness is less than 1 탆, the support layer may easily peel off. If the thickness exceeds 100 탆, the oxygen ion diffusion rate may not be sufficient in the stabilization layer. The catalyst layer maintains a thickness of 1 to 5,000 탆. If the thickness is less than 1 mu m, the stabilized layer is easily peeled off. If the thickness exceeds 5000 mu m, the gas diffusion rate may not be sufficient in the catalyst layer.

이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, .

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다. All technical terms used in the present invention are used in the sense that they are generally understood by those of ordinary skill in the relevant field of the present invention unless otherwise defined. The contents of all publications referred to herein are incorporated herein by reference.

1. 메탄 산화 이량화 반응기
2. 산소 분리막
3. 제 1공간
4. 제 2공간
5. 유동층
10. 지지층
11. 안정화층
12. 촉매층
100. 다공성 지지층
1. Methane oxidation dimerization reactor
2. Oxygen separator
3. First space
4. The second space
5. Fluidized bed
10. Support layer
11. Stabilization layer
12. Catalyst layer
100. Porous support layer

Claims (11)

지지층, 안정화층 및 촉매층이 순차적으로 적층된 산소 분리막을 경계로, 제 1공간 및 제 2공간으로 나누어지는 반응기를 이용한 메탄 산화 이량화 방법으로,
상기 방법은 제 1공간에 산소 분리막의 지지층면과 접하도록 산소 함유 가스를 공급하는 단계;
상기 제 2공간에 상기 산소 분리막의 촉매층면과 접하도록 메탄 함유 가스 및 유동촉매를 포함하는 유동층을 형성하는 단계; 및
상기 제 2공간에서 생성되는 탄소수 2 이상의 탄화수소를 수득하는 단계를 포함하는,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
A methane oxidation dimerization method using a reactor divided into a first space and a second space with an oxygen separation membrane in which a support layer, a stabilization layer and a catalyst layer are sequentially stacked,
The method includes the steps of: supplying an oxygen-containing gas to the first space so as to contact with the surface of the support layer of the oxygen separation membrane;
Forming a fluidized bed in the second space, the fluidized bed including a methane-containing gas and a flow catalyst so as to contact the surface of the catalyst layer of the oxygen separation membrane; And
Thereby obtaining a hydrocarbon having 2 or more carbon atoms generated in the second space.
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 지지층은 페롭스카이트 구조 물질로, 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium cobaltite, LSC), 도핑된 란타늄 페라이트(Lanthanum ferrite, LF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium chromite, LSCr), 칼슘 티타네이트 페라이트(Calcium Titanate Ferrite, CTF, CaTiFeO3), 바륨 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium Cobalt Ferrite, BSCF) 및 스트론튬 티타네이트 페라이트(Strontium Titanate Ferrite, STF) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 도핑된 란타늄 페라이트는 LaFeO3-x 의 기본 구조에 A-site (La site)에 Sr, Ca 또는 Ba 이 도핑되는 것이며, B-site (Fe-site)는 Co, Cr, Ga 또는 Ti 이 도핑된 것인,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
The support layer may be a perovskite structure material such as lanthanum strontium cobaltite (LSC), lanthanum ferrite (LF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium chromite Selected from the group consisting of Lanthanum strontium chromite (LSCr), calcium titanate ferrite (CTF, CaTiFeO3), barium strontium cobalt ferrite (BSCF) and strontium titanate ferrite Comprising at least one species,
The doped lanthanum ferrite is doped with Sr, Ca or Ba to A-site (La site) to the basic structure of LaFeO 3-x , and B-site (Fe- However,
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1항에 있어서,
상기 안정화층은 형석구조 산화물, 또는 형석구조 산화물과 페롭스카이트 구조 물질의 혼합물이며,
상기 형석구조 산화물은 이트리아 안정화 지르코니아 (Yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아 (Scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 사마륨 주입된 세리아 (Samarium-doped ceria, SDC) 및 가돌리늄 주입된 세리아 (Gadolinium-doped ceria, GDC)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
상기 페롭스카이트 구조 물질은 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanum strontium cobaltite, LSC), 도핑된 란타늄 페라이트(Lanthanum ferrite, LF), 란타늄 스트론튬 망가나이트(Lanthanum strontium Manganite, LSM), 란타늄 스트론튬 크로마이트(Lanthanum strontium chromite, LSCr), 칼슘 티타네이트 페라이트(Calcium Titanate Ferrite, CTF, CaTiFeO3), 바륨 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium Cobalt Ferrite, BSCF) 및 스트론튬 티타네이트 페라이트(Strontium Titanate Ferrite, STF) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 도핑된 란타늄 페라이트는 LaFeO3 - x 의 기본 구조에 A-site (La site)에 Sr, Ca 또는 Ba 이 도핑되는 것이며, B-site (Fe-site)는 Co, Cr, Ga 또는 Ti 이 도핑된 것인,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
The stabilizing layer is a fluorosilicic oxide, or a mixture of a fluorosilicic oxide and a perovskite structure material,
The fluorosilicic oxide may be selected from the group consisting of yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), samarium-doped ceria (SDC) and gadolinium- doped ceria, GDC), and more preferably,
The perovskite structure material may be selected from the group consisting of lanthanum strontium cobaltite (LSC), lanthanum ferrite (LF), lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium chromite (LSCr), calcium titanate ferrite (CTF, CaTiFeO3), barium strontium cobalt ferrite (BSCF), and strontium titanate ferrite (STF) / RTI &gt;
The doped lanthanum ferrite is one in which Sr, Ca, or Ba is doped in the A-site (La site) to the basic structure of LaFeO 3 - x , and B, However,
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 촉매층은 La2O3/MgO, MnNa2WO4/SiO2, La2O3(SrO)/CaO, Li2O/MgO, LaMnO3, La0 .9K0. 1MnO3, La1 -xNaxMnO3(0<x<1), Ba0 . 5Sr0 . 5TiO3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi1 - xLixO3(0<x<1), SrTi0 . 9Li0 . 1O3 및 Bi1.5Y0.3Sm0.2O3 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
The catalyst layer is La 2 O 3 / MgO, MnNa 2 WO 4 / SiO 2, La 2 O 3 (SrO) / CaO, Li 2 O / MgO, LaMnO 3, La 0 .9 K 0. 1 MnO 3, La 1 -x Na x MnO 3 (0 &lt; x < 1) , Ba 0 . 5 Sr 0 . 5 TiO 3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi 1 - x Li x O 3 (0 <x <1) , SrTi 0 . 9 Li 0 . 1 O 3 And Bi 1.5 Y 0.3 Sm 0.2 O 3 .
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 유동촉매는 20㎛ 내지 2000㎛ 크기의 입자상 물질로, La2O3/MgO, MnNa2WO4/SiO2, La2O3(SrO)/CaO, Li2O/MgO, LaMnO3, La0 .9K0. 1MnO3, La1 - xNaxMnO3(0<x<1), Ba0 . 5Sr0 . 5TiO3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi1 - xLixO3(0<x<1), SrTi0 . 9Li0 . 1O3 및 Bi1 . 5Y0 . 3Sm0 . 2O3 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
The flow catalyst is a particulate material having a size of 20 μm to 2000 μm and includes La 2 O 3 / MgO, MnNa 2 WO 4 / SiO 2 , La 2 O 3 (SrO) / CaO, Li 2 O / MgO, LaMnO 3 , La 0 .9 K 0. 1 MnO 3, La 1 - x Na x MnO 3 (0 <x <1), Ba 0. 5 Sr 0 . 5 TiO 3 (BST), Na-BST, Mg-BST, Li-BST, SrTi 1 - x Li x O 3 (0 <x <1) , SrTi 0 . 9 Li 0 . 1 O 3 And Bi 1 . 5 Y 0 . 3 Sm 0 . 2 O 3 &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; and / or < / RTI &gt;
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 지지층, 안정화층 또는 촉매층은 다공성인,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
The support, stabilization or catalyst layer may be porous,
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 안정화층은 두께가 1 내지 100㎛인,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the stabilizing layer has a thickness of 1 to 100 mu m,
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 유동층은 이산화탄소 흡착제를 포함하는,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fluidized bed comprises a carbon dioxide adsorbent.
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 메탄 함유 가스는 3부피% 이상의 메탄을 포함하는,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the methane-containing gas comprises at least 3 vol%
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소수 2 이상의 탄화수소는 에탄(C2H6) 또는 에틸렌(C2H4)인,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrocarbon having 2 or more carbon atoms is ethane (C 2 H 6 ) or ethylene (C 2 H 4 )
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 반응기는 700℃ 내지 1000℃의 온도가 유지되는,
산소 분리막을 사용한 메탄 산화 이량화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reactor is maintained at a temperature of &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 700 C &lt;
Methane oxidation dimerization method using an oxygen separation membrane.
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