KR20180122233A - 메탄올 수증기 개질 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 메탄올 수증기 개질 장치 - Google Patents

메탄올 수증기 개질 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 메탄올 수증기 개질 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180122233A
KR20180122233A KR1020170056495A KR20170056495A KR20180122233A KR 20180122233 A KR20180122233 A KR 20180122233A KR 1020170056495 A KR1020170056495 A KR 1020170056495A KR 20170056495 A KR20170056495 A KR 20170056495A KR 20180122233 A KR20180122233 A KR 20180122233A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
ceramic felt
ceramic
adsorbed
felt
Prior art date
Application number
KR1020170056495A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102039045B1 (ko
Inventor
지현진
최은영
이정훈
Original Assignee
국방과학연구소
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 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020170056495A priority Critical patent/KR102039045B1/ko
Publication of KR20180122233A publication Critical patent/KR20180122233A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102039045B1 publication Critical patent/KR102039045B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/34—Manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201—Impregnation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production 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
    • C01B3/34—Production 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
    • C01B3/38—Production 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
    • C01B3/40—Production 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C01B2203/107—Platinum catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 메탄올 수증기 개질 촉매에 관한 것이다. 본 발명은 세라믹 펠트 상기 세라믹 펠트에 흡착된 제1촉매 및 상기 세라믹 펠트에 흡착되고, 상기 제1촉매와 다른 제2촉매;를 포함하고 상기 세라믹 펠트에 흡착된 상기 제1촉매의 중량은 상기 세라믹 펠트에 흡착된 상기 제2촉매의 중량 보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

메탄올 수증기 개질 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 메탄올 수증기 개질 장치 {METHANOL STEAM REFORMING CATALYSTS, PREPARATION METHOD THEREOF, AND METHANOL REFORMING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 잠수함용 메탄올 수증기 개질 촉매에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잠수함의 연료전지에 공급되는 수소를 생성하는 잠수함용 개질 촉매에 관한 것이다.
일반적으로 잠수함은 동력원은 디젤엔진 및 2차전지를 이용하는 방식과 원자력을 이용하는 방식으로 구분된다. 여기서, 디젤엔진 및 2차전지를 이용하는 잠수함의 경우, 수중 항해 중 방전하였던 2차전지를 재충전하기 위하여 일정시간 마다 해수면으로 부상하는 스노클링이 필요하다.
이러한 잠수함의 스노클링은 잠수함의 최대 특성인 기밀성을 저하는 문제를 초래함에 따라 보다 많은 시간 동안 잠항 즉 최소한의 스노클링 주기를 만족하기위해 최근 들어 공기불요추진(AIP; Air Independent Propulsion)이라 불리는 시스템을 적용하고 있다. 공기불요추진기관으로는 폐회로 디젤, 스털링 엔진, 연료전지 등이 존재하나, 상대적으로 높은 효율과 정숙성을 가지는 연료전지가 잠수함에 가장 많이 사용되고 있다.
한편, 연료전지 시스템이 전기를 생산하기 위해서는 연료인 수소가 필요하다. 수소는 수소저장합금 등을 사용하여 함내에 저장하였다가 공급받을 수 있으나, 최근 기술발전과 함께 연료개질기를 통해 함내에서 수소를 직접 생산하여 공급한다. 이러한 연료개질기 방식은 기존의 수소저장합금 방식보다 수소저장밀도가 높고, 잠수함 운용성이 향상되는 장점을 가지고 있다.
상기 연료개질기는 액화석유가스(LPG), 액화천연가스(LNG), 디젤, 휘발유, 에탄올 및 메탄올 등과 같은 다양한 탄화수소 화합물로부터 수소를 제조하는 할 수 있다.
특히, 메탄올은 단위 몰당 생산할 수 있는 수소의 수율이 높고 상대적으로 낮은 온도에서도 개질반응이 잘 일어날 수 있다. 또한, 메탄올은 보관 및 수송이 용이한 장점을 가지고 있으므로 잠수함용 연료의 수소원으로 적합하다. 바람직하게 메탄올 수증기 개질은 흡열반응이므로, 개질반응동안 지속적으로 열을 촉매로 공급해야 한다. 따라서 메탄올을 개질하여 수소를 생산하는 동안에는 외부 열원에서 생성된 열을 효과적으로 촉매 안쪽까지 전달할 때 연료개질기의 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 메탄올 수증기 개질 촉매 내부의 열전달 효율을 향상시키는 것이다.
또한, 효율이 증가된 촉매를 사용함에 있어서, 별도의 환원작용 장치를 필요로 하지 않고 촉매의 운용온도 범위를 향상시킬 수 있는 메탄올 수증기 개질 촉매를 사용하는 것이다.
본 발명에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매는 세라믹 펠트 및 상기 세라믹 펠트에 흡착된 제1촉매 및 제2촉매를 포함하고, 상기 세라믹 펠트에 흡착된 상기 제1촉매의 중량은 상기 세라믹 펠트에 흡착된 상기 제2촉매의 중량 보다 크다.
실시 예에 있어서, 상기 제1촉매는 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 제2촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 중 적어도 하나를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 세라믹 펠트의 일단에서 타단으로 갈수록 상기 제1촉매의 단위 부피당 중량이 감소하고, 상기 세라믹 펠트의 상기 일단에서 상기 타단으로 갈수록 상기 제2촉매의 단위 부피당 중량이 증가한다.
실시 예에 있어서, 상기 세라믹 펠트의 일부 영역은 상기 제1촉매만 흡착되고, 상기 일부 영역과 다른 영역에는 상기 제2촉매만 흡착되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 본 발명은 잠수함 및 수중무인체계 내에서 공기불요추진기관(Air Independent Propulsion)으로 이용되는 연료전지 시스템 또는 수소생산장치를 위한 메탄올 수증기 개질 촉매이다.
또한, 본 발명에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매의 제조방법은 세라믹 펠트의 일단을 제1촉매가 분산 또는 용해되어 있는 제1혼합물에 침지시켜 상기 제1촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계, 상기 제1촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 단계, 상기 세라믹 펠트를 뒤집어 상기 일단과 반대되는 상기 세라믹 펠트의 타단을 제2촉매가 분산 또는 용해되어 있는 제2혼합물에 침지시켜 상기 제2촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계, 상기 제2촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 단계 및 상기 세라믹 펠트를 하소(calcination)하는 단계를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계에서 상기 제1혼합물에 침지된 영역은 상기 세라믹 펠트의 일부이고, 상기 제2촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계에서 상기 제2혼합물에 침지된 영역인 상기 세라믹 펠트의 다른 일부인 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1촉매는 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 제2촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 중 적어도 하나를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계 및 상기 제1촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 단계는 상기 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 상기 제1촉매가 30 중량부 이상이 될 때까지 반복된다.
실시 예에 있어서, 상기 제2촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계 및 상기 제2촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 단계는 상기 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 상기 제2촉매가 1 내지 5 중량부가 될 때까지 반복된다.
또한, 본 발명에 따른 메탄올 수증기 개질 장치는 세라믹 펠트, 제1 및 제2촉매를 포함하는 메탄올 수증기 개질 촉매, 메탄올 수증기와 스팀이 유입되도록 이루어지고 상기 세라믹 펠트의 일측에 배치되는 유입부 및 상기 메탄올 수증기, 상기 스팀이 분해되어 생성되는 수소를 포함하는 분해 생성물이 방출되도록 이루어지고, 상기 세라믹 펠트의 타측에 배치되는 방출부를 포함하고, 상기 제2촉매는 상기 유입부로 유입된 메탄올 수증기와 스팀을 분해시켜 수소를 발생시키고, 상기 제2촉매로부터 분해되어 생성된 상기 수소는 상기 제1촉매를 활성화 시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매는 세라믹 펠트 지지체를 포함하는 촉매를 사용함으로써, 메탄올 개질 촉매 내부의 열전달 효율이 향상될 수 있다. 기존의 펠렛 타입의 촉매의 경우 반응물 혼합에서는 유리하나, 펠렛과 펠렛 사이의 열전달이 점접촉으로 일어나기 때문에 열전달 효율이 우수하지 않다. 이에 반해 모노리쓰(monolith) 타입의 촉매는 펠렛 타입보다 열전달이 우수하나, stainless steel 재질의 반응기에 모노리쓰 촉매를 고정시키고 반응물을 혼합하는 것이 어렵다. 현재까지는 모노리쓰 촉매를 단열재로 감싸서 케이스에 고정하는 방법이 사용되고 있으나, 외부에서 열전달이 필요한 수증기 개질기 측면에서 볼 때, 바람직한 방법은 아니다. 따라서, 본 발명에서는 세라믹 펠트 지지체를 포함하는 촉매의 사용하여 기존의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.
또한, 촉매 효율이 우수하지만 수소 환원작용이 필요한 제1촉매에 별도의 환원작용이 필요하지 않은 제2촉매에서 발생하는 수소를 공급하여 주는 이종 촉매를 사용함으로써, 메탄올 개질 촉매의 초기 사용을 위하여 별도의 환원작용 장치를 요구하지 않으며, 이종의 촉매를 모두 사용할 수 있으므로 촉매의 운전온도 범위를 넓힐 수 있다. 이로 인하여, 메탄올 개질 촉매의 경제성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매의 모식도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매의 제작공정을 도시화한 모식도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 메탄올 수증기 개질 장치의 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매(1)는 세라믹 펠트(10), 제1촉매(11) 및 제2촉매(12)를 포함한다.
메탄올 수증기 개질 촉매(1)는 메탄올과 수증기의 개질 반응으로 수소를 생성하여 연료전지에 수소를 공급하는 것을 목적으로 한다. 특히, 잠수함에서 사용되는 공기불요추진 시스템의 연료전지에 수소를 공급할 수 있다.
구체적으로, 메탄올 수증기 개질 촉매(1)는 흡열반응으로 수소를 생성하기 때문에, 외부에서 열을 메탄올 수증기 개질 촉매(1)로 공급해주어야 한다. 특히, 잠수함의 제한적인 환경에서는 민수에서 사용하는 일반적인 메탄올 수증기 개질 촉매와 달리 포화수증기를 열매체로 사용하는 간접가열 방식으로 개질기에 열을 공급 하여야 한다.
포화수증기를을 열매체로 사용할 경우, 열역학에 의해 포화수증기는 80 bar 이상 압력으로 운전될 때 메탄올 수증기 개질 촉매(1)에 300 ℃ 수준의 열을 공급할 수 있다. 즉, 열매체인 열원(포화수증기)의 온도는 열역학에 의한 압력에 따라 결정된다. 하지만 잠수함의 제한적인 환경에서 80 bar 이상의 포화수증기를 공급하는 것에 제한사항이 있기 때문에 잠수함 내의 메탄올 수증기 개질 촉매(1)는 300 ℃ 이하의 저온에서 작동하는 것이 바람직하다. 그러나 포화수증기를 열매체로 이용하게 되면 촉매를 둘러 싸고 있는 개질기의 케이스 두께가 필히 두꺼워져야 하기 때문에 열전달이 원활하게 이루지지 않을 수 있다. 따라서 잠수함용 메탄올 수증기 개질기의 촉매의 효율을 향상시키기 위해서는 열을 최대한 촉매 내부까지 전달할 수 있는 촉매 지지체의 선택이 중요하다.
현재까지 촉매 자체의 열전달 문제 해결을 위하여 다양한 형태의 촉매들이 소개되고 있다. 펠렛 타입의 촉매의 경우 반응물 혼합에서는 유리하나, 펠렛과 펠렛 사이의 열전달이 점접촉으로 일어나기 때문에 열전달 효율이 우수하지 않다. 이에 반해 모노리쓰(monolith) 타입의 촉매는 펠렛 타입보다 열전달이 우수하나, stainless steel 재질의 반응기에 모노리쓰 촉매를 고정시키고 반응물을 혼합하는 것이 어렵다. 현재까지는 모노리쓰 촉매를 단열재로 감싸서 케이스에 고정하는 방법이 사용되고 있으나, 외부에서 열전달이 필요한 수증기 개질기 측면에서 볼 때, 바람직한 방법은 아니다.
따라서 실시 예에서는 촉매 내부에 열을 효율적으로 전달하기 위해서 내부 조직이 서로 연결된 세라믹 펠트(10)를 사용하여 열전달 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가 세라믹 펠트 형태의 촉매 지지체는 약간의 탄성을 가지고 있기 때문에 케이스 벽면에 밀착될 수 있어 별도의 감싸는 단열재가 필요없다. 또한, 모노리쓰 촉매보다 반응물 혼합이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 실시 예에서 기체의 통과가 원활한 세라믹 펠트(10) 구조에 의하여 유입되는 상기 메탄올 수증기 및 상기 스팀과 방출되는 상기 메탄올 수증기, 상기 스팀 및 수소의 압력의 차이가 없이 원활하게 기체가 이동할 수 있다는 장점이 있다.
실시 예에서, 상기 세라믹 펠트(10)에 금속을 포함하는 촉매를 담지 또는 흡착시켜 메탄올 수증기를 사용할 수 있다. 메탄올로부터 수소를 제조하는 방법으로는 화학식 1의 수증기 개질이 대표적이며, 화학식 2의 메탄올 분해반응과 화학식 3의 수성가스 전화반응의 연속적인 반응으로 이루어진다.
[화학식 1]
CH3OH + H2O ↔ 3H2 + CO2 ΔH0 298= +49.4 kJ/mol
[화학식 2]
CH3OH ↔ CO + 2H2 ΔH0 298= +90.64 kJ/mol
[화학식 3]
CO+ H2O ↔ CO2 + H2 ΔH0 298= -41.1665 kJ/mol
메탄올 수증기 개질반응은 주로 촉매 효율이 우수한 구리(Cu) 촉매가 사용되는 사용된다. 하지만, 구리 촉매는 고온에서 열적 안정성이 낮고, 촉매 반응전에 구리 촉매를 수소 분위기에서 환원된 후 촉매의 역할을 할 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)과 같은 귀금속 촉매는 고온에서 열적 안정성이 우수하지만, 수소를 생산할 수 있는 작동 온도가 상대적으로 높다. 하지만, 구리(Cu) 촉매와 같이 수소를 사용하여 환원시켜줄 필요가 없는 장점이 있다.
본 발명은 별도의 수소 분위기 환원 장치를 구비하지 않고, 메탄올 수증기를 개질할 수 있는 촉매를 제공할 뿐만 아니라 촉매의 작동온도 범위를 확장시킬 수도 있다. 즉, 메탄올 개질 촉매의 초기 사용을 위하여 별도의 환원작용 장치를 요구하지 않으며, 이종의 촉매를 모두 사용할 수 있으므로 촉매의 운전온도 범위가 확장될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메탄올 수증기 개질 촉매는 잠수함 및 수중무인체계 내에서 공기불요추진기관(Air Independent Propulsion)으로 이용되는 연료전지 시스템 또는 수소생산장치를 위한 것으로, 세라믹펠트(10), 세라믹 펠트(10)에 흡착된 제1촉매(11) 및 제2촉매(12)를 포함할 수 있다. 세라믹 펠트(10)는 공극률이 90 % 이상으로 메탄올 수증기 및 스팀이 세라믹 펠트(10)를 통과하여 제1촉매(11) 및 제2촉매(12)와 원활하게 접속할 수 있다. 또한, 세라믹 펠트(10)는 알루미나 또는 지르코니아의 재질로 촉매가 담지 또는 흡착될 수 있는 재질일 수 있다.
상세하게, 제1촉매(11)는 300 ℃ 이하의 온도에서 메탄올을 개질하여 수소를 발생할 수 있는 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 구리(Cu) 또는 아연(Zn)를 포함하는 촉매일 수 있다. 제1촉매(11)는 합성 직후 산소와 결합된 형태로 전재하기 때문에 촉매 역할을 수행하기 위해서는 산소를 제거하는 환원작업이 필요하다. 이를 위하여 수소와 같은 환원제의 공급이 필요하다. 나아가 활성화된 제1촉매(11)는 메탄올 수증기를 수소로 분해하는 촉매의 역할을 할 수 있다. 제1촉매(11)의 초기 사용 시 필요한 환원용 수소는 후술되는 제2촉매(12)의 메탄올 및 수증기 반응물의 개질반응으로 생성되는 수소일 수 있다.
또한, 제2촉매(12)는 수소에 의하여 환원되지 않고도 메탄올 및 수증기 개질반응으로 수소를 생산할 수 있는 촉매이며, 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)을 포함할 수 있다. 즉, 제1촉매(11)와 제2촉매(12)는 서로 다른 촉매이며, 제2촉매(12)가 메탄올 및 수증기 개질반응으로부터 생성하되는 수소가 제1촉매(11)에 공급되어 제1촉매(11)를 환원할 수 있다.
제2촉매(12)는 제1촉매(11)를 활성화 시키기 위한 필수적이지만, 대다수의 메탄올 수증기의 촉매반응은 촉매 효율이 우수한 제1촉매(11)에서 일어나기 때문에, 제1촉매(11)의 중량은 제2촉매의 중량보다 큰 것이 더 효율적이다. 구체적으로 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 제1촉매(11)가 30 중량부 이상일 수 있으며, 상기 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 제2촉매(12)가 1 내지 5 중량부일 수 있다.
상세하게, 제1촉매(11)는 세라믹 펠트(10) 일단에서 타단으로 갈수록 세라믹 펠트(10)의 단위 부피당 중량이 감소할 수 있다. 한편, 제2촉매(12)는 세라믹 펠트(10) 일단에서 타단으로 갈수록 세라믹 펠트(10)의 단위 부피당 중량이 증가할 수 있다.
또한, 세라믹 펠트(10)의 일부 영역(A)은 제1촉매(11)만 흡착되고, 세라믹 펠트(10)의 다른 영역(B)은 제2촉매(12)만 흡착될 수 있다. 나아가, 자세하게는, 세라믹 펠트(10)의 일부 영역(A)에서는 단위 부피당 동일한 중량의 제1촉매(11)가 담지될 수도 있다. 또한, 세라믹 펠트(10)의 다른 영역(B)에서는 단위 부피당 동일한 중량의 제2촉매(12)가 담지될 수도 있다. 덧붙여, 또 다른 영역(C)는 제1촉매(11)와 제2촉매(12)가 혼합되어 담지될 수 있다.
제1촉매(11)의 담지에 대하여 상세하게 살펴보면, 세라믹 펠트(10)의 단위 부피당 동일한 중량으로 제1촉매(11)가 흡착되는 제1촉매의 제1영역(a)과 제1영역이 끝나는 영역에서 타단으로 배치는 제1촉매의 제2영역(a')로 구분될 수 있다. 상세하게, 제1촉매의 제2영역(a')은 일단에서 타단으로 갈수록 세라믹 지지체에 의한 삼투압의 영향으로 제1촉매(11)의 농도구배가 발생하여 제1촉매(11)가 흡착되는 양이 감소할 수 있다. 제1촉매의 제1영역(a) 은 세라믹 펠트(10)의 일단에서 타단으로 전체 길이의 80 %까지 형성될 수 있다.
한편, 제2촉매(12)의 흡착은 세라믹 펠트(10)의 단위 부피당 동일한 중량으로 제2촉매(12)가 흡착되는 제2촉매의 제1영역(b)과 제1영역이 끝나는 영역에서 일단으로 배치는 제2촉매의 제2영역(b')로 구분될 수 있다. 상세하게, 제2촉매의 제2영역(b')은 타단에서 일단으로 갈수록 세라믹 지지체에 의한 삼투압의 영향으로 제2촉매(12)의 농도구배가 발생하여 제2촉매(12)가 흡착되는 양이 감소할 수 있다. 즉, 제2촉매(12)는 일단에서 타단으로 갈수록 흡착되는 양이 증가할 수 있다. 제2촉매의 제1영역(b) 은 세라믹 펠트(10)의 타단에서 일단으로 전체 길이의 20 %까지 형성될 수 있다.
나아가, 메탄올 수증기 개질 촉매(1)는 촉매의 사용온도 영역이 서로 다른 제1촉매(11)와 제2촉매(22)을 포함하여, 촉매의 사용온도 영역이 넓어질 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 메탄올 개질 촉매의 제작공정을 도시화한 모식도이다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 세라믹 펠트의 일단을 제1촉매가 분산 또는 용해되어 있는 제1혼합물에 침지시켜 상기 제1촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 제1단계(도 2a 참조), 상기 제1단계에서 상기 제1촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 제2단계(도 2b 참조), 상기 제2단계에서 건조된 상기 세라믹 펠트를 뒤집어 상기 일단과 반대되는 타단을 제2촉매가 분산 또는 용해되어 있는 제2혼합물에 침지시켜 상기 제2촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 제3단계(도 2c 참조), 상기 제3단계에서 상기 제2촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 제4단계(도 2d 참조) 및 상기 제4단계에서 건조된 상기 세라믹 펠트를 400 ℃에서 하소(calcination)하는 제5단계(미도시)를 포함한다.
도 2a를 참조하면, 상기 제1단계에서 세라믹 펠트(20a)는 권취되어 구리 또는 스테인리스 스틸 와이어로 고정될 수 있다. 또한, 권취된 세라믹 펠트(20a)의 일면으로부터 제1혼합액(21s)에 Hα의 높이로 침지시키고, 진공챔버 내에서 진공환경을 형성하여 한시간 동안 제1촉매(21)를 세라믹 펠트(20a)에 흡착시키는 제1단계를 수행한다.
또한, 제1혼합액(21s)의 제1촉매(21)는 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 구리(Cu) 또는 아연(Zn)를 포함하는 촉매일 수 있으며, 더 바람직하게는 질산 구리(copper nitrate) 및 질산 아연(zinc nitrate)일 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제1단계에서 제1촉매(21)가 흡착된 세라믹 펠트(20b)를 꺼내어 110 내지 120 ℃ 의 온도를 가지는 드라이 오븐(24)에서 건조시키는 제2단계를 수행한다. 제2단계에서 건조된 세라믹 펠트(20b)는 단위 부피당 동일한 중량으로 제1촉매(21)가 흡착되는 제1촉매의 제1영역(α)을 형성할 수 있다. 또한, 제1촉매의 제2영역(α')은 제1촉매의 제1영역(α)이 끝나는 영역에서 타단으로 배치되고, 제1혼합액(21s)의 삼투압으로 인하여 제1촉매(21)가 농도의 구배를 형성하며 흡착될 수 있다. 상세하게, 제1촉매의 제2영역(α')은 일단에서 타단으로 갈수록 제1촉매(21)가 흡착되는 양이 감소한다.
또한, 제2단계에서 건조된 상기 세라믹 펠트(20b)의 중량을 측정하여, 상기 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 제1촉매(21)가 30 중량부 이상이 될때까지, 상기 제1 내지 제2단계는 반복될 수 있다. 세라믹 펠트 100 중량부당 제1촉매(21)가 30 중량부 이하일 경우 제1촉매(21)에 의한 메탄올 수증기 개질의 효율이 떨어질 수 있다.
도 2c를 참조하면, 상기 제2단계의 세라믹 펠트(20b)의 타면으로부터 제2혼합액(22s)에 Hβ의 높이로 침지시키고, 진공챔버(25) 내에서 진공환경을 형성하여 한시간 동안 제2촉매(22)를 세라믹 펠트(20b)에 흡착시키는 제3단계를 수행한다. 제2촉매(22)가 흡착된 세라믹 펠트(20c)를 제조할 때, 제2촉매(22)의 중량이 제1촉매(21)가 흡착된 중량 보다 적게하기 위해서, 세라믹 펠트(20b)가 제2혼합액(22s) 침지되는 높이 Hβ는 전술된 Hα의 높이 보다 낮은 것이 바람직하다. 상세하게, 제2혼합액(22s)의 제2촉매(22)는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)를 포함하는 촉매일 수 있으며, 더 바람직하게는 질산 백금(platium nitrate) 혹은 질산 팔라듐(palladium nitrate)일 수 있다.
도 2d를 참조하면, 제3단계에서 제2촉매(22)가 흡착된 세라믹 펠트(20c)를 꺼내어 110 내지 120 ℃ 의 온도를 가지는 드라이 오븐(26)에서 건조시키는 제4단계를 수행한다. 제4단계에서 건조된 세라믹 펠트(20d)는 단위 부피당 동일한 중량으로 제2촉매(22)가 흡착되는 제2촉매의 제1영역(β)을 형성할 수 있다. 또한, 제2촉매의 제2영역(β')은 제2촉매의 제1영역(β)이 끝나는 영역에서 타단으로 배치되고, 제2혼합액(22s)의 삼투압으로 인하여 제2촉매(22)가 농도의 구배를 형성하며 흡착될 수 있다. 상세하게, 제2촉매의 제2영역(β')은 일단에서 타단으로 갈수록 제2촉매(22)가 흡착되는 양이 증가한다.
또한, 제2단계에서 건조된 상기 세라믹 펠트의 중량을 측정하여, 상기 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 제2촉매(22)가 1 내지 5 중량부가 될때까지, 상기 제3 내지 제4단계는 반복 될 수 있다. 제2촉매(22)는 제1촉매(21)에 비하여 고가의 촉매이기 때문에 경제성을 고려하여, 소량이 흡착될 수 있다. 상기 제2촉매(22)의 중량부는 전술한 제1촉매(11)의 중량보다 작을 수 있다. 제1촉매(21)는 300 ℃ 이하의 온도에서 메탄올을 개질하여 수소를 발생할 수 있는 촉매로 메탄올 수증기를 주로 개질하는 촉매의 역할을 하므로 충분한 양이 흡착 또는 담지될 수 있다. 또한, 제2촉매(22)는 환원없이 메탄올 수증기를 개질하여, 수소를 생성하여 제1촉매(21)에 환원용 수소를 공급하여 주는 촉매 역할을 하므로, 제1촉매(21)보다 소량으로 담지 또는 흡착되는 것이 바람직하다.
도 3는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 메탄올 수증기 개질 장치(300)의 모식도이다.
도 3을 참조하면, 메탄올 수증기 개질 장치는 세라믹 펠트(30)를 포함하는 메탄올 수증기 개질 촉매(3)와 메탄올 수증기 및 스팀이 유입되도록 상기 세라믹 펠트의 일측에 배치되는 유입부(33) 및 상기 메탄올 수증기, 메탄올 수증기 개질 촉매(3)에 의하여 생성된 수소가 방출되도록 상기 세라믹 펠트의 타측에 배치되는 방출부(34)를 포함한다. 상세하게, 메탄올 수증기 개질 촉매(3)는 튜브형태의 관에 권취되어 삽입될 수 있다. 이때 세라믹 지지체는 상기 튜브형태의 관의 내경에 밀착될 수 있다. 즉, 세라믹 지지체는 개질기 벽면에 밀착될 수 있도록 세라믹 지지체를 재단하여 사용될 수도 있다.
또한, 일 실시 예에서, 메탄올 수증기 및 스팀은 화살표(D)와 같이 유입부(33)를 통해 유입된 상기 메탄올 수증기 및 상기 스팀은 메탄올 수증기 개질 촉매(3)에 의해 분해되어 수소를 생성하고, 상기 수소는 방출부(34)로 방출될 수 있다. 한편, 다른 실시 예에서 메탄올 수증기 개질 장치(300)가 설치되는 위치에 따라, 상기 유입부가 상단에 배치되고, 상기 방출부가 하단에 배치될 수도 있다.
상세하게, 방출부(34)로 방출되는 반응생성물은 메탄올 수증기 개질 촉매(3)에 의하여 분해되는 수소, 물, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하며 분해가 이루어지지 않은 일부 메탄올을 포함할 수도 있다.
나아가, 유입부(33)와 가까운 세라믹 펠트(30)의 일측에는 수소에 의하여 환원될 필요없이 메탄올 수증기로부터 수소를 생산할 수 있는 제2촉매(32)가 흡착된다. 한편, 방출부(34)와 가까운 세라믹 펠트의 타측에는 수소에 의하여 환원되어 촉매의 역할을 할 수 있으며, 300 ℃ 이하의 온도에서 메탄올을 개질하여 수소를 발생시는 제1촉매(31)가 흡착된다.
메탄올과 수증기를 공급받은 일측의 제2촉매(32)는 수소를 생산하며, 타측의 제1촉매(31)를 환원시킬 수 있다. 따라서, 제2촉매(32)를 통하여 발생한 수소에 의하여 제1촉매(31)가 환원되어 활성화 되기 때문에 메탄올 수증기 개질 촉매(3)는 효율적으로 작동할 수 있다.
또한, 세라믹 펠트(30)의 일부 영역(A')은 제1촉매(31)만 흡착되고, 세라믹 펠트(30)의 다른 영역(B')은 제2촉매(32) 만 흡착될 수 있다. 나아가, 또한, 세라믹 펠트(30)의 일부 영역(A')에서는 제1촉매(31)는 세라믹 펠트(30)의 단위 부피당 동일한 중량을 가질 수도 있다. 또한, 세라믹 펠트(30)의 다른 영역(B')에서는 제2촉매(32)는 세라믹 펠트(30)의 단위 부피당 동일한 중량을 가질 수도 있다. 덧붙여, 또 다른 영역(C')는 제1촉매(31)와 제2촉매(32)가 혼합되어 흡착될 수 있다.
제2촉매(32)는 제1촉매(31)를 활성화 시키기 위한 필수적이지만, 대다수의 메탄올 수증기의 촉매반응은 촉매 효율이 우수한 제1촉매(31)에서 일어나기 때문에, 제1촉매(31)의 중량은 제2촉매의 중량보다 큰 것이 더 효율적이다. 구체적으로 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 제1촉매(31)가 30 중량부 이상일 수 있으며, 상기 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 제2촉매(32)가 1 내지 5 중량부일 수 있다.
즉, 도 3의 세라믹 펠트의 일측은 도 1에서 전술된 세라믹 펠트(10)의 타단과 대응되며, 도 3의 세라믹 펠트의 타측은 도 1에서 전술된 세라믹 펠트(10)의 일단과 대응된다.
또한, 메탄올 수증기 개질 장치(300)가 작동하기 위해서, 메탄올 수증기 개질 촉매(3)에 열이 공급되어야 한다. 가열부(35)는 고압의 포화수증기를 열원으로하고, 연결포트(미도시)를 통하여 고압의 포화수증기를 공급받아 메탄올 수증기 개질 촉매(3)에 300 ℃ 이하의 열을 공급할 수 있다.
상세하게, 상기 포화수증기 기체상과 액체상이 공존하는 상태이며, 잠수함의 제한적인 환경에서 80 bar 이상의 포화수증기를 공급하는 것에 제한사항이 있기 때문에 잠수함 내의 메탄올 수증기 개질 촉매(3)는 300 ℃ 이하의 저온에서 작동하는 것이 바람직하다.
발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (12)

  1. 세라믹 펠트; 및
    상기 세라믹 펠트에 흡착된 제1촉매 및 제2촉매; 를 포함하고,
    상기 세라믹 펠트에 흡착된 상기 제1촉매의 중량은 상기 세라믹 펠트에 흡착된 상기 제2촉매의 중량 보다 큰 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1촉매는 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 펠트의 일단에서 타단으로 갈수록 상기 제1촉매의 단위 부피당 중량이 감소하고,
    상기 세라믹 펠트의 상기 일단에서 상기 타단으로 갈수록 상기 제2촉매의 단위 부피당 중량이 증가하는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세라믹 펠트의 일부 영역은 상기 제1촉매만 흡착되고,
    상기 일부 영역과 다른 영역에는 상기 제2촉매만 흡착되는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매.
  6. 제1항에 있어서,
    잠수함 및 수중무인체계 내에서 공기불요추진기관(Air Independent Propulsion)으로 이용되는 연료전지 시스템 또는 수소생산장치를 위한 메탄올 수증기 개질 촉매.
  7. 세라믹 펠트의 일단을 제1촉매가 분산 또는 용해되어 있는 제1혼합물에 침지시켜 상기 제1촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계;
    상기 제1촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 단계;
    상기 세라믹 펠트를 뒤집어 상기 일단과 반대되는 상기 세라믹 펠트의 타단을 제2촉매가 분산 또는 용해되어 있는 제2혼합물에 침지시켜 상기 제2촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계;
    상기 제2촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 단계; 및
    상기 세라믹 펠트를 하소(calcination)하는 단계;를 포함하고
    상기 제1촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계에서 상기 제1혼합물에 침지된 영역은 상기 세라믹 펠트의 일부이고,
    상기 제2촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계에서 상기 제2혼합물에 침지된 영역인 상기 세라믹 펠트의 다른 일부인 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1촉매는 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 철(Fe) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계 및 상기 제1촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 단계는 상기 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 상기 제1촉매가 30 중량부 이상이 될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2촉매를 상기 세라믹 펠트에 흡착시키는 단계 및 상기 제2촉매가 흡착된 상기 세라믹 펠트를 건조하는 단계는 상기 세라믹 펠트의 100 중량부에 대하여 상기 제2촉매가 1 내지 5 중량부가 될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 촉매의 제조방법.
  12. 세라믹 펠트, 제1촉매 및 제2촉매를 포함하는 메탄올 수증기 개질 촉매;
    메탄올 수증기와 스팀이 유입되도록 이루어지고, 상기 세라믹 펠트의 일측에 배치되는 유입부; 및
    수소를 포함하는 상기 메탄올 수증기의 개질 생성물이 방출되도록 이루어지고, 상기 세라믹 펠트의 타측에 배치되는 방출부;를 포함하고,
    상기 제2촉매는 상기 유입부로 유입된 메탄올 수증기와 스팀을 분해시켜 수소를 발생시키고,
    상기 제2촉매로부터 분해되어 생성된 상기 수소는 상기 제1촉매를 활성화 시키는 것을 특징으로 하는 메탄올 수증기 개질 장치.
KR1020170056495A 2017-05-02 2017-05-02 메탄올 수증기 개질 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 메탄올 수증기 개질 장치 KR102039045B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170056495A KR102039045B1 (ko) 2017-05-02 2017-05-02 메탄올 수증기 개질 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 메탄올 수증기 개질 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170056495A KR102039045B1 (ko) 2017-05-02 2017-05-02 메탄올 수증기 개질 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 메탄올 수증기 개질 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180122233A true KR20180122233A (ko) 2018-11-12
KR102039045B1 KR102039045B1 (ko) 2019-10-31

Family

ID=64398084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170056495A KR102039045B1 (ko) 2017-05-02 2017-05-02 메탄올 수증기 개질 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 메탄올 수증기 개질 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102039045B1 (ko)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0549930A (ja) * 1991-08-08 1993-03-02 Mitsubishi Petrochem Co Ltd メタノール改質用触媒
JPH0631165A (ja) * 1992-07-15 1994-02-08 Sekiyu Sangyo Kasseika Center 水蒸気改質用薄膜状触媒
JP2000281307A (ja) * 1999-03-31 2000-10-10 Toyota Motor Corp メタノールの改質装置
JP2001089102A (ja) * 1999-09-20 2001-04-03 Fuji Electric Co Ltd 燃料改質器
JP2001232203A (ja) * 1999-12-15 2001-08-28 Nissan Motor Co Ltd メタノール改質触媒及びメタノール改質方法
JP2002145602A (ja) * 2000-11-08 2002-05-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料改質装置
JP2004255282A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Mitsui Chemicals Inc メタノールの水蒸気改質触媒および該触媒を用いるメタノールの水蒸気改質による水素の製造方法
KR20170037930A (ko) * 2017-03-29 2017-04-05 한국과학기술연구원 지지체 표면에 분사된 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0549930A (ja) * 1991-08-08 1993-03-02 Mitsubishi Petrochem Co Ltd メタノール改質用触媒
JPH0631165A (ja) * 1992-07-15 1994-02-08 Sekiyu Sangyo Kasseika Center 水蒸気改質用薄膜状触媒
JP2000281307A (ja) * 1999-03-31 2000-10-10 Toyota Motor Corp メタノールの改質装置
JP2001089102A (ja) * 1999-09-20 2001-04-03 Fuji Electric Co Ltd 燃料改質器
JP2001232203A (ja) * 1999-12-15 2001-08-28 Nissan Motor Co Ltd メタノール改質触媒及びメタノール改質方法
JP2002145602A (ja) * 2000-11-08 2002-05-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料改質装置
JP2004255282A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Mitsui Chemicals Inc メタノールの水蒸気改質触媒および該触媒を用いるメタノールの水蒸気改質による水素の製造方法
KR20170037930A (ko) * 2017-03-29 2017-04-05 한국과학기술연구원 지지체 표면에 분사된 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터

Also Published As

Publication number Publication date
KR102039045B1 (ko) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101052385B1 (ko) 알코올 개질용 금속 지지 구리 촉매의 용도
US7776113B2 (en) Catalysts, reactors and methods of producing hydrogen via the water-gas shift reaction
KR102428962B1 (ko) 고효율 복합 소재를 구비한 초경량 수소 생산 반응기
US6576203B2 (en) Reformer
JP4864385B2 (ja) 水素発生装置および燃料電池システム
US20010016188A1 (en) Methanol reforming catalyst
JP3759406B2 (ja) メタノール改質触媒、メタノール改質装置及びメタノール改質方法
JP5105420B2 (ja) 希土類元素で変性された酸化物担体を有する水−ガスシフト貴金属触媒
KR20210059656A (ko) 탄소배출이 없는 수소 생산 반응기
TWI294413B (en) Method for converting co and hydrogen into methane and water
JP5788348B2 (ja) 水素製造用改質触媒、該触媒を用いた水素製造装置及び燃料電池システム
JP4505187B2 (ja) 燃料気体改質器組立物
JP2006111766A (ja) 脱硫装置および水素製造装置
KR102039045B1 (ko) 메탄올 수증기 개질 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 메탄올 수증기 개질 장치
US20040241509A1 (en) Hydrogen generator and fuel cell system
JP5204633B2 (ja) 一酸化炭素を選択的に酸化する触媒、一酸化炭素濃度を低減する方法および燃料電池システム
JP2006036579A (ja) 水素製造方法
JP5135605B2 (ja) 定置型水素製造用改質装置
JP2006290732A (ja) Ｃｏ除去方法、ｃｏ除去装置とこの製造方法、これを用いた水素発生装置およびこれを用いた燃料電池システム
JP4988347B2 (ja) 固体酸化物燃料電池を基にした補助電源装置
KR102327169B1 (ko) 메탄올 수증기 개질 장치 및 그것을 포함하는 연료전지 시스템
JP5788352B2 (ja) 水素製造用改質触媒、該触媒を用いた水素製造装置及び燃料電池システム
JPH07187605A (ja) 低級炭化水素燃料の改質方法
KR102266795B1 (ko) 잠수함 연료 개질기에 적용되는 개질촉매가 담지된 액체연료 연소용 산소분배 반응기
US20230357647A1 (en) Hydrocarbon production method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right