KR20190057186A - High-yield synthesizing method of Synthetic-Natural-Gas with higher heating level in a reactor containing Fe-based catalytic bed and Ni-based catalytic bed - Google Patents

High-yield synthesizing method of Synthetic-Natural-Gas with higher heating level in a reactor containing Fe-based catalytic bed and Ni-based catalytic bed Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for producing synthetic natural gas (SNG) containing methane and C2-C4 paraffin having a composition exhibiting a high heating value of 10,000 to 13,000 Kcal/Nm^3, and to a reactor for producing SNG used therein. The reactor for producing SNG is stacked with an iron-based catalyst layer for FT synthesis in upper stream and a nickel-based catalyst for a methanation reaction in down stream in order of a reaction to allow a Fischer-Troshsh (FT) synthesis reaction and a methanation reaction to sequentially proceed, and adjusts the amount of a stacked nickel-based catalyst to be in 10 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the sum of an iron-based catalyst for FT synthesis and the nickel-based catalyst for the methanation reaction to form synthetic natural gas of a composition exhibiting a high heating value of 10,000 to 13,000 Kcal/Nm^3 while increasing the yield of SNG by lowering the amount of generation of CO_2.

Description

철계 촉매층 및 니켈계 촉매층이 적층된 반응기에서 고수율의 고발열량 합성천연가스 제조 방법{High-yield synthesizing method of Synthetic-Natural-Gas with higher heating level in a reactor containing Fe-based catalytic bed and Ni-based catalytic bed}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-yield synthetic natural gas producing method using high-yield synthetic natural gas in a reactor having an iron-based catalyst layer and a nickel- catalytic bed}

본 발명은 반응순서에 따라 상류에 FT합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화반응용 니켈계 촉매층이 적층된 합성천연가스 제조용 반응기 및 상기 반응기에서 고수율의 고발열량 합성천연가스 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reactor for producing synthetic natural gas in which an iron-based catalyst layer for FT synthesis and a nickel-based catalyst layer for methanation catalysis are laminated upstream in the order of reaction, and a method for producing high yield calorific synthetic natural gas in the reactor.

천연가스는 CH4가 주성분이며 연소시 SO2는 거의 발생시키지 않고 NOx, 먼지, CO2 등을 석탄 또는 오일보다 훨씬 적게 발생시키는 청정연료이므로 그 수요가 전세계적으로 계속 증가하고 있다. 그러나, 향후 천연가스의 공급이 수요 증가를 따르지 못할 것이 예상됨에 따라 석탄, 바이오매스 등의 탄소 함유 물질을 가스화하여 H2와 CO의 혼합물인 합성가스를 생산하고, 촉매를 사용하여 합성가스를 메탄화시키고 합성천연가스(SNG : synthetic natural gas)를 생산하는 촉매 메탄화 기술이 전세계적으로 새로운 관심을 받고 있다.Natural gas is a major component of CH 4 , and it is a clean fuel that generates less SO 2 and less NOx, dust, and CO 2 than coal or oil during combustion, and its demand is continuously increasing worldwide. However, it is anticipated that the supply of natural gas will not follow the increase in demand. Therefore, the carbon-containing material such as coal and biomass is gasified to produce a synthesis gas which is a mixture of H 2 and CO, (SNG: synthetic natural gas) have attracted new interest worldwide.

석탄은 가채연한이 200년 이상으로 현재의 화석연료 중에 가장 길고, 열량당 가격이 상대적으로 저렴하며, 전세계 다양한 지역에 분포되어 수급 및 에너지 안보 측면에서 유리하다는 장점이 있다. Coal is more than 200 years old and has the longest current fossil fuel, relatively low price per calorie, distributed in various regions around the world, and is advantageous in terms of supply and energy security.

석탄가스화 기술은 석탄이 갖고 있는 에너지의 대부분을 화학에너지(chemical energy)로 전환함으로써 후단 정제공정에서의 온도변화로 인한 전체공정의 효율감소가 적다. 석탄가스화 반응의 주요 생산물은 일산화탄소(CO)와 수소(H2)이며 이들 가스는 연소 시 큰 발열량을 내게 된다. 즉, 가스화반응에 의해 시료 내의 상당부분 에너지가 일산화탄소나 수소 같이 화학에너지를 포함한 가스로 변환되고 이들 가스는 급속 냉각을 시키더라도 자체의 화학에너지가 그대로 유지되어 필요시 연소를 시키면 가스터빈이나 증기터빈을 통해 에너지를 재회수할 수 있다는 장점을 갖고 있다.Coal gasification technology converts most of the energy of coal into chemical energy, which reduces the efficiency of the entire process due to the temperature change in the downstream purification process. The main products of the coal gasification reaction are carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ). These gases give a large calorific value when burned. That is, a large part of energy in the sample is converted into gas containing chemical energy such as carbon monoxide or hydrogen by the gasification reaction, and even if the gas is rapidly cooled, the chemical energy of the gas is kept as it is. The energy can be reacquired.

최근 석유자원의 무분별한 소비로 인하여 유가 상승세 및 최근 셰일가스 개발로 인한 석탄의 수요 감소로 석탄 가격의 하향세가 지속되고 있다. 또한, 중국의 석탄화학산업 발전계획에 의하여, 비교적 가채연한이 길고 가격이 저렴한 석탄을 이용한 에너지 및 화학제품 생산기술이 주목을 받고 있다. 그 중 석탄으로부터 합성천연가스를 생산하는 기술은 1960년대 미국 내 천연가스 수요의 급증으로 인하여 석탄의 메탄화 공정을 개발하면서 시작되어, 1970년대 석유파동을 거쳐 현재까지 활발하게 연구되고 있다.Coal prices have been on a downward trend due to rising oil prices and the recent decline in demand for coal due to the development of shale gas due to the indiscreet consumption of petroleum resources. In addition, according to the development plan of coal chemical industry in China, energy and chemical production technology using coal, which is relatively long and cheap in price, is attracting attention. Among them, the technology to produce synthetic natural gas from coal began with the development of methane conversion process of coal due to the surge of natural gas demand in the United States in the 1960s.

석탄가스화(Coal Gasification) 기술은 석탄을 가스화기에 주입하여 불완전 연소시켜 CO와 H2를 주성분으로 하는 합성가스(Syngas)를 제조한 후, 가스정제 공정을 거쳐서 COS, H2S등의 황화합물을 제거하고, 합성/발전 공정을 이용하여 합성천연가스(Synthetic Natural Gas, SNG), 합성석유(Coal to Liquid, CTL), 화학제품(메탄올, DME 등) 및 전력을 생산하는 기술이다.Coal gasification technology is a process of producing synthesis gas (Syngas) composed mainly of CO and H 2 by incompletely burning coal by injecting coal into a gasifier and then producing a mixture of sulfur compounds such as COS and H 2 S (SNG), Coal to Liquid (CTL), chemical products (methanol, DME, etc.) and power using synthetic / power generation processes.

석탄가스화 시스템은 가스화기, 산소공급 장치인 공기분리설비, 가스정제설비 등으로 구성되며, 최종 활용목적에 따라 다른 설비가 연계된다.The coal gasification system consists of a gasifier, an air separation unit as an oxygen supply unit, and a gas purification unit.

석탄가스화 기술 중 가장 널리 알려진, 가스화 복합발전(IGCC)은 저급연료를 고온·고압 조건에서 불완전연소 및 가스화반응시켜 합성가스를 만들어 정제공정을 거친 후 가스터빈 및 증기터빈을 구동하는 친환경 차세대 발전기술이다.IGCC, one of the most widely known coal gasification technologies, is an eco-friendly next generation power generation technology that drives a gas turbine and a steam turbine after refining the synthesis gas by incomplete combustion and gasification reaction of low fuel at high temperature and high pressure condition to be.

합성천연가스(SNG)는 석탄으로부터 얻어진 천연가스일 수 있다. 석탄으로부터 SNG를 얻는 방법에는 석탄 가스화를 통해 얻어진 합성가스를 메탄합성 반응을 통해 얻는 방법(Gasification), 석탄을 직접 수소와 반응시켜 SNG를 얻는 방법(Hydrogasification), 촉매를 이용하여 석탄을 저온에서 증기와 반응시켜 SNG를 얻는 방법(Catalytic Gasification)이 있다.Synthetic natural gas (SNG) may be natural gas obtained from coal. The method of obtaining SNG from coal includes a method of obtaining synthesis gas obtained through coal gasification through methane synthesis reaction, a method of obtaining SNG by reacting coal directly with hydrogen (Hydrogasification), a method of using coal to steam coal at low temperature To obtain SNG (catalytic gasification).

현재까지 개발된 석탄의 가스화로 합성천연가스를 생산하는 공정은 석탄의 가스화 공정 및 석탄가스화로 생산된 합성가스의 메탄화 공정으로 이루어져 있다. 석탄의 가스화 공정 자체도 복잡하지만, 현재까지의 합성가스 메탄화 공정은 2 ~ 3기의 메탄화 반응기로 이루어지거나, 메탄화 공정과 C2-C4 파라핀 생산공정이 연계되는 방식으로 공정구성이 복잡하여 공정운영 및 설비확보에 어려움이 있다. The process of producing synthetic natural gas by the gasification of coal developed so far consists of the gasification process of coal and the methanation process of synthesis gas produced by coal gasification. Although the gasification process of coal itself is complicated, the syngas methanation process to date is composed of two or three methanation reactors, or the methanation process and the C2-C4 paraffin production process are linked, and the process configuration is complicated There are difficulties in securing the operation of the process and securing facilities.

합성천연가스 생산 공정의 핵심기술인 촉매기술은 Haldor-Topsoe, BASF, Johson & Metthey 및 Sud-Chemie사 등에 의하여 주로 Ni 계 촉매를 중심으로 개발되었다. The catalyst technology, which is the core technology of the synthetic natural gas production process, was mainly developed by Ni-based catalysts such as Haldor-Topsoe, BASF, Johson & Metthey and Sud-Chemie.

Ni 계 촉매는 2몰의 일산화탄소로부터 1몰의 메탄과 1몰의 물을 생성하여 생성물의 조성은 대부분 메탄으로 이루어진다. 그로 인하여, Ni계 촉매로부터 생산된 합성천연가스의 발열량은 약 8500 Kcal/Nm3으로, LNG(약 10,500 Kcal/Nm3) 및 LPG(약 12,000 Kcal/Nm3) 비하여 매우 낮기 때문에, 상기와 같이 C2-C4 파라핀 생산공정을 연계하는 등 공정이 복잡해지고 있다. 따라서, 메탄 및 C2-C4 파라핀 동시 생산이 가능한 촉매의 개발 및 이를 통한 공정 간소화 노력이 계속되고 있다.The Ni-based catalyst produces 1 mole of methane and 1 mole of water from 2 moles of carbon monoxide, and the product composition is mostly composed of methane. As a result, the calorific value of the synthetic natural gas produced from the Ni-based catalyst is about 8500 Kcal / Nm 3, which is much lower than that of LNG (about 10,500 Kcal / Nm 3 ) and LPG (about 12,000 Kcal / Nm 3 ) The process is complicated by linking the C2-C4 paraffin production process. Therefore, efforts have been made to develop a catalyst capable of simultaneous production of methane and C2-C4 paraffin, and to simplify the process thereof.

본 발명은 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)를 공통의 반응물로 사용하는, FT 합성반응 및 메탄화 반응이 단일반응기에서 순차적으로 일어나도록, 반응순서에 따라 상류에 FT합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화반응용 니켈계 촉매층이 적층된 반응기에서 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스(SNG)를 생산하고자 한다. The present invention relates to an iron-based catalyst layer for FT synthesis and an iron-based catalyst layer for upstream reaction, in which the FT synthesis reaction and the methanation reaction are sequentially performed in a single reactor using hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) (SNG) containing methane and C2-C4 paraffins from hydrogen and carbon monoxide in a reactor in which a nickel-based catalyst layer is coated with a methane-based flame.

본 발명의 제1양태는 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스(SNG)를 제조하는 방법에 있어서, Fischer-Tropsh(FT) 합성반응 및 메탄화 반응이 단일반응기에서 순차적으로 일어나도록, 반응순서에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층이 적층된 반응기에서 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스를 생산하는 단계로서, FT 합성용 철계 촉매와 메탄화 반응용 니켈계 촉매의 합 100 중량부를 기준으로, 적층된 니켈계 촉매의 양을 10 내지 50 중량부로 조절하여 CO2 발생량을 낮춰 SNG 수율을 높이면서 10,000Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 형성시키는 a단계를 포함하는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법을 제공한다.A first aspect of the present invention is a process for the production of methane and C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas (SNG) having a composition that exhibits a high heating value of 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 , FT) synthesis reaction and methanation reaction are successively carried out in a single reactor, a reactor in which an iron-based catalyst layer for FT synthesis and a nickel-based catalyst layer for methanation reaction are laminated upstream in the order of reaction, and methane and C2 -C4 paraffin-containing synthetic natural gas, wherein the amount of the nickel-based catalyst is 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the iron-based catalyst for FT synthesis and the nickel-based catalyst for methanation reaction, lowering the second generation while increasing the yield SNG 10,000Kcal / Nm 3 ~ 13,000 Kcal / Nm 3 SNG of the charged amount of heat is characterized by containing a step of forming a synthetic gas of the following composition exhibiting calorific the manufacturing room It provides.

본 발명의 제2양태는 수소 및 일산화탄소로부터 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스(SNG) 생산용 반응기에 있어서, Fischer-Tropsh(FT) 합성반응 및 메탄화 반응이 단일반응기에서 순차적으로 일어나도록, 반응순서에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층이 적층되어 있고, CO2 발생량을 낮춰 SNG 수율을 높이면서 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 형성하도록, FT 합성용 철계 촉매와 메탄화 반응용 니켈계 촉매의 합 100 중량부를 기준으로, 적층된 니켈계 촉매의 양이 10 내지 50 중량부로 조절되어 있는 것이 특징인 SNG 생산용 반응기를 제공한다.A second aspect of the present invention is a reactor for producing methane and C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas (SNG) from a hydrogen and carbon monoxide composition having a high heating value of 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 , -Tropsh (FT) synthesis reaction and the methanation reaction to take place in sequence in a single reactor, in accordance with the reaction sequence and is a nickel-based catalyst layer for the methanation reaction laminated on an iron-based catalyst for the FT synthesis and the downstream to the upstream, the CO 2 generation amount 100 parts by weight of a total amount of an iron-based catalyst for FT synthesis and a nickel-based catalyst for methanation reaction so as to form a synthetic natural gas having a high heating value of 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 while lowering the SNG yield Wherein the amount of the deposited nickel-based catalyst is controlled to 10 to 50 parts by weight.

제1양태의 고발열량의 SNG 제조 방법은 제2양태의 SNG 생산용 반응기에서 수행될 수 있다.The process for producing the SNG of the first aspect of the present invention can be carried out in the reactor for producing the SNG of the second embodiment.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)를 공통의 반응물로 사용하는, FT 합성반응 및 메탄화 반응이 단일반응기에서 순차적으로 일어나도록, 반응순서에 따라 상류에 FT합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화반응용 니켈계 촉매층이 적층된 반응기에서 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스(SNG)를 생산한 결과, 메탄(CH4)으로 주로 구성되고 C2-C4 파라핀 함량이 높은 고발열량의 합성천연가스 생산이 가능하며, 동일 사용량의 철계 촉매와 니켈계 촉매를 물리적으로 혼합하여 사용한 경우보다 수소 및 일산화탄소 함유 합성가스로부터 C2-C4 탄화수소로의 전환율이 높기 때문에 단일공정으로 고수율의 고발열량 합성천연가스 생산이 가능하다는 것을 발견하였으며, 또한, FT 합성용 철계 촉매와 메탄화 반응용 니켈계 촉매의 합 100 중량부를 기준으로, 적층된 니켈계 촉매의 양을 10 내지 50 중량부로 조절하여 CO2 발생량을 낮춰 SNG 수율을 높이면서 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 형성시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명은 이에 기초한 것이다. The present invention relates to an iron-based catalyst layer for FT synthesis and an iron-based catalyst layer for upstream reaction, in which the FT synthesis reaction and the methanation reaction are sequentially performed in a single reactor using hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) methane hwaban Ni-based catalyst is in the stacked reactor containing methane and C2-C4 paraffins from hydrogen and carbon monoxide synthesis result of the production of natural gas (SNG), methane (CH 4) as mainly is C2-C4 paraffin content is high It is possible to produce high-caloric synthetic natural gas, and since the conversion rate from hydrogen and carbon monoxide-containing syngas to C2-C4 hydrocarbon is higher than when the same amount of iron-based catalyst and nickel-based catalyst are physically mixed, And that the total amount of the iron-based catalyst for FT synthesis and the nickel-based catalyst for methanation is 100 Based on the weight of the nickel catalyst, the amount of the nickel-based catalyst was adjusted to 10 to 50 parts by weight to lower the amount of generated CO 2, thereby increasing SNG yield, and synthesizing a composition exhibiting a high heating value of 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 It is possible to form natural gas. The present invention is based on this.

<Fischer-Tropsch 합성 반응><Fischer-Tropsch synthesis reaction>

nCO + 2nH 2 → -(CH2)n- + nH2On CO + 2n H 2 - - (CH 2 ) n + nH 2 O

<수성가스 전환반응><Water Gas Conversion Reaction>

CO + H2O ↔ CO2 + H2 CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2

<메탄화 반응><Methanation reaction>

nCO + 3nH 2 ↔ nCH4 + nH2On CO + 3n H 2 ↔ nCH 4 + nH 2 O

본 발명자들은 실험을 통해, 하나의 반응기 내에서 수소 및 일산화탄소(예컨대, 합성가스)를 공통의 반응가스로 사용하는 FT 합성반응 및/또는 메탄화 반응 수행시 FT 합성반응용 Fe계 촉매 및/또는 메탄화 반응용 Ni계 촉매의 로딩방법에 따라 다음과 같은 결과들을 확인 및/또는 처음으로 발견하였다: Through experiments, the present inventors have found through experimentation that Fe catalysts for FT synthesis reaction and / or Fe catalysts for performing FT synthesis reaction and / or methanation reaction in which hydrogen and carbon monoxide (for example, synthesis gas) are used as a common reaction gas in one reactor The following results were identified and / or found for the first time according to the loading method of the Ni-based catalyst for the methanation reaction:

(i) SNG 합성반응에 Fe계 촉매만을 사용할 경우 SNG의 발열량은 매우 높지만, 높은 수성가스전환반응 활성(CO to CO2 전환율) 및 C5+ 선택도로 인하여 SNG 수율이 낮기 때문에 SNG 합성용 촉매로 적합하지 않고, Ni계 촉매만을 사용할 경우 낮은 C2-C4 선택도로 인하여 SNG 발열량이 낮기 때문에 적합하지 않다. (i) When the Fe-based catalyst alone is used for the SNG synthesis reaction, the amount of heat generated by the SNG is very high, but since the SNG yield is low due to the high water gas conversion reaction activity (CO to CO 2 conversion) When using only Ni-based catalyst, it is not suitable because of low SNG heating value due to low C2-C4 selection.

(ii) FT 반응과 메탄화 반응이 단계적으로 진행되도록 상류에 Fe계 촉매와 하류에 Ni계 촉매를 적층하는 경우(실시예 2), 낮은 수성가스전환반응 활성(낮은 CO2 생성량)과 높은 C2-C4 탄화수소 선택도를 나타내어, SNG 수율 및 발열량이 다른 로딩법에 비하여 높게 나타나는 것을 발견하였다. 놀랍게도, 하류의 메탄화 반응용 니켈계 촉매층은 이와 수소 및 일산화탄소를 공통의 반응가스로 사용하는 상류의 FT 합성반응용 FT 합성용 철계 촉매층의 부반응(예, 수성가스전환반응) 및 부산물(C5+의 탄화수소)을 감소시킬 수 있다.(ii) a low water gas conversion reaction activity (low CO 2 production amount), and a high C2 (low CO conversion efficiency) when the Fe-based catalyst and the Ni-based catalyst are laminated upstream -C4 hydrocarbon selectivity, and found that SNG yield and calorific value were higher than those of other loading methods. Surprisingly, the nickel-based catalyst layer for the downstream methanation reaction has a side reaction (for example, a water gas conversion reaction) and a by-product (C5 +) of an upstream FT synthesis iron-based catalyst layer for FT synthesis using hydrogen and carbon monoxide as a common reaction gas Hydrocarbons) can be reduced.

(iii) CO 전환율은 FT 합성반응용 Fe계 촉매층만 사용한 경우(비교예 1), 메탄화 반응용 Ni계 촉매층만 사용한 경우(비교예 2), 이의 순차적인 적층비율이 상이한 경우(실시예 1~4, 9:1~6:4) 모두에서 100%에 근접하나, CO to HC 전환율(HC는 탄화수소의 약칭)은 Ni계 촉매 사용비율 증가에 따라 증가하였으며, CO to CO2 전환율은 반대로 감소하였다. Fe계 촉매에서 미반응된 CO가 하부의 Ni계 촉매에서 메탄화됨에 따라 높은 CO to HC 전환율을 나타내었으며, 일부의 CO가 Fe계 촉매에서 수성가스전환반응에 의하여 CO2가 발생되는 대신 Ni계 촉매에서 메탄화되어 낮은 CO to CO2 전환율을 나타내는 것을 발견하였다. (iii) the case where only the Fe-based catalyst layer for the FT synthesis reaction (Comparative Example 1) and the Ni-based catalyst layer for the methanation reaction were used alone (Comparative Example 2) and the sequential laminating ratios thereof were different (CO) to HC conversion (HC is abbreviated as hydrocarbon) increased with increasing use of Ni catalyst, CO to CO 2 conversion rate decreased to the contrary Respectively. It showed a higher CO to HC conversion rate as the Fe-based screen is the unreacted CO in a catalytic methane from the Ni-containing catalyst of the bottom, instead of a part of the CO that the CO 2 by the water gas shift reaction occurs in the Fe-based catalyst Ni-based Methanized by the catalyst and exhibited low CO to CO 2 conversion.

(iv) Fe계 촉매를 통한 FT 합성반응에 의하여 생성물 내 C2-C4 탄화수소의 선택도가 높기 때문에, Ni계 촉매 적층 비율의 증가에 따른 탄화수소 선택도의 경우, CH4 선택도가 크게 증가하고 반대로 C2-C4 및 C5+ 탄화수소 선택도는 감소하여 SNG의 발열량은 감소하고, SNG 수율이 증가하였다. (iv) because of Fe-based high is selected in my C2-C4 hydrocarbon by the FT synthesis reaction product through a catalyst even if the hydrocarbon selectivity due to the increase of the Ni-containing catalyst stacking ratio, CH 4 selectivity is greatly increased and vice versa The C2-C4 and C5 + hydrocarbon selectivities decreased, the calorific value of SNG decreased, and the SNG yield increased.

(v) Fe계 촉매 및 Ni계 촉매를 물리적 혼합하여 사용하는 경우(비교예 3) 및 Fe 촉매만을 사용하였을 경우(비교예 1) CO 전환율은 약 97%에 그쳤다. 적층법을 적용한 경우(실시예 2), FT반응과 메탄화 반응이 단계적으로 일어나, Fe계 촉매에서 미반응된 CO 및 발생된 CO2가 하류의 Ni 촉매에서 메탄화되기 때문에, Co to HC 전환율은 촉매 로딩법으로 적층법을 적용한 경우 가장 높았으며, CO2 발생량은 가장 낮았다.(v) the CO conversion was about 97% when the Fe-based catalyst and the Ni-based catalyst were physically mixed (Comparative Example 3) and only the Fe catalyst was used (Comparative Example 1). In the case where the lamination method is applied (Example 2), FT reaction and methanation reaction occur step by step, and unreacted CO and generated CO 2 in the Fe-based catalyst are methanated in the downstream Ni catalyst, Was highest in the case of using the catalyst loading method and lowest in CO 2 .

(vi) Fe계 촉매만을 사용한 경우(비교예1), FT 반응만이 일어나기 때문에 C2-C4 선택도 및 C5+ 선택도가 높고, 높은 C2-C4 선택도로 인하여 SNG 발열량이 높으나, 높은 수성가스전환반응 활성으로 인한 높은 CO2 생성량 및 높은 C5+ 선택도로 인하여 낮은 SNG 수율을 나타낸다. (vi) the case where only the Fe-based catalyst is used (Comparative Example 1), the FT reaction only occurs, and thus the C2-C4 selectivity and the C5 + selectivity are high and the SNG heating value is high due to the high C2- Exhibit a low SNG yield due to high CO 2 production due to activity and high C5 + selectivity.

Fe 및 Ni 활성금속이 공침된 Fe 및 Ni 함유 촉매의 경우(비교예 4) 및 Ni계 촉매만을 사용한 경우(비교예2) 탄화수소 선택도는, 메탄화 반응 활성이 높아 CH4 선택도가 매우 높으며 SNG 수율이 높으나, 메탄화 반응이 매우 우세하여 SNG 발열량이 낮다. In the case of Fe and Ni, the active metal is co-precipitation of Fe and Ni-containing catalyst, if used only (Comparative Example 4) and Ni-containing catalyst (Comparative Example 2) The hydrocarbon selectivity, increase the methanation reaction activity CH 4 selectivity is very high The SNG yield is high, but the methanation reaction is very dominant and the SNG heating value is low.

Fe 및 Ni 활성금속이 공침된 Fe 및 Ni 함유 촉매의 경우(비교예 4)에 비해, Fe계 촉매와 Ni계 촉매를 적층한 경우(실시예2) FT 반응과 메탄화 반응이 단계적으로 일어나, 메탄화 반응 활성을 낮춰 CH4 선택도를 낮출 수 있어, SNG의 발열량을 높일 수 있다는 것을 발견하였다. The FT reaction and the methanation reaction occurred in a stepwise manner when the Fe-based catalyst and the Ni-based catalyst were laminated (Example 2), as compared with the Fe- and Ni-containing catalysts in which the Fe and Ni active metals were coprecipitated (Comparative Example 4) The CH 4 selectivity can be lowered by lowering the methanation reaction activity, and it has been found that the heat generation amount of SNG can be increased.

본 발명에 따라 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스(SNG)를 제조하는 방법은The process for producing methane and C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas (SNG) having a high heating value of 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 according to the present invention

Fischer-Tropsh(FT) 합성반응 및 메탄화 반응이 단일반응기에서 순차적으로 일어나도록, 반응순서에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층이 적층된 반응기에서 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스를 생산하는 단계로서, The Fischer-Tropsh (FT) synthesis reaction and the methanation reaction are sequentially carried out in a single reactor. In a reactor in which an FT-synthesizing iron-based catalyst layer is upstream and a nickel-based catalyst layer is downstream, To produce methane and C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas,

FT 합성용 철계 촉매와 메탄화 반응용 니켈계 촉매의 합 100 중량부를 기준으로, 적층된 니켈계 촉매의 양을 10 내지 50 중량부로 조절하여 CO2 발생량을 낮춰 SNG 수율을 높이면서 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 형성시키는 a단계를 포함한다. The FT synthetic iron-based catalyst and the methanation reaction of nickel-total based on 100 parts by weight of a catalyst for, controlling the amount of the deposited nickel-based catalyst portion 10 to 50 parts by weight to lower the CO 2 generation amount while increasing the SNG yield 10,000 Kcal / Nm And a step of forming a synthetic natural gas of a composition exhibiting a high heating value of 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 .

a단계는 FT 합성반응 및 메탄화 반응이 단일반응기에서 순차적으로 일어나도록, 반응순서에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층이 적층되어 있고, CO2 발생량을 낮춰 SNG 수율을 높이면서 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 형성하도록, FT 합성용 철계 촉매와 메탄화 반응용 니켈계 촉매의 합 100 중량부를 기준으로, 적층된 니켈계 촉매의 양이 10 내지 50 중량부로 조절되어 있는 SNG 생산용 반응기에서 수행될 수 있다.a phase and the FT synthesis reaction and the methanation reaction is the methanation reaction the nickel-based catalyst for laminating the iron-based catalyst and the downstream for the FT synthesis at the upstream according to the reaction sequence to take place in sequence in a single reactor, the lower the CO 2 generation amount 100 parts by weight of the sum of the iron-based catalyst for FT synthesis and the nickel-based catalyst for methanation reaction was added so as to form a synthetic natural gas having a high heating value of 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 while increasing SNG yield , And the amount of the deposited nickel-based catalyst is controlled to 10 to 50 parts by weight.

따라서, 본 발명에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층이 적층된 반응기에서 수소 및 일산화탄소로부터 제조되는 합성천연가스는 11,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 높은 발열량을 발휘하는 조성을 가질 수 있다. 일구체예로, 합성천연가스는 메탄 : C2-C4 파라핀 (몰비) = 1 : 0.05 ~ 1.5 일 수 있다.Therefore, in the reactor in which the iron-based catalyst layer for FT synthesis and the nickel-based catalyst layer for methanation reaction are laminated upstream in accordance with the present invention, the synthetic natural gas produced from hydrogen and carbon monoxide is 11,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 And can have a composition that exhibits a high calorific value. In one embodiment, the synthetic natural gas may be methane: C2-C4 paraffin (molar ratio) = 1: 0.05 to 1.5.

FT 합성용 철계 촉매와 메탄화 반응용 니켈계 촉매의 합 100 중량부를 기준으로, 적층된 니켈계 촉매의 양이 50 중량부 초과인 경우 높은 CH4 선택도에 의하여 발열량이 낮기 때문에 적합하지 않고, 10 중량부 미만인 경우 CO2 발생량이 높아 SNG 수율이 낮기 때문에 적합하지 않다.When the amount of the nickel-based catalyst is more than 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the sum of the iron-based catalyst for FT synthesis and the nickel-based catalyst for the methanation reaction, the amount of heat generated by the CH 4 selectivity is low, When the amount is less than 10 parts by weight, the amount of produced CO 2 is high and the SNG yield is low.

또한, 실험예 3에 따르면, 본 발명에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층를 적층하여 SNG 합성반응을 진행할 경우, Fe계 촉매 및 Ni계 촉매의 적층비를 조절하면, 낮은 H2/CO 비가 낮은 합성가스를 feed gas로 이용함에도 불구하고, 높은 수율로 고발열량의 SNG를 생산할 수 있다.Further, according to Experimental Example 3, when the SNG synthesis reaction is carried out by laminating the iron-based catalyst layer for FT synthesis and the nickel-based catalyst layer for methanation reaction in the upstream direction in accordance with the present invention, the lamination ratio of the Fe- , High yield SNG can be produced at a high yield even though synthesis gas having a low H 2 / CO ratio is used as a feed gas.

한편, FT 합성용 철계 촉매층에 사용되는 FT 합성용 철계 촉매는 침전법에 의해 제조된 것일 수 있으며, 비제한적으로, Fe계 전구체 용액을 침전제 함유 수용액과 혼합하고, 침전여과한 후, 여과물을 건조 및 450 내지 650 ℃에서 소성하여 제조될 수 있다. On the other hand, the FT-synthesizing iron-based catalyst used for the FT-synthesizing iron-based catalyst layer may be one produced by the precipitation method, and the Fe-based precursor solution is mixed with the precipitating agent aqueous solution, Drying and firing at 450 to 650 ° C.

Fe계 전구체의 비제한적인 예는 질산철, 염화철, 황산철, 초산철 및 이들의 혼합물이 있다. Non-limiting examples of Fe-based precursors include iron nitrate, iron chloride, iron sulfate, iron acetate, and mixtures thereof.

FT 합성용 철계 촉매는 촉매성능을 용이하게 조절할 수 있는 조촉매를 더 함유할 수 있으며, 조촉매 성분의 비제한적인 예로는 Mn, Cu, Co, Zn, K, Mg 및 이의 조합이 있다. Cu, Co 조촉매의 경우 메탄 및 파라핀 선택도를 높일 수 있으며, Mn의 경우 Fe 활성금속의 안정성 증진 등, 촉매 안정성 및 고열량 SNG 합성을 위한 탄화수소 선택도 증진에 효과가 있다. 상기 조촉매 성분은 사용되는 Fe 금속 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 조촉매의 중량부가 하한 미만일 경우, 조촉매에 의한 증진효과가 미흡하여 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 조촉매에 의하여 원하지 않는 부반응이 발생하여 바람직하지 않다.The iron-based catalyst for FT synthesis may further contain a cocatalyst capable of easily controlling the catalyst performance. Non-limiting examples of the cocatalyst component include Mn, Cu, Co, Zn, K, Mg and combinations thereof. The Cu and Co promoters can increase methane and paraffin selectivity, and Mn is effective in improving the stability of Fe and the hydrocarbon selectivity for the synthesis of high calorie SNG. The co-catalyst component preferably maintains 0.5 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the Fe metal used. When the weight of the cocatalyst is less than the lower limit, the effect of promoting the cocatalyst is insufficient, which is undesirable. If the weight of the cocatalyst is more than the upper limit, undesired side reactions may occur due to the cocatalyst.

FT 합성용 철계 촉매는 활성이 없는 구조증진제 성분을 더 포함할 수 있으며, 비제한적인 예로 알루미나 또는 실리카와 같은 금속산화물일 수 있다. 구조증진제는 Fe 산화물 구조에 활성금속 분산을 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 알루미나 지지체를 다른 철 전구체와 사용하지 아니하고, 알루미늄 전구체(예, 질산알루미늄(Al(NO3)3·9H2O))를 사용하여 공침법에 의해 구조증진제를 촉매에 추가할 수 있다. 또한, 알루미늄 전구체를 사용하는 경우, 촉매의 전체 조성 중 활성금속의 비율을 극대화할 수 있기 때문에, 반응활성이 높은 촉매의 제조가 가능하다.The iron-based catalyst for FT synthesis may further contain a structural promoter component that is not active, and may be a metal oxide such as, but not limited to, alumina or silica. Structural enhancers can be used for the active metal dispersion in the Fe oxide structure. Thus, a structure enhancing agent can be added to the catalyst by co-precipitation using an aluminum precursor (e.g., aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) without using an alumina support with other iron precursors. Further, when an aluminum precursor is used, since the ratio of the active metal in the overall composition of the catalyst can be maximized, it is possible to produce a catalyst having a high reaction activity.

조촉매의 전구체 및/또는 구조증진제의 전구체는 Fe계 전구체 용액에 추가로 더 포함될 수 있다.The precursor of the cocatalyst and / or the precursor of the structure enhancer may further be included in the Fe-based precursor solution.

조촉매의 전구체 및/또는 구조증진제의 전구체의 비제한적인 예로는, 질산화물, 염화물, 황산화물, 초산화물 및 이들의 혼합물이 있다.Non-limiting examples of precursors of the cocatalyst and / or of the structure enhancer include nitrates, chlorides, sulfur oxides, super oxides, and mixtures thereof.

Fe 전구체 및/또는 조촉매 전구체 및/또는 구조증진제 전구체를 침전 또는 공침하기 위해 침전제 함유 수용액은 염기성 화합물 수용액인 것이 좋다. 침전제의 비제한적인 예로는 암모니아수, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 이들의 혼합물 등이 있다.The precipitant-containing aqueous solution for precipitating or coprecipitating Fe precursor and / or cocatalyst precursor and / or structure enhancer precursor is preferably an aqueous basic compound solution. Non-limiting examples of precipitating agents include aqueous ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, and mixtures thereof.

침전제는 Fe 및 조촉매 및 구조증진제 성분의 1당량에 대하여 0.9 내지 1.1 당량비 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 염기성 화합물의 사용량이 0.9 당량비 미만이면 촉매성분의 침전이 완전하지 않으며, 1.1 당량비를 초과하는 경우에는 침전된 촉매성분이 다시 녹거나 용액의 pH가 너무 올라가는 문제가 발생한다. 또한, 상기 염기성 화합물 수용액의 pH는 6 ~ 9 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The precipitant is preferably used in an amount of 0.9 to 1.1 equivalents based on 1 equivalent of Fe and the co-catalyst and the structure-enhancing component. If the amount of the basic compound used is less than 0.9 equivalent, the precipitation of the catalyst component is not complete. If the amount of the basic compound exceeds 1.1 equivalent, the precipitated catalyst component may be re-dissolved or the pH of the solution may be excessively increased. In addition, the pH of the basic compound aqueous solution is preferably maintained in a range of 6 to 9.

촉매 전구체 용액과 침전제 용액을 혼합하면, 슬러리 상태가 될 수 있다. 촉매 전구체 용액과 침전제 용액 혼합시 가열교반할 수 있다. 상기 제조된 슬러리는 일정시간 가열교반 과정을 거치며, 가열 온도 및 가열 시간은 60 내지 100 ℃ 및 1 시간 내지 5 시간이 바람직하다. 가열온도 및 가열시간이 상기 하한 미만일 경우 Fe 활성성분 및 조촉매의 균일한 분산이 어렵기 때문에 바람직하지 않고, 상기 상한을 초과할 경우 촉매 입자 사이즈가 증가하여 활성점이 감소하고 많은 시간이 소요되어 효율적이지 않으므로 바람직하지 않다.When the catalyst precursor solution and the precipitant solution are mixed, the slurry state can be obtained. The catalyst precursor solution and the precipitant solution may be stirred while heating. The slurry is heated and stirred for a predetermined time, and the heating temperature and heating time are preferably 60 to 100 ° C and 1 to 5 hours. When the heating temperature and the heating time are less than the lower limit, it is difficult to uniformly disperse the Fe active component and the cocatalyst. If the heating temperature and the heating time are more than the upper limit, the catalyst particle size increases and the active point decreases. It is not preferable.

침전여과 과정에서 슬러리는 탈 이온수를 사용하여 세척되며, 이때 사용되는 탈 이온수의 양은 슬러리 질량 1g 당 30 내지 50 ml를 사용하여 3 내지 5 회 세척하는 것이 바람직하다. 상기 탈 이온수의 양 및 세척횟수가 하한 미만일 경우, 전구체 및 침전제로 인한 불순물의 제거가 미흡하기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 상한과 큰 차이가 없어, 비효율적이기 때문에 바람직하지 않다.In the precipitation filtration, the slurry is washed with deionized water, and the amount of deionized water used is preferably washed three to five times using 30 to 50 ml per 1 g of the slurry mass. If the amount of the deionized water and the number of times of washing are less than the lower limit, the removal of the impurities due to the precursor and the precipitant is insufficient, which is undesirable and when the upper limit is exceeded, there is no significant difference from the upper limit.

한편, 여과물의 함수율은 50 내지 80 % 가 바람직하다. 상기 함수율이 하한 미만일 경우 슬러리 여과에 상당한 시간이 소요되어 비효율적이기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우, 건조시 슬러리내 수분의 급격한 증발로 공극이 형성되어 탄소침적이 심화되고, 촉매수명이 감소할 수 있다.On the other hand, the water content of the filtrate is preferably 50 to 80%. When the moisture content is less than the lower limit, it takes a considerable time to perform slurry filtration, which is not preferable because it takes a considerable time. When the upper limit is exceeded, pores are formed due to rapid evaporation of moisture in the slurry during drying, can do.

또한, 상기 여과물은 90 내지 110℃의 온도에서 슬러리 1g 당 3 내지 5 시간 동안 건조하는 것이 바람직하며, 건조 후 얻어진 생성물은 450 내지 650 ℃에서 4 내지 6 시간 동안 소성하는 것이 바람직하다.  The filtrate is preferably dried at a temperature of 90 to 110 ° C. for 3 to 5 hours per 1 g of the slurry, and the dried product is preferably calcined at 450 to 650 ° C. for 4 to 6 hours.

상기 건조 온도가 하한 미만일 경우, 슬러리 건조에 상당한 시간이 소요되어 효율적이지 않고, 상한을 초과할 경우, 슬러리내 수분의 급격한 증발로 공극이 형성되어 탄소침적이 심화되고, 촉매수명이 감소할 수 있다. 상기 건조 시간이 하한일 경우, 슬러리의 건조상태가 미흡하기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우, 상한과 크게 다르지 않아, 비효율적이기 때문에 바람직하지 않다. If the drying temperature is lower than the lower limit, it takes a considerable time to dry the slurry, which is not efficient. When the drying temperature exceeds the upper limit, voids are formed due to rapid evaporation of moisture in the slurry, . When the drying time is lower than the above-mentioned range, the drying condition of the slurry is insufficient, which is undesirable. When the drying time is over the upper limit, the drying time is not significantly different from the upper limit and is inefficient.

상기 소성온도가 하한 미만이면 제조 과정에 사용된 용매 및 유기 불순물이 소성에 의해 완전히 제거하기가 어렵고, 활성성분과 증진제의 균일한 분산이 저하되며, 촉매 강도가 약하기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 촉매 활성성분의 소결(sintering) 현상에 의한 촉매성분의 비표면적 및 활성점을 감소시켜 촉매활성을 저하시키는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. If the firing temperature is less than the lower limit, the solvent and the organic impurities used in the production process are difficult to be completely removed by firing, the uniform dispersion of the active ingredient and the promoter is lowered, the catalyst strength is weak, The specific surface area and the active site of the catalyst component due to sintering of the catalytically active component may be reduced to lower the catalytic activity, so that the above range is preferably maintained.

FT 합성용 철계 촉매에서 활성금속인 철산화물은 Fe2O3, Fe3O4, 또는 둘다일 수 있다. FT 합성용 철계 촉매는 스피넬 구조의 magnetite를 함유하면서 비표면적이 75 내지 150 m2/g이고 기공의 평균입경이 4 내지 8 nm일 수 있다. 여기서, 활성금속의 조성비 및 소성온도에 따라 기공구조 및 phase의 특이성을 조절할 수 있다. 상기 비표면적이 하한 미만일 경우, Fe 활성금속 및 증진제의 분산이 미흡하여 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 Fe 활성금속 및 증진제의 분산성이 높아지지만, 촉매 강도가 저하되어 바람직하지 않다. In iron-based catalysts for FT synthesis, the iron oxide as the active metal may be Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , or both. The iron-based catalyst for FT synthesis may have a specific surface area of 75 to 150 m &lt; 2 &gt; / g and an average particle size of pores of 4 to 8 nm while containing magnetite of spinel structure. Here, the pore structure and the specificity of the phase can be controlled according to the composition ratio of the active metal and the calcination temperature. If the specific surface area is less than the lower limit, dispersion of the Fe active metal and the promoter is insufficient, and if it exceeds the upper limit, the dispersibility of the Fe active metal and the enhancer becomes high, but the catalyst strength is lowered.

상기 메탄화 반응용 니켈계 촉매층에 사용되는 메탄화 반응용 니켈계 촉매는 니켈 및 선택적으로 Fe, Co, Zr, Ce 및 Ga 중에서 선택된 조촉매 성분(들)이 금속 지지체 담지된 것일 수 있다. Ce의 경우 Ni 활성금속의 안정성 증진 등, 촉매 안정성 및 고열량 SNG 합성을 위한 탄화수소 선택도 증진에 효과가 있다. 상기 조촉매 성분은 사용되는 Ni 금속 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 50 중량부를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 조촉매의 중량부가 하한 미만일 경우, 조촉매에 의한 증진효과가 미흡하여 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 조촉매에 의하여 원하지 않는 부반응이 발생하여 바람직하지 않다. The nickel-based catalyst for the methanation reaction used in the nickel-based catalyst layer for the methanation reaction may be one in which nickel and optionally a co-catalyst component (s) selected from Fe, Co, Zr, Ce and Ga are supported on a metal support. In the case of Ce, it is effective to improve the stability of Ni active metal, catalyst stability and hydrocarbon selectivity for synthesis of high calorie SNG. The cocatalyst component is preferably maintained at 0.5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the Ni metal used. When the weight of the cocatalyst is less than the lower limit, the effect of promoting the cocatalyst is insufficient, which is undesirable. If the weight of the cocatalyst is more than the upper limit, undesired side reactions may occur due to the cocatalyst.

상기 니켈계 촉매는 니켈 전구체 및 선택적으로 Fe, Co, Zr, Ce 및 Ga 중에서 선택된 조촉매 금속 전구체(들)를 지지체에 함침시킨 후 소성하여 제조할 수 있다. The nickel based catalyst may be prepared by impregnating a support with a promoter metal precursor (s) selected from a nickel precursor and optionally Fe, Co, Zr, Ce and Ga, followed by firing.

Ni계 전구체의 비제한적인 예는 질산니켈, 염화니켈, 황산니켈, 초산니켈 및 이들의 혼합물이 있다. 지지체의 비제한적인 예로는 알루미나가 있다. 바람직하게는, 지지체는 소결, 코크스화 또는 오염 등에 의한 비활성화를 방지하기 위해 칼슘, 마그네슘 등을 담지할 수 있다.Non-limiting examples of Ni precursors include nickel nitrate, nickel chloride, nickel sulfate, nickel acetate, and mixtures thereof. A non-limiting example of a support is alumina. Preferably, the support may support calcium, magnesium or the like to prevent inactivation due to sintering, coking, dirt, or the like.

반응순서에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층이 적층된 반응기는 튜브 타입의 반응기일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수소 및 일산화탄소 함유 공급가스가 튜브 타입 반응기의 상부에서 공급되어 하부로 유동하는 경우, 위에 FT 합성용 철계 촉매층을 아래에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층을 적층할 수 있다. 반대로, 수소 및 일산화탄소 함유 공급가스가 튜브 타입 반응기의 하부에서 공급되어 상부로 유동하는 경우, 아래에 FT 합성용 철계 촉매층을 위에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층을 적층할 수 있다.A reactor in which an iron-based catalyst layer for FT synthesis is upstream in the order of the reaction and a nickel-based catalyst layer for methanation reaction is laminated downstream may be a tube type reactor. As shown in FIG. 1, when the hydrogen and carbon monoxide-containing feed gas is supplied from the top of the tube type reactor and flows downward, a nickel-based catalyst layer for methanation reaction may be laminated on the FT synthesis iron- . Conversely, when the hydrogen and carbon monoxide-containing feed gas is supplied from the lower portion of the tube type reactor and flows upward, the nickel-based catalyst layer for the methanation reaction may be laminated on the FT synthesis iron-based catalyst layer below.

한편, 본 발명에 따른 고발열량의 SNG 제조 방법은 a단계 이전 또는 이후에, 300 ∼ 600 ℃의 온도 범위의 수소 분위기에서 촉매를 환원하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따라 하나의 반응기에 적층되어 있는 2종의 촉매층(catalytic beds)은 동일한 환경에서 환원된 후 반응에 활용할 수 있다. Meanwhile, the method for producing SNG having a high heating amount according to the present invention may further include a step of reducing the catalyst in a hydrogen atmosphere at a temperature ranging from 300 to 600 ° C before or after the step a. According to the present invention, two kinds of catalytic beds laminated in one reactor can be used in a reaction after being reduced in the same environment.

a단계의 수소 및 일산화탄소 함유 공급가스는 석탄, 바이오매스, 중질잔사유, 또는 탄소 함유 폐기물을 가스화하여 생산된 합성가스 또는 이로부터 정제된 가스일 수 있다. The hydrogen and carbon monoxide containing feed gas in step a may be a syngas produced from gasification of coal, biomass, heavy residues, or carbon containing waste or purified gas therefrom.

a단계에서 공급가스(feed gas)의 H2/CO 비는 1.5 내지 3.5 인 것이 바람직하다. 상기 H2/CO 비가 하한 미만일 경우 수성가스전환반응에 의한 SNG 수율 저하 및 탄소침적 발생이 심화되기 때문에 바람직하지 않고, 상한을 초과할 경우 C2-C4 탄화수소의 선택도가 낮아, SNG의 발열량이 감소하기 때문에 바람직하지 않다.The H 2 / CO ratio of the feed gas in step a is preferably 1.5 to 3.5. When the H 2 / CO ratio is lower than the lower limit, the SNG yield is lowered due to the water gas conversion reaction and the carbon deposition is increased. When the upper limit is exceeded, the selectivity of the C 2 -C 4 hydrocarbon is low, It is not preferable.

상기 합성천연가스 합성 반응 조건은 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다. The synthetic natural gas synthesis reaction conditions are not particularly limited as they are generally used.

상기 a단계에서, 반응 온도는 300 ∼ 400 ℃, 반응 압력은 20 ∼ 40 bar, 공간속도는 1000 ml/gcat·h ∼ 20000 ml/gcat·h 인 것이 바람직하다. In the step a, the reaction temperature is preferably 300 to 400 ° C., the reaction pressure is 20 to 40 bar, and the space velocity is 1000 ml / g cat · h to 20000 ml / g cat · h.

본 발명에 따라 하나의 반응기에 적층되어 있는 2종의 촉매층(catalytic beds) 상에서 350 ℃, 30 기압 및 6000 ml/gcat·h 공간속도의 반응 조건에서 전환율은 90 ∼ 100 카본 몰% 범위를 나타낸다. According to the present invention, the conversion rates on the two catalytic beds laminated in one reactor are in the range of 90-100 carbon mole% at 350 ° C, 30 atm and 6000 ml / g cat.h space velocity .

제조되는 합성천연가스의 조성은 메탄이 30~75 카본 몰 % 이며, C2-C4 탄화수소가 15~40 카본 몰% 범위를 나타낸다. C2-C4 탄화수소 중 파라핀의 비율은 90 ~ 100 카본몰 % 범위를 나타내며, 부산물인 C5이상 탄화수소, 구체적으로 C5-C12의 가솔린 유분은 5 ∼ 20 카본 몰% 범위를 나타낸다. The composition of the synthetic natural gas to be produced is 30 to 75 carbon mole% of methane and 15 to 40 carbon mole% of C2-C4 hydrocarbon. The ratio of paraffins in the C2-C4 hydrocarbon ranges from 90 to 100 carbon%, and the by-product C5 or higher hydrocarbons, specifically the C5-C12 gasoline fraction, ranges from 5 to 20 carbon%.

본 발명에 따라 반응순서에 따라 상류에 FT합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화반응용 니켈계 촉매층이 적층된 단일반응기는 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)를 공통의 반응물로 사용하는, FT 합성반응 및 메탄화 반응이 순차적으로 일어나도록 하여, 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)로부터 메탄으로 주로 구성되고 C2-C4 파라핀 함량이 높은 고발열량의 합성천연가스 생산이 가능하며, CO로부터 C2-C4 탄화수소로의 전환율이 높기 때문에 단일공정으로 고수율의 고발열량 합성천연가스 생산을 가능하게 한다. According to the present invention, a single reactor in which an iron-based catalyst layer for FT synthesis and a nickel-based catalyst layer for methaneization is laminated upstream in the order of reaction according to the present invention is a FT synthesis using hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) Reaction and methanation reaction are sequentially carried out to produce a high calorific value synthetic natural gas mainly composed of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) to methane and having a high content of C2-C4 paraffin, The high conversion to C4 hydrocarbons makes it possible to produce high yield calorific synthetic natural gas in a single process.

또한, FT합성용 철계 촉매 및 메탄화반응용 니켈계 촉매를 각각 별도로 제조하여 사용하므로, Ni 및 Fe 함유 촉매 보다 촉매 제조시 공정 간소화가 가능하다. Further, since the iron-based catalyst for FT synthesis and the nickel-based catalyst for methane-based catalyst are separately prepared and used, it is possible to simplify the manufacturing process of the catalyst than the Ni- and Fe-containing catalysts.

도 1은 본 발명에 따른 촉매의 반응기 내 로딩방법에 대한 모식도이다.
도 2는 FT 합성용 철계 촉매층 및 메탄화 반응용 니켈계 촉매층의 적층 비율에 따른 전환율 및 탄화수소 선택도 그래프이다.
도 3은 FT 합성용 철계 촉매층 및 메탄화 반응용 니켈계 촉매층의 적층 비율에 따른 SNG의 발열량 및 수율 그래프이다.
도 4는 Fe 및 Ni의 2종 활성금속 이용 방법에 따른 전환율 및 탄화수소 선택도 그래프이다.
도 5는 Fe 및 Ni의 2종 활성금속 이용 방법에 따른 SNG의 발열량 및 수율 그래프이다.
도 6은 Fe계 촉매 : Ni계 촉매를 8 : 2로 적층한 촉매의 H2/CO 비에 따른 전환율 및 탄화수소 선택도 그래프이다.
도 7은 Fe계 촉매 : Ni계 촉매를 8 : 2로 적층한 촉매의 H2/CO 비에 따른 SNG의 발열량 및 수율 그래프이다.
도 8은 Fe계 촉매 : Ni계 촉매를 6 : 4로 적층한 촉매의 H2/CO 비에 따른 전환율 및 탄화수소 선택도 그래프이다.
도 9는 Fe계 촉매 : Ni계 촉매를 6 : 4로 적층한 촉매의 H2/CO 비에 따른 SNG의 발열량 및 수율 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a method of loading a catalyst according to the present invention into a reactor.
FIG. 2 is a graph of conversion and hydrocarbon selectivity according to the deposition ratio of the iron-based catalyst layer for FT synthesis and the nickel-based catalyst layer for methanation reaction.
FIG. 3 is a graph showing the heating value and yield of SNG according to the deposition rate of the iron-based catalyst layer for FT synthesis and the nickel-based catalyst layer for methanation reaction.
4 is a graph of conversion and hydrocarbon selectivity according to the method of using two kinds of active metals Fe and Ni.
FIG. 5 is a graph showing the calorific value and yield of SNG according to the method of using two kinds of active metals Fe and Ni.
FIG. 6 is a graph showing conversion and hydrocarbon selectivity according to the H 2 / CO ratio of a catalyst obtained by laminating an Fe-based catalyst: Ni-based catalyst at 8: 2.
7 is a graph showing the amount of heat generated and the yield of SNG according to the H 2 / CO ratio of a catalyst obtained by laminating an Fe-based catalyst: Ni-based catalyst at 8: 2.
8 is a graph of conversion and hydrocarbon selectivity according to the H 2 / CO ratio of a catalyst obtained by laminating Fe-based catalysts: Ni-based catalysts at a ratio of 6: 4.
FIG. 9 is a graph showing a heat emission amount and yield of SNG according to the H 2 / CO ratio of a catalyst obtained by laminating a Fe-based catalyst: Ni-based catalyst at 6: 4.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are intended to clearly illustrate the technical features of the present invention and do not limit the scope of protection of the present invention.

실험예 1: Fe계 촉매 및 Ni계 촉매가 적층된 2종 금속 하이브리드 촉매의 적층 비율에 따른 SNG 합성 반응 특성 (HEXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Synthesis of SNG According to the Laminating Ratio of a Fe-Based Catalyst and a Ni-Based Catalyst 22 /CO=3) (실시예 1~4, 비교예 1~2)/ CO = 3) (Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2)

조성이 각각 100Fe-6Cu-16Al 및 15Ni-6Ce/MgO-Al2O3이 되도록 하였으며, 하기 표 1에 따라 각각 일반적인 공침법 및 함침법을 이용하여 Fe계 촉매 및 Ni계 촉매를 제조하였다. Fe계 촉매는 질산철(Fe(NO3)3·9H2O), 질산구리(Cu(NO3)2·3H2O) 및 질산알루미늄(Al(NO3)3·9H2O)을 전구체로 사용하여 촉매를 제조하였으며, Ni계 촉매는 질산니켈(Ni(NO3)2·6H2O), 질산세륨(Ce(NO3)3·6H2O)을 전구체로 사용하였으며, 질산마그네슘(Mg(NO3)2·6H2O)을 담지한 Al2O3를 지지체로 사용하여 촉매를 제조하였다.The composition was prepared in each of 100Fe-6Cu-16Al and 15Ni-6Ce / MgO-Al 2 O 3 was such that, to Fe-based, using the respective common coprecipitation method and the impregnation method in accordance with Table 1, the catalyst and Ni catalyst. Fe-based catalyst is iron nitrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O), copper nitrate (Cu (NO 3) 2 · 3H 2 O) and aluminum nitrate (Al (NO 3) 3 · 9H 2 O) a precursor (Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) and cerium nitrate (Ce (NO 3 ) 3 · 6H 2 O) were used as the precursors, and magnesium nitrate Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) supported on Al 2 O 3 as a support.

구분division 촉매조성Catalyst composition 촉매 제조법Catalyst preparation method 사용전구체Used precursor 지지체Support Fe 촉매Fe catalyst 100Fe-6Cu-16Al100Fe-6Cu-16Al 공침법Coprecipitation method Fe(NO3)3·9H2O,
Cu(NO3)2·3H2O,
Al(NO3)3·9H2O
Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O,
Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O,
Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O
--
Ni 촉매Ni catalyst 15Ni-6Ce/MgO-Al2O3 15Ni-6Ce / MgO-Al 2 O 3 함침법Impregnation method Ni(NO3)2·6H2O,
Ce(NO3)3·6H2O
Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O,
Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O
MgO-Al2O3 MgO-Al 2 O 3

도 1에 도시된 바와 같은 1/2인치 스테인레스 고정층 반응기에, 총 0.5 g의 Fe계 촉매 및 Ni계 촉매를 하기 표 2에 기재된 비율대로, 반응기 하부에 Ni계 촉매를 위치시키고, 그 위에 Fe 촉매를 위치시켜, Fe계 촉매가 Ni계 촉매보다 먼저 합성가스와 접촉하도록 하였다. 즉, 상부의 Fe계 촉매에서 FT 합성반응이 먼저 일어나고, 뒤이어 하부의 Ni계 촉매에서 메탄화 반응이 일어나도록 유도하였다. 촉매환원은 400 ℃에서 H2 분위기로 4 h 동안 실시하였으며, SNG 합성반응은 350 ℃, 30 bar 조건에서 SV = 6000 ml/gcat·h로 H2/CO=3의 합성가스를 주입하며 진행하였다.0.5 g of the Fe-based catalyst and the Ni-based catalyst were placed in a 1/2 inch stainless steel fixed bed reactor as shown in Fig. 1, and the Ni-based catalyst was placed in the lower part of the reactor in the ratio shown in Table 2 below. To allow the Fe-based catalyst to contact the syngas prior to the Ni-based catalyst. That is, the FT synthesis reaction first occurred in the upper Fe-based catalyst, followed by the methanation reaction in the lower Ni-based catalyst. The catalytic reduction was carried out under H 2 atmosphere for 4 h at 400 ° C. The SNG synthesis reaction was carried out at 350 ° C. and 30 bar under the condition of SV = 6000 ml / g cat · h and H 2 / CO = Respectively.

구분division Fe계 촉매 : Ni계 촉매Fe-based catalyst: Ni-based catalyst Fe계 촉매 조성Fe-based catalyst composition Ni계 촉매 조성Ni-based catalyst composition 실시예1Example 1 (0.45 g)9 : 1(0.05 g)(0.45 g) in 9: 1 (0.05 g)
100Fe-6Cu-16Al


100Fe-6Cu-16Al


15Ni-6Ce/MgO-Al2O3


15Ni-6Ce / MgO-Al 2 O 3

실시예2Example 2 (0.40 g)8 : 2(0.10 g)(0.40 g) in 8: 2 (0.10 g) 실시예3Example 3 (0.35 g)7 : 3(0.15 g)(0.35 g) in 7: 3 (0.15 g) 실시예4Example 4 (0.30 g)6 : 4(0.20 g)(0.30 g) was dissolved in 6: 4 (0.20 g) 비교예1Comparative Example 1 (0.50 g)10 : 0(0.00 g)(0.50 g) in 10: 0 (0.00 g) 100Fe-6Cu-16Al100Fe-6Cu-16Al -- 비교예2Comparative Example 2 (0.00 g)0 : 10(0.50 g)(0.00 g) was dissolved in a 0: 10 (0.50 g) -- 15Ni-6Ce/MgO-Al2O3 15Ni-6Ce / MgO-Al 2 O 3

도 2에 실시예 1~4 및 비교예 1~2에 의한 전환율 및 탄화수소 선택도를 나타내었다.2 shows the conversion and hydrocarbon selectivity according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.

CO 전환율은 적층비율이 상이한 실시예 1~4 및 비교예 1~2 모두에서 100%에 근접하였다. CO to HC 전환율은 Ni계 촉매 사용비율 증가에 따라 증가하였으며, CO to CO2 전환율은 반대로 감소하였다. Fe계 촉매에서 미반응된 CO가 하부의 Ni계 촉매에서 메탄화됨에 따라 높은 CO to HC 전환율을 나타내었으며, 미반응된 CO가 Fe계 촉매에서 수성가스전환반응에 의하여 CO2가 발생되는 대신 Ni계 촉매에서 메탄화되어 낮은 CO to CO2 전환율을 보였다. CO conversion was close to 100% in all of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 in which the laminating ratios were different. The CO to HC conversion rate increased with increasing use of Ni catalyst and the CO to CO 2 conversion rate decreased inversely. Showed a higher CO to HC conversion rate as unreacted in the Fe-based catalyst of CO Chemistry methane in the Ni-containing catalyst of the lower part, instead of the unreacted CO is CO 2 by the water gas shift reaction occurs in the Fe-based catalyst Ni Based catalysts and showed low CO to CO 2 conversion.

탄화수소 선택도의 경우, Ni계 촉매 적층 비율의 증가에 따라 CH4 선택도가 크게 증가하였으며, 반대로 C2-C4 및 C5+ 탄화수소 선택도는 감소하였다. Paraffin 선택도는 모든 촉매에서 97% 이상으로 매우 높게 나타났다. In the case of hydrocarbon selectivity, the selectivity of CH 4 was greatly increased with increasing the Ni-based catalyst deposition rate, while the selectivity of C2-C4 and C5 + hydrocarbons was decreased. Paraffin selectivity was very high (97%) for all catalysts.

도 3에 실시예 1~4 및 비교예 1~2에 의한 SNG 발열량 및 수율을 나타내었다.FIG. 3 shows the SNG heating value and the yield according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.

합성된 SNG의 발열량은 Ni 계 촉매 적층비율의 증가에 따라 CH4 선택도가 증가함으로써 크게 감소하였다. Fe계 촉매와 Ni계 촉매의 적층 비율이 9:1에서 발열량은 12,122 Kcal/Nm3 으로 가장 높았으며, Ni계 촉매 적층 비율의 증가에 따라 감소하여, 적층비율이 6:4 에서는 발열량이 10,041 Kcal/Nm3 까지 감소하였으나, 일반적인 공정에서 생산되는 SNG의 발열량인 8,450~8,675 Kcal/Nm3 에 비하여 훨씬 높은 값을 나타냈다. 이는, Fe계 촉매를 통한 FT 합성반응에 의하여, 생성물 내 C2-C4 탄화수소의 선택도가 높기 때문이다. SNG 수율은 Ni계 촉매 적층비율 증가에 따른 CO2 발생량 및 C5+ 탄화수소 선택도 감소에 의하여, 발열량과 반대 경향, 즉 Ni계 촉매 적층비율 증가에 따라 SNG 수율이 증가하였으며, Fe계 촉매와 Ni계 촉매의 적층 비율이 6:4에서 약 85%로 가장 높았다. The calorific value of the synthesized SNG was greatly decreased by increasing CH 4 selectivity as the Ni - based catalyst layer ratio increased. Fe-based catalysts and Ni-based catalysts were 9: 1 and 12,122 Kcal / Nm 3 , respectively, and decreased as the Ni-based catalyst layer ratio increased. When the deposition rate was 6: 4, the calorific value was 10,041 Kcal / Nm up to 3 However, it was much higher than the heating value of 8,450 ~ 8,675 Kcal / Nm 3 of SNG produced in the general process. This is because the selectivity of C2-C4 hydrocarbons in the product is high due to the FT synthesis reaction through the Fe-based catalyst. The SNG yields were increased by decreasing CO 2 generation and C 5 + hydrocarbon selectivity with increasing Ni-based catalyst laminating ratio, and increasing SNG yields by increasing the Ni-based catalyst laminating ratio. Was the highest at 6: 4 (about 85%).

따라서, Fe계 촉매와 Ni계 촉매의 적층 중량부 100에서 Ni 비율이 50 중량부를 초과하는 경우 높은 CH4 선택도에 의하여 발열량이 낮기 때문에 적합하지 않고, 10 중량부 미만에서는 CO2 발생량이 높아 SNG 수율이 낮기 때문에 적합하지 않다.Therefore, Fe-containing catalyst with Ni-based if the Ni ratio of the layered parts by weight of 100 of the catalyst exceeds 50 parts by weight of high-CH 4 is not suitable because the selectivity of low calorific value by, is less than 10 parts by weight increases the CO 2 generation amount SNG Not suitable because of low yield.

실험예 2: Fe 및 Ni의 2종 활성금속 이용 방법에 따른 SNG 합성 반응 특성(실시예 2, 비교예 1~4)Experimental Example 2: Synthesis reaction characteristics of SNG according to the method of using two kinds of active metals of Fe and Ni (Example 2, Comparative Examples 1 to 4)

하기 표 3과 같이 비교예 3은 비교예 1 및 2에서 각각 사용된 동일한 Fe계 촉매 및 Ni계 촉매를 물리적 혼합하여 사용하였다. As shown in Table 3, Comparative Example 3 was used by physically mixing the same Fe-based catalyst and Ni-based catalyst used in Comparative Examples 1 and 2, respectively.

실시예 2의 SNG 합성 반응 특성을 Fe 및 Ni 활성금속이 동시에 존재하는 촉매의 SNG 합성 반응 특성과 비교하기 위해, 비교예 4는 상기 비교예 1 및 2와 동일한 금속전구체들을 이용하여, 일반적인 공침법으로 80Fe-20Ni-20Al 촉매를 제조하였다. In order to compare the SNG synthesis reaction characteristics of Example 2 with the SNG synthesis reaction characteristics of catalysts in which Fe and Ni active metals coexist, Comparative Example 4 uses the same metal precursors as Comparative Examples 1 and 2, To prepare an 80Fe-20Ni-20Al catalyst.

구분division Fe 촉매 : Ni 촉매Fe catalyst: Ni catalyst 제조방법Manufacturing method 비율ratio 로딩방법Loading method 비교예1Comparative Example 1 100Fe-6u-16Al100Fe-6u-16Al 공침법Coprecipitation method 1010 -- 비교예2Comparative Example 2 15Ni-6Ce/MgO-Al2O3 15Ni-6Ce / MgO-Al 2 O 3 함침법Impregnation method 1010 -- 비교예3
Comparative Example 3
100Fe-6u-16Al100Fe-6u-16Al 공침법Coprecipitation method 88 물리적 혼합
Physical mixing
15Ni-6Ce/MgO-Al2O3 15Ni-6Ce / MgO-Al 2 O 3 함침법Impregnation method 22 비교예4Comparative Example 4 80Fe-20Ni-20Al80Fe-20Ni-20Al 공침법Coprecipitation method 1010 --

Fe계 촉매 및 Ni계 촉매가 적층된 경우 SNG 합성 반응 특성을 확인하기 위하여, 실시예 2 및 비교예 1~4에 따른 SNG 합성 반응 특성을 비교하였다.In order to confirm SNG synthesis reaction characteristics when Fe-based catalyst and Ni-based catalyst were stacked, SNG synthesis reaction characteristics according to Example 2 and Comparative Examples 1 to 4 were compared.

도 4에 실시예 2 및 비교예 1~4의 경우 CO 전환율 및 탄화수소 선택도를 나타내었다.FIG. 4 shows CO conversion and hydrocarbon selectivity for Example 2 and Comparative Examples 1 to 4.

CO 전환율은 대부분의 촉매 로딩법에서 100%에 근접하였으나, Fe 촉매만을 사용하였을 경우와 Fe계 촉매와 Ni계 촉매를 물리적으로 혼합한 경우(비교예3)에는 약 97%에 그쳤다. Co to HC 전환율은 촉매 로딩법으로 적층법을 적용한 경우 가장 높았으며, CO2 발생량은 가장 낮았다. 이는 상기 적층법을 적용한 경우 FT반응과 메탄화 반응이 단계적으로 일어나, Fe계 촉매에서 미반응된 CO 및 발생된 CO2가 하부의 Ni 촉매에서 메탄화되기 때문이다. The CO conversion rate was close to 100% in most of the catalyst loading methods, but about 97% in the case of Fe catalyst alone and Fe catalyst and Ni catalyst (Comparative Example 3). The CO to HC conversion ratio was the highest when the catalyst loading method was applied and the CO 2 emission was the lowest. This is because the FT reaction and the methanation reaction occur in a stepwise manner when the above lamination method is applied, and the unreacted CO and the generated CO 2 in the Fe-based catalyst are methanized in the lower Ni catalyst.

탄화수소 선택도는, Fe계 촉매만을 사용한 경우(비교예1), FT 반응만이 일어났기 때문에 C2-C4 선택도 및 C5+ 선택도가 가장 높았으며, 80Fe-20Ni-20Al 촉매만을 사용한 경우(비교예4) 및 Ni계 촉매만을 사용한 경우(비교예2) 메탄화 반응 활성이 높아 CH4 선택도가 매우 높았다. Fe계 촉매와 Ni계 촉매를 적층한 경우(실시예2) FT 반응과 메탄화 반응이 단계적으로 일어나, 비교적 낮은 CH4 선택도 및 C2-C4 선택도를 나타냈다. Paraffin 선택도는 Fe 촉매만을 사용한 경우를 제외하고, 모든 결과에서 약 100%를 나타냈다.The hydrocarbon selectivity showed the highest C2-C4 selectivity and C5 + selectivity because only the FT reaction occurred when only Fe-based catalysts were used (Comparative Example 1), and only 80 Fe-20Ni-20Al catalysts were used (Comparative Example 4 ) And Ni-based catalysts (Comparative Example 2), CH 4 selectivity was very high because of the high methanation reaction activity. When the Fe-based catalyst and the Ni-based catalyst were laminated (Example 2), the FT reaction and the methanation reaction occurred step by step, showing relatively low CH 4 selectivity and C2-C4 selectivity. Paraffin selectivity was about 100% in all results, except when only Fe catalyst was used.

도 5에 실시예 2, 및 비교예 1~4에서 제조한 촉매에 의한 SNG 발열량 및 수율을 나타내었다.FIG. 5 shows the amounts of SNG generated and the yields of the catalysts prepared in Example 2 and Comparative Examples 1 to 4.

합성된 SNG의 발열량은 Fe계 촉매만을 사용한 경우(비교예1), 높은 C2-C4 선택도로 인하여, 발열량이 약 13,800 Kcal/Nm3으로 가장 높았으나, 높은 CO2 생성량 및 C5+ 선택도로 인하여 매우 낮은 수율을 나타냈다. Ni계 촉매만을 사용한 경우(비교예2)와 80Fe-20Ni-20Al 촉매만을 사용한 경우(비교예4), 높은 수율을 보이지만, 메탄화 반응이 매우 우세하여 발열량은 각각, 약 9,500 Kcal/Nm3 및 10,000 Kcal/Nm3로 낮게 나타났다. 반면, Fe계 촉매와 Ni계 촉매를 적층한 경우(실시예2), 비교적 낮은 CO2 생성량과 높은 C2-C4 선택도를 나타내어 다른 촉매 로딩 방법에 비하여 발열량과 수율이 높았다. If the heating value of the synthesis SNG is used only the Fe-containing catalyst (Comparative Example 1), due to high C2-C4 selectivity, heat value of about 13,800 was highest in Kcal / Nm 3, the high CO 2 production and C5 + selectivity due to a very low Yield. If only with Ni-containing catalyst (Comparative Example 2) in the case of using only 80Fe-20Ni-20Al catalyst (Comparative Example 4), but a high yield, amount of heat generated by the methanation reaction is very predominantly is, from about 9,500 Kcal / Nm 3, and 10,000 Kcal / Nm 3 . On the other hand, when the Fe-based catalyst and the Ni-based catalyst were laminated (Example 2), the amount of generated CO 2 and the selectivity of C 2 -C 4 were higher than those of other catalyst loading methods.

따라서, SNG 합성반응에 Fe계 촉매만을 사용할 경우 높은 수성가스전환반응 활성 및 C5+ 선택도로 인하여 SNG 수율이 낮기 때문에 적합하지 않고, Ni계 촉매만을 사용할 경우 낮은 C2-C4 선택도로 인하여 SNG 발열량이 낮기 때문에 적합하지 않다. FT 반응과 메탄화 반응이 단계적으로 진행되도록 유도하는 Fe계 촉매와 Ni계 촉매를 적층하는 방법이, 낮은 수성가스전환반응 활성과 높은 C2-C4 탄화수소 선택도를 보였으며, 그로 인하여 SNG 발열량 및 수율이 다른 로딩법에 비하여 높게 나타났다.Therefore, when only Fe-based catalyst is used for the SNG synthesis reaction, SNG yield is low due to high water gas conversion reaction activity and C5 + selection. When using only Ni catalyst, SNG heating value is low due to low C2-C4 selection Inappropriate. The method of laminating an Fe-based catalyst and a Ni-based catalyst inducing the FT reaction and the methanation reaction stepwise showed a low water gas conversion reaction activity and a high C2-C4 hydrocarbon selectivity, and thus the SNG calorific value and yield Was higher than the other loading methods.

실험예 3: 합성가스의 HExperimental Example 3: Synthesis of H 22 /CO 비율에 따른 Fe-Ni 2종 금속 하이브리드 촉매의 SNG 합성 반응 특성Synthesis of SNG Syntheses of Fe-Ni Binary Metal Hybrid Catalysts by CO Ratio

Fe계 촉매 및 Ni계 촉매의 제조방법 및 반응조건은 상기 실험예 1과 동일하게 진행하였다. 다만, feed gas 내 H2/CO 비를 1 내지 3으로 달리하여 Fe-Ni 하이브리드 촉매의 SNG 합성 반응특성을 확인하였다. 하기 표 4에 각 실시예 및 비교예에 따른 feed gas 내 H2/CO 비 및 촉매 적층비율을 정리하였다.The Fe-based catalyst and the Ni-based catalyst were produced and the reaction conditions were the same as in Experimental Example 1 above. However, SNG synthesis reaction characteristics of the Fe-Ni hybrid catalyst were confirmed by varying the H 2 / CO ratio in the feed gas from 1 to 3. Table 4 below summarizes the H 2 / CO ratio and the catalyst deposition rate in the feed gas according to each of the examples and the comparative examples.

구분division H2/CO 비H 2 / CO ratio Fe계 촉매 : Ni계 촉매Fe-based catalyst: Ni-based catalyst 실시예2Example 2 33 (0.40 g)8 : 2(0.10 g)(0.40 g) in 8: 2 (0.10 g) 실시예4Example 4 33 (0.30 g)6 : 4(0.20 g)(0.30 g) was dissolved in 6: 4 (0.20 g) 실시예5Example 5 2.72.7 (0.40 g)8 : 2(0.10 g)(0.40 g) in 8: 2 (0.10 g) 실시예6Example 6 2.72.7 (0.30 g)6 : 4(0.20 g)(0.30 g) was dissolved in 6: 4 (0.20 g) 실시예7Example 7 2.52.5 (0.40 g)8 : 2(0.10 g)(0.40 g) in 8: 2 (0.10 g) 실시예8Example 8 2.52.5 (0.30 g)6 : 4(0.20 g)(0.30 g) was dissolved in 6: 4 (0.20 g) 실시예9Example 9 22 (0.40 g)8 : 2(0.10 g)(0.40 g) in 8: 2 (0.10 g) 실시예10Example 10 22 (0.30 g)6 : 4(0.20 g)(0.30 g) was dissolved in 6: 4 (0.20 g) 비교예5Comparative Example 5 1One (0.40 g)8 : 2(0.10 g)(0.40 g) in 8: 2 (0.10 g) 실시예11Example 11 1One (0.30 g)6 : 4(0.20 g)(0.30 g) was dissolved in 6: 4 (0.20 g)

도 6에 Fe계 촉매 : Ni계 촉매를 8 : 2로 적층한 촉매의 H2/CO 비에 따른 전환율 및 탄화수소 선택도를 나타내었다.FIG. 6 shows the conversion and hydrocarbon selectivity depending on the H 2 / CO ratio of the catalyst obtained by laminating the Fe-based catalyst: Ni-based catalyst at 8: 2.

모든 feed gas 내 H2/CO 비에서 CO 전환율은 100%에 근접하였다. H2/CO가 증가할수록 수성가스전환반응 활성 증가에 따라 CO to HC 전환율은 감소하였으며, 반대로 CO2 생성량은 증가하였다. CO conversion in the H 2 / CO ratio in all feed gases was close to 100%. As the H 2 / CO ratio increased, CO to HC conversion decreased and CO 2 production increased.

탄화수소 선택도의 경우, feed gas 내 H2/CO 비가 2.5, 2로 감소함에 따라 CH4 선택도가 감소하고, C2-C4 선택도가 증가하였다. H2/CO 비가 2의 조건에서는, 상대적인 feed 내 H2가 부족으로 탄소사슬 성장률이 증가하여, C5+ 선택도가 크게 증가하였다. Paraffin 선택도는 모든 조건에서 약 100%에 근접하였다.In the case of hydrocarbon selectivity, as the H 2 / CO ratio in the feed gas decreased to 2.5 and 2, the CH 4 selectivity decreased and the C2-C4 selectivity increased. Under the condition of H 2 / CO ratio of 2, the carbon chain growth rate was increased due to the lack of H 2 in the relative feed, and the C 5 + selectivity was greatly increased. Paraffin selectivity was close to 100% under all conditions.

도 7에 Fe계 촉매 : Ni계 촉매를 8 : 2로 적층한 촉매의 H2/CO 비에 따른 SNG 발열량 및 수율을 나타내었다.FIG. 7 shows the SNG calorific value and yield according to the H 2 / CO ratio of the catalyst obtained by laminating the Fe-based catalyst: Ni-based catalyst at 8: 2.

합성된 SNG의 발열량은 모두 11,100 Kcal/Nm3 이상의 높은 발열량을 보였으며, H2/CO 비가 감소함에 따라 증가하였다. H2/CO 비가 2의 조건에서는 낮은 C2-C4 선택도로 인하여 발열량이 비교적 낮았으며, 매우 높은 CO2 생성량 및 C5+ 선택도로 인하여 약 50%의 매우 낮은 SNG 수율을 보였다. The calorific value of the synthesized SNG was higher than 11,100 Kcal / Nm 3 and increased with decreasing H 2 / CO ratio. In the condition of H 2 / CO ratio 2, the heating value was relatively low due to the low C2-C4 selection, and the yield of SNG was about 50% because of the high CO 2 production amount and C 5 + selection.

도 8에 Fe계 촉매 : Ni계 촉매를 6 : 4로 적층한 촉매의 H2/CO 비에 따른 CO 전환율 및 탄화수소 선택도를 나타내었다.FIG. 8 shows CO conversion and hydrocarbon selectivity depending on the H 2 / CO ratio of the catalyst obtained by laminating the Fe-based catalyst: Ni-based catalyst at 6: 4.

CO 전환율은 모든 H2/CO 비에서 100%에 근접하였다. H2/CO 비의 감소에 따른 수성가스전환반응 활성 증가에 의하여, CO to HC 전환율은 감소하였으며, CO2 생성량은 반대로 증가하였다. The CO conversion was close to 100% in all H 2 / CO ratios. The CO to HC conversion was decreased and the CO 2 production was increased by the increase of water gas conversion reaction activity with decreasing H 2 / CO ratio.

탄화수소 선택도의 경우, feed gas 내 H2/CO 비가 2.7 이상에서는 약 70% 이상의 높은 CH4 선택도를 보였으며, H2/CO 비의 감소에 따라 크게 감소하였다. C2-C4 선택도는 H2/CO 비가 3에서 2.5으로 감소함에 따라 증가하였으며, H2/CO 비가 2인 조건에서는, 상대적인 feed 내 H2가 부족으로 탄소사슬 성장률이 증가하여, C5+ 선택도가 크게 증가하였다. Paraffin 선택도는 모든 조건에서 약 100%에 근접하였다. In the case of hydrocarbon selectivity, the selectivity of CH 4 was about 70% or higher at the H 2 / CO ratio of 2.7 or higher in the feed gas, and decreased greatly with decreasing H 2 / CO ratio. The C2-C4 selectivity increased with decreasing H 2 / CO ratio from 3 to 2.5. In the case of H2 / CO ratio of 2, the carbon chain growth rate was increased due to the lack of H 2 in the relative feed, Respectively. Paraffin selectivity was close to 100% under all conditions.

도 9에 Fe계 촉매 : Ni계 촉매를 6 : 4로 적층한 촉매의 H2/CO 비에 따른 SNG 발열량 및 수율을 나타내었다.FIG. 9 shows the SNG calorific value and yield according to the H 2 / CO ratio of the catalyst obtained by laminating the Fe-based catalyst: Ni-based catalyst at 6: 4.

합성된 SNG의 발열량은 모두 10,000 Kcal/Nm3 이상의 높은 발열량을 보였으며, H2/CO 비가 감소함에 따라 증가하였다. H2/CO 비가 2의 조건에서는 낮은 C2-C4 선택도로 인하여 발열량이 비교적 낮았으며, 매우 높은 CO2 생성량 및 C5+ 선택도로 인하여 약 50%의 매우 낮은 SNG 수율을 보였다. The calorific value of the synthesized SNG was higher than 10,000 Kcal / Nm 3 and increased with decreasing H 2 / CO ratio. In the condition of H 2 / CO ratio 2, the heating value was relatively low due to the low C2-C4 selection, and the yield of SNG was about 50% because of the high CO 2 production amount and C 5 + selection.

상기의 실험결과로부터, Fe계 촉매 및 Ni계 촉매를 적층하여 SNG 합성반응을 진행할 경우, Fe계 촉매 및 Ni계 촉매의 적층비를 조절하면, 낮은 H2/CO 비가 낮은 합성가스를 feed gas로 이용함에도 불구하고, 높은 수율로 고발열량의 SNG를 생산할 수 있음을 알 수 있다.From the experimental results described above, the Fe-based catalyst and Ni-based when stacking the catalyst to proceed with the SNG synthesis reaction, Fe-based catalyst, and by controlling the lamination ratio of the Ni-based catalyst, a low H 2 / CO ratio is low synthesis gas to feed gas It is possible to produce high yield SNG with a high yield.

이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시 형태로 국한되는 것이 아니며, 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Therefore, the scope of protection of the present invention is not limited to the specific embodiments but should be construed as including all embodiments belonging to the claims attached to the present invention.

Claims (14)

10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스(SNG)를 제조하는 방법에 있어서,
Fischer-Tropsh(FT) 합성반응 및 메탄화 반응이 단일반응기에서 순차적으로 일어나도록, 반응순서에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층이 적층된 반응기에서 수소 및 일산화탄소로부터 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스를 생산하는 단계로서,
FT 합성용 철계 촉매와 메탄화 반응용 니켈계 촉매의 합 100 중량부를 기준으로, 적층된 니켈계 촉매의 양을 10 내지 50 중량부로 조절하여 CO2 발생량을 낮춰 SNG 수율을 높이면서 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 형성시키는 a단계
를 포함하는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.
A method for producing methane and C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas (SNG) having a composition capable of exhibiting a high heating value of 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 ,
The Fischer-Tropsh (FT) synthesis reaction and the methanation reaction are sequentially carried out in a single reactor. In a reactor in which an FT-synthesizing iron-based catalyst layer is upstream and a nickel-based catalyst layer is downstream, To produce methane and C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas,
The FT synthetic iron-based catalyst and the methanation reaction of nickel-total based on 100 parts by weight of a catalyst for, controlling the amount of the deposited nickel-based catalyst portion 10 to 50 parts by weight to lower the CO 2 generation amount while increasing the SNG yield 10,000 Kcal / Nm Step a to form a synthetic natural gas having a high heating value of 3 to 13,000 Kcal / Nm 3
&Lt; / RTI &gt; wherein the method further comprises the steps of:
제1항에 있어서, a단계는 동일 사용량의 철계 촉매와 니켈계 촉매를 물리적으로 혼합하여 사용한 경우보다 높은 CO 전환율 및 높은 SNG 발열량을 발휘하는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.The method according to claim 1, wherein step (a) exhibits a higher CO conversion and a higher SNG calorific value than when an iron-based catalyst and a nickel-based catalyst are physically mixed in the same amount. 제1항에 있어서, a단계는 FT 반응과 메탄화 반응이 단계적으로 진행되도록 철계 촉매층과 니켈계 촉매층을 적층하여, 철계 촉매층의 수성가스전환반응 활성을 낮춰 SNG 수율을 높이는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.The method according to claim 1, wherein step (a) comprises laminating an iron-based catalyst layer and a nickel-based catalyst layer in such a manner that the FT reaction and the methanation reaction proceed step by step, thereby increasing SNG yield by lowering the water- SNG production method. 제1항에 있어서, a단계는 FT 반응과 메탄화 반응이 단계적으로 진행되어, 상류의 철계 촉매층에서 미반응된 CO 및 발생된 CO2가 하류의 니켈계 촉매층에서 메탄화되고, 이로인해 철계 촉매층만 사용한 경우에 비해 Co to HC 전환율을 향상시키고 CO2 발생량을 감소시키는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.The method according to claim 1, wherein in step (a), the FT reaction and the methanation reaction are progressed stepwise so that unreacted CO and generated CO 2 in the upstream iron-based catalyst layer are methanized in the downstream nickel-based catalyst layer, Which is characterized in that the CO to HC conversion ratio is increased and the CO 2 generation amount is reduced compared with the case where only the SNG is used. 제1항에 있어서, a단계는 상류의 철계 촉매층에서 미반응된 CO가 하류의 니켈계 촉매층에서 메탄화됨에 따라 CO to HC 전환율을 높이고, 일부의 CO가 철계 촉매층에서 수성가스전환반응에 의하여 CO2가 발생되는 대신 니켈계 촉매층에서 메탄화되어 CO to CO2 전환율을 낮추는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.The method according to claim 1, wherein step (a) increases the CO to HC conversion ratio as the unreacted CO in the upstream iron-based catalyst layer is methanized in the downstream nickel-based catalyst layer, and part of the CO is oxidized in the iron- 2 is generated instead of methane in the nickel-based catalyst layer to lower CO to CO 2 conversion. 제1항에 있어서, a단계는 니켈계 촉매 사용비율 증가에 따라 CO to HC 전환율을 증가시키고, CO to CO2 전환율을 감소시키는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the step (a) increases the CO to HC conversion ratio and decreases the CO to CO 2 conversion rate with an increase in the use ratio of the nickel-based catalyst. 제1항에 있어서, a단계는 FT 반응과 메탄화 반응이 단계적으로 진행되도록 상류에 철계 촉매층과 하류에 니켈계 촉매층을 적층하여, Fe 및 Ni 활성금속이 공침된 Fe 및 Ni 함유 촉매를 사용한 경우에 비해, 니켈계 촉매층에서의 메탄화 반응 활성을 낮춰 CH4 선택도를 낮추고 SNG의 발열량을 높이는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.The method according to claim 1, wherein in step (a), an iron-based catalyst layer and a nickel-based catalyst layer are laminated upstream and downstream so that the FT reaction and the methanation reaction proceed stepwise, compared to, SNG production method of the charged amount of heat is characterized by lowering the methanation reaction activity in the nickel-based catalyst lowers the selecting CH 4 also increase the heating value of the SNG. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, a단계 이전 또는 이후에, 300 ∼ 600 ℃의 온도 범위의 수소 분위기에서 촉매를 환원하는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.The process according to any one of claims 1 to 7, further comprising a step of reducing the catalyst in a hydrogen atmosphere at a temperature ranging from 300 to 600 ° C before or after the step a. . 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 합성천연가스는 메탄 : C2-C4 파라핀 (몰비) = 1 : 0.05 ~ 1.5인 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법.8. The process according to any one of claims 1 to 7, wherein the synthetic natural gas is methane: C2-C4 paraffin (molar ratio) = 1: 0.05 to 1.5. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, a단계에서 공급가스(feed gas) 중 H2/CO 비는 1.5 내지 3.5 인 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법. The process according to any one of claims 1 to 7, wherein the H 2 / CO ratio in the feed gas in step a is 1.5 to 3.5. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, a단계에서 반응 압력은 20 ∼ 40 bar이고, 반응 온도는 300 ∼ 400 ℃이고, 공간속도는 1000 ml/gcat·h ∼ 20000 ml/gcat·h 인 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법. The process according to any one of claims 1 to 7, wherein the reaction pressure in step a is 20 to 40 bar, the reaction temperature is 300 to 400 ° C, the space velocity is 1000 ml / g cat · h to 20000 ml / g cat &lt; RTI ID = 0.0 &gt; h. &lt; / RTI &gt; 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, a단계의 수소 및 일산화탄소 함유 공급가스는 석탄, 바이오매스, 또는 탄소 함유 폐기물을 가스화하여 생산된 합성가스 또는 이로부터 정제된 가스인 것이 특징인 고발열량의 SNG 제조 방법. The process according to any one of claims 1 to 7, wherein the hydrogen and carbon monoxide containing feed gas in step a is a syngas produced by gasifying coal, biomass, or carbonaceous waste or purified gas therefrom A method for producing SNG of high calorific value. 수소 및 일산화탄소로부터 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 메탄 및 C2-C4 파라핀 함유 합성천연가스(SNG) 생산용 반응기에 있어서,
Fischer-Tropsh(FT) 합성반응 및 메탄화 반응이 단일반응기에서 순차적으로 일어나도록, 반응순서에 따라 상류에 FT 합성용 철계 촉매층 및 하류에 메탄화 반응용 니켈계 촉매층이 적층되어 있고,
CO2 발생량을 낮춰 SNG 수율을 높이면서 10,000 Kcal/Nm3 ~ 13,000 Kcal/Nm3의 고발열량을 발휘하는 조성의 합성천연가스를 형성하도록, FT 합성용 철계 촉매와 메탄화 반응용 니켈계 촉매의 합 100 중량부를 기준으로, 적층된 니켈계 촉매의 양이 10 내지 50 중량부로 조절되어 있는 것이 특징인 SNG 생산용 반응기.
1. A reactor for producing methane and C2-C4 paraffin-containing synthetic natural gas (SNG) in a composition which exhibits a high heating value of from 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 from hydrogen and carbon monoxide,
A Fischer-Tropsh (FT) synthesis reaction and a methanation reaction are successively carried out in a single reactor, and an iron-based catalyst layer for FT synthesis and a nickel-based catalyst layer for methanation reaction are laminated upstream in the order of reaction,
Based catalyst for FT synthesis and a nickel-based catalyst for methanation reaction so as to form a synthetic natural gas having a high heating value of 10,000 Kcal / Nm 3 to 13,000 Kcal / Nm 3 while increasing the SNG yield by lowering the CO 2 generation amount Wherein the amount of the nickel-based catalysts is controlled to 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total.
제13항에 있어서, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 고발열량의 SNG 제조 방법에 사용하기 위한 것이 특징인 SNG 생산용 반응기.14. The reactor for producing SNG according to claim 13, which is characterized in that it is for use in the high heat amount SNG production method according to any one of claims 1 to 7.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20140087254A (en) * 2012-12-28 2014-07-09 재단법인 포항산업과학연구원 Catalysts for the production of higher calorific synthetic natural gas and the preparation method thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120108682A1 (en) * 2010-10-28 2012-05-03 Chevron U.S.A. Inc. Process of synthesis gas conversion to liquid hydrocarbon mixtures using alternating layers of synthesis gas conversion catalyst, hydrocracking and hydroisomerization catalyst
KR20140087254A (en) * 2012-12-28 2014-07-09 재단법인 포항산업과학연구원 Catalysts for the production of higher calorific synthetic natural gas and the preparation method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113106485A (en) * 2021-04-25 2021-07-13 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Double-function electrode structure for electrolyzing water

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