Ni/Al2O3촉매를 이용한 Steam-Methane Reforming 반응에서 촉매조성 및 반응조건 최적화에 관한 연구
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 박형상
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000052571
- 본문언어 한국어
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초록/요약 도움말
전 세계적으로 기존의 연료자원인 석유 및 화석연료가 고갈되어 감에 따른 대체에너지 자원으로서 수소에너지가 많은 관심을 받고 있다. 수소에너지는 기존의 석유화학공업의 원료 뿐만 아니라 연료전지 등 다양한 분야에서 소요량이 증가하고 있는 추세이다. 현재까지 수소를 생산하는 공정으로서 개질반응이 가장 상용화 되어있으며 그 중에서도 수증기 메탄 개질반응(Steam methane reforming)은 수소 생산을 위한 개질반응 기술 중에 상용화 가능한 가장 효율적으로 수소를 생산할 수 있는 방법으로 저렴한 가격에 비해 수소 생성화에 있어 우수한 Ni계 촉매가 주로 사용되고 반응 시 강한 흡열반응으로 인하여 700∼900 ℃의 고온에서 반응이 진행된다. 이러한 고온반응에서 촉매 활성점의 코킹(coking)을 방지하기 위해 반응물 스팀/메탄 비는 3이 일반적이다. 본 연구에서는 수증기 메탄 개질 반응에서 반응 최적화를 위한 반응 공정 변수에 따른 실험을 진행하였다. 변수로서는 반응용 촉매와 반응온도 그리고 반응물 공간 속도에 따른 영향을 선정하여 연구를 진행하였다. 촉매는 함침법을 이용하여 제조된 Ni/γ-Al2O3 (15 wt%, 20 wt%) 와 상용촉매를 선정하여 활성을 비교해보았고 그 결과 20 wt% Ni/γ-Al2O3 촉매가 상용촉매에 비해 고활성을 보였으며, 반응온도는 650∼660 ℃일 때 90%+의 메탄전환율을 확인하였다. 또한 반응물 공간속도는 반응기의 크기를 고려하였을 때 6000∼15000 h-1가 적절하였으며 60시간의 장시간 반응 안정성 실험을 통해서 장시간 반응에도 촉매의 비활성화가 진행되지 않고 안정적인 활성을 유지함을 알 수 있었다.
more초록/요약 도움말
With the exhaustion of existing fuel resources, Hydrogen energy is coming into the spotlight as alternative energy source. Also, Hydrogen demand quantity is increasing in various areas of fuel cell as well as raw material of the petrochemical industry. So far as the reforming process to produce hydrogen, reforming reaction has mostly commercialized as hydrogen production process. Above all, Steam methane reforming is the most effective method of hydrogen production among the reforming reaction technologies. Although of low prices, excellent Ni-based catalyst to produce hydrogen is mainly used in steam methane reforming and it reacts to high temperature of 700∼900 ℃ due to strong endothermic reaction. In this pyrogenetic reaction(high temperature reaction), the proportion of steam to methane in order to prevent coking of active site is genenally three to one(3:1). In this study, to find the optimized conditions in steam methane reforming, the experiment was conducted by considering variables. As variables, catalyst for the reaction, the reaction temperature and the effect of space velocity of reactant were considered. Catalyst was selected as Ni/γ-Al2O3 by impregnation and commercial catalyst. As a result, catalyst of 20 wt% Ni/γ-Al2O3 was more active compared with commericial catalyst and 90% + methan conversion ration was found in 650∼660 degrees. In addition, the space velocity of reactant was appropriate to 6000∼15000 h-1 when condsidering the size of reaction. Although 60 hours of long-term experiment, stable activity was maintained without catalyst deactivation.
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