[go: up one dir, main page]

KR20120080361A - 합성가스 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법 - Google Patents

합성가스 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120080361A
KR20120080361A KR1020110001768A KR20110001768A KR20120080361A KR 20120080361 A KR20120080361 A KR 20120080361A KR 1020110001768 A KR1020110001768 A KR 1020110001768A KR 20110001768 A KR20110001768 A KR 20110001768A KR 20120080361 A KR20120080361 A KR 20120080361A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filtration
catalyst
gas
methane
syngas
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020110001768A
Other languages
English (en)
Inventor
김진홍
김정묵
김옥윤
박주원
오승훈
심현민
김규태
천영은
양자현
Original Assignee
에스케이이노베이션 주식회사
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 에스케이이노베이션 주식회사 filed Critical 에스케이이노베이션 주식회사
Priority to KR1020110001768A priority Critical patent/KR20120080361A/ko
Priority to CN2012800048372A priority patent/CN103298541A/zh
Priority to AU2012205069A priority patent/AU2012205069A1/en
Priority to US13/978,490 priority patent/US20130284981A1/en
Priority to JP2013548356A priority patent/JP2014506189A/ja
Priority to CA2824016A priority patent/CA2824016A1/en
Priority to EP12732307.9A priority patent/EP2661316A4/en
Priority to PCT/KR2012/000143 priority patent/WO2012093883A2/en
Publication of KR20120080361A publication Critical patent/KR20120080361A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • 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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C9/00—Aliphatic saturated hydrocarbons
    • C07C9/02—Aliphatic saturated hydrocarbons with one to four carbon atoms
    • C07C9/04—Methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C10K1/024—Dust removal by filtration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/026—Increasing the carbon monoxide content, e.g. reverse water-gas shift [RWGS]
    • 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
    • C01B2203/02—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
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide 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
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • 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
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • 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
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/20—Capture or disposal of greenhouse gases of methane
    • 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
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

본 발명은 탄화수소의 가스화에 의해 배출된 가스로부터 불순물을 제거하는 여과장치에 탄화수소를 합성가스로 전환시키는 촉매를 코팅하여 불순물을 제거하는 여과 기능을 수행함과 동시에 합성가스로 전환시킬 수 있는 상기 촉매를 포함한 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법을 개시한다. 본 발명은 온실 가스인 이산화탄소, 메탄 등을 별도의 분리, 처리하는 공정이 필요 없게 되어 처리 시설이 필요 없게 되며, 그 처리 비용을 절감할 수 있다. 또한, 이산화탄소, 메탄 등의 배출량을 저감시켜 친환경적인 효과가 있다.

Description

합성가스 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법{Filtering structures coated with the catalysts for reforming synthesis gases and the filtering method using the same}
본 발명은 합성가스로 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법에 관한 것이다.
일반적으로 가스화란 고체연료로부터 가연성 가스연료를 제조하는 기술로써 아주 오래된 고전적 기술이지만, 여전히 개발이 이루어지고 있는 분야이다. 인류가 사용해 왔던 연료의 역사는 지금도 취사나 난방용으로 사용되고 있는 나무에서 석탄, 가스, 오일, 전기 등으로 변화되었다.
합성가스(synthesis gas)는 천연가스, 석탄, 바이오매스, 극압용 오일(Extra heavy oil) 등과 같은 물질로부터 수소와 일산화탄소로 이루어진 가스로 볼 수 있다. 이러한 합성가스는 예를 들면, 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 공정을 거쳐 디젤, 압사, 윤활유 등으로 제조할 수도 있다. 이러한 합성가스의 이용은 도시 가로등에서 시작하여 점차 고체연료 대체용이거나 화학원료제조 목적으로 확대되었으며, 최근에는 전력생산이나 합성연료 제조용으로 다양하게 활용되고 있다.
합성가스는 석탄, 바이오매스, 폐기물 등의 고체 원료의 가스화에 의해 생산되거나 또는 천연가스 등의 개질반응에 의해 생산될 수 있다. 고체 원료의 가스화에 의한 일반적인 합성가스의 생산 공정은, 먼저, 석탄 또는 바이오매스 등의 원료를 가스화 반응이 일어나는 가스화 장치로 도입시켜, 수소, 일산화탄소 등으로 구성된 합성가스를 생산하고, 이후 합성가스에 포함된 분진, 황화합물 또는 질소화합물 등의 불순물을 제거하는 과정을 거치게 된다. 이렇게 생산된 합성가스는 합성 연료, 메탄올 등의 화학 제품, 연소에 의한 발전 등에 사용된다.
일반적으로 가스화기에서 배출되는 분진은 미세회분과 수트(soot)라고 불리는 탄소 입자로 구성되어지며 이들은 가스화기 후단에 설치된 여과 장치에서 제거될 수 있다. 저온 여과 장치에는 세라믹 소재의 필터가 사용되며 기공 크기에 의해 제거 가능한 분진의 입도가 결정된다.
이러한 최종 배출가스에는 합성가스 이외에 메탄, 이산화탄소 등 그 외 다른 물질들이 다량 함유되어 있는데, 특히, 메탄과 이산화탄소 등은 온실가스로 지칭되며, 이는 지구온난화의 원인 물질이다. 오늘날에는 지구온난화를 막기 위하여 교토의정서에서 온실가스 감축의무를 이행할 것을 요구하고 있으며, 이에 각국별로 온실가스인 이산화탄소 배출 감축의무와 연간 배출허용량을 정한 뒤 할당량만큼 감축이 불가능한 기업이나 국가는 감축 목표를 초과 달성한 기업이나 국가로부터 배출권을 사들여 목표를 달성하도록 허용하고 있다. 그러므로, 기후변화협약에 따라 온실가스인 이산화탄소 감축이 국가의 절대 의무가 되고 있는 현 상황에서, 온실가스의 감축 방안에 대한 연구가 필요하다고 하겠다. 그러나 현재 주로 적용되고 있는 온실가스 감축 방안은 흡착?흡수 등을 통해 이산화탄소를 포집하여 저장하는 방법으로 별도의 공정을 설치하여 운영하여야 하므로 추가적인 비용과 에너지 소모를 요구한다.
이와 같이, 종래에 가스화기로부터 발생된 가스는 탈질/탈황하는 공정을 거친 다음에 분진 등을 여과하여 배출하는데, 상기 배출 가스에는 메탄, 이산화탄소 등의 지구 온난화의 주원인 물질을 포함하고 있고, 규제강화에 따라 이들 물질을 저감하기 위해서는 추가적인 분리?처리 공정이 필요하다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 석탄, 바이오매스, 폐기물 등의 고체 원료의 가스화 등에 의하여 발생되는 합성가스를 촉매가 코팅된 여과 구조물을 사용하여 분진 등의 불순물을 제거함과 동시에 고체연료로부터 합성가스 이외에 포함되는 온실가스, 예를 들면, 이산화탄소, 메탄 등을 합성가스로 전환할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 구체예에서는 합성가스의 제조 공정 중 메탄과 이산화탄소 등을 합성가스로 전환하는 촉매로 코팅된 여과 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 구체예에서는 합성가스의 제조 공정 중 메탄과 이산화탄소 등을 합성가스로 전환하는 촉매로 코팅된 여과 장치를 이용한 여과방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 구체예에 따른 석탄, 바이오매스, 폐기물 등의 고체 원료의 가스화에 의해 배출된 가스로로부터 분진 등의 불순물을 제거하는 공극 구조를 갖는 여과 구조물에 메탄과 이산화탄소를 건식 개질 반응 및 습식 개질 반응을 통하여 합성가스로 전환시키는 촉매로 코팅된 여과구조물 및 이를 이용한 여과방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 탄화수소의 가스화에 의해 배출된 가스로부터 불순물을 제거하는 여과장치에 있어서, 탄화수소를 합성가스로 전환시키는 촉매를 여과 장치의 여과구조물에 코팅함으로써 불순물을 제거하는 여과 기능을 수행함과 동시에 합성가스로 전환시키는 상기 촉매를 포함한 여과 구조물일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 촉매는 Al, Y, Zr, La, Si, Ti, 및 Ce의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 지지체에 Ni, Rh, Pt, Pd, Ru, Ir, 및 Co로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이금속계 활성물질 및 Mg, K, Ca, Pd, Pt, Rh, Ru, Fe, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 증진제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 지지체는 비표면적 30m2/g 내지 300m2/g 일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 활성물질은 지지체를 기준으로 0.5 내지 20중량% 함유할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 여과 구조물은 금속망 구조, 금속 섬유포, 금속 섬유 또는 금속 분말의 소결체 중 하나일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 탄화수소의 가스화에 의해 배출된 가스를 합성가스로 전환시키는 촉매로 코팅된 여과 구조물에 통과시켜 상기 배출 가스내의 불순물을 여과하면서 동시에 합성가스로 전환시키는 것을 특징으로 하는 상기 여과 구조물을 이용한 합성가스 전환방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 합성 가스 전환용 촉매의 반응온도는 650~900℃일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 배출된 가스가 합성가스 전환용 촉매에 유입되는 속도 (GHSV)는 1,000 ? 50,000 h-1일 수 있다.
본 발명의 합성가스로의 전환용 촉매로 코팅된 여과구조물 및 이를 이용한 여과방법은 분진 등의 불순물을 제거하면서 동시에 메탄과 이산화탄소 또는 메탄과 수증기를 합성가스로 전환시키는 과정이 함께 이루어져, 온실 가스인 이산화탄소, 메탄 등을 분리, 처리하는 별도의 공정이 필요 없게 되어 처리 시설이 필요 없게 되며, 추가 처리 비용을 절감하면서 합성가스 생산 공정의 수율을 더욱 높일 수 있다. 또한, 이산화탄소, 메탄 등의 배출량을 저감시켜 친환경적인 효과가 있다. 이에 더하여, 고온에서 여과 과정을 거치므로 고온에서 진행되어야 하는 후단 공정에 있어 추가적인 열 공급에 따른 에너지 손실을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 합성가스 전환용 촉매가 코팅된 여과 장치를 사용하여 불순물을 제거함과 동시에 추가로 합성가스를 생산할 수 있는 가스화 공정을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성가스 전환용 촉매가 코팅된 여과 구조물을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 여과장치가 적용되는 가스화 공정은 원료로부터 가스화 반응을 진행하는 가스화 장치(10) 및 상기 가스화 장치를 통과하여 배출된 가스 중 질소화합물 및/또는 황화물 등을 제거하는 탈질/탈황 장치(20) 및 온실가스를 합성가스로 전환시키는 촉매가 코팅된 분진 등을 여과하는 여과 장치(30)를 포함할 수 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 여과 장치에 적용되는 여과구조물(200)에서 분진 등은 여과되고, 여과 구조물에 코팅된 촉매(100)에 의하여 통과되는 메탄 및 이산화탄소가 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 전환되어 배출될 수 있다.
특히, 본 발명은 합성가스로 전환시키는 촉매가 코팅된 여과 장치의 여과구조물에 관한 것으로, 상기 여과 구조물에 코팅된 촉매는 메탄 또는 이산화탄소 등의 온실가스를 수소 또는 일산화탄소 등의 합성가스로 전환시키는 촉매이다. 상기의 촉매를 여과 구조물에 코팅함으로써, 상기 코팅된 여과 구조물의 표면에서 건식 개질 반응 및/또는 습식 개질 반응을 일으켜 공정 부산물인 메탄, 이산화탄소 등을 합성가스로 전환시켜 합성가스로의 전환율을 높임과 동시에 여과 장치의 본래의 기능인 여과 기능도 함께 수행할 수 있다.
일반적으로, 합성가스 생산 공정에서 탈질/탈황 처리 후 배출되는 가스에는 수소와 일산화탄소 이외 다양한 화합물, 예를 들면 수소, 질소, 메탄, 이산화탄소, 수증기 등을 포함할 수 있다. 또한, 여과 장치로 도입되기 전 가스화 반응을 거친 배출 가스의 온도는 별도의 냉각이나 열교환이 없는 경우 800℃이상일 수 있다. 상기의 온도에서 촉매가 효율적으로 작용하여 추가의 열 공급이 필요하지 않게 되어 에너지 효율 면에서도 우수하다.
하기의 반응식은 탄화수소의 일종인 메탄의 건식 및 습식 개질 반응을 나타낸다.
[반응식 1]
CH4 + CO2 → 2 H2 + 2 CO △HR = 247.3kJ/mol
[반응식 2]
CH4 + H2O → 3 H2 + CO △HR = 206.0kJ/mol
상기 반응식 1 및 반응식 2는 합성가스 생산에 포함되어 있는 이산화탄소와 수증기가 합성가스 생산에 포함되어 있는 메탄과 반응하여 수소 및 일산화탄소(합성가스)로 전환되는 메탄의 건식 및 습식 개질 반응 과정을 보여 주는 것이며, 상기 건식 개질 반응 및 습식 개질 반응은 650~900℃, 구체적으로는 750~850℃의 온도범위에서 수행될 수 있다. 여과 압력은 0.5kgf/㎠ 내지 50kgf/㎠일 수 있다.
통상적으로, 메탄과 이산화탄소는 상기 반응식 1과 같이, 메탄의 건식 개질 반응에 의하여 수소와 일산화탄소로 전환될 수 있으며, 또한, 메탄은 상기 반응식 2와 같이, 수증기가 존재하는 경우 습식 개질 반응에 의하여서도 합성가스로 전환될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 촉매를 담지시킬 지지체로는 Al, Y, Zr, La, Si, Ti 및 Ce 등 원소의 산화물과 이들의 복합 산화물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 여과 구조물상에서의 접착성을 고려할 때, Al 또는 Si의 산화물 및 이들의 복합 산화물을 사용할 수 있다.
상기 지지체는 BET에 따른 비표면적이 30m2/g내지 300m2/g 인 지지체를 사용할 수 있으며, 이는 촉매 특히 귀금속 계통의 촉매 분산도를 높이는 측면에서 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기의 개질 반응에 사용되는 촉매의 화학적인 촉매활성을 보이는 물질인 활성물질로는 Ni, Rh, Pt, Pd, Ru, Ir, 및 Co을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 활성이 높으면서도 가격이 저렴한 면에서는 Ni가 바람직하며, 높은 활성과 안정성을 갖는 면에서는 Rh, Pt, Pd, Ru가 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기의 개질 반응에 사용되는 촉매의 화학적인 촉매활성을 보이는 물질인 활성물질은 지지체를 기준으로 0.5중량% 내지 20 중량%를 함유할 수 있으며, Ni과 Co를 활성 물질로 사용할 경우 더욱 바람직하게는 5중량% 내지 20중량%를 함유할 수 있으며, Rh, Pt, Pd, Ru, Ir를 활성 물질로 사용할 경우 더욱 바람직하게는 0.5중량% 내지 5중량%를 함유할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구체예에 있어서, 지지체 또는 활성물질 상에서 활성을 변화시키거나 그 전자적인 또는 형상적인 변화를 유발하여 촉매의 안정성과 활성을 증진하기 위하여 Mg, K, Ca, Pd, Pt, Rh, Ru, Fe, 및 Cu 중 하나 이상의 성분을 활성증진제로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 석탄 또는 바이오매스의 가스화 등에 의하여 발생되는 합성가스내 분진 등을 처리하기 위하여 필요한 여과 구조물은 금속 재질 또는 세라믹 소재 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 금속 재질의 여과 구조물이 더욱 바람직한데, 그 이유는 반응식 1과 반응식 2에 필요한 열공급이 금속 재질에서 원활하게 일어나기 때문이다. 상기 여과 장치의 여과구조물은 분진을 걸러주고 가스는 통과시킬 수 있는 미세 기공을 가진 구조로 이루어져 있으며, 구체적으로는 금속망, 금속 섬유포, 금속 섬유 또는 금속 분말의 소결체를 사용하여 제작할 수 있다.
상기 사용되는 여과 장치의 여과구조물은 제거하고자 하는 분진의 입도에 따라 기공 크기가 결정되는데, 바람직하게는 0.1마이크론 내지 10마이크론 크기의 기공을 가지는 금속 구조체를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5마이크론 내지 5마이크론 크기가 바람직하다.
상기 여과 구조물을 합성가스로 전환시키는 촉매로 코팅하기 전에 선택적으로 여과 구조물의 표면에 붙어있는 불순물을 제거하는 공정을 거칠 수 있다. 구체적으로는 약한 알코올이나 케톤류의 용제, 예를 들면 메탄올, 아세톤 등으로 세척할 수 있다. 세척에 의해 제거할 수 없는 오염물의 제거를 위한 목적으로 또는 여과 구조물의 촉매 부착성을 향상시키기 위한 전처리의 목적으로 공기 흐름 또는 산소 흐름 중에서 열처리를 해 줄 수 있으며, 이는 구체적으로 500℃ 내지 950℃에서 0.5시간 내지 12시간 동안 진행된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 탄화수소 등의 가스화를 거친 후 배출된 가스가 합성가스 전환용 촉매에 유입되는 속도 (GHSV)는 500 내지 50,000h-1일 수 있으며, 보다 구체적으로는 1,000 내지 10,000 h-1일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 여과구조물에 합성가스로 전환시키는 촉매를 코팅하기 위하여, 상기의 조성을 갖는 촉매를 그 자체로 여과 구조물에 코팅할 수 있으며, 필요 시 알루미나 졸, 실리카 졸 등과 같은 코팅 보조제를 촉매 배합시 첨가하여 코팅할 수도 있다. 또 다른 코팅 방법으로는 열분해 스프레이법, 화학성장법 등으로 지지체 성분을 여과 구조물에 코팅한 후, 활성물질을 함침 또는 코팅할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 석탄의 가스화 등에 의하여 발생되는 분진 등을 처리하기 위하여 합성가스 생산 공정에 필요한 여과 장치에 본 발명의 촉매를 코팅한 여과 구조물을 도입하여 여과 구조물의 표면에서 건식 개질 반응 및/또는 습식 개질 반응을 통하여 공정 부산물에 포함된 메탄과 이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 이루어지는 합성가스로 전환함과 동시에 분진 등의 여과 기능을 수행한다.
이하 실시 예 및 비교 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
[비교예 1]
표1의 합성가스 조성은 50kg/day 규모의 고속순환유동층 가스화기의 일반적인 운전 결과로부터 얻어졌다. 가스화기는 950℃의 온도, 그리고 5kgf/㎠ 의 압력에서 운전되었다.
표 1: 합성가스의 탈질/탈황 처리 후 합성가스 조성
가스 상대 조성 (wet, mol%)
H2 10.55
N2 35.22
CH4 0.76
CO 15.11
CO2 8.31
H2O 30.06
계 100
[제조예1]
촉매와 담체는 FeCrAl재질의 필터 표면에 코팅되었다. 먼저, 코팅 용액은 1마이크론의 입도를 갖는 알루미나와 세리아 혼합물의 분말과 졸 상태의 알루미나 용액 그리고 팔라듐 금속염 (팔라듐 질산염)을 사용하여 제조되었다. 필터는 코팅 전 약한 메탄올로 세척한 후 600℃에서 2시간 열처리하여 표면의 불순물을 제거하였다. 촉매 및 담체가 코팅된 필터는 에어나이핑(air knifing) 후 120℃에서 4시간 건조하여 수분을 제거한 후 800℃에서 소성되었다. 최종적으로 제조된 촉매식 필터는 상기 과정을 2회 반복하였으며, 이때 팔라듐 촉매의 코팅량은 담체의 질량 대비 5%로 하였다.
[실시예 1]
제조예 1을 통해 제작된 촉매식 여과 장치를 비교예 1의 가스화기에 장착한 후, 합성가스의 조성과 온실가스의 저감율은 아래 표와 같다. 촉매식 여과장치로 도입되는 합성가스의 온도는 800℃, 압력은 5kgf/㎠이었다. 촉매식 여과 장치를 통과한 합성가스 중 메탄은 총 50%가 전환되었고, 이 중 60%는 건식 개질 반응에 의해, 그리고 40%는 습식 개질 반응에 의해 수소와 일산화탄소로 전환되었다.
표 2: 합성가스로의 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 설치 후 합성가스 조성
가스 상대 조성 (wet, mol%)
H2 11.32
N2 34.90
CH4 0.52
CO 15.60
CO2 7.98
H2O 29.67
계 100
표 3: 합성가스로의 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물의 효과 (온실가스 저감율 및 H2 및 CO 증가율)
가스 저감율 (%) 증가율 (%)
CH4 31.0
CO2 4.5
계 6.69
H2 6.77
CO 2.67
한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 해야 할 것이다.
10 : 가스화기
20: 탈질/탈황장치
30: 촉매식 여과 장치
100: 촉매코팅
200: 여과구조물

Claims (7)

  1. 석탄 또는 바이오매스의 가스화에 의해 배출된 가스로부터 불순물을 제거하는 여과장치에 메탄 및 이산화탄소를 합성가스로 전환시키는 촉매가 코팅된 여과 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 촉매는 Al, Y, Zr, La, Si, Ti, 및 Ce의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 지지체에 Ni, Rh, Pt, Pd, Ru, 및 Ir로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이금속계 활성물질 및 Na, Mg, K, Ca, Pd, Pt, Rh, Ru, Fe, 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 증진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 구조물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과 구조물은 금속망 구조, 금속 섬유포, 금속 섬유 또는 금속 분말의 소결체 중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 여과 구조물.
  4. 청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 따른 여과 구조물을 포함하는 여과장치.
  5. 석탄 또는 바이오매스의 가스화에 의해 배출된 가스로부터 질소, 황 또는 질소 및 황을 제거한 다음, 배출된 가스를 청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 따른 여과구조물에 통과시켜 상기 배출 가스내의 분진을 여과하면서 메탄 및 이산화탄소를 합성가스로 전환시키는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 건식 개질 반응 및 습식 개질 반응은 650~900℃의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 여과방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 여과 구조물을 합성가스로 전환시키는 촉매로 코팅하기 전에 선택적으로 상기 여과 구조물의 표면에 붙어있는 불순물을 제거하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.
KR1020110001768A 2011-01-07 2011-01-07 합성가스 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법 Withdrawn KR20120080361A (ko)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110001768A KR20120080361A (ko) 2011-01-07 2011-01-07 합성가스 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법
CN2012800048372A CN103298541A (zh) 2011-01-07 2012-01-06 涂覆有合成气转化催化剂的过滤结构体及使用该结构体的过滤方法
AU2012205069A AU2012205069A1 (en) 2011-01-07 2012-01-06 Filtering structure coated with catalyst for reforming synthesis gas and filtering method using the same
US13/978,490 US20130284981A1 (en) 2011-01-07 2012-01-06 Filtering Structure Coated with Catalyst for Reforming Synthesis Gas and Filtering Method Using the Same
JP2013548356A JP2014506189A (ja) 2011-01-07 2012-01-06 合成ガス転換用触媒でコートされた濾過構造物およびこれを用いた濾過方法
CA2824016A CA2824016A1 (en) 2011-01-07 2012-01-06 Filtering structure coated with catalyst for reforming synthesis gas and filtering method using the same
EP12732307.9A EP2661316A4 (en) 2011-01-07 2012-01-06 WITH A CATALYST FOR REFORMING A SYNTHESEGAS COATED FILTER STRUCTURE AND FILTER PROCESS THEREWITH
PCT/KR2012/000143 WO2012093883A2 (en) 2011-01-07 2012-01-06 Filtering structure coated with catalyst for reforming synthesis gas and filtering method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110001768A KR20120080361A (ko) 2011-01-07 2011-01-07 합성가스 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120080361A true KR20120080361A (ko) 2012-07-17

Family

ID=46457868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110001768A Withdrawn KR20120080361A (ko) 2011-01-07 2011-01-07 합성가스 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20130284981A1 (ko)
EP (1) EP2661316A4 (ko)
JP (1) JP2014506189A (ko)
KR (1) KR20120080361A (ko)
CN (1) CN103298541A (ko)
AU (1) AU2012205069A1 (ko)
CA (1) CA2824016A1 (ko)
WO (1) WO2012093883A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101406570B1 (ko) * 2012-08-27 2014-06-13 재단법인 포항산업과학연구원 건식 석탄 가스화기 및 합성가스 제조 방법
KR20230136268A (ko) * 2022-03-18 2023-09-26 한국화학연구원 이산화탄소 저감을 위한 포집프리 탄화수소 개질 반응기 및 개질 방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105233613A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 无锡清杨机械制造有限公司 一种空气过滤器
WO2018187213A1 (en) 2017-04-03 2018-10-11 Qatar Foundation For Education, Science And Community Development System and method for carbon and syngas production
CN109806703B (zh) * 2019-03-11 2020-04-28 西安交通大学 一种含尘油气的除尘装置及除尘方法
US20220009774A1 (en) * 2020-07-13 2022-01-13 Saudi Arabian Oil Company Dry reforming of hydrocarbons

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5427601A (en) * 1990-11-29 1995-06-27 Ngk Insulators, Ltd. Sintered metal bodies and manufacturing method therefor
US5744419A (en) * 1994-12-19 1998-04-28 Council Of Scientific And Industrial Research Process for the preparation of an improved supported catalyst, containing nickel and cobalt, with or without noble metals, useful for the oxidative conversion of methane, natural gas and biogas to syngas
US6293979B1 (en) * 1994-12-19 2001-09-25 Council Of Scientific & Industrial Research Process for the catalytic conversion of methane or natural gas to syngas or a mixture of carbon monoxide and hydrogen
EP1013603A1 (en) * 1998-12-22 2000-06-28 Haldor Topsoe A/S Process for catalytical steam reforming of a hydrocarbon feedstock
JP3566655B2 (ja) * 2001-01-10 2004-09-15 大陽東洋酸素株式会社 ガス吸着剤の製造法
JP2002346388A (ja) * 2001-05-28 2002-12-03 Univ Tohoku 合成ガス製造用触媒及びバイオマスから合成ガスへの変換方法
US6831037B2 (en) * 2002-02-25 2004-12-14 Saint-Gobain Norpro Corporation Catalyst carriers
DE60333058D1 (de) * 2002-07-15 2010-08-05 Hitachi Metals Ltd Verfahren zur Herstellung poröser, gesinterter Metalle für Filter
JP2004051428A (ja) * 2002-07-19 2004-02-19 Chubu Electric Power Co Inc 膜反応装置
CA2504206A1 (en) * 2002-11-11 2004-05-27 Conocophillips Company Stabilized alumina supports, catalysts made therefrom, and their use in partial oxidation
DE10315593B4 (de) * 2003-04-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
TW200519072A (en) * 2003-08-21 2005-06-16 Pearson Technologies Inc Process and apparatus for the production of useful products from carbonaceous feedstock
WO2006037387A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Pall Corporation Catalytically active porous element
WO2008024449A2 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Praxair Technology, Inc. Gasification and steam methane reforming integrated polygeneration method and system
KR100771230B1 (ko) * 2006-09-13 2007-10-29 한국에너지기술연구원 이산화탄소 흡착제와 촉매를 함유하는 세라믹 화이버지지체 및 이의 제조방법
JP2010525120A (ja) * 2007-05-02 2010-07-22 ポール・コーポレーション ガス化可能な原材料から合成ガスを生成するためのガス化装置および方法
EP2017003A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-21 Pall Corporation Catalytic element
EP2346802A4 (en) * 2008-10-22 2012-11-21 Southern Res Inst PROCESS FOR DECONTAMINATING SYNGAS
US8268271B2 (en) * 2009-10-28 2012-09-18 Iowa State University Research Foundation, Inc. Catalytic moving bed filter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101406570B1 (ko) * 2012-08-27 2014-06-13 재단법인 포항산업과학연구원 건식 석탄 가스화기 및 합성가스 제조 방법
KR20230136268A (ko) * 2022-03-18 2023-09-26 한국화학연구원 이산화탄소 저감을 위한 포집프리 탄화수소 개질 반응기 및 개질 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014506189A (ja) 2014-03-13
AU2012205069A1 (en) 2013-08-01
WO2012093883A2 (en) 2012-07-12
CN103298541A (zh) 2013-09-11
US20130284981A1 (en) 2013-10-31
CA2824016A1 (en) 2012-07-12
WO2012093883A3 (en) 2012-12-06
EP2661316A2 (en) 2013-11-13
EP2661316A4 (en) 2015-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2962754B1 (en) Method of producing co shift catalyst
CN111363570B (zh) 一种利用废弃物制取富甲烷气体的方法
Feng et al. Cu/HZSM-5 sorbent treated by NH3 plasma for low-temperature simultaneous adsorption–oxidation of H2S and PH3
KR20120080361A (ko) 합성가스 전환용 촉매로 코팅된 여과 구조물 및 이를 이용한 여과방법
WO2010085396A2 (en) A fluidized bed system for removing multiple pollutants from a fuel gas stream
CN117463349B (zh) 一种用于甲烷催化裂解制氢的双功能催化剂及其制备方法与应用
WO2012119958A1 (en) Catalytic process for converting carbon dioxide to a liquid fuel or platform chemical
US20110062387A1 (en) Method for the catalytic reduction of the tar content in gases from gasification processes using a catalyst based on noble metals
CN110484286B (zh) 一种高挥发分煤热转化过程中热解气沉积制碳及焦油抑制的方法
JP4711980B2 (ja) バイオマスからの液体燃料製造装置
JP7689704B1 (ja) バイオエタノールの製造方法、バイオエタノールの製造装置
Wei et al. A highly integrated ceramic membrane‐based reactor for intensifying the biomass gasification to clean syngas
Ding et al. Synergistic intensification of membrane reactor with biochar catalyst for efficient production of clean syngas from biomass gasification
KR20240076683A (ko) 합성가스 제조방법, 제조장치 및 이를 이용한 액상 탄화수소 제조방법
CN106590754B (zh) 一种以煤和炼厂干气为原料制合成油的方法
RU2747327C1 (ru) Системы и способы получения жидкого топлива из свалочных газов
CN115093886B (zh) 一种气化合成气脱硫除尘的循环移动床工艺方法及装置
Peck Biomass Gasification Syngas Cleanup: Development of a Novel Nickel-Ceramic Filter for Reforming of Tar Model Compound, Naphthalene
Zhang et al. Improvement of sulphur resistance of a nickel-modified catalytic filter for tar removal from biomass gasification gas
KR20090120529A (ko) 탄소섬유 담지체 제조 방법
JP2011068841A (ja) 乾式ガス精製設備及び石炭ガス化複合発電設備
KR20250094774A (ko) 탄화수소 제조방법 및 장치
JP5008601B2 (ja) ガス化触媒とその製造方法およびガス化処理システム
KR20250110973A (ko) 탄화수소 제조방법 및 장치
KR20250095898A (ko) 탄화수소 제조방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20110107

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid