KR100746344B1 - 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기 - Google Patents

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원정연
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Abstract

본 발명은 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기에 관한 것이다.
본 발명의 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기는 종래 수소 생성 원료의 개질 반응에 의해 수소를 생성하는 개질 촉매층을 구비한 마이크로 채널 반응기에 있어서, 마이크로 채널 반응기 내에 연소 촉매층을 구비하여 연소 연료와 연소 촉매와의 반응에 의해 생성되는 반응열을 수소 생성을 위한 개질 반응에 이용할 수 있도록 하는 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기이다.
한편, 본 발명의 마이크로 채널 반응기는 반응기 내부에 구비되는 연소 촉매층 및/또는 개질 촉매층에 대하여 마이크로 채널에 산화층을 코팅하여 마이크로 채널과 연소 촉매 및 개질 촉매와의 접착력을 향상시킬 수 있다.

Description

연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기{Micro channel reactor with combustion catalyst layer}
도 1a는 본 발명의 마이크로 채널 반응기에서 기판에 형성된 채널을 나타낸 개질 촉매층 사시도 이고, 도 1b는 마이크로 채널 반응기의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 마이크로 채널 반응기의 분해 사시도 일예이고, 도 2b는 본 발명의 마이크로 채널 반응기의 일예이고, 도 2c는 본 발명의 마이크로 채널 반응기의 다른 일예를 나타낸 사진이다.
도 3a는 촉매가 코팅되지 않은 마이크로 채널 반응기에서의 채널 이미지이다.
도 3b는 Cu/ZnO/Al2O3 촉매가 코팅된 마이크로 채널의 이미지를 나타낸다.
도 3c는 Pt/ZrO2 촉매가 코팅된 마이크로 채널의 이미지를 나타낸다.
도 4a는 72시간 연소 반응후의 Pt/ZrO2가 코팅된 마이크로 채널의 이미지를 나타낸다.
도 4b는 72시간 연소 반응후의 Pt/ZrO2가 코팅된 마이크로 채널의 단면 이미 지를 나타낸다.
도 5는 시간에 따른 연소기의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 연소 반응물의 유량에 따른 연소기의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7은 연소 반응물에 따른 마이크로 개질기의 입구, 출구 온도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 온도에 따른 메탄올의 전환율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 온도에 따른 개질 가스 조성과 수소 생산량을 나타낸 그래프이다.
도 10은 개질 반응물의 공급량에 따른 전환율을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 채널 2 : 기판
3 : 상부 개스킷 유입구 3' : 하부 개스킷 유입구
4 : 상부 개스킷 배출구 4' : 하부 개스킷 배출구
10 : 상부 개스킷 10' : 하부 개스킷
20 : 개질 촉매층 30 : 연소 촉매층
본 발명은 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기에 관한 것이다.
본 발명의 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기는 마이크로 채널 반응기는 기판의 채널에 연소 촉매층을 구비하여 연소 연료와 연소 촉매와의 반응에 의해 생성되는 반응열을 수소 생성을 위한 개질 반응에 이용할 수 있도록 하는 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기이다.
한편, 본 발명의 마이크로 채널 반응기는 기판의 채널에 구비되는 연소 촉매층 및/또는 개질 촉매층에 대하여 마이크로 채널에 산화층을 코팅하여 마이크로 채널과 연소 촉매 및 개질 촉매와의 접착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 마이크로 채널 반응기는 기판 내부에 미세 채널을 다수 형성하고, 상부 개스킷 및 하부 개스킷 사이에 상기의 미세 채널이 형성된 기판을 개질 촉매층 및 연소 촉매층으로 하여 적층시킨 것이다.
휴대용 연료전지 구동을 위한 수소 생산은 크기가 소형이며, 열 및 물질 전달이 용이한 마이크로 채널 반응기와 비교적 낮은 온도에서 개질될 수 있는 메탄올을 이용하는 것이 유리하다. 마이크로 채널 반응기는 높은 유속에서도 열 및 물질전달 저항이 낮기 때문에 높은 활성을 기대할 수 있다. Cu/ZnO/Al2O3와 같은 개질 촉매에서 일어나는 메탄올의 개질 반응은 흡열반응이므로, 이를 휴대용 연료전지에 적용하기 위해서는 개질 반응에 필요한 열을 공급하기 위한 연소기의 부착이 필수적이다.
연료전지는 친환경적이고 높은 에너지 전환 효율을 가지고 있기 때문에 미래 에너지원으로서 각광을 받고 있다. 특히, 여러 연료전지 형태 중에서 PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)는 리튬 2차 전지를 대체할만한 연료전지로, 높은 specific power, power density, durability를 가지고 있다. 그러나 PEMFC에 사용할 수소의 저장과 운송이 쉽지 않기 때문에 현재 수소 생산을 위한 onboard 연료 개질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
수소생산을 위한 개질 반응에는 열분해 공정, 부분산화반응, 수증기 개질 반응으로 크게 3가지로 구분할 수 있다. 이중 메탄올을 이용한 수증기 개질 반응은 높은 수소 농도, 그리고 PEMFC의 전극을 피독시키는 일산화탄소의 생성량이 작기 때문에, 휴대용 연료전지를 위한 개질 반응으로 유력시되고 있는 실정이다. 메탄올을 이용한 개질 반응은 흡열반응이고, 반응이 활발히 일어나는 온도가 200℃ 이상이므로, 메탄올 개질 반응시 반응열이 필수적으로 필요하다. 지금까지의 연구가 초기 단계이기 때문에 메탄올 개질 반응에 필요한 열은 주로 외부에서 전기적으로 공급하고 있는 실정이다.
지금까지 마이크로 채널 반응기와 같은 마이크로 반응기를 이용한 수소생산에 대한 연구는 다음과 같다. Electrochimica Acta, 50, 719 에서는 크기 70mm ×40mm ×30mm의 기화기가 달린 개질기를 개발하였으며, 전기적 열을 이용하여 수증기 개질에 필요한 열을 공급하였다. 제조한 마이크로 반응기를 이용하여 약 10W의 전기를 생산하였으며, IMRET 6, 167에서는 62개의 마이크로 채널이 가공된 스테인레스 스틸 플레이트를 이용하여 마이크로 반응기를 제조하였으며, 약 15.9g의 메탄올 합성 촉매(methanol synthesis catalyst)를 사용하였다. 250∼270℃의 온도구간에서 90％ 이상의 메탄올 전환율을 얻었다.
마이크로 채널 반응기는 작은 크기, 낮은 열 및 물질전달 저항 등 여러 가지 이점을 가지고 있으나 스테인레스 스틸 플레이트와 촉매와의 접착력 결여로 반응 중 촉매층이 떨어져나가는 문제점이 발견되고 있다. 또한 메탄올 수증기 개질 반응에 필요한 열을 효과적으로 공급할 수 있는 수단이 필수적이다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 수소를 생성하기 위한 마이크로 채널 반응기에서 개질 촉매와의 안정한 코팅층을 얻기 위한 마이크로 채널에 산화층을 코팅한 후 개질 촉매를 산화층 위에 코팅하여 개질 촉매의 접착력을 향상시킬 수 있는 마이크로 채널 반응기의 제공을 목적으로 한다.
한편 본 발명은 마이크로 채널 반응기에서 수소를 생성하기 위한 개질 반응에 필요한 열을 효과적으로 공급할 수 있도록 마이크로 채널 반응기 내부에 연소 촉매가 부가된 연소 촉매층을 구비하는 마이크로 채널 반응기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수소 생성 원료가 유입되는 유입구와 물과 연소가스가 배출되는 배출구를 구비하는 상부 개스킷,
기판의 채널에 산화층이 코팅되고, 산화층 위에 수소 생성 원료로부터 수소 생성을 촉진하는 수소 생성 개질 촉매가 코팅되어 있으며, 상기 채널의 일단에 상 부 개스킷의 유입구와 연통되며 수소 생성 원료가 채널로 유입되는 유입홀이 형성되는 한편 채널의 다른 일단은 수소 생성 원료의 반응물이 배출되는 배출홀을 구비하고, 채널 외부의 일측에 상기 상부 개스킷의 배출구와 연통되는 통공을 구비하는 개질 촉매층,
기판의 채널에 산화층이 코팅되고, 산화층 위에 연소 반응물과 반응하는 연소 촉매가 코팅되어 있으며, 상기 채널의 일단은 연소 반응물이 연소 촉매층의 채널로 유입되는 유입홀이 형성되는 한편 채널의 다른 일단은 상기 개질 촉매층의 통공과 연통되며 연소 반응물과 연소 촉매의 반응에 의해 생성되는 반응물이 배출되는 배출홀을 구비하고, 채널 외부의 일측에 상기 개질 촉매층의 수소 생성 원료의 반응물이 배출되는 배출홀과 연통되는 통공을 구비하는 연소 촉매층,
연소 반응물이 유입되는 유입구와 상기 연소 촉매층의 통공과 연통되어 수소 생성 원료의 반응물인 수소 및 가스가 배출되는 배출구를 구비하는 하부 개스킷을 함유하며, 상기의 상부 개스킷, 개질 촉매층, 연소 촉매층 및 하부 개스킷이 일체로 적층된 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기를 나타낸다.
종래 마이크로 채널 반응기의 채널에는 반응기 외부에서 공급되는 수소 생성 원료와 반응하여 수소를 생성하는 개질 촉매가 코팅되어 있다. 즉, 채널에 코팅된 개질 촉매는 채널을 통해 유입되는 수소 생성 원료와 반응하여 수소와 기타 가스를 생성한다. 이때 수소 생성 원료는 비교적 낮은 온도에서 개질될 수 있는 메탄올을 사용하고 있다. 그러나 수소를 생성하기 위한 메탄올과 개질 촉매의 반응은 흡열반응이므로 외부에서 반응에 필요한 열을 공급해줘야 한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 메탄올과 개질 촉매의 반응시 필요한 반응열을 마이크로 채널 반응기 내부에서 공급할 수 있다.
상기의 반응열을 마이크로 채널 반응기 내부에서 공급하기 위해 종래 개질 촉매만 구비되어 있는 채널에 연소 촉매를 코팅한 연소 촉매층을 구비하고 연소 촉매층과 반응하여 반응열을 낼 수 있는 연소 반응물을 마이크로 채널 반응기 외부에서 공급하여 연소 반응물과 연소 촉매층의 연소 촉매와 반응시켜 개질 촉매층에서 수소 생성에 필요한 반응열을 얻을 수 있다.
상기의 연소 촉매층은 수소 생성 원료인 메탄올을 개질 시켜 수소를 생성하기 위해 필요한 반응열을 공급하므로 연소기의 역할을 하는 것이다.
또한 종래 마이크로 채널 반응기는 개질 촉매와 연소 촉매가 마이크로 채널 반응기의 재료인 금속과의 접착력이 나빠 촉매의 유실이 일어나 결과적으로 수소 생성이 감소할 수 있다.
이러한 문제는 마이크로 채널 반응기와 개질 촉매 및 연소 촉매와의 결합력이 우수하면 해결될 수 있다. 본 발명의 마이크로 채널 반응기는 위와 같은 문제를 해결하기 위해 마이크로 채널 반응기와 개질 촉매 및 연소 촉매와의 결합력 향상을 위해 마이크로 채널 반응기의 채널에 산화층을 코팅한 후 이 산화층 위에 개질 촉매와 연소 촉매를 코팅하면 개질 촉매와 연소 촉매는 금속과의 직접적인 접촉을 방지하여 결과적으로 마이크로 채널 반응기에서의 개질 촉매와 연소 촉매와의 접착력을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면에 의해 본 발명의 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기를 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 1a는 본 발명의 마이크로 채널 반응기에 있어서 기판(2)에 채널(1)이 형성되며, 기판의 일측에 통공(20-1)이 형성된 것을 나타낸 사시도로서 도 1a는 본 발명의 마이크로 채널 반응기에 있어서 채널에 개질 촉매가 코팅된 개질 촉매층(20)을 나타낸다.
도 1b는 도 1a에서 채널이 형성된 기판의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2a는 상부 개스킷(10), 개질 촉매층(20), 연소 촉매층(30) 및 하부 개스킷(10')이 순차적으로 적층된 본 발명의 마이크로 채널 반응기를 분해한 분해 사시도이다.
본 발명의 마이크로 채널 반응기는 상부 개스킷(10)과 하부 개스킷(10') 사이에 개질 촉매층(20)과 연소 촉매층(30)이 적층된 한 쌍을 구비하고 있다.
도 2b는 본 발명의 다른 일예의 마이크로 채널 반응기로서 상부 개스킷(10)과 하부 개스킷(10') 사이에 개질 촉매층(20)과 연소 촉매층(30)이 적층된 한 쌍이 3개 적층된 마이크로 채널 반응기이다. 이때 개질 촉매층(20)과 연소 촉매층(30) 사이에는 각각의 촉매층의 가스가 누설하는 것을 방지하기 위해 개스킷(11)을 구비할 수 있다.
도 2c는 본 발명의 또 다른 일예의 마이크로 채널 반응기로서 도 2b와 같은 마이크로 채널 반응기를 구비하고 이 마이크로 채널 반응기 외부에 하우징을 구비하는 한편, 하우징 외부에 하우징 내부의 마이크로 채널 반응기를 압착할 수 있는 압착수단을 구비한 마이크로 채널 반응기를 나타낸 사진이다.
도 2a를 중심으로 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 마이크로 채널 반응기는 수소 생성 원료가 유입되는 유입구(3)와 물과 연소가스가 배출되는 배출구(4)를 구비하는 상부 개스킷(10),
기판(2)의 채널(1)에 산화층이 코팅되고, 산화층 위에 수소 생성 원료로부터 수소 생성을 촉진하는 수소 생성 개질 촉매가 코팅되어 있으며, 상기 채널의 일단에 상부 개스킷의 유입구와 연통되며 수소 생성 원료가 채널로 유입되는 유입홀(20-2)이 형성되는 한편 채널의 다른 일단은 수소 생성 원료의 반응물이 배출되는 배출홀(20-3)을 구비하고, 채널 외부의 일측에 상기 상부 개스킷의 배출구와 연통되는 통공(20-1)을 구비하는 개질 촉매층(20),
기판(2)의 채널(1)에 산화층이 코팅되고, 산화층 위에 연소 반응물과 반응하는 연소 촉매가 코팅되어 있으며, 상기 채널의 일단은 연소 반응물이 연소 촉매층의 채널로 유입되는 유입홀(30-2)이 형성되는 한편 채널의 다른 일단은 상기 개질 촉매층의 통공(20-1)과 연통되며 연소 반응물과 연소 촉매의 반응에 의해 생성되는 반응물이 배출되는 배출홀(30-3)을 구비하고, 채널 외부의 일측에 상기 개질 촉매층의 수소 생성 원료의 반응물이 배출되는 배출홀과 연통되는 통공(30-1)을 구비하는 연소 촉매층(30),
연소 반응물이 유입되는 유입구(3')와 상기 연소 촉매층의 통공(30-1)과 연통되어 수소 생성 원료의 반응물인 수소 및 가스가 배출되는 배출구(4')를 구비하는 하부 개스킷(10')을 함유하며, 상기의 상부 개스킷(10), 개질 촉매층(20), 연소 촉매층 (30)및 하부 개스킷(10')이 일체로 적층된 연소 촉매층을 함유하는 마이크 로 채널 반응기를 나타낸다.
상기의 마이크로 채널 반응기는 수소 생성 원료인 메탄올과 물이 상부 개스킷(10)의 유입구(3)와 개질 촉매층(20)의 기판의 일측에 형성된 유입홀(20-2)을 통해 개질 촉매층(20)의 채널(1)에 이동하게 되면 채널(1)에 구비된 개질 촉매가 메탄올과 물의 반응을 촉진하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 가스가 발생한다. 메탄올과 물 및 개질 촉매층의 개질 촉매에 의해 생성된 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 가스는 개질 촉매층(20)의 기판의 다른 일측에 형성된 유입홀(20-3)과 하기의 연소 촉매층(30)의 채널 외부의 일측에 형성된 통공(30-1)과 하부 개스킷의 배출구(4')를 통해 마이크로 채널 반응기 외부로 배출된다(도 2a에서 실선 부분 참조). 배출된 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 가스 중에서 수소만 따로 포집할 수 있다. 이때, 상기의 개질 촉매층(20)에서 메탄올과 물 및 개질 촉매에 의해 생성된 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 가스가 개질 촉매층(20) 하부의 연소 촉매층(30)으로 유입되어 연소 촉매층에서의 연소 반응물과 연소 촉매의 반응을 방해하는 것을 방지하기 위해 개질 촉매층(20)과 개질 촉매층(20) 하부에 구비되어 적층되어 있는 연소 촉매층(30) 사이에 개스킷을 구비할 수 있다.
한편 상기의 메탄올과 물이 상부 개스킷(10)의 유입구(3)를 통해 유입됨과 동시에 연소 반응물이 하부 개스킷(10')의 유입구(3')와 연소 촉매층(30)의 채널(1) 일측에 형성된 유입홀(30-2)을 통해 연소 촉매층(30)의 채널(1)로 이동하면 연소 촉매층(30)의 채널(1)에 코팅된 연소 촉매가 연소 반응물과 반응한다. 연소 반응물과 연소 촉매가 반응하면 이산화탄소, 일산화탄소 및 수증기 등의 연소가 스(combustion gas)를 발생하는 발열반응으로 발생된 연소가스는 연소 촉매층(30)의 채널(1) 일측에 형성된 배출홀(30-3)과 연통된 개질 촉매층(20)의 통공(20-1) 및 상부 개스킷의 배출구(4)를 통해 반응기 외부로 배출된다(도 2a에서 점선 부분 참조).
상기의 연소 촉매층(30)에서 연소 반응물과 연소 촉매의 반응은 발열반응으로 이러한 발열반응에 의해 생성된 반응열은 전도를 통해 연소 촉매층(30)과 적층된 개질 촉매층(20)으로 이동하며, 개질 촉매층(20)의 채널(1)에서 메탄올과 물이 반응하는데 필요한 열원의 역할을 한다.
도 2a에서는 개질 촉매층(20)에서의 메탄올과 물 반응시 메탄올과 물의 흐름방향(실선 참조)과 연소 촉매층(30)에서의 연소 반응물과 연소 촉매의 반응시 연소 반응물의 흐름방향(점선 참조)은 서로 마주보는 카운터 플로우(counter flow) 형태이다. 그러나 개질 촉매층과 연소 촉매층의 채널 형태와 통공의 위치를 적절히 변경시키면 개질 촉매층(20)에서의 메탄올과 물 반응시 메탄올과 물의 흐름방향과 연소 촉매층(30)에서의 연소 반응물과 연소 촉매의 반응시 연소 반응물의 흐름방향이 서로 같은 흐름방향이 되도록 할 수 있다.
본 발명의 연소 촉매층(30)을 함유하는 마이크로 채널 반응기에서 개질 촉매층(20)은 연소 촉매층(30)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 예를 들어 도 2a에서 설명한 바와 같이 수소 생성 원료가 상부에서 유입되면 개질 촉매층(20)은 연소 촉매층(30)의 상부에 위치할 수 있다. 그리고 수소 생성 원료가 하부에서 유입되면 개질 촉매층은 연소 촉매층 보다 하부에 위치할 수 있다.
본 발명의 마이크로 채널 반응기의 개질 촉매층(20) 및 연소 촉매층(30)은 채널(1)이 형성된 기판(2)에서 채널(1)에 코팅되어진 촉매의 종류에 따라 구별할 수 있다. 일예로 기판(2)의 채널(1) 상부에 산화층을 코팅한 후, 이 산화층 위에 개질 촉매를 코팅하면 개질 촉매층(20)으로 사용할 수 있다. 그리고 기판(2)의 채널(1) 상부에 산화층을 코팅한 후, 이 산화층 위에 연소 촉매를 코팅하면 연소 촉매층(30)으로 사용할 수 있다.
상기에서 기판에 형성되는 채널은 다수의 채널을 구비할 수 있으며, 이때 채널은 소정의 폭과 깊이를 가진다. 일예로 본 발명의 마이크로 채널 반응기에서, 개질 촉매층(20) 및/또는 연소 촉매층(30)에의 채널은 길이 45mm, 폭 1mm, 깊이 0.5mm으로 가공되어 이러한 채널이 10개가 형성된 것을 사용할 수 있다. 본 발명의 마이크로 채널 반응기에서 채널의 길이, 수, 폭, 깊이와 같은 채널은 상기에서 언급한 것에 의해 한정되는 것이 아니며 채널의 길이, 수, 폭, 깊이는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 적의 선택하여 실시할 수 있으므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
본 발명의 마이크로 채널 반응기에서 개질 촉매층(20) 및/또는 연소 촉매층(30)을 이루는 기판(2)은 연소 촉매층(30)에서 발생되는 반응열을 전도에 의해 개질 촉매층(20)에 보내기 위해 열전도율이 높은 재료를 사용하는 것이 좋다. 이러한 재료의 일에로 금속, 보다 바람직하게는 스테인리스 스틸(stainless steel)을 사용할 수 있다.
본 발명의 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기에서 개질 촉매층의 개질 촉매는 종래 마이크로 채널 반응기에서 수소 생성 원료인 메탄올과 물의 반응을 촉진하여 수소를 생성할 수 있는 촉매라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 개질 촉매의 일예로 Cu/ZnO/Al2O3, Ni/Al2O3, Pd/Al2O3, Ph/Al2O3 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기에서 개질 촉매층에서 개질 반응에의 반응열을 제공하는 연소기의 역할을 하는 연소 촉매층은 마이크로 채널 반응기에 유입되는 연소 반응물과 반응하여 반응물을 생성한다. 이때 연소 반응물은 기화된 메탄올을 포함한 것, 일예로 기화된 메탄올과 공기를 사용할 수 있으며, 연소 촉매는 기화된 메탄올을 포함하는 연소 반응물과 반응하여 반응열을 낼 수 있는 촉매라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 연소 촉매의 일예로 Pt, Pd, Rh, Au, Ni, Ru 중에서 선택된 어느 하나 이상의 귀금속이 함침된 연소 촉매, 바람직하게는 Pt/ZrO2, Pt/Al2O3, Pd/Al2O3, Pt/CeO2 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 한편 상기의 연소 반응물의 하나인 공기 대신에 산소를 사용할 수 있다.
상기에서 연소 촉매는 시중에서 상품으로 시판되는 것을 사용하거나 또는 직접 제조하여 사용할 수 있다.
상기의 연소 촉매의 제조의 일예로 연소 촉매는 임프레그네이션 방법(impregnation method)을 사용하여 제조할 수 있다. 연소 촉매에 함침되는 금속은 일반적으로 Pt, Pd, Rh, Au, Ni, Ru 중에서 선택된 어느 하나 이상의 귀금속류 를 사용할 수 있다. 귀금속의 전구체(precursor)는 용매에 녹기 쉬운 질화물(nitrate) 형태를 사용하며, 지지체(support) 물질을 용액에 첨가하고 일정시간 교반 후 진공 증발기(vacuum evaporator)를 이용하여 용매를 건조(drying)시킨다. 건조 후 촉매에 존재하는 불필요한 성분을 제거하기 위해 촉매를 고온에서 소성시킬 수 있다.
상기에서 귀금속 전구체의 일예로 테트라아민 플래티늄 질화물(tetraamine paltinum(Ⅱ) nitrate), 테트라아민 플래티늄 염화물(tetraammineplatinum(II) chloride monohydrate), 플래티늄 염화물(platinum chloride), 테트라아민 플래티늄 수화물(tetraamineplatinum hydroxide hydrate) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 지지체의 일예로 ZrO2, Al2O3, TiO2, SiO2 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 건조는 용매를 제거할 수 있을 정도로 실시할 수 있고, 소성은 촉매에 불필요한 성분을 없앨 수 있을 정도로 실시할 수 있다. 이러한 건조 및 소성의 일예로 100∼110℃에서 1∼2시간 동안 건조하고, 400∼600℃에서 1∼3시간 동안 소성할 수 있다.
본 발명의 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기에서 채널에 형성된 개질 촉매와 연소 촉매는 채널 상부에 산화층을 코팅한 후 이 산화층 위에 개질 촉매 및 연소 촉매를 코팅하여 마이크로 채널 반응기의 채널과 개질 촉매 및/또는 연소 촉매와의 접착력을 향상시킬 수 있다.
상기에서 마이크로 채널 반응기의 채널 위의 산화층은 금속졸(metal sol), 금속분말(metal powder), 알코올을 포함한 용액을 마이크로 채널 상부에 코팅한 후 건조한 다음 소성시켜 형성시킬 수 있다.
상기에서 산화층의 구성성분에서 금속졸은 금속 알콕사이드(metal alkoxide)와 산이 1:9∼9:1의 비가 되도록 혼합하여 금속졸을 얻고 이 금속졸에 금속분말과 알코올을 첨가하여 얻을 수 있다.
상기에서 금속 알콕사이드는 지르코니움 이소프로폭사이드(zirconium isopropoxide), 지르코니움 부톡사이드(zirconium butoxide), 알루미늄 부톡사이드(aluminum butoxide), 알루미늄 이소프로폭사이드(aluminum isopropoxide) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 산은 질산, 옥살릭산, 아세트산 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 금속분말은 지르코니아 분말, 알루미나 분말, 타이타니아 분말 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 알코올은 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 프로판올(propanol), 부탄올(butanol) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기에서 마이크로 채널 위에 산화층을 코팅한 후 건조는 40∼70℃에서 1∼3시간 동안 실시하고, 산화층과 마이크로 채널과의 접착력을 증가시키기 위해 300∼400℃에서 1∼3시간 동안 소성할 수 있다.
본 발명의 마이크로 채널 반응기에서 채널 위에 코팅된 산화층 위에 개질 촉 매 및/또는 연소 촉매를 코팅할 수 있다. 이때 개질 촉매 및/또는 연소 촉매는 슬러리 형태로 가공하고 이를 개질 촉매층 및/또는 연소 촉매층의 산화층 위에 코팅하여 마이크로 채널 반응기와 개질 촉매 및/또는 연소 촉매의 결합력을 향상시킬 수 있다.
상기에서 개질 촉매를 포함하는 슬러리는 산화층 형성시의 금속졸 용액, 알코올에 개질 촉매를 첨가하고 볼밀(ball-mill)하여 얻은 후 이를 마이크로 채널 반응기의 산화층에 코팅하고 건조한 후 소성시켜 개질 촉매층을 얻을 수 있다.
상기에서 연소 촉매를 포함하는 슬러리는 산화층 형성시의 금속졸 용액, 알코올에 연소 촉매를 첨가하고 볼밀(ball-mill)하여 얻은 후 이를 마이크로 채널 반응기의 산화층에 코팅하고 건조한 후 소성시켜 개질 촉매층을 얻을 수 있다.
상기의 개질 촉매층 및/또는 연소 촉매층을 얻을 때의 건조는 상온∼70℃에서 5∼10시간 동안 실시한 후 350∼400℃에서 1∼3시간 동안 소성할 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 개질 촉매 준비 및 Pt/ZrO2 연소 촉매 제조 공정
마이크로 채널 반응기에서 개질 반응에 쓰이는 개질 촉매로는 상용 Cu/ZnO/Al2O3(CuO 50％, ZnO 33％, Al2O3 8％ and BET surface area = 66m2g-1)(ICI 33-5, ICI사 제품, England)를 사용하였다.
연소 촉매로는 임프레그네이션 방법(impregnation method)을 이용하여 제조한 Pt/ZrO2를 사용하였다.
상기에서 연소 촉매는 백금 전구체(Pt source)로 tetraammine platinum(II) nitrate 0.497g을 증류수 100ml에 용해시키고, 촉매 지지체로 ZrO2 power(BET surface area = 4.9m2g-1, 0.25mm in diameter) 5g을 첨가하고 5시간 동안 교반한 후 진공 증발기를 이용하여 용매를 증발시켰다. 그 후 시료를 110℃ 오븐에서 2시간 건조시킨 후 500℃에서 2 시간 동안 소성하여 Pt/ZrO2 연소촉매를 제조하였다.
<실시예 2> 촉매층 접착력 증가를 위한 산화층 코팅
마이크로 채널 반응기와 개질 촉매 및/또는 연소 촉매의 접착력 증가를 위하여 산화층으로서 지르코니아층을 기판의 채널에 코팅하였다.
상기에서 추후 개질 촉매를 채널에 코팅할 기판에는 45mm ×1mm ×0.5mm(길이 ×폭 ×깊이)으로 10개의 채널이 형성되고 도 2a의 개질 촉매층과 같이 기판의 채널 일측에 유입홀과 배출홀이 구비되고, 채널 외부에 통공이 형성된 것을 사용하였다.
상기에서 추후 연소 촉매를 채널에 코팅할 기판에는 45mm ×1mm ×0.5mm(길 이 ×폭 ×깊이)으로 10개의 채널이 형성되고 도 2a의 연소 촉매층과 같이 기판의 채널 일측에 유입홀과 배출홀이 구비되고, 채널 외부에 통공이 형성된 것을 사용하였다.
상기의 지르코니아층은 지르코니아 졸 용액을 시린지(syringe)를 이용하여 기판의 채널에 코팅하고 70℃에서 6시간 동안 2회 건조 후 400℃에서 2시간 동안 소성하였다.
상기에서 지르코니아 졸 용액 제조 방법은 다음과 같다.
Zirconium isopropoxide isopropanol complex에 HNO3:Zr의 비율이 1:2가 되도록 HNO3를 첨가하여 지르코니아 졸을 제조하였다. 제조된 지르코니아 졸 0.07g에 1.33g의 지르코니아 파우더을 섞어 지르코니아 파우더와 지르코니아 졸의 비율이 95:5가 되도록 하였다. 이 때 점도를 맞춰주기 위하여 10ml의 isopropyl alcohol을 첨가하였다. 그런 다음 지르코니아 파우더, 지르코니아 졸 및 이소프로필알코올이 혼합된 혼합물 200㎕에 isopropyl alcohol 1ml을 첨가한 후 12시간 동안 볼밀하여 지르코니아 졸 용액을 제조하였다.
<실시예 3> 개질 촉매 슬러리 및 연소 촉매 슬러리 제조와 코팅
실시예 2에서 제조한 지르코니아 졸 용액 1ml에 이소프로필 알코올 1ml 및 개질 촉매(Cu/ZnO/Al2O3) 0.2g을 섞고 12시간 볼밀하여 개질 촉매 슬러리를 제조하였다.
연소 촉매 슬러리 제조 방법은 개질 촉매 슬러리 제조 방법과 동일하다.
실시예 2에서 제조한 지르코니아 졸 용액 1ml에 이소프로필 알코올 1ml 및 실시예 1의 연소 촉매(Pt/ZrO2) 0.2g을 섞고 12시간 볼밀하여 연소 촉매 슬러리를 제조하였다.
그런 다음 실시예 2의 기판의 채널에 코팅된 산화층에 시린지(Syringe)를 이용하여 상기의 개질 촉매 슬러리 및 연소 촉매 슬러리를 각각 코팅하고 70℃에서 6시간 동안 건조 후 400℃에서 2시간 동안 소성하여 기판의 채널에 산화층 및 개질 촉매가 코팅된 개질 촉매층과 기판의 채널에 산화층 및 연소 촉매가 코팅된 연소 촉매층을 제조하였다.
도 3(b), 도 3(c)는 기판의 채널에 개질 촉매(Cu/ZnO/Al2O3)와 연소 촉매(Pt/ZrO2)가 코팅된 이미지로서 각각의 촉매 코팅층이 안정하게 접착되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 한편 도 3(a)는 촉매가 코팅되지 않은 기판의 채널 이미지를 나타내었다.
<실시예 4> 마이크로 채널 반응기 구성(1)
상기 실시예 3에서 기판의 채널에 산화층 및 개질 촉매를 코팅한 개질 촉매층, 기판의 채널에 산화층 및 연소 촉매를 코팅한 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기를 구성하였다.
수소 생성 원료가 유입되는 유입구(3)와 물과 연소가스가 배출되는 배출 구(4)를 구비하는 상부 개스킷(10),
기판(2)의 채널(1)에 산화층이 코팅되고, 산화층 위에 수소 생성 원료로부터 수소 생성을 촉진하는 수소 생성 개질 촉매가 코팅되어 있으며, 상기 채널의 일단에 상부 개스킷의 유입구와 연통되며 수소 생성 원료가 채널로 유입되는 유입홀(20-2)이 형성되는 한편 채널의 다른 일단은 수소 생성 원료의 반응물이 배출되는 배출홀(20-3)을 구비하고, 채널 외부의 일측에 상기 상부 개스킷의 배출구와 연통되는 통공(20-1)을 구비하는 개질 촉매층(20),
기판(2)의 채널(1)에 산화층이 코팅되고, 산화층 위에 연소 반응물과 반응하는 연소 촉매가 코팅되어 있으며, 상기 채널의 일단은 연소 반응물이 연소 촉매층의 채널로 유입되는 유입홀(30-2)이 형성되는 한편 채널의 다른 일단은 상기 개질 촉매층의 통공(20-1)과 연통되며 연소 반응물과 연소 촉매의 반응에 의해 생성되는 반응물이 배출되는 배출홀(30-3)을 구비하고, 채널 외부의 일측에 상기 개질 촉매층의 수소 생성 원료의 반응물이 배출되는 배출홀과 연통되는 통공(30-1)을 구비하는 연소 촉매층(30),
연소 반응물이 유입되는 유입구(3')와 상기 연소 촉매층의 통공(30-1)과 연통되어 수소 생성 원료의 반응물인 수소 및 가스가 배출되는 배출구(4')를 구비하는 하부 개스킷(10')을 함유하며, 상기의 상부 개스킷(10), 개질 촉매층(20), 연소 촉매층 (30)및 하부 개스킷(10')이 일체로 적층된 도 2a와 같은 구조의 마이크로 채널 반응기를 제조하였다.
<실시예 5> 마이크로 채널 반응기 구성(2)
상기 실시예 3에서 기판의 채널에 산화층 및 개질 촉매를 코팅한 개질 촉매층, 기판의 채널에 산화층 및 연소 촉매를 코팅한 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기를 구성하였다.
상기 실시예 4의 마이크로 채널 반응기에 있어서, 상부 개스킷(10)과 하부 개스킷(10') 사이에 구비된 개질 촉매층(20), 가스 누출 방지 개스킷(11) 및 연소 촉매층(30)의 적층을 2회 더 실시하여 도 2b와 같은 구조의 마이크로 채널 반응기를 제조하였다.
한편 도 2b의 마이크로 채널 반응기는 도 2c 사진에서 나타낸 바와 같이 외부에 하우징을 구비하며, 하우징 상부의 일측, 바람직하게는 중심부에 압착부를 구비하여 마이크로 채널 반응기를 압착시켜 가스의 누설을 방지할 수 있다.
도 2c 사진의 마이크로 채널 반응기에서 좌측 하부의 2개의 통로는 수소 생성 원료가 개질 촉매에 반응되어 수소, 기타 가스가 배출되는 배출구와 연소 촉매와 반응하는 연소 반응물이 유입되는 유입구이고, 우측 상부의 2개 통로는 수소 생성 연료인 메탄올과 물의 유입구와 연소 반응물과 연소 촉매에 의해 생성된 가스가 배출되는 배출구이다.
<시험예 1>
본 발명의 실시예 4에서 제조한 마이크로 채널 반응기에서 연소 촉매층에 대한 안정성을 측정하였다.
실시예 4의 도 2a로 나타내는 마이크로 채널 반응기에 상부 개스킷(10)의 유입구(3)를 통해 수소 생성 원료로 메탄올과 물을 공급하고, 동시에 하부 개스킷(10')의 유입구(3')을 통해 연소 반응물로서 기화된 메탄올과 공기를 공급하였다.
기화된 메탄올과 공기는 연소 촉매층에서 연소 촉매와의 반응으로 일산화탄소, 이산화탄소, 물을 생성하였으며, 이러한 반응에 의해 발생된 반응열은 전도를 통해서 개질 촉매층에서 메탄올과 물이 반응하여 수소 생성시의 열원으로 사용되었다.
상기에서 마이크로 채널 반응기 내부에 연소 반응물을 공급한 후 연소 촉매에 의한 연소 반응을 72시간 동안 실시한 후 연소 촉매층의 사진을 도 4에 나타내었다. 도 4a는 채널 위의 산화층에 코팅된 연소 촉매층을 위에서 나타낸 사진이고, 도 4b는 채널 위의 산화층에 코팅된 연소 촉매층을 단면으로 나타낸 사진이다.
도 4a, 도 4b에서처럼 72시간 연소 반응후에도 연소 촉매층이 안정하게 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
<시험예 2> 마이크로 채널 반응기의 연소 촉매층 성능 평가
본 발명의 실시예 4에서 제조한 마이크로 채널 반응기에 대해 개질 촉매층에 열원을 공급하는 역할을 하는 연소 촉매층에 대한 평가를 하기 위해 메탄올 연소 실험을 수행하였다.
연소 촉매층의 출구에서 배출되는 가스 조성은 GC로 분석을 실시하였다.
성능평가는 연소 촉매층의 출구에서 배출되는 일산화탄소와 이산화탄소, 그리고 연소 촉매층으로 유입되는 연소 반응물인 메탄올의 몰수를 계산하여 카본 밸런스를 세워 메탄올의 전환율을 계산하였다.
도 5는 시간에 따른 반응기의 온도 추이를 평가한 그래프이다. 연소 반응물로 사용된 메탄올은 0.063∼0.07cm3min-1이며, 연소 반응물의 다른 성분인 산소는 메탄올 대비 1.5배 되도록 주입하였다.
도 6은 연소 촉매층에 유입되는 반응물의 유량을 증가시키면서, 반응열을 측정한 그래프이다. 산소와 메탄올이 비율은 1.5배가 되도록 하였으며, 사용된 연소 촉매는 0.066g이다. 반응물의 유량이 증가하여도 메탄올의 전환율이 95％를 유지하는 것을 확인할 수 있었으며, 전체 유량이 300cm3min-1일 때 916Jmin-1을 얻을 수 있었다.
<시험예 3> 연소 촉매층을 함유한 마이크로 채널 반응기의 성능 평가
실시예 4에서 언급한 도 2a와 같이 개질 촉매층과 연소 촉매층을 구비한 마이크로 채널 반응기에 대한 성능평가를 실시하였다.
도 2a로 나타내는 마이크로 채널 반응기에 상부 개스킷(10)의 유입구(3)를 통해 수소 생성 원료로 메탄올과 물을 공급하고, 동시에 하부 개스킷(10')의 유입구(3')을 통해 연소 반응물로서 기화된 메탄올과 공기를 공급하였다.
도 7은 연소 반응물로 기화된 메탄올의 유량에 따른 개질 가스의 입출구 온 도, 연소 가스의 입출구 온도를 나타낸 그래프이다. 이때 연소 반응물 중에서 공기중의 산소와 메탄올의 비율과 수소 생성 원료인 물과 메탄올의 비율을 1.5로 고정하였으며, 연소 반응물인 기화된 메탄올의 유량은 3.2∼5.5mlh-1로 하였다. 연소 반응물인 기화된 메탄올의 유량에 따라 반응기의 온도가 선형으로 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며, 입출구의 온도 분포는 ㅁ6℃ 정도인 것을 확인하였다.
도 8은 반응온도에 따른 수소 생성 원료인 메탄올의 전환율을 나타낸 그래프이다. 메탄올의 유량은 1.65mlh-1이었고, 물과 메탄올의 비율은 1.5로 맞추었다. 반응온도가 증가함에 따라 메탄올 개질 반응의 활성이 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며, 250℃부터 97％ 이상의 메탄올이 수소로 전환되는 전환율을 얻을 수 있었다.
도 9는 개질 가스 출구의 농도와 수소 생산 속도를 나타내는 그래프이다. 실험 조건은 수소 생성 원료인 메탄올의 유량은 1.65mlh-1이었고, 물과 메탄올의 비율은 1.5로 맞추었다. 출구쪽의 가스 조성은 수소 80％, 이산화탄소 21∼22％, 일산화탄소 1∼1.5％인 것을 확인하였으며, 최대 1.9ℓh-1의 수소 생산량을 얻을 수 있었다.
도 10은 개질 반응 온도를 270℃로 유지한채 개질되는 메탄올의 양을 증가시켜 반응성을 평가한 그래프(graph)이다. 메탄올의 유량은 1.65∼3.65mlh-1으로 변화시켰으며, 물과 메탄올의 비율은 1.5로 고정시켰다. 메탄올의 양이 증가함에 따라 전환율은 감소하였지만 3.65mlh-1에서도 80％ 이상의 메탄올 전환율을 얻을 수 있었으며, 그 때의 수소 생산량은 3.9ℓh-1임을 확인하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예, 시험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 마이크로 채널 반응기는 채널 위에 산화층을 코팅하고, 이 산화층 위에 개질 촉매와 연소 촉매를 코팅함으로써 안정한 촉매 코팅층을 얻을 수 있었다. 또한 장기간 반응기를 작동하여도 촉매층이 안정하게 코팅된 것을 확인할 수 있었다.
한편 본 발명의 마이크로 채널 반응기는 채널 위에 산화층이 코팅되고, 이 산화층 위에 개질 촉매와 연소 촉매를 코팅하여 개질 촉매층과 연소 촉매층을 구비하는 마이크로 채널 반응기의 성능평가를 한 결과, 메탄올 개질 반응에 필요한 열을 외부 전기적 열원 없이 연소 촉매층에서 직접 공급함으로써 휴대용 연료전지의 수소 생산에 적용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 수소 생성 원료가 유입되는 유입구와 물과 연소가스가 배출되는 배출구를 구비하는 상부 개스킷,
    기판의 채널에 산화층이 코팅되고, 산화층 위에 수소 생성 원료로부터 수소 생성을 촉진하는 수소 생성 개질 촉매가 코팅되어 있으며, 상기 채널의 일단에 상부 개스킷의 유입구와 연통되며 수소 생성 원료가 채널로 유입되는 유입홀이 형성되는 한편 채널의 다른 일단은 수소 생성 원료의 반응물이 배출되는 배출홀을 구비하고, 채널 외부의 일측에 상기 상부 개스킷의 배출구와 연통되는 통공을 구비하는 개질 촉매층,
    기판의 채널에 산화층이 코팅되고, 산화층 위에 연소 반응물과 반응하는 연소 촉매가 코팅되어 있으며, 상기 채널의 일단은 연소 반응물이 연소 촉매층의 채널로 유입되는 유입홀이 형성되는 한편 채널의 다른 일단은 상기 개질 촉매층의 통공과 연통되며 연소 반응물과 연소 촉매의 반응에 의해 생성되는 반응물이 배출되는 배출홀을 구비하고, 채널 외부의 일측에 상기 개질 촉매층의 수소 생성 원료의 반응물이 배출되는 배출홀과 연통되는 통공을 구비하는 연소 촉매층,
    연소 반응물이 유입되는 유입구와 상기 연소 촉매층의 통공과 연통되어 수소 생성 원료의 반응물인 수소 및 가스가 배출되는 배출구를 구비하는 하부 개스킷을 함유하며, 상기의 상부 개스킷, 개질 촉매층, 연소 촉매층 및 하부 개스킷이 일체로 적층된 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 산화층은 금속졸(metal sol), 금속분말(metal powder), 알코올을 포함한 용액을 마이크로 채널 상부에 코팅한 후 건조한 다음 소성시켜 형성함을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  3. 제1항에 있어서, 수소 생성 개질 촉매는 산화층 위에 수소 생성 개질 촉매를 포함하는 슬러리를 코팅하고 건조한 후 소성시켜 형성함을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  4. 제1항에 있어서, 연소 촉매는 산화층 위에 연소 촉매를 포함하는 슬러리를 코팅하고 건조한 후 소성시켜 형성함을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  5. 제1항에 있어서, 수소 생성 원료와 개질 촉매와의 반응 흐름과 연소 반응물과 연소 촉매와의 반응 흐름 패턴은 서로 반대가 되는 카운터 플로우(counter flow)의 패턴이 되도록 함을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  6. 제1항에 있어서, 개질 촉매층과 연소 촉매층이 적층된 것을 한 쌍으로 하고, 상부 개스킷과 하부 개스킷 사이에 개질 촉매층과 연소 촉매층이 적층된 한 쌍이 다수 적층됨을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  7. 제1항에 있어서, 수소 생성 원료는 메탄올과 물 임을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  8. 제1항에 있어서, 연소 반응물은 기화된 메탄올과 공기 임을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  9. 제2항에 있어서, 산화층은 금속졸 용액, 지르코니아 분말, 알루미나 분말, 타이타니아 분말 중에서 선택된 어느 하나 이상 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속분말 및 이소프로필 알코올, 프로판올, 부탄올 중에서 선택된 어느 하나 이상의 알코올을 포함한 용액을 마이크로 채널 상부에 코팅한 후 건조한 다음 소성시켜 형성함을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  10. 제3항에 있어서, 개질 촉매는 산화층 위에 금속졸 용액, 이소프로필 알코올, 프로판올, 부탄올 중에서 선택된 어느 하나 이상의 알코올, Cu/ZnO/Al2O3, Ni/Al2O3, Pd/Al2O3, Ph/Al2O3 중에서 선택된 어느 하나 이상을 혼합한 슬러리를 코팅하고 상온∼70℃에서 5∼10시간 동안 건조한 후 350∼400℃에서 1∼3시간 동안 소성시켜 형 성함을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  11. 제3항에 있어서, 연소 촉매는 산화층 위에 금속졸 용액, 이소프로필 알코올, 프로판올, 부탄올 중에서 선택된 어느 하나 이상의 알코올, Pt/ZrO2, Pt/Al2O3, Pd/Al2O3, Pt/CeO2 중에서 선택된 어느 하나 이상을 혼합한 슬러리를 코팅하고 상온∼70℃에서 5∼10시간 동안 건조한 후 350∼400℃에서 1∼3시간 동안 소성시켜 형성함을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
  12. 제9항 내지 제11항 중의 선택된 어느 한 항에 있어서, 금속졸 용액은 지르코니움 이소프로폭사이드, 지르코니움 부톡사이드, 알루미늄 부톡사이드, 알루미늄 이소프로폭사이드 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속 알콕사이드와 질산, 옥살릭산, 아세트산 중에서 선택된 어느 하나 이상의 산이 1:9∼9:1의 비가 되도록 혼합한 것 임을 특징으로 하는 메탄올 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기.
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