KR102073959B1 - Catalyst for synthesizing synthetic natural gas and manufacturing method for high calorific synthetic natural gas using the same - Google Patents

Catalyst for synthesizing synthetic natural gas and manufacturing method for high calorific synthetic natural gas using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102073959B1
KR102073959B1 KR1020170181241A KR20170181241A KR102073959B1 KR 102073959 B1 KR102073959 B1 KR 102073959B1 KR 1020170181241 A KR1020170181241 A KR 1020170181241A KR 20170181241 A KR20170181241 A KR 20170181241A KR 102073959 B1 KR102073959 B1 KR 102073959B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
natural gas
weight
parts
synthetic natural
Prior art date
Application number
KR1020170181241A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190079204A (en
Inventor
김진호
김효식
오승천
류재홍
강석환
Original Assignee
고등기술연구원연구조합
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 고등기술연구원연구조합 filed Critical 고등기술연구원연구조합
Priority to KR1020170181241A priority Critical patent/KR102073959B1/en
Publication of KR20190079204A publication Critical patent/KR20190079204A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102073959B1 publication Critical patent/KR102073959B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/75Cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/83Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with rare earths or actinides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/89Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
    • B01J35/0006
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/19Catalysts containing parts with different compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00Modifying 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
    • C10K3/02Modifying 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
    • C10K3/04Modifying 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 reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1656Conversion of synthesis gas to chemicals
    • C10J2300/1662Conversion of synthesis gas to chemicals to methane (SNG)
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 합성천연가스 합성용 촉매 및 이를 이용한 합성천연가스의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 석탄, 바이오 매스(mass), 폐기물 등과 같은 다양한 원료의 가스화를 통해 얻어진 합성가스(CO+H2)를 이용하여 합성천연가스(SNG)를 합성하는 공정에 사용되는 촉매 및 이를 이용한 합성천연가스의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for synthesizing synthetic natural gas and a method for preparing a synthetic natural gas using the same, and specifically, a synthetic gas (CO + H 2) obtained through gasification of various raw materials such as coal, biomass, waste, and the like. The present invention relates to a catalyst used in a process for synthesizing synthetic natural gas (SNG) and a method for producing a synthetic natural gas using the same.

Description

고발열량의 합성천연가스 합성용 촉매 및 이를 이용한 합성천연가스의 제조방법{CATALYST FOR SYNTHESIZING SYNTHETIC NATURAL GAS AND MANUFACTURING METHOD FOR HIGH CALORIFIC SYNTHETIC NATURAL GAS USING THE SAME}Catalyst for synthesizing high calorific value and method for producing synthetic natural gas using same {CATALYST FOR SYNTHESIZING SYNTHETIC NATURAL GAS AND MANUFACTURING METHOD FOR HIGH CALORIFIC SYNTHETIC NATURAL GAS USING THE SAME}

본 발명은 합성천연가스 합성용 촉매 및 이를 이용한 합성천연가스의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 석탄, 바이오 매스(mass), 폐기물 등과 같은 다양한 원료의 가스화를 통해 얻어진 합성가스(CO+H2)를 이용하여 합성천연가스(SNG)를 합성하는 공정에 사용되는 촉매 및 이를 이용한 합성천연가스의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for synthesizing synthetic natural gas and a method for preparing a synthetic natural gas using the same, and specifically, a synthetic gas (CO + H 2) obtained through gasification of various raw materials such as coal, biomass, waste, and the like. The present invention relates to a catalyst used in a process for synthesizing synthetic natural gas (SNG) and a method for producing a synthetic natural gas using the same.

합성천연가스는 가정용 및 발전용으로 사용할 수 있는 차세대 에너지로서, 석탄을 합성천연가스(synthetic natural gas, SNG)로 전환하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 합성천연가스는 천연가스에 비해 상대적으로 발열량이 낮아, 천연가스를 사용하여 산화철의 환원을 통해 제철을 생산하는 방법인 직접환원법(direct reduction), 및 산업용 및 가정용의 천연가스 배관망에 연결하여 사용하기에는 문제가 있었다. 하기 표 1에서 보는 바와 같이, 합성천연가스(SNG)는 98% 이상이 메탄으로 구성되어, 액화천연가스(liquefied natural gas, LNG)나 파이프라인 천연가스(pipeline natural gas, PNG)에 비하여 다량의 메탄을 포함함에도 불구하고 10,000 kcal/㎥ 이하의 낮은 발열량을 가졌다.Synthetic natural gas is the next generation energy that can be used for home and power generation, and research into converting coal into synthetic natural gas (SNG) is being actively conducted. However, synthetic natural gas has a lower calorific value than natural gas, and is connected to the direct reduction method, which is a method of producing iron through reduction of iron oxide using natural gas, and to a natural gas pipeline network for industrial and home use. There was a problem to use. As shown in Table 1, synthetic natural gas (SNG) is composed of more than 98% methane, a large amount of liquefied natural gas (liquefied natural gas, LNG) or pipeline natural gas (PNG) Despite the inclusion of methane it had a low calorific value of less than 10,000 kcal / m 3.

구분division 구성 성분Composition 발열량 (㎉/㎥)Calorific value (㎉ / ㎥) LNGLNG 메탄 (85% 이상), 에탄 (2%), 기타 (프로판, N2)Methane (85% or more), ethane (2%), others (propane, N 2 ) 9,700 ~ 10,8009,700-10,800 PNGPNG 메탄 (90% 이상), 기타 (CO2, N2)Methane (90% or more), other (CO 2 , N 2 ) 9,000 ~ 10,2009,000 to 10,200 SNGSNG 메탄 (98% 이상), 기타 (H2, N2, CO2)Methane (98% or more), other (H 2 , N 2 , CO 2 ) 9,000 ~ 9,5009,000 to 9,500

이에 대한 대안으로, 합성천연가스의 발열량을 조절하기 위해, 합성천연가스에 액화석유가스(liquefied petroleum gas)와 같은 가스연료를 혼합하여 10,000 kcal/㎥ 이상으로 발열량을 높이고 있다. 그러나, 합성천연가스에 가스연료를 추가하여 사용하는 것은 경제적인 면에서 이점이 거의 없으므로, 고발열량의 합성천연가스를 합성할 수 있는 새로운 공정이 요구되고 있는 실정이다.As an alternative to this, in order to control the calorific value of the synthetic natural gas, by mixing a gas fuel such as liquefied petroleum gas (liquefied petroleum gas) to increase the calorific value to 10,000 kcal / ㎥ or more. However, since the use of gas fuel in addition to the synthetic natural gas has little economic advantage, there is a demand for a new process for synthesizing a synthetic gas having a high calorific value.

이에 대한 대안으로 한국 등록특허 제10-1691817호는 수성가스전이 및 이산화탄소 제거와 함께 탄소질 물질의 가스화로부터 유도되는 합성 가스의 메탄화를 이용하여, (H2-CO2)/(CO+CO2)의 몰비가 3.00보다 큰 합성가스를 생성하는 합성천연가스(SNG)의 생성방법을 개시하고 있다. 상술한 바와 같이 제조된 합성천연가스(SNG)는 과량의 이산화탄소 및 수소 없이 일정한 고품질을 갖는다.As an alternative, Korean Patent No. 10-1691817 uses (H 2 -CO 2 ) / (CO + CO) by using methanation of synthesis gas derived from gasification of carbonaceous material with water gas transition and carbon dioxide removal. Disclosed is a method for producing a synthetic natural gas (SNG) which produces a syngas having a molar ratio of 2 ) greater than 3.00. Synthetic natural gas (SNG) prepared as described above has a constant high quality without excess carbon dioxide and hydrogen.

한국 등록특허 제10-1691817호Korean Patent Registration No. 10-1691817

그러나, 상기 등록특허는 종래의 SNG에 비하여 발열량이 높은 SNG를 생산할 수 있으나, 이는 SNG 생성시 발생하는 이산화탄소의 비율을 감소시켜 발열량을 높인 것으로써 SNG의 발열 탄소원은 메탄 하나만 존재하므로 이로 인한 발열량 제한은 피할 수 없다는 문제점이 있었다.However, the registered patent may produce SNG having a higher calorific value than conventional SNG, but this is to reduce the ratio of carbon dioxide generated when SNG is generated, thereby increasing the calorific value, so that only one methane exothermic carbon source exists, thereby limiting calorific value. There was a problem that could not be avoided.

이에, 본 발명은 발열 탄소원으로 메탄 이외에 탄소수 2 이상의 탄화수소를 포함함으로써, 종래 메탄만 포함하는 SNG의 발열량의 한계를 극복하여 높은 발열량을 갖는 SNG를 제조할 수 있는 촉매, 및 이를 이용한 합성천연가스의 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention includes a catalyst capable of producing SNG having a high calorific value by overcoming the limitation of the calorific value of conventional SNG containing only methane, by including hydrocarbons having 2 or more carbon atoms in addition to methane as the exothermic carbon source, and a synthetic natural gas using the same. It is intended to provide a manufacturing method.

본 발명은 산화알루미늄, 니켈 및 코발트를 포함하고,The present invention includes aluminum oxide, nickel and cobalt,

상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 11 중량부 이상의 상기 코발트를 포함하는 합성천연가스 합성용 촉매를 제공한다.It provides a catalyst for synthesizing natural gas comprising at least 11 parts by weight of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.

나아가, 본 발명은 산화알루미늄, 니켈, 코발트 및 루테늄을 포함하고,Furthermore, the present invention includes aluminum oxide, nickel, cobalt and ruthenium,

상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 7 중량부의 루테늄 및 1 내지 10 중량부의 상기 코발트를 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매를 제공한다. It provides a catalyst for synthesizing natural gas comprising 0.05 to 7 parts by weight of ruthenium and 1 to 10 parts by weight of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.

또한, 본 발명은 연료의 가스화로 생성된 합성 가스를 수성가스전환 공정, 메탄화 공정, 탈황 및 이산화탄소 분리 공정을 거쳐 합성천연가스를 제조하는 방법에 있어서,In addition, the present invention is a method for producing a synthetic natural gas through a water gas conversion process, methanation process, desulfurization and carbon dioxide separation process of the synthesis gas generated by the gasification of the fuel,

상기 메탄화 공정이 상기 합성천연가스 합성용 촉매를 포함하여 수행하고,The methanation process is performed including the catalyst for synthesizing natural gas,

상기 메탄화 공정이 메탄화 반응 및 피셔-트롭쉬 반응이 동시에 진행되는, 합성천연가스의 제조방법을 제공한다.The methanation process provides a method for producing a synthetic natural gas in which a methanation reaction and a Fischer-Tropsch reaction are simultaneously performed.

본 발명에 따른 합성천연가스의 제조방법은 메탄과 함께 탄소수 2 이상의 탄화수소를 포함하여 고발열량의 합성천연가스를 제조할 수 있다.The method for producing a synthetic natural gas according to the present invention may include a hydrocarbon having 2 or more carbon atoms together with methane to produce a high calorific value synthetic natural gas.

본 발명은 산화알루미늄, 니켈 및 코발트를 포함하고,The present invention includes aluminum oxide, nickel and cobalt,

상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 11 중량부 이상의 상기 코발트를 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매를 제공한다.It provides a catalyst for synthesizing natural gas comprising at least 11 parts by weight of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.

또한, 본 발명은 산화알루미늄, 니켈, 코발트 및 루테늄을 포함하고,In addition, the present invention includes aluminum oxide, nickel, cobalt and ruthenium,

상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 7 중량부의 상기 루테늄 및 1 내지 10 중량부의 상기 코발트를 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매를 제공한다.It provides a catalyst for synthesizing natural gas comprising 0.05 to 7 parts by weight of the ruthenium and 1 to 10 parts by weight of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.

상기 촉매는 코발트를 11 중량부 이상의 양으로 포함할 경우 루테늄을 포함하지 않고, 코발트를 1 내지 10 중량부의 양으로 포함할 경우 소량의 루테늄을 포함함으로써, 상기 촉매를 이용하여 제조된 합성천연가스는 탄소수 2 이상의 탄화수소를 포함하여 발열량이 우수하다.The catalyst does not include ruthenium when cobalt is included in an amount of 11 parts by weight or more, and when a cobalt is included in an amount of 1 to 10 parts by weight, a small amount of ruthenium is synthesized. It is excellent in calorific value including hydrocarbon having 2 or more carbon atoms.

상기 산화알루미늄은 산화알루미늄 전구체로부터 얻어질 수 있다. 상기 산화알루미늄 전구체로는, 예를 들어, 알루미늄 나이트레이트 수화물(Al(NO3)3·9H2O), 알루미늄 아세테이트 수화물(Al(CH3CO2)·H2O), 알루미늄 암모늄설페이트 수화물(AlNH4(SO4)2·12H2O) 및 알루미늄 클로라이드 수화물(AlCl3·6H2O) 등을 들 수 있다.The aluminum oxide can be obtained from an aluminum oxide precursor. To the aluminum oxide precursor, for example, aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3) 3 · 9H 2 O), aluminum acetate hydrate (Al (CH 3 CO 2) · H 2 O), aluminum ammonium sulfate hydrate ( AlNH 4 (SO 4 ) 2 .12H 2 O) and aluminum chloride hydrate (AlCl 3 .6H 2 O).

상기 니켈은 니켈 전구체로부터 얻어질 수 있다. 상기 니켈 전구체로는, 예를 들어, 니켈 나이트레이트 수화물(Ni(NO3)2·4H2O), 니켈 아세테이트(Ni(CO2CH3)2·4H2O), 니켈 옥살레이트(NiC2O4), 니켈 아세테이트(Ni(CH3COO)2) 및 니켈 클로라이드(NiCl2·6H2O) 등을 들 수 있다.The nickel can be obtained from a nickel precursor. In the nickel precursor, e.g., nickel nitrate hydrate (Ni (NO 3) 2 · 4H 2 O), nickel acetate (Ni (CO 2 CH 3) 2 · 4H 2 O), nickel oxalate (NiC 2 O 4 ), nickel acetate (Ni (CH 3 COO) 2 ), nickel chloride (NiCl 2 · 6H 2 O), and the like.

상기 코발트는 코발트 전구체로부터 얻어질 수 있다. 상기 코발트 전구체로는, 예를 들어, 코발트 나이트레이트 수화물(Co(NO3)2·6H2O), 코발트 아세테이트 수화물(Co(CO2CH3)2·4H2O), 코발트 아세테이트(Co(CH3COO)2) 및 코발트 클로라이드(CoCl2) 등을 들 수 있다.The cobalt can be obtained from cobalt precursors. Examples of the cobalt precursor include cobalt nitrate hydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O), cobalt acetate hydrate (Co (CO 2 CH 3 ) 2 .4H 2 O), cobalt acetate (Co ( CH 3 COO) 2 ), cobalt chloride (CoCl 2 ), and the like.

상기 루테늄은 루테늄 전구체로부터 얻어질 수 있다. 상기 루테늄 전구체로는, 예를 들어, 루테늄 나이트레이트 수화물(Ru(NO)3·xH2O), 루테늄 클로라이드 수화물 (RuCl3·xH2O) 및 루테늄 니트로실 나이트레이트 (Ru(NO)(NO3)x(OH)y) 등을 들 수 있다.The ruthenium may be obtained from a ruthenium precursor. To the ruthenium precursor, e.g., ruthenium nitrate hydrate (Ru (NO) 3 · xH 2 O), ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 · xH 2 O), and ruthenium nitrosyl nitrate (Ru (NO) (NO 3 ) x (OH) y ) etc. are mentioned.

상기 촉매는 상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 11 중량부 이상의 상기 코발트를 포함한다. 구체적으로, 상기 촉매는 상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 11 내지 30 중량부, 12 내지 25 중량부, 또는 12 내지 20 중량부의 상기 코발트를 포함할 수 있다.The catalyst comprises at least 11 parts by weight of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide. Specifically, the catalyst may include 11 to 30 parts by weight, 12 to 25 parts by weight, or 12 to 20 parts by weight of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.

상기 촉매는 상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 7 중량부의 상기 루테늄 및 1 내지 10 중량부의 상기 코발트를 포함한다. 구체적으로, 상기 촉매는 상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 6 중량부, 0.05 내지 5 중량부, 또는 0.1 내지 5 중량부의 상기 루테늄, 및 1 내지 10 중량부, 3 내지 10 중량부, 또는 3 내지 8 중량부의 상기 코발트를 포함할 수 있다.The catalyst comprises 0.05 to 7 parts by weight of the ruthenium and 1 to 10 parts by weight of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide. Specifically, the catalyst is 0.05 to 6 parts by weight, 0.05 to 5 parts by weight, or 0.1 to 5 parts by weight of the ruthenium, and 1 to 10 parts by weight, 3 to 10 parts by weight, or 3 based on 100 parts by weight of the aluminum oxide To 8 parts by weight of the cobalt.

상기 촉매는 지르코늄(Zr), 세륨(Ce), 백금(Pt), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 조촉매를 더 포함할 수 있다.The catalyst may further include one or more cocatalysts selected from the group consisting of zirconium (Zr), cerium (Ce), platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd), and gallium (Ga).

상기 촉매는 다공성 지지체를 더 포함할 수 있다.The catalyst may further comprise a porous support.

상기 다공성 지지체는 제올라이트, 알루미나 및 실리카로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성 지지체는 제올라이트일 수 있다.The porous support may include one or more selected from the group consisting of zeolite, alumina and silica. Specifically, the porous support may be zeolite.

상기 촉매는 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 30 내지 60 중량부의 다공성 지지체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 촉매는 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 30 내지 55 중량부, 35 내지 50 중량부, 또는 40 내지 50 중량부의 다공성 지지체를 포함할 수 있다.The catalyst may include 30 to 60 parts by weight of the porous support based on 100 parts by weight of aluminum oxide. Specifically, the catalyst may include 30 to 55 parts by weight, 35 to 50 parts by weight, or 40 to 50 parts by weight of the porous support based on 100 parts by weight of aluminum oxide.

260 ℃ 및 20 kg/㎠의 반응기에 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 3:1의 몰비로 공급하면서 메탄화 반응을 수행했을 때, 상기 촉매의 일산화탄소 전환율은 90 내지 100 %일 수 있다. 구체적으로, 상술한 바와 같은 메탄화 반응시, 상기 촉매의 일산화탄소 전환율은 91 내지 100 %, 또는 92 내지 100 %일 수 있다.When the methanation reaction is performed while supplying hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) at a molar ratio of 3: 1 to a reactor at 260 ° C. and 20 kg / cm 2 , the carbon monoxide conversion of the catalyst may be 90 to 100%. . Specifically, in the methanation reaction as described above, the carbon monoxide conversion of the catalyst may be 91 to 100%, or 92 to 100%.

상기 메탄화 반응의 생성물은 총 카본몰%를 기준으로 20 내지 40 카본몰%의 탄소수 2 이상의 탄화수소가스를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 메탄화 반응의 생성물이 총 카본몰%를 기준으로 25 내지 40 카본몰%의 탄소수 2 이상의 탄화수소가스를 포함할 수 있다.The product of the methanation reaction may include a hydrocarbon gas of 20 to 40 carbon mol% or more carbon atoms based on the total carbon mol%. Specifically, the product of the methanation reaction may include a hydrocarbon gas of 25 to 40 carbon mol% 2 or more carbon atoms based on the total carbon mol%.

상기 탄소수 2 이상의 탄화수소가스는, 예를 들어, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등을 들 수 있다.Examples of the hydrocarbon gas having 2 or more carbon atoms include ethane, propane, butane, pentane and the like.

상기 촉매는 소결, 코크스화 또는 오염 등에 의한 비활성화를 방지하기 위해, 칼슘 아세테이트, 마그네슘 아세테이트, 나이트레이트 및 클로라이드 계열의 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 촉매 활성 성분에 포함할 수 있다. 또한, 상기 전구체는 촉매 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부의 양으로 포함될 수 있다.The catalyst may be included in at least one catalytically active ingredient selected from the group consisting of calcium acetate, magnesium acetate, nitrate and chloride series precursors to prevent deactivation by sintering, coking or contamination. In addition, the precursor may be included in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst.

예를 들어, 상기 촉매는 산화알루미늄 전구체, 니켈 전구체 및 코발트 전구체를 포함하는 전구체 혼합물, 또는 산화알루미늄 전구체, 니켈 전구체, 코발트 전구체 및 루테늄 전구체를 포함하는 전구체 혼합물과 침전제를 혼합하여 공침함으로써 제조될 수 있다. 또한, 상기 촉매는 상기 전구체 혼합물 및 침전제를 다공성 지지체에 첨가하여 함침시킴으로써 제조될 수 있다.For example, the catalyst can be prepared by mixing and coprecipitating a precursor mixture comprising an aluminum oxide precursor, a nickel precursor and a cobalt precursor, or a precursor mixture comprising an aluminum oxide precursor, a nickel precursor, a cobalt precursor, and a ruthenium precursor and a precipitant. have. In addition, the catalyst may be prepared by impregnating the precursor mixture and the precipitant by adding the porous support.

상술한 바와 같이 제조된 촉매는 (a) 100 내지 200 ℃에서 12 내지 30 시간 동안 건조하는 단계; (b) 건조된 촉매를 300 내지 700 ℃, 또는 400 내지 600 ℃에서 소성하는 단계; 및 (c) 소성된 촉매를 280 내지 700 ℃, 수소 존재 및 상압 하에서 환원하는 단계를 통해 건조, 소성 및 환원될 수 있다.The catalyst prepared as described above is (a) drying for 12 to 30 hours at 100 to 200 ℃; (b) calcining the dried catalyst at 300 to 700 ° C., or 400 to 600 ° C .; And (c) reducing the calcined catalyst at 280 to 700 ° C. under hydrogen presence and atmospheric pressure.

상기 공침이란 2종 이상의 이온들을 수용액 혹은 비수용액에서 동시에 침전시키는 것으로, 상기 전구체 혼합물에 포함된 전구체들을 동시에 침전시키는 것을 의미한다.The coprecipitation is to simultaneously precipitate two or more ions in an aqueous solution or a non-aqueous solution, and means to simultaneously precipitate precursors included in the precursor mixture.

상기 함침이란 금속에 다른 금속이나 기타 물질을 완전히 밀착시키는 것으로, 상기 전구체 혼합물을 다공성 지지체의 기공에 담지시키는 것을 의미한다.The impregnation means to completely adhere other metals or other materials to the metal, and to impregnate the precursor mixture in the pores of the porous support.

합성천연가스의Synthetic natural gas 제조방법 Manufacturing method

본 발명은 연료의 가스화로 생성된 합성 가스를 수성가스전환 공정, 메탄화 공정, 탈황 및 이산화탄소 분리 공정을 거쳐 합성천연가스를 제조하는 방법에 있어서,The present invention is a method for producing a synthetic natural gas through the synthesis gas generated by the gasification of the fuel through a water gas conversion process, methanation process, desulfurization and carbon dioxide separation process,

상기 메탄화 공정이 상술한 바와 같은 합성천연가스 합성용 촉매를 포함하여 수행하고,The methanation process is carried out including the catalyst for synthesizing natural gas as described above,

상기 메탄화 공정이 메탄화 반응 및 피셔-트롭쉬 반응(fishcher tropsch process)이 동시에 진행되는, 합성천연가스의 제조방법을 제공한다.The methanation process provides a method for producing a synthetic natural gas, in which a methanation reaction and a Fisher-Tropsch reaction are simultaneously performed.

상기 연료는 탄화수소계열의 원료로, 예를 들면, 석탄이나 저급 연료일 수 있다. 구체적으로, 상기 연료는 석탄, 바이오매스, 폐기물, 중질잔사유 등일 수 있다.The fuel is a hydrocarbon-based raw material, and may be, for example, coal or lower fuel. Specifically, the fuel may be coal, biomass, waste, heavy residue oil, or the like.

상기 메탄화 공정에서 메탄화 반응 및 피셔-트롭쉬 반응이 동시에 진행되면 하기 화학식 1 내지 5와 같은 양론비로 탄화수소와 물이 생성된다. 이와 같은 탄화수소가 생성되면, 물을 제외한 상태에서 메탄화 반응만을 고려할 때, 반응 후 생성물은 부피가 25%로 감소하지만, 피셔-트롭쉬 반응으로 인해 탄소수 2 이상의 탄화수소가 생성되면, 반응 후 생성물은 부피가 14.3%(C2의 탄화수소), 10%(C3의 탄화수소), 7.7%(C4의 탄화수소), 6.3%(C5의 탄화수소) 등으로 감소한다. 따라서, 메탄화 공정에서 메탄화 반응 및 피셔-트롭쉬 반응이 동시에 진행되어 탄소수 2 이상의 탄화수소가 생성되면, 상기 메탄화 공정 이후에 위치한 반응기의 용량을 줄일 수 있다.When the methanation reaction and the Fischer-Tropsch reaction proceeds simultaneously in the methanation process, hydrocarbons and water are produced at a stoichiometric ratio such as the following Chemical Formulas 1 to 5. When such hydrocarbons are produced, considering only the methanation reaction in the absence of water, the product after the reaction is reduced to 25% by volume, but if the hydrocarbon-Tropsch reaction generates hydrocarbons having 2 or more carbon atoms, the product after the reaction The volume is reduced to 14.3% (C 2 hydrocarbon), 10% (C 3 hydrocarbon), 7.7% (C 4 hydrocarbon), 6.3% (C 5 hydrocarbon). Accordingly, when the methanation reaction and the Fischer-Tropsch reaction are simultaneously performed in the methanation process to produce hydrocarbons having 2 or more carbon atoms, the capacity of the reactor located after the methanation process can be reduced.

[화학식 1][Formula 1]

CO + 3H2 → CH4 + H2OCO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O

[화학식 2][Formula 2]

2CO + 5H2 → C2H6 + 2H2O2CO + 5H 2 → C 2 H 6 + 2H 2 O

[화학식 3][Formula 3]

3CO + 7H2 → C3H8 + 3H2O3CO + 7H 2 → C 3 H 8 + 3H 2 O

[화학식 4][Formula 4]

4CO + 9H2 → C4H10 + 4H2O4CO + 9H 2 → C 4 H 10 + 4H 2 O

[화학식 5][Formula 5]

5CO + 11H2 → C5H12 + 5H2O5CO + 11H 2 → C 5 H 12 + 5H 2 O

상기 화학식 1 내지 5에서 보는 바와 같이, 메탄화 반응에는 수성가스 전환공정을 통하여 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 몰비가 3.0 : 1인 합성가스를 공급해야 한다. 그러나, 본 발명의 제조방법은 메탄화 반응과 피셔-트롭쉬 반응이 동시에 진행되므로 수소와 일산화탄소의 몰비가 3.0 : 1 보다 낮은 조건에서도 운전이 가능하다. 이로 인해, 본 발명의 제조방법은 수성가스 전환공정에서 이산화탄소로 전환되는 일산화탄소의 양을 줄일 수 있고, 기존의 공정에 비해 탄소(C)의 전환율이 우수하다.As shown in Chemical Formulas 1 to 5, the methanation reaction must be supplied with a synthesis gas having a molar ratio of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) of 3.0: 1 through a water gas conversion process. However, in the production method of the present invention, since the methanation reaction and the Fischer-Tropsch reaction proceed simultaneously, the molar ratio of hydrogen and carbon monoxide is lower than 3.0: 1, and thus it can be operated. Therefore, the production method of the present invention can reduce the amount of carbon monoxide converted to carbon dioxide in the water gas conversion process, it is excellent in the conversion rate of carbon (C) compared to the existing process.

구체적으로, 상기 메탄화 공정에 공급되는 합성가스는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 몰비가 2 내지 3 : 1일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 메탄화 공정에 공급되는 합성가스는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 몰비가 2.5 내지 3 : 1일 수 있다.Specifically, the syngas supplied to the methanation process may have a molar ratio of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) of 2 to 3: 1. More specifically, the syngas supplied to the methanation process may have a molar ratio of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) of 2.5 to 3: 1.

상기 메탄화 공정은 250 내지 650 ℃ 및 15 내지 30 kg/㎠의 조건에서 500 내지 20,000 L/kgcathr의 공간속도로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 메탄화 공정은 250 내지 500 ℃ 및 15 내지 25 kg/㎠의 조건에서 1,000 내지 10,000 L/kgcathr의 공간속도로 수행될 수 있다.The methanation process may be performed at a space velocity of 500 to 20,000 L / kg cat hr under conditions of 250 to 650 ° C. and 15 to 30 kg / cm 2. Specifically, the methanation process may be performed at a space velocity of 1,000 to 10,000 L / kg cat hr under the conditions of 250 to 500 ℃ and 15 to 25 kg / ㎠.

상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The above content is described in more detail by the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the examples is not limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

제조예Production Example 1. 니켈-코발트-알루미늄/제올라이트 촉매의 제조 1. Preparation of nickel-cobalt-aluminum / zeolite catalysts

ZSM-5 지지체 1.25 g을 400 ㎖의 3차 증류수에 넣고 교반하면서 60℃로 유지시켜 다공성 지지체 용액을 제조하였다. 한편, 니켈 나이트레이트 수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 1.053g, 코발트 나이트레이트 수화물(Co(NO3)2·6H2O) 1.839g 및 알루미늄 나이트레이트 수화물(Al(NO3)3·9H2O) 12.514g을 200 ㎖의 3차 증류수에 첨가하여 전구체 혼합물을 제조하였다. 이후, 탄산나트륨(Na2CO3) 6.2862g을 200 ㎖의 3차 증류수에 녹여 침전제 용액을 제조하였다. 상기 다공성 지지체 용액에 상기 전구체 혼합물 및 침전체 용액을 첨가하여 5g의 촉매를 제조하였다.1.25 g of a ZSM-5 support was placed in 400 ml of tertiary distilled water and maintained at 60 ° C. while stirring to prepare a porous support solution. Meanwhile, 1.053 g of nickel nitrate hydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O), 1.839 g of cobalt nitrate hydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) and aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3 )). 12.514 g 3 · 9H 2 O) was added to 200 mL of tertiary distilled water to prepare a precursor mixture. Thereafter, 6.2862 g of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) was dissolved in 200 ml of tertiary distilled water to prepare a precipitant solution. 5 g of the catalyst was prepared by adding the precursor mixture and the precipitate solution to the porous support solution.

이후, 제조된 촉매를 60 ℃에서 3시간 동안 교반하여 물을 제거하고, 105 ℃에서 20시간 동안 건조하였다. 이후 건조된 촉매를 400 ℃의 공기 분위기에서 5시간 동안 소성 처리하여 니켈-코발트-알루미늄/제올라이트 촉매를 제조하였다. 이때, 상기 촉매의 조성은 금속기준 5 중량부 Ni-15 중량부 Co-100 중량부 Al2O3/ZSM-5이었다.Thereafter, the prepared catalyst was stirred at 60 ° C. for 3 hours to remove water, and dried at 105 ° C. for 20 hours. Thereafter, the dried catalyst was calcined in an air atmosphere at 400 ° C. for 5 hours to prepare a nickel-cobalt-aluminum / zeolite catalyst. In this case, the composition of the catalyst was 5 parts by weight of Ni-15 parts by weight of Co-100 parts by weight of Al 2 O 3 / ZSM-5.

제조예Production Example 2. 니켈-코발트-루테늄-알루미늄/제올라이트 촉매의 제조 2. Preparation of nickel-cobalt-ruthenium-aluminum / zeolite catalysts

전구체 혼합물로 니켈 나이트레이트 수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 3.160g, 코발트 나이트레이트 수화물(Co(NO3)2·6H2O) 0.613g, 알루미늄 나이트레이트 수화물(Al(NO3)3·9H2O) 12.514g, 및 루테늄 나이트레이트 수화물(Ru(NO)(NO3)3) 0.0105g을 200 ㎖의 3차 증류수에 첨가하여 제조하고, 침전제 용액으로 탄산나트륨(Na2CO3) 6.6088g을 첨가하여 제조한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.3.160 g of nickel nitrate hydrate (Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) as precursor mixture, 0.613 g of cobalt nitrate hydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O), aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3) ) 3 · 9H 2 O) 12.514g , and ruthenium nitrate hydrate (Ru (NO) (NO 3 ) 3) a prepared by adding to deionized water of 200 ㎖ 0.0105g, and a precipitant solution of sodium carbonate (Na 2 CO 3 A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 6.6088 g was added thereto.

제조된 촉매는 니켈-코발트-알루미늄/제올라이트 촉매이었고, 상기 촉매의 조성은 금속기준 15 중량부 Ni-5 중량부 Co-0.1 중량부 Ru-100 중량부 Al2O3/ZSM-5이었다.The prepared catalyst was a nickel-cobalt-aluminum / zeolite catalyst, and the composition of the catalyst was 15 parts by weight of Ni-5 parts by weight of Co-0.1 parts by weight of Ru-100 parts by weight of Al 2 O 3 / ZSM-5.

제조예Production Example 3. 니켈-코발트-루테늄-알루미늄 촉매의 제조 3. Preparation of Nickel-Cobalt-Ruthenium-Aluminum Catalyst

니켈 나이트레이트 수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 3.160g, 코발트 나이트레이트 수화물(Co(NO3)2·6H2O) 0.613g, 알루미늄 나이트레이트 수화물(Al(NO3)3·9H2O) 12.514g, 및 루테늄 나이트레이트 수화물(Ru(NO)(NO3)3) 0.5229g을 200 ㎖의 3차 증류수에 첨가하여 전구체 혼합물을 제조하였다. 한편, 탄산나트륨(Na2CO3) 6.6088g을 200 ㎖의 3차 증류수에 첨가하여 침전제 용액을 제조하였다. 이후, 400 ㎖의 3차 증류수에 상기 전구체 혼합물 및 상기 침전제 용액을 넣고 교반하면서 60℃로 유지하며 공침하여 5g의 촉매를 제조하였다.Nickel nitrate hydrate (Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) 3.160 g, cobalt nitrate hydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) 0.613 g, aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3 ) 3 A precursor mixture was prepared by adding 12.514 g of 9H 2 O) and 0.5229 g of ruthenium nitrate hydrate (Ru (NO) (NO 3 ) 3 ) to 200 mL of tertiary distilled water. Meanwhile, 6.6088 g of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) was added to 200 ml of tertiary distilled water to prepare a precipitant solution. Thereafter, the precursor mixture and the precipitant solution were added to 400 ml of tertiary distilled water and co-precipitated while maintaining at 60 ° C. while stirring to prepare 5 g of a catalyst.

제조된 촉매는 니켈-코발트-루테늄-알루미늄 촉매이었고, 상기 촉매의 조성은 금속기준 15 중량부 Ni-5 중량부 Co-5 중량부 Ru-100 중량부 Al2O3이었다.The prepared catalyst was a nickel-cobalt-ruthenium-aluminum catalyst, and the composition of the catalyst was 15 parts by weight of Ni-5 parts by weight of Co-5 parts by weight of Ru-100 parts by weight of Al 2 O 3 .

비교예Comparative example 1. 니켈/알루미늄 금속산화물 촉매 1. Nickel / Aluminum Metal Oxide Catalysts

니켈 전구체인 니켈 나이트레이트 수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 3.06g을 60 ㎖의 3차 증류수에 녹인 후, 알루미늄 금속산화물 지지체(제조사: 삼전화학, 제품명: 알루미늄 파우더) 3g과 혼합하고 60 ℃에서 6시간 동안 교반하고 감압증류장치를 이용하여 물을 제거하였다. 이후, 105 ℃에서 20시간 동안 건조한 후 500 ℃의 공기 분위기에서 5시간 동안 소성 처리하여 니켈/알루미늄 금속산화물 촉매를 제조하였다. 이때, 상기 촉매의 조성은 금속기준 20 중량부 Ni/Al2O3이었으며, 촉매의 비표면적은 207.9 ㎡/g이었다.3.06 g of nickel nitrate hydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O), a nickel precursor, was dissolved in 60 ml of tertiary distilled water and mixed with 3 g of an aluminum metal oxide support (manufacturer: Samjeon Chemical, product name: aluminum powder). And stirred at 60 ℃ for 6 hours and water was removed using a vacuum distillation apparatus. Thereafter, the resultant was dried at 105 ° C. for 20 hours and calcined at 500 ° C. for 5 hours to prepare a nickel / aluminum metal oxide catalyst. In this case, the composition of the catalyst was 20 parts by weight of Ni / Al 2 O 3 based on the metal, the specific surface area of the catalyst was 207.9 m 2 / g.

비교예Comparative example 2. 니켈-알루미늄/제올라이트 촉매의 제조 2. Preparation of Nickel-Aluminum / zeolite Catalysts

전구체 혼합물로 니켈 나이트레이트 수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 4.213g 및 알루미늄 나이트레이트 수화물(Al(NO3)3·9H2O) 12.514g을 200 ㎖의 3차 증류수에 첨가하여 제조하고, 침전제 용액으로 200 ㎖의 3차 증류수 및 탄산나트륨(Na2CO3) 6.7701g을 혼합하여 제조한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다. As a precursor mixture, 4.213 g of nickel nitrate hydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) and 12.514 g of aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) were added to 200 ml of tertiary distilled water. A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 200 ml of tertiary distilled water and 6.7701 g of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) were mixed with the precipitant solution.

제조된 촉매는 니켈-알루미늄 촉매이었으며, 상기 촉매의 조성은 금속기준 5 중량부 Ni-100 중량부 Al2O3/ZSM-5이었다.The prepared catalyst was a nickel-aluminum catalyst, and the composition of the catalyst was 5 parts by weight of Ni-100 parts by weight of Al 2 O 3 / ZSM-5 based on metal.

비교예Comparative example 3. 니켈-코발트-알루미늄/제올라이트 촉매의 제조 3. Preparation of Nickel-Cobalt-Aluminum / zeolite Catalysts

전구체 혼합물에 루테늄 전구체를 혼합하지 않은 것을 제외하고는, 제조예 2와 동일한 방법으로 촉매를 제조하였으며, 제조된 촉매는 니켈-코발트-알루미늄/제올라이트 촉매를 제조하였다. 이때, 상기 촉매의 조성은 금속기준 15 중량부 Ni-5 중량부 Co-100 중량부 Al2O3/ZSM-5이었다.A catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 2, except that the ruthenium precursor was not mixed with the precursor mixture, and the prepared catalyst prepared a nickel-cobalt-aluminum / zeolite catalyst. In this case, the composition of the catalyst was 15 parts by weight of Ni-5 parts by weight of Co-100 parts by weight of Al 2 O 3 / ZSM-5.

비교예Comparative example 4. 니켈-코발트-알루미늄/제올라이트 촉매의 제조 4. Preparation of nickel-cobalt-aluminum / zeolite catalysts

전구체 혼합물로 니켈 나이트레이트 수화물(Ni(NO3)2·6H2O) 2.107g, 코발트 나이트레이트 수화물(Co(NO3)2·6H2O) 1.226g 및 알루미늄 나이트레이트 수화물 (Al(NO3)3·9H2O) 12.514g을 200 ㎖의 3차 증류수에 첨가하여 제조하고, 침전제 용액으로 200 ㎖의 3차 증류수 및 탄산나트륨(Na2CO3) 6.4475g을 혼합하여 제조한 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.2.107 g of nickel nitrate hydrate (Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O), 1.226 g of cobalt nitrate hydrate (Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) and aluminum nitrate hydrate (Al (NO 3) 12.514 g) 3 .9H 2 O) was added to 200 ml of tertiary distilled water, except that 200 ml of tertiary distilled water and 6.4475 g of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) were mixed with a precipitant solution. , The catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1.

제조된 촉매는 니켈-코발트-알루미늄/제올라이트 촉매이었고, 상기 촉매의 조성은 금속기준 15 중량부 Ni-5 중량부 Co-100 중량부 Al2O3/ZSM-5이었다.The prepared catalyst was a nickel-cobalt-aluminum / zeolite catalyst, and the composition of the catalyst was 15 parts by weight of Ni-5 parts by weight of Co-100 parts by weight of Al 2 O 3 / ZSM-5.

시험예Test Example 1.  One. 메탄화Methanation 공정 fair

메탄화 공정을 시작하기 전에 1/2인치 스테인레스 고정층 반응기에 0.3 g의 제조예 1 내지 3 및 비교예 2 내지 4의 촉매를 장입하였다. 이후, 300 ℃의 수소(8 부피% H2/He) 분위기하에서 4시간 동안 촉매를 환원 처리하였다. 이후, 반응기를 260 ℃, 20 kg/㎠, 및 4,000 L/kgcat·hr의 공간속도으로 4 부피%의 아르곤을 포함하는 일산화탄소와 수소를 포함하는 합성 가스(일산화탄소 : 수소의 몰비= 1 : 3)를 반응기에 주입하여 피셔-트롭쉬 반응과 메탄화 반응을 수행하였다. 상기 반응으로 생성된 생성물의 분석 결과는 촉매의 활성이 안정화되어 유지되는 반응 시작 10시간 후에 2 시간 동안 생성된 생성물의 선택도 및 전환율의 평균값을 계산하여 하기 표 2에 나타냈다.0.3 g of catalysts of Preparation Examples 1-3 and Comparative Examples 2-4 were charged to a 1/2 inch stainless fixed bed reactor before starting the methanation process. Thereafter, the catalyst was reduced for 4 hours under hydrogen (8 vol% H 2 / He) atmosphere at 300 ° C. Subsequently, the reactor was subjected to synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen containing 4% by volume of argon at a space velocity of 260 ° C., 20 kg / cm 2, and 4,000 L / kg cat.hr. ) Was injected into the reactor to carry out the Fischer-Tropsch reaction and the methanation reaction. The analysis result of the product produced by the reaction is shown in Table 2 by calculating the average value of the selectivity and conversion of the product produced for 2 hours after the start of the reaction 10 hours after the activity of the catalyst is maintained stabilized.

반면, 비교예 1의 촉매는 450 ℃의 수소(8 부피% H2/He) 분위기하에서 6시간 동안 환원 처리하고, 350 ℃, 20 kg/㎠, 및 3,000 L/kgcat·hr의 공간속도로 반응을 수행한 것을 제외하고는, 상술한 바와 같이 동일한 방법으로 메탄화 공정을 수행하였으며, 생성물의 선택도 및 전환율의 평균값을 하기 표 2에 나타냈다.On the other hand, the catalyst of Comparative Example 1 was reduced for 6 hours in an atmosphere of hydrogen (8 vol% H 2 / He) at 450 ° C., and at a space velocity of 350 ° C., 20 kg / cm 2, and 3,000 L / kg cat.hr. Except that the reaction was carried out, the methanation process was carried out in the same manner as described above, the average value of the selectivity and conversion of the product is shown in Table 2 below.

촉매의 조성Composition of catalyst CO 전환율
(카본몰%)
CO conversion rate
(Carbon Mall%)
생성물의 선택도 (카본몰%)Selectivity of the product (carbon mole%)
CH4 CH 4 C2 이상의
탄화수소가스
C 2 or more
Hydrocarbon gas
CO2 CO 2
제조예 1Preparation Example 1 5 Ni-15 Co-100 Al2O3/ZSM55 Ni-15 Co-100 Al 2 O 3 / ZSM5 100.0 100.0 66.9 66.9 29.3 29.3 3.83.8 제조예 2Preparation Example 2 15 Ni-5 Co-0.1 Ru-100 Al2O3/ZSM515 Ni-5 Co-0.1 Ru-100 Al 2 O 3 / ZSM5 96.3 96.3 28.2 28.2 36.1 36.1 32.032.0 제조예 3Preparation Example 3 15 Ni-5 Co-5 Ru-100 Al2O3 15 Ni-5 Co-5 Ru-100 Al 2 O 3 100.0 100.0 72.0 72.0 26.2 26.2 1.81.8 비교예 1Comparative Example 1 20 Ni/Al2O3 20 Ni / Al 2 O 3 95.695.6 97.997.9 -- 2.12.1 비교예 2Comparative Example 2 20 Ni-100 Al2O3/ZSM520 Ni-100 Al 2 O 3 / ZSM5 5.0 5.0 1.6 1.6 3.4 3.4 -- 비교예 3Comparative Example 3 15 Ni-5 Co-100 Al2O3/ZSM515 Ni-5 Co-100 Al 2 O 3 / ZSM5 5.1 5.1 1.7 1.7 3.4 3.4 -- 비교예 4Comparative Example 4 10 Ni-10 Co-100 Al2O3/ZSM510 Ni-10 Co-100 Al 2 O 3 / ZSM5 100.0 100.0 90.2 90.2 1.8 1.8 8.08.0

표 2에서 보는 바와 같이, 제조예 1 내지 3의 촉매는 메탄 및 C2 이상의 탄화수소가스를 포함하는 생성물이 생성되었다. 본 발명의 촉매는 C2 이상의 탄화수소가스를 포함하는 고발열량의 합성천연가스를 생산함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, the catalyst of Preparation Examples 1 to 3 produced a product containing methane and C 2 or more hydrocarbon gas. The catalyst of the present invention was confirmed to produce a high calorific value synthetic natural gas containing a hydrocarbon gas of C 2 or more.

반면, 종래 메탄화 반응 촉매인 비교예 1의 촉매는 생성물에 C2 이상의 탄화수소가스가 포함하지 않으며, 코발트의 함량이 낮으면서 루테늄을 포함하지 않는 비교예 2 내지 4의 촉매는 생성물에 C2 이상의 탄화수소가스가 소량 포함되어 발열량이 낮았다. 특히, 비교예 2 및 3의 촉매는 일산화탄소의 전환율이 매우 낮았다.On the other hand, the catalyst of Comparative Example 1, which is a conventional methanation reaction catalyst, does not contain C 2 or more hydrocarbon gas in the product, and the catalysts of Comparative Examples 2 to 4 that do not contain ruthenium with low cobalt content have C 2 or more in the product. The calorific value was low due to the small amount of hydrocarbon gas included. In particular, the catalysts of Comparative Examples 2 and 3 had very low conversion of carbon monoxide.

시험예Test Example 2. 2.

일산화탄소와 수소의 몰비가 4:6, 5:5 또는 6:4로 조절한 합성 가스를 사용한 것을 제외하고는, 메탄화 공정을 수행하면서, 합성천연가스의 발열량을 측정하였으며, 그 결과를 표 3에 나타냈다.Except for using the synthesis gas in which the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen was adjusted to 4: 6, 5: 5 or 6: 4, the calorific value of the synthetic natural gas was measured while performing the methanation process. Indicated.

촉매의 조성Composition of catalyst 발열량 (kcal/N㎥)Calorific Value (kcal / N㎥) 4 : 64: 6 5 :55: 5 6 : 46: 4 제조예 1Preparation Example 1 5 Ni-15 Co-100 Al2O3/ZSM55 Ni-15 Co-100 Al 2 O 3 / ZSM5 10,79410,794 10,47110,471 10,14810,148 제조예 3Preparation Example 3 15 Ni-5 Co-5 Ru-100 Al2O3 15 Ni-5 Co-5 Ru-100 Al 2 O 3 10,68710,687 10,38010,380 10,07710,077

표 3에서 보는 바와 같이, 종래 합성천연가스와 시험예 1의 합성천연가스를 5:5의 부피비로 분기하였을 때, 합성천연가스의 발열량이 10,400 kcal/N㎥로 나타나 발열량이 우수하였다.As shown in Table 3, when the conventional natural gas and the synthetic natural gas of Test Example 1 branched at a volume ratio of 5: 5, the calorific value of the synthetic natural gas was 10,400 kcal / Nm 3, indicating that the calorific value was excellent.

Claims (11)

산화알루미늄, 니켈 및 코발트; 및
다공성 지지체로서 제올라이트를 포함하고,
상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 11 중량부 이상의 상기 코발트를 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매.
Aluminum oxide, nickel and cobalt; And
Zeolite as a porous support,
A catalyst for synthesizing natural gas comprising 11 parts by weight or more of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.
산화알루미늄, 니켈, 코발트 및 루테늄(Ru); 및
다공성 지지체로서 제올라이트를 포함하고,
상기 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 7 중량부의 상기 루테늄 및 1 내지 10 중량부의 상기 코발트를 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매.
Aluminum oxide, nickel, cobalt and ruthenium (Ru); And
Zeolite as a porous support,
A catalyst for synthesizing natural gas comprising 0.05 to 7 parts by weight of the ruthenium and 1 to 10 parts by weight of the cobalt based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 촉매가 지르코늄(Zr), 세륨(Ce), 백금(Pt), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd) 및 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 조촉매를 더 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매.
The method according to claim 1 or 2,
Synthetic natural gas further comprises at least one promoter selected from the group consisting of zirconium (Zr), cerium (Ce), platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd) and gallium (Ga) Catalyst for synthesis.
제1항에 있어서,
상기 촉매가 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 12 내지 20 중량부의 코발트를 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매.
The method of claim 1,
The catalyst for synthesizing natural gas comprising 12 to 20 parts by weight of cobalt based on 100 parts by weight of aluminum oxide.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 촉매가 산화알루미늄 100 중량부를 기준으로 30 내지 60 중량부의 다공성 지지체를 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매.
The method of claim 1,
Catalyst for synthesizing natural gas, the catalyst comprises 30 to 60 parts by weight of a porous support based on 100 parts by weight of aluminum oxide.
제1항 또는 제2항에 있어서,
260 ℃ 및 20 kg/㎠의 반응기에 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 3:1의 몰비로 공급하면서 메탄화 반응을 수행했을 때, 상기 촉매의 일산화탄소 전환율이 90 내지 100 %인, 합성천연가스 합성용 촉매.
The method according to claim 1 or 2,
When the methanation reaction was carried out while supplying hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) at a molar ratio of 3: 1 to a reactor at 260 ° C. and 20 kg / cm 2 , the carbon monoxide conversion of the catalyst was 90 to 100%. Catalyst for natural gas synthesis.
제8항에 있어서,
상기 메탄화 반응의 생성물이 총 카본몰%를 기준으로 20 내지 40 카본몰%의 탄소수 2 이상의 탄화수소가스를 포함하는, 합성천연가스 합성용 촉매.
The method of claim 8,
The product of the methanation reaction comprises a hydrocarbon gas of 20 to 40 carbon mol% or more carbon atoms of 2 or more based on the total carbon mol%, synthetic natural gas synthesis catalyst.
연료의 가스화로 생성된 합성 가스를 수성가스전환 공정, 메탄화 공정, 탈황 및 이산화탄소 분리 공정을 거쳐 합성천연가스를 제조하는 방법에 있어서,
상기 메탄화 공정이 제1항 또는 제2항의 합성천연가스 합성용 촉매를 포함하여 수행하고,
상기 메탄화 공정이 메탄화 반응 및 피셔-트롭쉬 반응이 동시에 진행되는, 합성천연가스의 제조방법.
In the method for producing a synthetic natural gas through the synthesis gas produced by the gasification of the fuel through a water gas conversion process, methanation process, desulfurization and carbon dioxide separation process,
The methanation process is carried out including the catalyst for synthesizing the natural gas of claim 1 or 2,
The methanation process is a methanation reaction and Fischer-Tropsch reaction proceeds simultaneously, the method for producing a synthetic natural gas.
제10항에 있어서,
상기 메탄화 공정에 공급되는 합성가스는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 몰비가 2 내지 3 : 1인, 합성천연가스의 제조방법.
The method of claim 10,
Synthesis gas supplied to the methanation process has a molar ratio of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) 2 to 3: 1, the method for producing a synthetic natural gas.
KR1020170181241A 2017-12-27 2017-12-27 Catalyst for synthesizing synthetic natural gas and manufacturing method for high calorific synthetic natural gas using the same KR102073959B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170181241A KR102073959B1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Catalyst for synthesizing synthetic natural gas and manufacturing method for high calorific synthetic natural gas using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170181241A KR102073959B1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Catalyst for synthesizing synthetic natural gas and manufacturing method for high calorific synthetic natural gas using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190079204A KR20190079204A (en) 2019-07-05
KR102073959B1 true KR102073959B1 (en) 2020-02-05

Family

ID=67224975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170181241A KR102073959B1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Catalyst for synthesizing synthetic natural gas and manufacturing method for high calorific synthetic natural gas using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102073959B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102151067B1 (en) * 2019-09-30 2020-09-02 한국과학기술원 Catalyst for oxidative coupling of methane containing palladium supported on cerium palladium solid solution and oxidative coupling method using the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL2261308T3 (en) 2009-05-07 2013-11-29 Haldor Topsoe As Process for the production of natural gas
WO2014007598A1 (en) * 2012-07-06 2014-01-09 한국화학연구원 Hybrid catalyst for fischer-tropsch synthesis reaction, and fischer-tropsch synthesis process using same
KR101453443B1 (en) * 2012-12-28 2014-10-23 재단법인 포항산업과학연구원 Catalysts for the production of higher calorific synthetic natural gas and the preparation method thereof
KR20140087264A (en) * 2012-12-28 2014-07-09 재단법인 포항산업과학연구원 Mesoporous Ni-X-Al2O3 xerogel catalyst, preparation method thereof, and method for preparing methane using said catalyst
KR101799747B1 (en) * 2015-07-09 2017-11-21 인하대학교 산학협력단 Cu-Zn-Al based catalyst for methanol synthesis and its preparation method via alcohol

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190079204A (en) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100991263B1 (en) Nickel based Catalyst for reforming of natural gas with mixture of steam and carbon dioxide
EP1093852B1 (en) Process for the autothermal reforming of hydrocarbon feedstock
US4542122A (en) Cobalt catalysts for the preparation of hydrocarbons from synthesis gas and from methanol
KR101085038B1 (en) Catalyst for synthesis of methanol from syngas and preparation method thereof
US8206576B2 (en) Nickel based catalyst using hydrotalcite-like precursor and steam reforming reaction of LPG
AU2013357970B2 (en) Process for preparing Fisher-Tropsch catalyst
KR20100133766A (en) Fe-based catalyst for the reaction of fischer-tropsch synthesis and preparation method thereof
KR101595181B1 (en) Process for the preparation of fisher-tropsch catalysts having improved activity and life time
KR101437072B1 (en) Catalyst for efficient co2 conversion and method for preparing thereof
EP1296914A1 (en) Catalyst and process for the preparation of hydrocarbons
AU2001281920A1 (en) Catalyst and process for the preparation of hydrocarbons
KR20150137733A (en) Process for the preparation of fisher-tropsch catalysts with high activity
JP4132295B2 (en) Method for producing liquid hydrocarbon oil from lower hydrocarbon gas containing carbon dioxide gas
KR101453443B1 (en) Catalysts for the production of higher calorific synthetic natural gas and the preparation method thereof
EP2152413A2 (en) Preparation methods for liquid hydrocarbons from syngas by using the zirconia-aluminum oxide-based fischer-tropsch catalysts
KR102073959B1 (en) Catalyst for synthesizing synthetic natural gas and manufacturing method for high calorific synthetic natural gas using the same
KR101098005B1 (en) The Catalyst of Fe-Mg Based for Fischer-Tropsch Synthesis, and Preparation and Application Method of the Same
KR102186058B1 (en) Catalyst Comprising MgO-Al2O3 Hybrid Support and The Method of Preparing Synthesis Gas from Carbon Dioxide Reforming of Alcohol Using the Same
US20090005242A1 (en) Catalyst for Synthesizing Hydrocarbons C5-C100 and Method of Preparation Thereof
KR20150129566A (en) Ni-based catalysts for combined steam and carbon dioxide reforming with natural gas
KR101096177B1 (en) The Catalyst of Fe-Mg Based for Fischer-Tropsch Synthesis, A Preparing Method for
KR101372871B1 (en) The platinum catalyst impregnated on Hydrotalcite structure of 8B transition metal-magnesium-aluminum oxide as a carrier and preparation method thereof
KR101533537B1 (en) Catalyst platinum loaded in the mixed oxide support comprising ceria-zirconia for aqueous phase reforming
KR101276018B1 (en) Catalyst for fischer―tropsch process and method for preparing the same
Chen et al. Development of Multifunctional Catalysts for the Direct Hydrogenation of Carbon Dioxide to Higher Alcohols

Legal Events

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