The Kinetic Study of Carbon Deposition in CO₂ Reforming of CH₄

메탄의 이산화탄소 개질반응의 탄소퇴적속도에 관한 연구

This paper reports the study on coking rate and carbon formation route as a function of reaction temperature using the Ni catalysts in the $CO_2$ reforming of methane. In this paper, carbon deposition on catalysts and its kinetics during reforming reaction were studied by using a thermogravimetric analyzer. Kinetic studies show that reaction orders of carbon formation obtained 1.33 ($CH_4$) and -0.52 ($CO_2$) by experiments on partial pressure of reactant gas, respectively. On the basis of model equation, the kinetic parameters for the coking reaction at different temperatures indicated that methane decomposition dominated carbon formation at lower temperatures ($<600^{\circ}C$), while $CH_4$decomposition and Boudouard reactions become significant for coking in the temperature range of $600{\sim}700^{\circ}C$.

본 논문은 니켈이 담지된 촉매를 이용하여 메탄의 이산화탄소 개질반응에서 발생하는 탄소퇴적의 속도와 반응온도에 따른 카본생성 경로를 연구하였다. 개질 반응이 진행되는 동안 촉매 위에 발생하는 탄소퇴적과 그 속도측정을 위한 반응장치로는 열분석기를 이용하였다. 메탄의 이산화탄소 개질반응에서 반응기체 조성을 달리하여 실험한 결과 코크형성의 반응차수가 1.33($CH_4$)과 -0.52($CO_2$)임을 확인하였다. 또한, 탄소퇴적속도를 이용한 모델식을 근거로 반응온도에 따른 반응속도인자를 계산한 결과 $600^{\circ}C$ 미만에서는 메탄의 분해반응만이 주로 발생하며 $600{\sim}700^{\circ}C$ 사이에서는 메탄의 분해반응과 더불어 이산화탄소 해리반응이 동시에 진행됨을 알았다.