• Clean Technology
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• v.23 no.1
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• pp.104-112
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• 2017

Hydrogen production via steam reforming of liquefaction liquid from marine algae over hydrothermal liquefaction was carried out at 873 ~ 1073 K with a commercial catalyst and Ni based $K_2Ti_xO_y$ added catalysts. Liquefaction liquid obtained by hydrothermal liquefaction (503 K, 2 h) was used as a reactant and comparison studies for catalytic activity over different catalysts (FCR-4-02, $Ni/K_2Ti_xO_y-Al_2O_3$, $Ni/K_2Ti_xO_y-SiO_2$, $Ni/K_2Ti_xO_y-ZrO_2/CeO_2$ and Ni/$K_2Ti_xO_y$-MgO), reaction temperature were performed. Experimental results showed Ni/$K_2Ti_xO_y$ based catalysts ($Ni/K_2Ti_xO_y-Al_2O_3$, $Ni/K_2Ti_xO_y-SiO_2$, Ni/$K_2Ti_xO_y-ZrO_2$/ $CeO_2$ and Ni/$K_2Ti_xO_y$-MgO) have a higher activity than commercial catalyst (FCR-4-02) and In particular, a product composition was different depending on support materials. An acidic support ($Al_2O_3$) and a basic support (MgO) led to a higher selectivity for CO while a neutral support ($SiO_2$) and a reducing support ($ZrO_2/CeO_2$) resulted in a higher $CO_2$ selectivity due to water gas shift reaction.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.16 no.4
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• pp.350-355
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• 2005

소형 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 전기를 만들기 위해서 고순도의 수소를 필요로 한다. 각각의 마이크로 성형된 금속박판(스테인레스 스틸, 알루미늄)을 진공 브레이징법으로 접합하여 수소공급용 소형 개질기를 제작하였다. 마이크로 채널의 내부는 졸-겔법(스테인레스 스틸)과 양극산화법(알루미늄)으로 촉매를 지지하기 위한 다공성 $Al_2O_3$ 층을 형성시켰다. 스테인레스 스틸 박판은 에칭과 브레이징에 유리하였으나, 표면산화층 코팅을 균일하게 하여 안정적인 촉매반응을 유도하기 위한 균일한 표면 산화층 형성이 힘들었다. 반면 알루미늄 박판은 표면 산화층 형성이 상대적으로 용이했으며, 촉매를 상하지 않는 낮은 온도에서의 적층이 가능했다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.97-97
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• 2015

전 세계적으로 화석연료의 고갈 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 신재생에너지에는 수소 에너지, 자연 에너지(태양열, 지열 등), 바이오 매스 에너지 등이 포함된다. 이 중 수소 에너지는 지구상에 풍부하게 존재하고 있는 물과 탄화수소로부터 얻어지며, 연소 시에도 다시 물을 형성하여 오염 물질을 배출하지 않는 차세대 무공해 에너지원으로써 주목을 받고 있다. 수소 제조를 위한 공정에는 수증기 개질 공정(steam reforming), 부분 산화(partial oxidation) 및 자열개질(autothermal reforming) 등이 있으며 실제로 생산되는 대부분의 수소는 탄소/수소비(1:4)가 높은 메탄($CH_4$) 가스를 이용한 메탄 수증기 개질 공정(steam methane reforming)을 통하여 제조된다. 이 때 수소 제조의 고효율화 및 저비용화를 위해서는 반응물에 대한 높은 선택도, 고활성도 및 높은 안정성을 갖는 촉매가 반드시 필요하며, 대표적으로 Ni, Pt, Ru 등이 보고되고 있다. 이러한 촉매들은 대부분 세라믹 pellet 형태로 제작되어 왔으나 열전도도가 낮고 물리적 충격에 취약하다는 단점이 존재한다. 따라서 우리는 이러한 단점을 극복하고, 촉매의 활성을 높이기 위하여 다공성 금속 합금 폼을 촉매 지지체로 도입하였다. 또한, 다공성 금속 합금 폼 표면에 촉매의 분산 및 안정성을 향상시키기 위해 지지체와 촉매 사이에 원자층 증착법을 이용하여 inter-layer를 도입하였다. 이들의 구조, 형태, 및 표면의 화학적 상태는 주사전자현미경, EDS (energy dispersive spectroscopy)가 탑재된 주사전자현미경, X-선 회절, 및 X-선 광전자 분광법을 이용하여 규명하였다. 더하여 정전압-전류 측정법 및 유도 결합 플라즈마 분광 분석기을 이용하여 전기 화학 반응을 유도하고, 반응 후 전해질의 성분분석을 통해 촉매와 지지체 간의 안정성을 평가하였다. 따라서 본 결과들은 한국진공학회 하계정기학술대회를 통해 좀 더 자세히 논의될 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.226.1-226.1
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• 2010

본연구에서는 GTL(gas to liquids)공정의 합성가스 생산을 위해 수증기-이산화탄소 복합개질반응(Combined Steam and Carbon dioxide Reforming of Methane, CSCRM)을 수행하였다. CSCRM은 수증기와 이산화탄소의 공급비 조절을 통해 $H_2$/CO비를 2로 맞추기 용이한 장점을 지니고 있어 다른 단일 개질 반응과 달리 합성가스 생산 시 $H_2$/CO 비율을 조절하기 위한 부가적인 공정이 필요하지 않아 경제적인 공정이다. 일반적으로 사용되는 Ni개질촉매는 가격대비 우수한 성능을 보이지만 S/C비가 낮은 CSCRM의 경우 촉매표면의 탄소침적에 의한 비활성화가 야기되는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 산소저장능력과 산소전달능력이 우수한 $CeO_2$를 조촉매로 첨가하여 표면에 형성된 코크 제거가 용이하도록 하였다. Ni-Ce/$MgAl_2O_4$촉매는 동시함침법(co-impregnation)으로 제조하였으며, Ni의 함량을 10wt%로 고정한 상태에서 Ce의 함량을 조절하여 Ce/Ni 최적비를 찾고자 하였다. XRD, TPR, BET, $H_2$-Chemisorption과 같은 촉매의 특성분석을 통해 촉매의 비표면적, 환원특성과 Ni입자의 분산도 등을 확인하였다. Ce를 첨가함에 따라 Ce2.5wt%까지는 비표면적이 증가하다가 이후 점차 줄어드는 경향성을 보였다. 또한, $H_2$-Chemisorption 결과 역시 비표면적과 유사한 경향성을 보였는데, Ce5.0wt%까지 Ni 분산도가 증가 하다가 다시 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반응실험은 $H_2O:CO_2:CH_4:N_2$ = 0.8:0.4:1:1의 공급조건에서 수행하였으며, 질소와 수소 환원분위기로 $700^{\circ}C$에서 1시간 환원 후 $650^{\circ}C$에서 $550^{\circ}C$범위로 온도를 떨어뜨려가면서 반응을 수행하였다. Ce를 첨가함에 따라 $CH_4$ 전환율이 증가를 하다가 Ce2.5wt% 이후 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 높은 촉매 활성은 Ce 첨가로 인해 환원특성이 좋아지고 Ni분산도가 증가하여 담체와 강한 상호작용(SMSI)을 형성함으로 탄소침적 저항성 강화에 기인한 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.71.2-71.2
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• 2013

천연가스를 화학적 전환에 의해 부가가치를 높이기 위해서는 리포밍에 의해 합성가스(CO/H2)를 경유하는 간접전환경로가 현재로서는 가장 현실적인 방법이라 할 수 있다. 천연가스를 이용한 합성가스 제조기술은 수증기개질법(SRM), 이산화탄소 개질법(CDR, dry reforming), 부분산화법, 촉매 부분 산화법, 자열개질법 등으로 구분되며, 최근에는 각각의 제조방법의 장점을 고려하여 혼합개질법 또는 일련의 리포머 조합 방법이 개발되고 있다. CDR은 촉매 하에서 메탄과 이산화탄소의 직접접촉에 의해 반응이 일어나며, 수소와 일산화탄소의 비가 같은 합성가스가 제조된다. SRM에 비하여 고온에서 반응이 일어나고 전환율이 더 낮으므로 에너지 소비가 상대적으로 높다. 하지만, SRM과 함께 사용하면 합성가스 비율을 F-T합성이나 메탄올 합성에 적절한 비율로 조절이 가능한 장점이 있으며, 온실가스를 저감시킬 수 있는 전환기술로도 각광받고 있다. 본 발표에서는 최근의 CDR을 이용한 가스로부터 합성석유(GTL)와 메탄올을 고효율로 생산하는 기술 개발 동향에 대해서 소개하고자 한다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.9 no.7
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• pp.1070-1078
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• 1998

Thermodynamic analysis on carbon dioxide reforming of methane was performed using a computer program which can handle condensed species in the products, and the reforming experiments were conducted over $Al_2O_3$, $La_2O_3$, ZSM-5, MCM-41, KIT-1 supported nickel catalysts, and a commercial ICI 46-1. It was estabished that a system which consists of $CH_4$, $CO_2$, CO, $H_2$, $H_2O$, and C is appropriate for theoretical equilibrium calculations and addition of water vapor or oxygen was found to diminish the contribution of carbon dioxide in reforming. Silicate molecular sieve-supported catalysts such as Ni/ZSM-5, Ni/MCM-41, Ni/KIT-1 were effective for high $CH_4$ and $CO_2$ conversions as well as for high CO yield. Coke formation was suppressed when CaO was added as a promoter. Ni/Ca/KIT-1 which contains 10% Ni with 3% Ca showed conversion approaching equilibrium levels above $650^{\circ}C$ and maintained constant activity over 20 h. Despite increased space velocity, relatively high conversion and CO yield were observed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.114.2-114.2
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• 2010

마이크로 반응기술은 작은 반응기 부피, 높은 열전달, 넓은 반응 면적/부피 및 정확한 반응시간 조절이 가능하기 때문에 화학공정의 고집적화, 반응 선택도의 향상 및 안전도 향상을 꾀할 수 있는 장점이 있다. 이러한 마이크로 반응 기술을 중소형 천연가스 및 국내에서 소규모로 국지적으로 발생하는 메탄의 활용 방안으로서 개발함은 청정 합성유를 제조함으로서 석유 자원의 고갈과 고유가에 대비하여 에너지 자원의 다변화 및 자립을 확보 할 수 있다. 본 연구에서는 마이크로 반응기술을 적용한 미세 유로 반응기(Micro Channel Reactor)를 사용하여 메탄 스팀 개질 반응 특성을 연구하였다. 미세유로 반응기는 내부 홀이 존재하는 plate를 적층함으로 반응기내에 반응가스가 이동할 수 있는 미세유로가 존재하게 하였다. 이러한 미세유로는 반응기의 크기가 작음에도 반응기내에서 반응가스가 충분히 반응할 수 있는 시간과 높은 열전달 효율을 가질 수 있게 한다. 메탄 스팀 개질 반응에 사용된 촉매는 Ni 촉매를 사용하였고, 반응에 필요한 열원으로는 수소 연소에서 발생한 열을 사용하여 반응을 유도하였다. 본 반응기는 외부의 열원을 사용하지 않고, 반응기 내부의 수소 연소에서 발생한 열을 사용함으로 적은 발생 열만으로 메탄 스팀 개질 반응에 필요한 에너지를 얻을 수 있고, 열의 손실이 적다. 또한 메탄 스팀 개질 반응으로 발생한 일부의 수소를 열원으로 이용하여 에너지 사용면에서도 효율적인 반응 공정이다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.2 no.2
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• pp.200-207
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• 1993

A methanol reformer was designed and fabricated using a CuO-ZnO low temperature shift catalyst, and its operation characteristics have been studied for the phosphoric acid fuel cell (PAFC) power generation system. The type of reactor was annular Methanol was consumed both for heating and for reforming fuel. Contents of carbon monoxide produced from the reformer increased as the reaction temperatures increased, but decreased as the mole ratios of water to methanol(H$_2$O/CH$_3$OH) increased. At steady state operating conditional, temperature profile of the catalytic reactor of the reformer was well coincide with the model equation, and it took 50 minutes from start to the rated condition of the reformer. When the system was operated at 4/4 and 1/4 of load, thermal efficiencies of the system were 72.3% and 77%, respectively. When the PAFC system was operated with reformed gas in the range of 62 V-37.6 V and 0-147 A, the trend of I-V curve showed a typical fuel tell characteristic. At steady state condition, the flow rates of reforming and combustion methanol were 88.1 mol/h and 50.1 mol/h, respectively.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.9
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• pp.885-894
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• 2012

A numerical study of a microchannel steam methane reforming reactor has been performed to understand the characteristics of heat and mass transfer. The integration of Rh-catalyzed steam methane reforming and Pt-catalyzed methane combustion has been simulated. The reaction rates for chemical reactions have been incorporated into the simulation. This study investigated the effect of contact time, flow pattern (parallel or counter), and channel size on the reforming performance and temperature distribution. The parallel and counter flow have opposite temperature distribution, and they show a different type of reaction rate and species mole fraction. As the contact time decreases and channel size increases, mass transfer between the catalyst layer and the flow is limited, and the reforming performance is decreased.

• Clean Technology
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• v.13 no.4
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• pp.287-292
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• 2007

[ $M/Al_2O_3$ ] (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu) catalysts supported on commercial alumina ($Al_2O_3$) were prepared by an impregnation method, and were applied to the hydrogen production by auto-thermal reforming of ethanol. It was revealed that each catalyst retained its own metallic phase and product distribution strongly depended on the identity of active metal. Among the catalysts prepared, $Ni/Al_2O_3$ and $Co/Al_2O_3$ showed the best catalytic performance in the auto-thermal reforming of ethanol. However, the reaction mechanisms over these two catalysts were different. Ni/Al_2O_3 catalyst showed 100% ethanol conversion at $500^{\circ}C$, but it exhibited a rapid decrease in hydrogen selectivity. Although $Co/Al_2O_3$ catalyst showed an excellent performance in hydrogen selectivity, on the other hand, no significant improvement in hydrogen yield was observed due to the low ethanol conversion over the catalyst.