A Comparative Study of Commercial Catalysts for Methanol Steam Reforming

Abstract

요 약 메탄올 수증기 개질반응에 대한 적용가능성을 파악하기 위하여 메탄올 합성용 촉매인 ICI-M45와 수성가스 전환반 응용 촉매인 MDC-3와 MDC-7을 비교 연구하였다. 또한 수성가스전환 반응에 대한 세 촉매의 비교실험도 수행하였다. 그 결과 MDC-7이 메탄올 수증기 개질반응에서 가장 높은 전화율을 보였으며, H 2 와 CO 2 생성속도 또한 높게 나타났 다. 수성가스 전환반응용 촉매인 MDC-7과 메탄올 합성촉매인 ICI-M45를 이용하여 촉매 충진 방법에 따른 메탄올의 전화율에서의 변화를 살펴본 결과, MDC-7 단독보다 낮은 메탄올의 전화율을 보였다. 수성가스 전환반응에서도 MDC-7, MDC-3, 그리고 ICI-M45의 순으로 반응성이 감소하였다. 상기 두 반응에서 MDC-7이 가장 우수한 이유로는 높은 비표면적과 Cu의 분산도, 그리고 적절한 Cu와 Zn의 비율에 기인함을 확인할 수 있었다. Abstract − The comparison work was conducted for the methanol steam reforming among commercial Cu-based catalysts , viz. ICI-M45, which is for the methanol synthesis, MDC-3 and MDC-7, which are for the water-gas shift reaction. The catalytic activity for the water-gas shift reaction was also compared over three catalysts. Among them, MDC-7 showed the highest methanol conversion and formation rate of hydrogen and carbon dioxide at 473 K for the methanol steam reforming. To find out any promotional effect between ICI-M45 and MDC-7, three different packing methods with these two catalysts were examined. However, no synergistic effect was observed. The catalytic activity for water-gas shift reaction decreased in the following order: MDC-7 > MDC-3 > ICI-M45. The highest activity of MDC-7 for the methanol steam reforming as well as the water-gas shift reaction can be due to its high surface area, copper dispersion, and an adequate Cu/Zn ratio. 최근 들어 에너지와 환경에 대한 중요성이 부각됨에 따라서 청정 에너지와 고효율 에너지전환기술에 대한 관심이 날로 높아지고 있다. 수소에너지와 연료전지는 이러한 목적에 부합되는 기술로 인지되고 있으며 이들의 연계적용에 대한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 현 재 활발하게 연구되고 있는 분야는 비교적 저온에서 작동되는 고분 자 전해질 연료전지를 에너지 변환장치로 하고 이를 구동하기 위하 여 다양한 탄화수소 화합물로부터 수소를 제조하는 수소발생장치를 연계하는 것이다. 탄화수소 화합물로는 액화석유가스(LPG), 액화천 연가스(LNG), 디젤(Diesel), 휘발유(Gasoline), 에탄올 그리고 메탄올 등을 들 수 있으며 이중 메탄올은 단위 몰 당 생산할 수 있는 수소의 수율이 높고 낮은 온도(~473 K)에서 완전 개질반응이 잘 일어나며 또한 보관 및 수송이 용이한 장점을 갖고 있어서 수소원으로서 각광 받고 있다[1,2]. 메탄올로부터 수소를 제조하는 방법으로는 수증기 개질반응(1)이 대표적인데 다음과 같은 메탄올 분해반응(2)과 수성가스전환반응(3) 의 연속적인 반응으로 이루어진다. CH 3 OH + H 2 O ↔ 3H 2 + CO 2 ∆H 0 298 = +49.4 kJ/mol (1) † To whom correspondence should be addressed.