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제자리 연소에 의한 열공급을 통한 메탄의 CO_2 개질
공상준,정태섭,이상진,윤기준 한국화학공학회 2002 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.40 No.1
메탄 연소-CO_2 개질반응은 흡열반응인 CO_2 개질과 발열반응인 메탄 연소가 함께 일어남으로서 촉매층 온도강하가 완화될 것을 기대할 수 있다. Al_2O_3에 담지된 Pt, Ni, Ce 등의 촉매작용을 조사하였는데, 활성성분으로서의 백금은 메탄연소에서 뿐만 아니라 메탄의 CO_2 개질과 수증기 개질에서도 효과적이다. 그러나 촉매성분의 함침순서가 활성에 큰 영향을 미쳤다. 본 반응은 메탄 연소가 먼저 일어나고 그 다음으로 메탄의 CO_2 개질과 수증기 개질이 일어난다고 추론된다. 조사한 촉매 중에서 Ce-Ni-Pt/Al_2O_3 촉매가 가장 좋은 성능을 보여주었는데, CH_4 20%, O_2 5%, CO_2 10%로 공급한 경우 800℃에서 93%의 CO_2 제거율과 98%의 CO 수율을 얻었다. 메탄 및 산소의 공급량을 증가시킴에 따라 메탄전화율과 CO_2 제거율은 감소하였고 온도강하 방지효과는 기대만큼 나타나지 않았다. CO_2 제거율이 높을 때에 10-30℃의 온도강하가 관찰되었다. In this work, CH_4 combustion-CO_2 reforming was investigated. In this reaction system, CO_2 reforming which is an endothermic reaction occurs together with CH_4 combustion which is an exothermic reaction and thus it is anticipated that the temperature lowering of the catalyst bed would be alleviated. The catalytic actions of Pt, Ni and Ce supported on Al_2O_3 were investigated, and Pt was found to be a very active catalyst for the combustion of the methane as well as for CO_2 reforming and steam reforming of methane. It was shown that the sequence of impregnation of the catalyst constituents affected the activity significantly. In the CH_4 combustion-CO_2 reforming it is inferred that the combustion occurs in the first place and the CO_2 reforming as well as steam reforming follow it. Among the catalysts tested, a Ce-Ni-Pt/Al_2O_3 catalyst showed the best result: at the CH_4:O_2:CO_2 feed ration of 20:5:10 and at 800℃, 93% of CO_2 removal and 98% of CO yield were obtained. As the feed rates of CH_4 and O_2 increased, the methane conversion and CO_2 removal ratio were decreased but the lowering of the catalyst bed temperature was not reduced significantly contrary to the expectation. When the extent of CO_2 removal was high, it was observed that the measured bed temperature was lower by 10-30℃ than that when no reaction occurred.