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용융염 및 고체 촉매 혼합 반응 시스템에서 메탄 전환에 관한 연구
정희주(Hee Joo Jung),고은희(Eun Hee Ko),부진호(Jin Ho Boo),권병찬(Byung Chan Kwon),박노국(No-Kuk Park),강도형(Dohyung Kang) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
현재 여러 환경문제를 해결해나가려는 노력과 더불어, 이산화탄소 저감 문제와 저렴한 천연가스를 이용하여 수소 또는 합성가스를 대량으로 생산하는 반응 시스템에 관한 관심이 증가하고 있다. 천연가스인 메탄을 분해하여 수소를 생산하거나 이산화탄소와 함께 개질하여 합성가스를 생산하게 되면, 이산화탄소 저감 및 천연가스 활용 두 가지 효과를 동시에 할 수 있게 된다. 그러나 메탄 분해 또는 이산화탄소 개질 반응의 경우, 시간이 지남에 따라 반응 중 촉매 표면에 코크가 형성되어 촉매가 비활성화될 수 있다. 따라서 연속적인 공정 운전이 어렵고 반응에 이용되는 촉매 종류도 제한적이라는 단점을 가진다. 본 연구는 용융염 및 고체 촉매를 혼합하여 메탄을 전환 시킬 수 있는 다양한 반응에 활용하고, 혼합시스템의 촉매 성능을 확인하였다. 먼저 용융 촉매를 이용하여 메탄 분해를 통한 수소 생산 및 이산화탄소 개질을 통한 합성가스 생산 반응을 진행하였다. 용융 촉매는 일반적인 고체 촉매와는 달리 촉매 특성상 코킹을 연속적으로 분리할 수 있어 촉매의 비활성화를 최소화시킬 수 있다. 그러나 상대적으로 활성이 낮다는 단점이 있어 여기에 고체 촉매를 첨가하여 메탄 활성을 증가시킴으로 용융 촉매의 단점을 보완하였다. 촉매의 종류로는 먼저 용융 촉매는 용융 금속 및 알칼리 용융염 등을 이용하였으며, 고체 촉매는 여러 금속들과 세라믹 등을 활용하였다. 위의 용융-고체 촉매 혼합 반응 시스템에서 생성된 수소와 합성가스를 분석하여 반응 속도론을 해석하였고, 부반응으로 생성된 코킹을 상업적으로 활용할 수 있는지에 대한 가능성을 평가하였다.