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수소 제조용 촉매와 시스템의 개발

전문가 제언: ○ 천연가스는 석유를 대체하는 에너지 자원 및 화학공업 원료로서 광범위하게 사용되고 있다. 천연가스의 고도 활용은 천연가스에서 합성가스(수소와 일산화탄소의 혼합가스)를 높은 효율로 변환하는 기술이 중요한 관건이 된다.

○ 산소 분리막은 특수한 세라믹스에 의해 공기 중에서 고순도 산소를 분리할 수 있는 무기계 막으로서 천연가스로부터 가솔린이나 등유 등의 액체연료를 합성하는 GTL기술에 적용이 검토되고 있다. 산소 분리막을 적용한 GTL에서는 종래의 산소제조 플란트와는 달리 산소제조 공정을 쉽고 콤팩트하게 할 수 있으며 또한 산소투과와 동시에 산소 투과측에서 메탄과 반응하여 산소제조와 메탄의 부분산화 개질을 동시에 실시하여 합성가스를 제조할 수 있는 장점이 있다.

○ GTL프로세스에 산소 분리막을 적용하려면 산소투과성능이 충분하고 수증기, 환원 등의 부식 분위기에서 강도가 있으며 염가인 재료가 요구된다. 또한 고수율의 촉매, 촉매 상에서 탄소 석출 억제에 의한 운전비용의 경감, 고효율과 콤팩트한 프로세스에 의한 에너지 절약 등이 주요한 과제가 된다.

○ 본고는 필자들이 개발한, 산소이온과 전자가 모두 고체 중을 전도할 수 있는 성질의 혼합 도전성 세라믹스를 격벽으로 사용하는 막형 반응기를 이용하여 메탄을 합성가스로 변환시키는 시스템을 소개한 것이다. 또한 막형 반응기에 사용되는 촉매담체나 막재료 대부분이 페로브스카이트형 산화물이라는 사실에 착안하여 고체의 격자산소를 촉매반응에 적극적으로 이용하여 촉매상의 탄소석출 문제를 해결하고 있다.

○ 본고에서 소개하는 막형 반응기는 새로운 개념의 분리막 이용기술로서 실용화되면 기술적이나 경제성에서 우수한 프로세스로 발전될 수 있을 것으로 보며 관련분야의 유용한 참고가 자료가 될 것으로 생각된다.

저자: Satoshi Hamakawa
자료유형: 학술정보