96

Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society(2015. 4), Vol. 26, No. 2, pp. 96~104DOI: http://dx.doi.org/10.7316/KHNES.2015.26.2.096

ISSN 1738-7264eISSN 2288-7407

SEWGS 시스템을 위한 WGS 촉매들의 CO 전환 특성류호정1†ㆍ박지혜2ㆍ이동호1ㆍ박재현1ㆍ배달희1

1한국에너지기술연구원,

2충남대학교 에너지과학기술대학원

CO Conversion Characteristics of WGS Catalysts for SEWGS SystemHOJUNG RYU1†, JIHYE PARK2, DONGHO LEE1, JAEHYEON PARK1, DALHEE BAE1

1Korea Institute of Energy Research, Daejeon, 305-343, Korea2Graduate School of Energy Science and Technology, Chungnam National Univ., Daejeon, 306-764, Korea

Abstract >> Reactivity of commercial WGS catalyst(MDC-7) and four new catalysts(RMC-3, PC-73, PC-67SU, PC-59) manufactured with various compositions by Korea Electric Power Research Institute(KEPCO RI) were compared to select suitable WGS catalyst for SEWGS system. Steam/CO ratio, gas velocity, flow rates of syngas,and temperature were considered as operating variables. As a result, MDC-7 catalyst showed the highest CO conversion and RMC-3 catalyst showed also high CO conversion. Therefore, MDC-7 and RMC-3 catalysts were selected as applicable catalysts. However, PC-73 catalyst showed low CO conversion at low temperature(200℃) but showed good reactivity at high temperature(225~250℃), and therefore, PC-73 catalyst was selected as applicablecatalyst for high temperature operation. Continuous operations up to 24 hours for those three catalysts(MDC-7,RMC-3, PC-73) were conducted to check reactivity decay of catalysts. All three catalysts maintained their originalreactivity.

Key words : SEWGS(회수증진수성가스화), WGS(수성가스화), catalyst(촉매), CO conversion(CO 전화율)

†Corresponding author : hjryu@kier.re.krReceived : 2015.03.14 in revised form: 2015.04.25 Accepted : 2015.04.30Copyright ⓒ 2015 KHNES

1. 서 론

석탄가스화복합발전을 위한 가스화기(gasifier)에

서 생성되는 합성가스(syngas)로부터 CO2를 회수하

기 위한 연소 전 CO2 회수기술의 하나인 회수증진

수성가스화(SEWGS, Sorption Enhanced Water Gas

Shift) 기술은 기존 연소 전 건식 기술에 필요한 고온

수성 가스화(HTS, High Temperature Shift), 저온수

성가스화(LTS, Low Temperature Shift), CO2 분리의

세 가지 공정을 SEWGS, 재생(regeneration)의 두 가

지 공정으로 대체할 수 있어 경제성이 향상될 것으

로 예측되고 있다1-3). 전체 시스템은 SEWGS 반응기

와 재생반응기로 구성되며 SEWGS 반응기 내부에는

수성가스화반응(WGS, Water Gas Shift) 촉매와 CO2

흡수제가 함께 장입되어 있다. SEWGS 반응기에서

는 식 (1)과 같이 합성가스에 포함된 CO와 수증기가

반응하면서 수소와 이산화탄소로 전환되며, 발생된

이산화탄소는 식(2)와 같이 반응기 내부에 촉매와 함

께 존재하는 금속산화물(MO) 형태의 CO2 흡수제에

의해 금속탄산염(MCO3) 형태로 고체에 흡수된다.

이와 같은 반응에 의해 기체 상태의 CO2 분압이 낮

SEWGS 시스템을 위한 WGS 촉매들의 CO 전환 특성

제26권 제2호 2015년 4월

97

아지므로 식(1)의 반응은 정반응(수소생산)이 더욱

우세해지며 수소 수율을 더욱 향상시킬 수 있다.

SEWGS 반응기에서 일어나는 반응의 총괄반응식은

식(3)과 같으며 기체 생성물은 수소와 미반응 수증기

(excess steam) 뿐이므로 미반응 수증기를 응축하여

제거하면 별도의 분리 설비 없이 고농도의 수소를

얻을 수 있다.

CO + H2O → CO2 + H2 (1)

MO + CO2 → MCO3 (2)

CO + H2O + MO → H2 + MCO3 (3)

where M : metal

재생반응기에서는 식(4)와 같이 MCO3를 열에 의

해 MO로 다시 전환하여 SEWGS 반응기로 재순환시

켜 반복적으로 사용하게 된다. 재생반응기에서 배출

되는 기체는 열원으로 사용되는 수증기(또는 CO2)와

재생과정에서 발생하는 CO2 뿐이므로 수증기를 응

축하면 별도의 분리설비 없이 고농도의 CO2를 분리

할 수 있다. 식(3)과 식(4)를 함께 고려하면 SEWGS

시스템의 총괄반응은 식(5)와 같으며 식(1)에 표시된

수성가스화 반응식과 같아지게 된다.

MCO3 → MO + CO2 (4)

CO + H2O → CO2 + H2 (5)

SEWGS 시스템의 개발을 위해서는 우수한 CO2

흡수제 개발과 함께 유동층용 WGS 촉매 개발이 필

수적이다.

유동층용 WGS 촉매의 마모 특성과 관련하여 Ryu

등4)은 두 종류의 WGS 촉매를 사용하여 마모실험 시

간과 가습의 유무에 따른 마모 손실량과 마모 후 잔

여입자의 입도를 측정 및 해석하였으며 이를 바탕으

로 WGS 촉매들의 주된 마모원인(마멸 또는 파쇄)을

파악하였으며 WGS 촉매의 고체순환 방향을 결정한

바 있다.

WGS 촉매의 반응성과 관련된 기존 연구결과를 살

펴보면 주성분이 Cu 계열인 촉매를 주로 사용하였으

며, 대부분의 반응실험이 고정층 조건에서 수행되었

다5). 유동층용 WGS 촉매의 반응성 해석 연구는 Ryu

등2,6-8), Kim 등9), Park 등10) 에 의해 이루어져 왔으며

SEWGS 반응기에서 WGS 촉매의 함량변화에 따른

반응성 변화2), 가압유동층 조건에서 WGS 촉매의 반

응성 해석9), 반응기 내부구조물을 적용할 경우의 반

응성 해석6,7,10), WGS 촉매의 전처리 방법이 반응성에

미치는 영향8) 등에 대한 연구가 진행되어 왔다.

본 연구에서는 SEWGS 시스템을 개발하기 위해

유동층 조건에 적용할 수 있는 최적 WGS 촉매를 선

정하고자 하였다. 이를 위해 상용촉매(MDC-7)와 한

전 전력연구원에서 제조한 네 종류의 촉매(RMC-3,

PC-73, PC-67SU, PC-59)에 대해 steam/CO 비, 합성가

스 유량, 기체유속, 반응온도의 변화에 따른 CO 전화

율을 측정 및 비교하는 방법으로 반응성이 우수한 촉

매를 선정하였으며, 선정된 촉매에 대해 연속운전을

실시하여 반응성이 유지되는지를 확인하고자 하였다.

2. 실 험

2.1 실험 장치

Fig. 1에는 WGS 촉매의 전 처리와 WGS 반응성

측정을 위해 사용한 회분식 유동층 반응기를 나타내

었다. 유동층 반응기는 주 반응기, 스팀생산을 위한

물 주입 펌프, 기체를 주입하기 위한 질량유량계

(MFC) 및 MFC controller, 반응기 온도를 제어하기

위한 히터와 온도조절기, 내부온도를 측정하기 위한

열전대(K-type)와 온도표시기, 층의 압력강하를 측정

류호정ㆍ박지혜ㆍ이동호ㆍ박재현ㆍ배달희

>> 한국수소 및 신에너지학회 논문집

98

Fig. 1 Schematic of a batch type fluidized bed

Table 1 Summary of WGS catalysts' characteristics

WGS catalyst MDC-7 RMC-3 PC-73 PC-67SU PC-59

Components(%)

CuO 43.1ZnO 47.2Al2O3 9.7

MDC-7 fines 70others 30

precursor 80others 20

precursor 70others 30

precursor 65others 35

Bulk density[kg/m3] 1229.8 628.7 649.9 904.5 904.7

Shape/size Particle106~212 μmParticle

106~212 μmParticle

106~212 μmParticle

106~212 μmParticle

106~212 μmSupplier Süd-chemie KEPCO RI KEPCO RI KEPCO RI KEPCO RI

하기 위한 차압형 압력 변환기와 압력표시기, 배출된

기체에 포함된 수분을 응축하기 위한 냉각장치, 배출

기체의 농도분석을 위한 기체 분석기 등으로 구성되

어 있다.

주 반응기인 기포유동층은 내경 0.05m, 두께 0.003m,

높이 0.76m의 스테인레스 스틸(SUS 310)로 제작하

였다. 스팀생산 및 주입을 위해 물 주입 펌프(Series

1500, Lab Alliance Co.)를 사용하였으며, 유동화 기

체는 가스미터로 보정된 질량유량계와 MFC controller

를 통해 반응기 하부로부터 0.015m 높이에 설치된

기체분산관(sparger, 0.004m I.D.)으로 주입하였다.

기체분산관에는 1mm의 구멍이 5mm 간격으로 양쪽

으로 10개 씩 총 20개 뚫려있어 주입되는 기체를 분

배하는 역할을 하게 된다. 유동층 내부의 온도는 반

응기 상부에서 열전대(K-type)를 삽입하여 반응기 바

닥으로부터 높이 0.1m 또는 0.15m에서 측정하였다.

유동층의 압력강하는 반응기 바닥으로부터 높이

0.055m와 0.305m 및 0.055m와 0.755m에 설치 된 압

력탭에 차압형 압력변환기를 연결하여 측정하였다.

회분식 유동층 반응기에서 배출되는 기체농도의 분

석을 위해 온라인 기체분석기(Hartmann & Braun Co.,

Advanced Optima)를 사용하였으며 CO, CO2, H2,

CH4, O2, NO의 농도를 실시간으로 측정 및 기록하였

다. 실험장치에 대한 자세한 설명은 기존 보고4-8)에

나타나 있다.

2.2 WGS 촉매 및 모래

WGS 촉매로는 Süd-chemie 社(현재는 Clariant 社)에서 제조한 상용 WGS 촉매인 MDC-7(상품명 ShiftMax 210으로도 사용됨)과 한전 전력연구원에서

MDC-7을 기본으로 제조한 촉매(RMC-3, PC-73, PC-

67SU, PC-59)를 사용하였다.

MDC-7 촉매의 주성분은 CuO, ZnO, Al2O3이며, 직

경 3.2mm, 높이 3.2mm의 tablet 형태를 갖고 있다. 한

전 전력연구원에서 제조한 촉매는 MDC-7의 미분 또

는 MDC-7의 전구체(촉매 성형 전의 paste 상태)와 지

지체를 사용하여 제조하였으며 입자형상을 구형으로

성형하고 연속적인 대량생산이 가능하도록 하기 위

해 분무건조법(spray drying)을 사용하여 제조하였다.

MDC-7 촉매의 경우 tablet 형태이기 때문에 유동화가

SEWGS 시스템을 위한 WGS 촉매들의 CO 전환 특성

제26권 제2호 2015년 4월

99

Fig. 2 Microscopic images of WGS caralysts ((a) MDC-7, (b) RMC-3, (c) PC-73, (d) PC-67SU and (e) PC-59)

Table 2 Summary of experimental conditions (effect of steam/ CO ratio)

Case 1 2 3 4 5

Syngas flow rate [Nl/min] 0.91

Steam flow rate [Nl/min] 0.91 1.36 1.81 2.26 2.72

Steam/CO ratio[-] 1.53 2.29 3.05 3.81 4.58

Gas velocity[m/s] at 200℃ 0.026 0.033 0.040 0.047 0.053

CO conc.[vol. %] 32.6 26.1 21.8 18.7 16.3

Table 3 Summary of experimental conditions (effects of syngas flow rate and gas velocity)

Case 6 7 8

Syngas flow rate [Nl/min] 0.91 1.30 1.30

N2 flow rate [Nl/min] 0 0 1

Steam flow rate [Nl/min] 1.36 1.94 1.94

Steam/CO ratio[-] 2.29

Gas velocity[m/s] at 200℃ 0.033 0.048 0.062

CO conc.[vol. %] 26.1 26.1 20.0

어려우므로 분쇄기(MF10 Basic Microfine grinder, IKA

Co.)로 분쇄하여 체 분리를 통해 입자크기 106~212μm를 사용하였으며 한전 전력연구원의 촉매도 마찬가

지로 체 분리를 통해 입자크기 106~212μm의 촉매를 준비하여 사용하였다. 실험에 사용된 다섯 가지 WGS

촉매의 특성을 요약하여 Table 1에 나타내었으며 촉

매입자의 광학현미경 사진을 Fig. 2에 나타내었다.

실제 SEWGS 반응기 내에는 WGS 촉매와 CO2 흡

수제가 함께 존재하지만, CO2 흡수제의 경우 합성가

스에 포함된 CO2와 반응하여 배출기체의 조성에 영

향을 미칠 수 있으므로 CO2 흡수제 대신 불활성 물

질인 모래(106∼212μm)를 혼합하여 실험하였다.

2.3 실험조건 및 분석방법

수성가스화 반응은 상압에서 수행하였으며 반응

기체로는 모사 합성가스와 스팀(또는 스팀 및 질소)

을 혼합하여 공급하였다. 모사 합성가스는 CO 65%,

CO2 1.5%, H2 29.5%, N2 4%의 조성을 갖도록 하여

Shell 사의 석탄가스화기에서 배출되는 합성가스의

조성(CO : CO2 : H2 = 63.4 : 1.5 : 28.4)과 유사한

값으로 선정하였다11). 조업변수로는 steam/CO 비, 기

체유속 및 유량, 온도를 변화시켰으며 자세한 실험조

건을 요약하여 Table 2 및 Table 3에 나타내었다.

조업조건 변화에 따른 반응성 변화를 해석하기 위

한 주요 특성 값으로는 합성가스에 포함된 CO가

WGS 반응에 의해 수소로 전환되는 백분율인 CO 전

화율을 고려하였다. 각 실험조건을 30분간 유지하였

으며, 이 동안 배출된 기체의 농도를 1초당 1회씩 측

정하여 배출기체의 평균농도를 바탕으로 물질수지를

해석하여 식(6)과 같이 계산하였다.

COconversionMoles of input COMoles of consumed CO

× (6)

류호정ㆍ박지혜ㆍ이동호ㆍ박재현ㆍ배달희

>> 한국수소 및 신에너지학회 논문집

100

Fig. 3 CO conversion versus steam/CO ratio at 200°CFig. 4 CO conversion versus gas velocity and flow rates of syngas at 200°C, steam/CO ratio=2.29

3. 결과 및 고찰

본 연구에서 고려된 다섯 종류의 WGS 촉매 중에

서 최적의 촉매를 선정하고, 실제 공정에 적용할 때

적합한 운전 조건을 선정하기 위해 다양한 조업변수

의 변화에 따른 CO 전화율의 변화를 측정 및 해석하

였다. 이를 위해 상압에서 수소로 전처리한 촉매를,

CO2 흡수제를 대신하기 위해 선정된 불활성 물질인

모래와 일정 비율로 혼합한 후 반응기에 장입하였다.

조업변수로는 Table 2 및 Table 3에 나타낸 바와 같

이 steam/CO 비, 합성가스의 유량 및 기체유속을 변

화시켰으며, 온도변화 또한 고려하였다.

Fig. 3에는 다섯 종류의 WGS 촉매에 대해 서로

다른 촉매:모래 혼합비(1:3, 1:9)에서 steam/CO 비 변

화에 따라 측정된 CO 전화율의 변화를 나타내었다.

수성가스전환 반응은 상압, 200℃에서 수행하였으며 합성가스의 유량(0.91Nl/min)을 동일하게 유지한 상

태에서 steam/CO 비를 1.53부터 4.58까지 변화시키

면서 수행하였다.

그림에 나타난 바와 같이 다섯 종류의 WGS 촉매

모두 steam/CO 비 변화에 따른 CO 전화율의 변화는

크게 나타나지 않았으며, 대부분 steam/CO 비 2.29

또는 3.05에서 높은 CO 전화율을 나타내었다. 한편,

동일한 steam/CO 비 조건에서 촉매 종류 변화에 따

른 CO 전화율을 비교하면 상용촉매인 MDC-7이 모

래와의 혼합비율 1:3과 1:9 조건에서 모두 높은 CO

전화율을 나타내었으며, 한전 전력연구원에서 제조

한 RMC-3 역시 높은 CO 전화율을 나타내었다. 다음

으로는 PC-73(1:3)이 높은 CO 전화율을 나타내었으

며 PC-59, PC-67SU 순으로 CO 전화율이 감소하는

경향을 나타내었다. 특히 PC-67SU 촉매의 경우 촉

매:모래 비가 1:3인 경우에도 촉매:모래 비가 1:9인

(즉, 촉매의 함량이 낮은) MDC-7 및 PC-59 촉매에

비해 CO 전화율이 낮게 나타나 다른 촉매들에 비해

반응성이 현저히 낮은 것으로 파악되었다. 한편,

MDC-7과 PC-59 촉매 모두 촉매:모래 비가 낮은 조

건(즉, 촉매의 함량이 높은 조건)에서 더 높은 CO 전

화율을 나타내었으며, 이와 같은 결과로 미루어 CO2

흡수제와 촉매의 혼합비가 CO 전화율에 영향을 미

치는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 4에는 steam/CO 비가 동일(2.29)한 조건에서

세 종류(MDC-7, PC-59, PC-67SU)의 촉매에 대해 합

성가스의 유량과 기체유속 변화에 따른 CO 전화율

의 변화를 비교하여 나타내었다. 그림에서 RMC-3,

PC-73 촉매의 경우 기체유속 0.033m/s인 조건에 대

해서만 실험하였으나, 다른 촉매와의 비교를 위해 함

SEWGS 시스템을 위한 WGS 촉매들의 CO 전환 특성

제26권 제2호 2015년 4월

101

Fig. 5 CO conversion versus temperature of WGS catalysts at syngas flow rate=0.91 Nl/min, steam/CO ratio=3.05

께 표시하였다. 그림에 나타난 바와 같이 MDC-7 촉

매의 경우 촉매와 모래의 혼합비가 1:3인 경우와 1:9

인 경우 모두 합성가스의 유량과 기체유속이 증가하

여도 다른 촉매들에 비해 높은 CO 전화율을 나타내

었으며 합성가스 유량과 기체유속 증가에 따른 CO

전화율의 감소도 크게 나타나지 않았다. 한편, PC-59

와 PC-67SU의 촉매는 합성가스 유량과 기체유속이

증가함에 따라 CO 전화율이 급격하게 감소하는 경

향을 나타내었다. 이는 촉매에 포함된 활성성분의 함

량이 낮은 경우에 합성가스 유량과 기체유속이 증가

함에 따라 체류시간이 감소하여 반응성이 감소하며

다른 촉매들에 비해 촉매의 활성성분의 양도 적기

때문에 그 영향이 크게 나타나는 것으로 사료되었다.

결과적으로 다섯 가지 WGS 촉매들 중에서 상용

촉매인 MDC-7 촉매가 촉매의 함량이 낮은 조건에서

도 높은 CO 전화율을 나타내었으며 합성가스 유량

과 기체유속 증가에 따른 CO 전화율의 감소도 적게

나타나 최적의 WGS 촉매로 선정되었다. 한편 이와

같은 결론은 WGS 촉매의 반응성만을 기준으로 선정

된 결과이며, 실제 공정에서는 장기운전을 수행할 경

우 촉매입자의 마모손실, 유동층에서의 흐름성 등을

함께 고려하여야 한다. MDC-7 입자의 경우 입자형

태가 불규칙적이므로 구형입자인 다른 촉매들에 비

해 입자의 흐름성과 입자 마모 면에서 단점이 있을

것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 MDC-7과

유사한 반응성을 나타내면서도 비교적 구형인 RMC-3

촉매를 또 다른 최적 WGS 촉매 후보로 고려하였다.

본 연구에서는 CO2 흡수와 WGS 반응이 동시에

일어나는 SEWGS 조건을 고려하기 위해 WGS 반응

온도를 200℃로 고려하여 실험을 수행하였으나, 향후 CO2 흡수제의 조성변화, 공정조건 변화 등에 의

해 SEWGS 반응이 고온에서 일어나는 경우를 예상

하여 200℃ 보다 높은 온도에서 촉매를 적용하는 경우를 함께 고려하였으며, 이를 통해 한전 전력연구원

에서 제조된 촉매들 중 고온 반응성이 높은 촉매를

추가적으로 선정하고자 하였다. 이를 위해 steam/CO

비 3.05인 조건에서 합성가스 유량을 0.91Nl/min으

로 일정하게 유지하면서 온도변화에 따른 CO 전화

율의 변화를 측정하였고 실험결과를 Fig. 5에 나타내

었다. 그림에 나타난 바와 같이 PC-73, PC-59, PC-

67SU 촉매 모두 온도가 증가함에 따라 CO 전화율이

증가하는 경향을 나타내었다. 한편, PC-73 촉매의 경

우 다른 촉매에 비해 매우 높은 CO 전화율을 나타내

었으며 250℃까지 온도를 증가시킬 경우 99.59%까지 CO 전화율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

결과적으로 한전 전력연구원에서 제조한 촉매들은

고온에서 반응시킬 경우 보다 우수한 반응성을 얻을

수 있었으며, 특히 다른 촉매들에 비해 PC-73 촉매의

반응성이 우수하게 나타나 고온용 WGS 촉매의 후보

물질로는 PC-73 촉매를 고려할 수 있었다.

류호정ㆍ박지혜ㆍ이동호ㆍ박재현ㆍ배달희

>> 한국수소 및 신에너지학회 논문집

102

Fig. 6 Gas concentration profile during long-term water gas shift reaction, (a) MDC-72), (b) RMC-3 and (c) PC-73

지금까지 설명한 바와 같이 다섯 종류의 WGS 촉

매에 대한 steam/CO 비, 합성가스 유량, 기체유속의

변화 및 온도변화 실험을 통해 200℃ 조건에서는 상용촉매인 MDC-7이 가장 좋은 반응성을 나타내었으

며 RMC-3 촉매는 MDC-7에 비해서는 다소 낮은 반

응성을 나타내지만 입자의 흐름성과 내마모도 면에

서는 장점이 있을 것으로 예상되었다. 또한 200℃ 이상의 고온에서는 PC-73 촉매도 높은 반응성을 나타

낸 바 있다. 하지만 앞의 결과는 각 실험조건에서 배

출기체의 농도가 30분 정도 일정한 값을 유지하였을

때 측정한 실험결과이며, 실제 공정에 적용하기 위해

서는 연속적으로 WGS 반응을 수행하였을 경우에 각

촉매의 반응성이 저하되는지의 여부에 대한 확인이

필요하다.

MDC-7 촉매의 경우, 기존연구2)를 통해 촉매와 모

래 비 1:9, 반응온도 200℃, 기체유속 0.033m/s, 합성가스 유량 0.913Nl/min, steam/CO 비 2.29인 조건에

서 22시간까지 연속운전이 수행된 바 있다. 본 연구

에서는 새롭게 고려된 RMC-3 촉매와 PC-73 촉매에

대해 촉매와 모래 비 1:3 조건에서 24시간 동안 장기

연속운전을 수행하였으며 RMC-3의 경우에는 200℃, PC-73 촉매의 경우에는 온도가 증가함에 따라 반응

성이 개선되었으므로 235℃에서 WGS 반응을 수행하여 MDC-7과 함께 비교하여 Fig. 6에 나타내었다.

그림에 나타난 바와 같이 MDC-7 촉매와 마찬가지로

24시간 동안 RMC-3 및 PC-73 촉매 모두 시간변화

에 따른 배출기체 농도변화는 거의 없는 것으로 나

타나 주어진 조건에서 연속반응 동안 반응성을 유지

하는 것으로 나타났다. 각 촉매에 대해 평균 CO 전

화율은 MDC-7 촉매의 경우 99.09%, RMC-3 촉매의

SEWGS 시스템을 위한 WGS 촉매들의 CO 전환 특성

제26권 제2호 2015년 4월

103

경우 97.56%, PC-73 촉매의 경우 99.42%로 나타났

으며 앞서 Fig. 3과 Fig. 5에 나타난 바와 같이 MDC-

7 촉매가 RMC-3 촉매에 비해 촉매함량이 낮은 조건

에서도 높은 평균 전화율을 나타내었다. 한편, RMC-

3에 비해 PC-73 촉매의 평균 전화율이 높게 나타난

이유는 반응온도가 높기 때문으로 사료되었다.

4. 결 론

SEWGS 시스템에 적용하기 위한 최적 WGS 촉매

를 선정하기 위해 다섯 종류의 WGS 촉매에 대해 온

도, steam/CO 비, 합성가스의 유량, 기체유속의 변화

에 따른 CO 전화율의 변화를 확인하였다. 200℃ 조건에서는 상용촉매인 MDC-7과 한전 전력연구원 제

조 촉매 RMC-3가 최적 WGS 촉매 후보물질로 선정

되었으며, 고온용으로는 PC-73 촉매가 최적 WGS 촉

매 후보물질로 선정되었다. 또한 RMC-3와 PC-73의

성능을 MDC-7과 비교하기 위해 연속운전 반응성을

확인하였으며 세 가지 촉매 모두 장기운전 과정에서

반응성이 유지되는 것을 확인하였다.

후 기

본 연구는 2011년도 산업통상자원부의 재원으로

한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행

한 연구과제입니다(2011201020004B).

References

1. H. J. Ryu, "Selection of Process Configuration and Operating Conditions for SEWGS System", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 20, No. 2, 2009, pp. 168-178.

2. H. J. Ryu, J. S. Hyun, H. Kim and T. S. Hwang, "Reaction Characteristics of WGS Catalyst with Fraction of Catalyst in a Batch Type Fluidized

Bed Reactor", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 22, No. 4, 2011, pp. 465-473.

3. O. Maurstad, "An Overview of Coal Based Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) Technology", MIT report, Publication No. LFEE 2005-002 WP, 2008. pp. 1-43.

4. H. J. Ryu, D. H. Lee, S. Y. Lee and G. T. Jin, “Attrition Characteristics of WGS Catalysts for SEWGS System”, Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 25, No. 2, 2014, pp. 122-130.

5. J. Park, “A Study on Reactivity Enhancement of WGS Caralysts for SEWGS Process in a Fluidized Bed Reactor”, Chungnam National University, Master Thesis, 2015, pp. 20-30.

6. H. J. Ryu, H. Kim, D. H. Lee, D. H. Bae, and T. S. Hwang, “Effect of Bed Insert Geometry and Shape of WGS Catalysts on CO Conversion in a Fluidized Bed Reactor for SEWGS Process”, Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 24, No. 2, 2013, pp. 150-159.

7. H. J. Ryu, H. N. Kim, D. H. Lee, G. T. Jin, Y. C. Park, and S. H. Jo, “Effect of Bed Insert Geometry on CO Conversion of WGS Catalyst in a Fluidized Bed Reactor for SEWGS Process”, Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 24, No. 6, 2013, pp. 535-542.

8. H. J. Ryu, J. Park, D. H. Lee, D. Shun and Y. W. Rhee, “Effect of Pre-treatment Method on Reactivity of WGS Catalyst for SEWGS System”, Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 25, No. 4, 2014, pp. 355-363.

9. H. Kim, D. H. Lee, S. Y. Lee, T. S. Hwang and H. J. Ryu, “Reaction Characteristics of WGS Catalyst for SEWGS Process in a Pressurized Fluidized Bed Reactor”, Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 23, No. 4, 2012, pp. 337-345.

류호정ㆍ박지혜ㆍ이동호ㆍ박재현ㆍ배달희

>> 한국수소 및 신에너지학회 논문집

104

10. J. Park, D. H. Lee, Y. C. Park, J. H. Moon, Y. W. Rhee and H. J. Ryu, “Effects of Operating Variables on CO Conversion of WGS Catalyst in a Fluidized Bed Reactor Equipped with Bed Insert”, Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 25, No. 2, 2014, pp.

209-217.11. G. B. Han, N. K. Park, S. O. Ryu and T. J. Lee,

“The Reactivity for SO2 Reduction with CO and H2 over Sn-Zr Based Catalysts”, Korean Chem. Eng. Res., Vol. 44, No. 4, 2006, pp. 356-362.