Ni–Cr–Al metal-foam-supported catalysts for steam methane reforming (SMR) are manufactured by applying a catalytic Ni/Al2O3 sol–gel coating to powder alloyed metallic foam. The structure, microstructure, mechanical stability, and hydrogen yield efficiency of the obtained catalysts are evaluated. The structural and microstructural characteristics show that the catalyst is well coated on the open-pore Ni–Cr–Al foam without cracks or spallation. The measured compressive yield strengths are 2–3 MPa at room temperature and 1.5–2.2 MPa at 750oC regardless of sample size. The specimens exhibit a weight loss of up to 9–10% at elevated temperature owing to the spallation of the Ni/Al2O3 catalyst. However, the metal-foam-supported catalyst appears to have higher mechanical stability than ceramic pellet catalysts. In SMR simulations tests, a methane conversion ratio of up to 96% is obtained with a high hydrogen yield efficiency of 82%.

수소를 연료로 사용하는 PEMFC는 고효율⋅출력밀도를 나타내며, 짧은 시동시간, 우수한 응답특성에 따라 현지설치형 발전기술로 사용되며, 이를 위한 고효율 연료처리장치가 필수적이다. SMR반응은 연료당 고회수율을 때문에 경제성이 우수하며, 전환율 확보를 위해 700°C, 20 bar 이상의 운전조건에서 수행되며, WGS, PSA의 후단공정을 통해 수소를 생산한다. 분리막 개질기를 이용한 SMR반응은 분리막이 수소를 제거함에 따라 반응효율 증진, 공정온도 저감, 후단공정 배제를 할 수 있어 공정구성 및 경제성이 우수하다. 본 연구에서는 팔라듐분리막 개질기를 사용하여 550°C, 5 bar에서 SMR반응을 통해 수소를 생산하였으며, 개질된 가스의 CO 농도를 최소화하여 고온 PEMFC용 연료처리장치를 개발하였다.

에너지원으로서 수소를 생산하기 위하여 하니컴 구조를 갖는 모노리스에 10 wt% Ni/CeO2-ZrO2 촉매를 담지한 후 메탄의 수증기 개질 실험을 수행하였다. 다른 CeO2/ZrO2 몰비를 갖는 촉매들 중에서, Ni/CeO2-ZrO2(CeO2/ZrO2=4/1)촉매가 700-800℃에서 높은 메탄의 전환율을 보여 주었다. 10wt% Ni/CeO2-ZrO2 촉매가 담지된 금속 모노리스 촉매체는 높은 열전도도와 비표면적들로 인하여 좋은 촉매 특성을 보여줌을 확인할 수 있었다. 또한, 금속모노리스 촉매체는 반응물에서 과다의 수증기에 의한 수소 수율에서 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. GHSV=30,000h-1, 반응물 비(H2O/CH4=3.0) 반응온도 800℃에서 금속모노리스 촉매체는 98%이상의 메탄의 전환율을 보여주었다. 생성물 가스에서 CO2/CO의 비는 수증기/메탄의 반응물비가 증가할수록 수성가스화 반응에 의하여 증가됨을 알 수 있었다.

The chemical kinetics of steam reforming of polystyrene (PS) and polypropylene (PP) pyrolysis oil were studied using a ruthenium-based catalyst. The experiments were performed in a tubular flow reactor at temperatures of 530-680°C, Weight Hourly Space Velocities (WHSVs) of 0.453-7.916 h−1, and different steam and pyrolysis oil gas-phase concentrations. The activation energy of steam reforming of polypropylene oil and polystyrene oil is 136 and 142 kJ/mol, respectively. The reaction orders of polypropylene and polystyrene oils were 0.42 and 0.37, respectively. Conversions of polypropylene and polystyrene oils were 2.0-50.3 and 1.9-45.3%, respectively. Indeed, a Langmuir-Hinshelwood (LH) mechanism requiring the dissociative adsorption of pyrolysis oil and steam at two different sites on plastics appeared to be the most plausible pathway for the steam reforming reaction.

The chemical kinetics of the steam reforming of the pyrolysis oil of polypropylene (PP) over a ruthenium-based catalyst has been examined as a function of pyrolysis oil and steam partial pressures at various temperatures. The activation energy of steam reforming over Ru/Al2O3 catalyst is 136 kJ/mol, and the reaction orders of pyrolysis oil and steam are 0.42 and 0.24, respectively. Fitting the experimental data to the Langmuir?Hinshelwood expression shows that the steamreforming reaction probably proceeds via the dissociative adsorption of pyrolysis oil and steam on two different sites.