[논문]PES 중공사막의 <tex> $CO_2$</tex>/<tex> O_2$</tex>/<tex> $N_2$</tex> 기체 분리 특성에 미치는 수분의 영향

이상윤; 신효진; 김정훈; 장봉준; 이수복; 김범식; 김진수; 강득주

PES 중공사막의 $CO_2$/ O_2$/ $N_2$ 기체 분리 특성에 미치는 수분의 영향
The impact of water vapour on the permeation of $CO_2$/ O_2$/ $N_2$through polyethersulfone membrane 원문보기

이상윤 (한국화학연구원 계면재료공정연구실) , 신효진 (한국화학연구원 계면재료공정연구실) , 김정훈 (한국화학연구원 계면재료공정연구실) , 장봉준 (한국화학연구원 계면재료공정연구실) , 이수복 (한국화학연구원 계면재료공정연구실) , 김범식 (한국화학연구원 화학공정연구센터) , 김진수 (에너지관리공단) , 강득주 ((주)제이오)

이산화탄소는 메탄, 오존, 산화질소, CFC등의 온실기체 중 약 50%를 차지하는 물질로서 이산화탄소 발생의 저감과 함께 회수 기술의 개발을 통한 배출량 억제는 환경적 측면에서 대단히 중요한 것으로 간주되고 있다. 따라서 각종 산업분야에서 발생하는 다양한 성분을 가진 다성분계 배가스내에 존재하는 10%내외의 이산화탄소만을 분리정제 농축하여 메탄, 메탄올 등의 다른 화학물질의 제조의 원료, 신에너지원, 고부가가치의 신제품 등으로 전환하는 연구가 활발히 진행 중이다.(중략)

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 배가스 중의 이산화탄소를 분리 회수하기 위한 공정 최적 화의 일환으로 이산화탄소/질소 혼합가스의 투과선택도에 미치는 수분의 영향을 고찰하기 위해당 연구실에서 제조한 polyethersulfone (PES) 분리 막 모듈에 각기 다른 양의 수분을 함유한 이산화탄소/산소/질소 기체를 투입하여 그 투과 거동을 관찰하였다.

제안 방법

당 연구실에서 제조한 PES 중공사막을 이용하여 소형 실험용 모듈을 제작하였다. PES 중공사는 외부에 스킨층을 갖는 단일 지상 구조(single finger structure)를 가지고 있음을 확인하였다.
본 연구팀에서는 LNG 보일러 배가스로부터 이산화탄소를 분리 회수하기 위한 처리용량 1,000-10, 000 Nm³ 규모의 실증 막분리공정을 개발중에 있다. LNG 보일러 배가스 중에는 수분이 10-15%정도 함유되어 있으며 이 수증기가 응축 등 전처리를 거쳐 제거되지 않은 상태로 고분자막에 유입되는 경우 수분의 영향으로 인해 타 성분 가스들의 투과선택도에 상당한 영향을 미친다는 것이 알려져 있다.
상온, 다양한 수분 함량과 압력 조건에서 이산화탄소/산소/질소 순수 가스의 투과도를 관찰하였다.
이산화탄소 12%, 질소 88%를 함유한 혼합가스를 이용하여 그 투과 성능을 각기 다른 압력과 습도 조건 하에서 측정하였다.

대상 데이터

측정된 중공사막의 이산화탄소 투과도는 53 GPU였으며, 이산화탄소/질소의 선택도는 약 40 정도였다. 제조된 중공사 400 가닥을 원심접착장치에 설치된 SUS 재질의 모듈에 에폭시 수지를 주입하여 제조 하였으며 총 유효 막면적은 약 0.20 m²이다.

성능/효과

7 mm이다. 측정된 중공사막의 이산화탄소 투과도는 53 GPU였으며, 이산화탄소/질소의 선택도는 약 40 정도였다. 제조된 중공사 400 가닥을 원심접착장치에 설치된 SUS 재질의 모듈에 에폭시 수지를 주입하여 제조 하였으며 총 유효 막면적은 약 0.

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