초록 ▼

Ⅰ. 제 목
이산화탄소 분리·회수를 위한 분리막 및 hybrid공정 개발 연구
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
지구온난화 현상은 홍수, 이상 난동과 사막화, 해수면의 상승 및 해변 침식, 농업 생태계의 변화 등 각종 기상재해를 발생시키는 주원인으로 알려져 있다. 따라서 지구온난화 현상이 현재와 같이 계속 진행될 경우 향후 지구와 인류의 생존에 큰 영향을 미칠것으로 예견되어지고 있다. 이러한 지구온난화 현상을 유발하는 주요 온실가스로써는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 프레온 가스

Ⅰ. 제 목
이산화탄소 분리·회수를 위한 분리막 및 hybrid공정 개발 연구
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
지구온난화 현상은 홍수, 이상 난동과 사막화, 해수면의 상승 및 해변 침식, 농업 생태계의 변화 등 각종 기상재해를 발생시키는 주원인으로 알려져 있다. 따라서 지구온난화 현상이 현재와 같이 계속 진행될 경우 향후 지구와 인류의 생존에 큰 영향을 미칠것으로 예견되어지고 있다. 이러한 지구온난화 현상을 유발하는 주요 온실가스로써는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 프레온 가스 및 오존 등이 있으며 이중 인간의 경제활동으로 인해 배출되는 이산화탄소가 온실효과 기여도면에서 60%로 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 따라서 인위적으로 배출되는 온실가스에 대한 배출을 저감하기 위한 노력의 일환으로 1992년에 브라질 리오에서 개최된 유엔 환경개발회의에서 기후변화협약이 채택되었으며 우리나라는 1993년 12월에 166개 가입국 중 47번째로 가입하였다. 또한 1997년 일본 교토에서 열린 제 3차 기후변화 협약 당사국총회에서는 교토의정서를 채택하여 선진국에 대한 2000년 이후의 구속력 있는 온실가스 감축목표를 설정하였으며, 교토의정서의 조기 발효를 위한 구체적인 합의를 목표로 2000년 11월 네덜란드 헤이그에서 제 6차 기후변화협약 당사국총회가 열리기도 하였다. 그러나 최근에는 미국과 일본이 개발도상국 책임분담이라는 이유를 들어 기후변화협약의 불이행 방침을 고수하고 있으나 그럼에도 불구하고 유럽연합(EU)은 2002년 협약비준을 완결한다는 목표를 갖고 있다. 따라서 이러한 선진국들의 동향을 감안한다면 1998년 기준으로 온실가스 배출량 세계 10위인 우리나라도 지속적인 온실가스 감축노력이 이루어져야 할 것이다. 특히 에너지 다소비형 산업구조를 갖고있는 우리나라의 경우 국제적 온실가스 배출규제가 이루어질 경우 산업활동이 크게 위축될 수 있다. 따라서 그에 대한 대응책으로 온실가스의 배출량을 감소시킬 수 있는 대체에너지 개발과 더불어 우리나라 이산화탄소 총 배출량의 약 70%를 차지하고 있는 화력발전소, 제철소, 시멘트공장, 기타 화학관련 공장과 같은 대단위 이산화탄소 발생원으로부터 이산화탄소를 분리·회수·저장할 수 있는 공정개발이 필요하다.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
1. 1차년도(1998년도)
가. 연구 목표 :
이산화탄소 분리·회수용 혼성시스템의 기본설계 및 구축
(회수율 90%, 순도 95%)
나. 연구 내용 :
(1) 분리막 접촉기/탈거형 소형 혼성시스템 설계(10 N㎥/hr 용량)
(가) 막의 표면물성에 따른 이산화탄소 분리효율 연구(예 : PTFE, PP, PSf)
순환식 중공사막 접촉기의 운전조건, 즉 흡수모듈 및 탈착모듈의 혼합기체 및 흡수제의 유속, 온도, 진공도 등에 따른 분리효율 연구
(다) 기존의 흡수장치와 혼성시스템의 분리효율 비교 연구
(라) 이산화탄소에 대해 분리효율이 우수한 수팽윤막 소재 개발
(2) 혼성시스템의 최적화를 위한 전산모사(위탁연구 포함)
(가) 혼합기체 및 흡수제의 유속, 온도 등 공정변수 최적화
(나) 혼성시스템과 기존의 흡수장치의 분리효율 비교 분석
(3) 혼성시스템의 경제성 검토
(가) 중공사막 접촉기를 이용하여 구축한 혼성시스템과 기존의 이산화탄소 분리·회수 공정의 경제성 검토, 분석.
Ⅳ. 연구개발결과
1. 1차년도(1998년)
가. 분리막 접촉기/탈거형 소형 혼성시스템 설계(10 N㎥/hr)
소형 혼성시스템 설계를 위한 기초연구로서 먼저 중공사막 표면의 모폴로지(morphology)에 따른 막 접촉기의 이산화탄소의 분리효율을 알아보기 위한 연구를 수행하였다. 모폴로지가 다른 polytetrafluoroethylene(PTFE), polypropylene(PP) 및 polysulfone(PSf) 중공사막 접촉기에 대한 이산화탄소 투과거동 PSf에 비해 분리효율이 높게 나타났다. 이러한 결과는 PTFE나 PP 중공사막의 경우 소수성이 PSf에 비해 상대적으로 크기 때문에 기공 내에서 기-액간의 상(phase)이 안정적으로 형성되며 또한 높은 임계압으로 인해 기공 비젖음 조건을 충족시켜주기 때문으로 보여진다. 또한 흡수모듈과 탈착모듈을 조합한 순환식 중공사막 접촉기를 이용하여 이산화탄소 분리효율을 알아보았다. 흡수/탈착모듈로는 비대칭성 PSf 중공사막을 사용하였으며 혼합기체 및 흡수제의 유속 변화, 탈착모듈의 온도 및 진공도 변화에 따른 분리효율을 알아본 결과 흡수제의 유속이 증가함에 따라 이산화탄소 투과도 및 제거효율이 모두 감소하였다. 이러한 결과는 흡수제의 유속이 증가함에 따라 탈착모듈에서 흡수제가 머무는 시간이 감소하여 흡수제에 용해된 이산화탄소가 완전히 탈착되지 못하였기 때문이라 보여진다. 또한 혼합기체의 유속을 증가시킬 경우 투과속도는 증가하였으며 제거율은 감소하였다. 이런 결과 역시 탈착모듈에서 이산화탄소가 완전히 탈착되지 못하였기 때문으로 보여지며 또한 탈착모듈의 온도 및 진공도를 증가시킬 경우 탈착에 필요한 구동력의 증가로 인해 투과도 및 제거율이 증가하였다. 이와 같은 연구를 통해 얻은 공정변수와 문헌조사를 통해 기존의 흡수장치와 본 연구에서 수행하고 혼성시스템에 대해 효율을 비교 및 소형 혼성시스템 설계를 위한 기본 데이터를 구축하였다. 수팽윤막을 이용한 이산화탄소 분리·회수 연구로는 Glutaraldehyde로 가교시킨 poly(vinyl alcohol) /chitosan 복합막의 제막조건에 따른 이산화탄소 분리효율을 알아보았다. 그 결과 제조된 복합막에 함유된 chitosan의 비율이 일정량 증가함에 따라 막의 함수율 증가로 인해 이산화탄소의 투과도는 증가하였으나 선택도는 감소하였다.
나. 혼성시스템의 최적화를 위한 전산모사(위탁연구 포함)
중공사막 접촉기에서 기체 및 흡수제의 흐름 형상에 따른 전산모사를 최적화하기 위한 운전변수를 알아보기 위한 연구로 전산모사를 수행하였다. 기존의 공정모사 프로그램은 중공사막 내부측(tube-side)으로 흡수제가 흐르고 동체측(shell-side)으로 기체가 흐르는 형태로 이루어져 본 공정에 적용하기 어려움에 따라 본 공정에 실제 적용 가능한 흐름 형태, 즉 중공사막 내부측(tube-side)으로 기체가 흐르고 동체측(shell-side)으로 흡수제가 흐르는 형태의 전산모사를 수행하였다. 그 결과 중공사막 접촉기에서의 기체, 흡수제의 흐름 형상에 따른 시스템 지배 방정식과 초기, 경계조건를 전개하여 전산모사 프로그램화 및 전사 코드화 함으로서 본 공정에서 접촉기의 운전변수를 확립하였다
다. 혼성시스템의 효율 향상을 위한 중공사막 표면 개질(위탁연구)
중공사막 접촉기의 효율을 높이기 위해서는 높은 소수성의 막 재질과 접촉기에 적합한 막의 기공크기 및 기공율이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 polysulfone (PSf)막의 소수성을 향상시키기 위해 fluoro화합물을 이용하여 표면 개질을 수행하였다. Fluoro화합물인 TDFIO(1,1,1,2,2, 3,3,4,4,5,5,6,6,Tridicafluoro-8-idooctane)과 촉매로 AlCl3, FeBr3 및 CCl4 등을 사용하여 Fridel-Crafts반응에 의한 PSf막 표면의 소수성을 향상시키고자 하였으며 접촉각과 XPS를 이용하여 반응정도를 확인하였다. 그 결과 반응시간 및 온도가 증가함에 따라 막 표면의 소수성이 증가하여 접촉각이 증가하고 물 투과도가 감소하는 것을 관찰 할 수 있었다.
라. 시멘트공장 kiln 부위별 가스, 분진 농도 측정 및 전처리 공정 연구(위탁연구)
대단위 이산화탄소 발생원이라 할 수 있는 시멘트공장 kiln에서 발생하는 폐 가스의 성분 분석을 통해 전처리 공정을 확립하고자 (주)쌍용양회의 영월 및 동해공장을 대상으로 연구를 수행하였다. kiln에서의 성분측정 부분은 kiln 배출구, 전기 집진기 및 공장 배출구로서 폐 가스에서는 이산화탄소, 산소, 일산화탄소, 질소 그리고 분진이 측정되었다. 또한 kiln 배출구에서 30 %정도였던 이산화탄소의 농도는 전?와 질소는 약 10 %정도 증가하였다.
2. 2차년도(1999년)
가. 혼성시스템의 효율 향상 및 최적화 연구
혼성시스템의 최적화를 위해 먼저 기존의 흡수컬럼과 중공사막 접촉기의 분리효율을 비교하였다. 1/2" Rasching ring으로 충진된 흡수컬럼의 부피는 PTFE 중공사막 접촉기에 비해 2배 정도 크게 설계하였으며 흡수제로는 10wt% K2CO3를 사용하였다. 그 결과 흡수제의 유속이 증가함에 따라 두 공정 모두 이산화탄소 투과도와 제거율이 증가하는 경향을 보였으며 혼합기체의 유속이 증가할 경우 중공사막 접촉기에서는 투과도는 증가하였으나 흡수컬럼의 경우는 감소하였다. 또한 이산화탄소 제거율은 두 공정 모두 감소하는 경향을 보였다. 또한 분리효율이 우수한 비대칭성 PSf 중공사막 접촉기 모듈을 개발하기 위하여 ultrafiltration(UF) 형태의 중공사막에 비해 기공율이 큰 microfiltration(MF) 형태의 PSf 중공사막을 제조한 후 충진밀도 0.5인 흡수모듈을 제작하였다. 제작된 비대칭성 PSf 중공사막 흡수모듈을 이용하여 이산화탄소 분리거동을 알아본 결과 PTFE나 PP 중공사막에 비해 소수성이 떨어짐에 따라 기공내에서 기-액간의 계면이 안정적으로 형성되지 못하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 UF형태의 비대칭성 PSf 중공사막을 이용하여 흡수/탈착모듈을 제작한 후 순환식 중공사막 접촉기를 구성하여 운전조건에 따른 이산화탄소 분리·회수 특성을 알아보았다. 그 결과 혼합기체의 유속이 증가함에 따라 투과도는 증가하였으나 제거율은 감소하는 경향을 보였으며 흡수제의 유속이 증가할 경우 투과도와 선택도 모두 일정범위까지 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 흡수제의 유속이 증가함에 따라 탈착모듈에서 흡수제가 머무는 시간이 감소하여 흡수제에 용해되어있는 이산화탄소가 완전히 탈착되지 못한 결과로 보여진다.
나. 바이폴라막과 전기투석을 이용한 이산화탄소 탈착공정 연구
기존의 가열탈착에 비해 에너지 소모가 낮아 그에 대한 대체공정으로 기대되는 전기투석 시스템에 대해 회분식 셀 실험을 통하여 고려된 흡수제에 대한 공정 특성 평가를 수행하였다. 먼저 다양한 흡수제(NaOH, K2CO3, MDEA, KOH)에 대한 전도도, 전류효율, 온도, 전류밀도 및 흡수액의 농도에 따른 전력소비량 변화를 측정하였다. 그 결과 고려된 모든 흡수제에 대해 전류효율이 95% 이상임을 관찰할 수 있었으며 또한 전력소비 측면과 이산화탄소 흡수효율을 고려해 볼 때 KOH가 가장 적절한 흡수제로 평가되었다.
다. 혼성시스템의 최적화를 위한 전산모사(위탁연구 포함)
전년도에 수행한 기초연구를 토대로 혼성시스템의 scale-up을 위해 중형 및 대형 중공사막 접촉기에 대한 운전조건 최적화 연구의 일환으로 소형 중공사막 접촉기 시스템과는 달리 중공사막 내부측으로 혼합기체, 동체측으로 흡수제가 흐르는 시스템의 실제 운전조건에 대한 전산모사를 수행하였다. 먼저 전년도 연구결과로부터 유도된 흡수부 시스템 지배방정식을 이용하여 차분근사법과 4차 Rung-Kutta방법을 사용한 공정모사 프로그램을 통한 시스템의 조작변수, 즉 흡수제의 농도, 유속 그리고 혼합기체의 압력 등에 대한 이산화탄소의 투과거동을 고찰하였다. 그 결과 흡수제의 농도와 유속이 증가함에 따라 투과속도 역시 증가하였으며 혼합기체의 압력이 증가할 경우 투과속도는 증가하였다.
라. 혼성시스템의 효율 향상을 위한 중공사막의 표면 개질(위탁연구)
전년도 연구에 이어 PSf막 표면의 소수성을 향상시키기 위해 ITFE 및 PFPI를 이용하여 막 표면을 개질하였으며 촉매는 FeBr3를 사용하였다. 그 결과 반응온도, 시간이 증가함에 따라 두 fluoro화합물을 이용한 반응 모두 접촉각 및 순수투과 측정방법을 통해 약 82o 정도인 polyethlene(PE)의 접촉각보다는 낮으나 최고 78o 정도로 소수성이 크게 향상됨을 알 수 있었다.
마. 이산화탄소 분리·회수 공정시스템의 scale-up을 위한 기본 데이터 확립(위탁연구)
혼성시스템 구축을 위한 기본 데이터를 정립하기 위해 (주)쌍용양회 중앙연구소의 시멘트 pilot plant(시멘트 생산규모: 1톤/일)를 이용하여 시멘트 부위별 기체 및 분진에 대한 농도를 측정하였다. 그 결과 이산화탄소의 배출량은 생산되는 시멘트의 종류에 따라 약간 차이가 발생함을 알 수 있었으며 공정의 bag filter(B/F)출구에서의 분진의 농도가 수십 ppm 수준으로 비교적 낮음에 따라 시멘트 공장에 혼성시스템을 설치할 경우 B/F 후단에 부착하는 것이 가능할 것으로 평가되었다.
3. 3차년도(2000년)
가. 고효율 분리막 접촉기용 중공사막 제조 및 모듈 개발
현재 중공사막 접촉기로 널리 사용되어지고 있는 PTFE, PP 및 PE 중공사막은 막소재 및 제조 특성상 대칭구조의 중공사막으로서 비대칭구조의 중공사막에 비해 투과물질에 대한 막 저항이 크므로 투과도를 감소시키는 단점을 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 PTFE나 PP 중공사막과 같이 소수성, 화학적 내구성 및 기계적 물성이 우수한 막 소재로 polyvinylidene fluoride (PVDF)를 선정하였으며, 또한 LiCl이나 ZnCl2와 같은 다양한 기공 형성제를 이용한 상전이 공정을 통해 중공사막 접촉기에 적합한 기공크기와 70%정도의 매우 높은 기공율을 갖는 비대칭 미세다공성 PVDF 중공사막 제조조건을 확립하였다. 이렇게 제조된 비대칭 미세다공성 PVDF 중공사막에 대한 질소 투과도를 기존의 PP 중공사막 2종류(H.Celanese, Memtch) 와 비교한 결과 2-8배정도 향상된 결과를 얻었다 또한 비대칭 미세다공성 PVDF 중공사막을 이용하여 소형(20㎜×250㎜) 및 중형(50㎜×550㎜) 흡수/탈착모듈을 제조하여 순환식 중공사막 접촉기 시스템과 혼성시스템에 도입하여 기존의 흡수장치 및 PTFE 또는 PP 중공사막으로 이루어진 접촉기 모듈과 이산화탄소 분리효율을 비교하였다.
나. 혼성시스템의 효율 향상을 위한 최적화 및 소형 시스템 구축(1 N㎥/hr)
중공사막 접촉기를 기존의 흡수장치에 흡수모듈로 도입하여 구축한 혼성시스템을 이용하여 이산화탄소의 분리·회수에 관한 연구를 수행하였다. 중공사막 접촉기로는 PTFE, PVDF, PP 중공사막 모듈을 사용하여 공정변수에 따른 이산화탄소의 분리실험을 수행하였으며 그 결과를 기존의 고정컬럼, 즉 충진컬럼과 비교, 분석하였다. 또한 흡수제의 종류(water, MEA) 및 흡수제와 혼합기체의 유속 등 운전조건에 따른 이산화탄소 분리효율 실험을 수행한 결과 공급 기체유량이 증가함에 따라 제거효율이 감소하였고, 흡수제 유량이 증가함에 따라 이산화탄소 흡수량이 증가하여 제거효율이 증가하였다. 똑같은 양의 이산화탄소를 분리하는데 있어서 MEA는 높은 화학반응으로 인하여 더 많은 양의 이산화탄소를 처리 할 수 있음을 알 수 있었다. 이산화탄소의 분리효율은 기존의 충진컬럼에 비해 중공사막 접촉기의 경우가 높았으며 MEA를 흡수제로 사용하는 경우, PVDF 중공사막 모듈이 충진탑이나 PTFE, PP 중공사막 모듈에 비해 매우 우수한 이산화탄소 분리효율을 나타내었다.
흡수제가 MEA의 경우는 비대칭 미세다공성 PVDF 중공사막 모듈이 약 2배 정도의 이산화탄소 처리능력을 나타내고, 물의 경우는 대칭 다공성 PTFE 중공사막 모듈이 약 2배 정도의 이산화탄소 처리능력을 나타내고 있다. 물-CO2 계에서는 PTFE 중공사막의 기-액간의 접촉면적이 상대적으로 크기 때문이고, MEA-CO2 계에서는 MEA가 PTFE 중공사막의 기공 표면이 젖어 물질전달 저항이 증가하기 때문이다. 우수한 분리막 접촉기를 위해서는 중공사 의 화학적 성질뿐만 아니라, 기공 크기 및 기공율 등 구조도 동시에 제어되어야 할 것이다. 기존의 흡수장치에 비해 물질전달, 처리효율 및 용량 등의 면에서 우수한 중공사막 접촉기는 실제 이산화탄소 분리공정 과 같은 대용량 규모에서도 그 성능을 충분히 발휘될 것으로 기대된다.
다. 혼성시스템의 경제성 검토
기존의 이산화탄소 분리·회수 공정 중의 고정컬럼, 즉 충진컬럼 대신에 중공사막 접촉기 시스템을 이용하여 이산화탄소를 분리·회수할 경우, 그 경제성 평가 및 비교를 통해 혼 경제성 평가는 1-2 Nm3/h 규모의 배기 가스를 처리하는 공정을 운전하면서, 각 시스템에 대하여 흡수 모듈 및 주변 설비투자비용과 운전비용 등을 산출하고, 이산화탄소 회수비용(￦/kg -CO2) 및 전력 원단위(kWh/Nm3-CO2)를 비교 평가하였다. 또한, 중공사막의 가격 및 내구성을 고려한 사용연한의 예측을 통해 분리막 접촉기의 경제성을 평가하여, 기존 공정에 대한 경쟁력 및 적용 가능성을 검토하였다. 지금까지 얻은 실험실 규모의 결과에서도 나타난 바와 같이, 기존의 흡수장치인 충진탑에 비해 물질전달, 처리효율 및 용량 등의 면에서 효율이 우수한 중공사막 접촉기는 대용량 규모에서도 그 성능을 충분히 발휘할 것으로 예상된다.
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
본 연구센터에서 현재 개발 중에 있는 중공사막 접촉기와 흡수장치로 이루어진 혼성시스템을 화력발전소, 제철공장, 시멘트공장 및 석유화학관련 분야와 같은 대단위 이산화탄소 발생원에 활용할 경우 기존의 분리공정에 비해 저에너지 소비 및 분리효율 향상 등 많은 장점을 갖고 있어 경제적인 측면에서 대체가 가능하다. 또한 현재까지 외부로 배출하였던 이산화탄소를 자원화 및 인간에게 필요한 제 3의 물질로 합성 가능하다. 그 외에도 본 기술을 천연가스 정제, Bio gas 정제, 채유공정의 이산화탄소 분리·회수 등에 응용할 수 있다. 따라서 에너지 및 환경산업 등 그 응용분야에 대한 적극적인 검토가 요구된다. 현재까지의 연구는 주로 혼성시스템에 대한 기반기술 확립 및 가능성 타진에 주안점을 두었으며 그 결과 본 연구팀이 개발 중에 있는 혼성시스템이 기존이 이산화탄소 분리·회수 공정에 비해 분리효율이 우수하며 따라서 실제 공정에 대한 향후 계속적인 연구가 수행되어져야 한다고 본다.
I. Title :
Separation and recovery of CO2 by membrane and hybrid process
II. Purpose and Significance
The objective of the research of this year, the last year of the first stage three years, was to study on the improvement of the separation efficiency of the hybrid system. For the past three years, optimization of the condition for the establishment of a small scale hybrid system, optimization of the operating condition for the improvement of the separation efficiency, preparation of high performance hollow fiber membranes and development of contactor modules were carried out mainly. The performance of the hybrid system developed in this research was compared with that of the conventional absorption system, as well.
III. Comments and Scope of Research
The details of the research content of the last three years (1st stage) were :
to design the hybrid system(membrane contactor/stripper) (10 Nm3/hr)
to study on the improvement and optimization of efficiency of the hybrid system
a) preparation of hollow fibers for the formation of a membrane contactor
b) development of a high performance hollow fiber membrane contactor
to set up a small scale hybrid system (1 Nm3/hr)
to study on the desorption using water-splitting electrodialysis(WSED)
computer simulation for the optimization of the hybrid system (sub-project)
to modify the membrane surface to improve its hydrophilicity (sub-project)
to analyze the waste gas from different parts of a cement company(sub-project)
IV. Results and Recommendation for Applications
The physical properties and separation performance of the hollow fiber membranes according to their morphology were studied using potassium carbonate to obtain fundamental information for the design of a membrane contactor : PTFE hollow fiber membranes with better hydrophobicity appeared to have a better separation performance than the polysulfone hollow fiber membranes. In addition to this, such experimental factors that can affect on the system performance as absorbent, flow rate of mixed gas, variation of temperature and degree of vacuum in the desorption module were also studied for the optimization of the operating condition of the system.
To improve and optimize the performance of the hybrid system, microporous PVDF hollow fiber membrane was prepared and its permeation characteristics were studied. The PVDF hollow fiber membrane was expected to have better hydrophobicity compared to the PTFE and PP hollow fibers because of its low mass transfer resistance. The permeation rate through the PVDF membrane was found to be two to eight times of that of the PTFE or PP membrane. From the CO2 separation through the PVDF hollow fiber membrane contactor, using water or MEA as an absorbant, it was found that the PVDF membrane contactor newly developed in this study showed two to three times higher separation efficiency than the conventional absorption system. In the desorption process using a WSED system, current efficiency of such absorbants that were selected from the study with batch type cell as KOH, NaOH, K2CO3 and MDEA was appeared to be over 95 %. From the experiments under different operating conditions such as concentration and temperature of absorbants, current density, it was confirmed that the WSED system is more efficient, compared with the conventional thermal stripper. In the computer simulation to optimize the hybrid system, model analysis that is applicable to a practical system-flows pattern of the mixed gas flowing through tube-side of hollow fiber and of the absorbant flowing through shell-side was considered.
The surface of the polysulfone (PSf) membrane was modified with fluoro- compounds through fluorination, in order to improve the hydrophobicity of the membrane (Sub-Project). By the modification, the contact angle increased and the permeability of pure water through the membrane decreased with increasing modification time, confirming that the surface of the PSf membrane is modified. In another sub-project, the composition of the waste gas from different parts of a cement company was analysed to properly pre-treat the gas. The pre-treatment process that can improve the performance of the hybrid system was then eventually established.
The hybrid system for the separation and collection of carbon dioxide developed in this research is expected to be successfully applicable to the source of mass production of CO2 and environmental and energy industry. We judge based on our research that this technology can be industrialized if we continue the research and enlarge the application field.

목차 Contents

• 제 1 장 서론
  제 2 장 국내외 기술개발 현황
  제 1 절 외국의 기술개발 현황
  1. 흡수법
  2. 흡착법
  3. 분리막법
  4. 혼성 분리법
  제 2 절 국내의 기술개발 현황
  1. 흡수법 및 흡착법
  2. 분리막법
  3. 혼성 분리법
  제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과
  제 1 절 연구개발 수행 내용
  1. 중공사막 접촉기 및 혼성시스템
  가. 중공사막 제조 및 특성 평가
  나. 중공사막 접촉기용 모듈(흡수/탈착) 제작
  다. 흡수제 및 모사기체
  라. 혼성시스템
  2. 순환식 중공사막 접촉기 시스템
  3. Scale-up system에서의 이산화탄소 분리회수
  4. 전기투석 시스템
  5. 소수성 향상을 위한 막 표면 개질
  가. PSf 균일막 제조 및 시약
  나. 플루오르화 반응 및 특성 평가
  6. 시멘트공장 부위별 폐 가스 성분 분석
  제 2 절 결과 및 고찰
  1. 혼성시스템을 이용한 이산화탄소 분리·회수 연구
  가. PVDF 중공사막 제조 및 특성 평가
  나. 혼성시스템을 이용한 이산화탄소 분리·회수
  (1) 이산화탄소 분리효율
  (2) 단위 부피 및 표면적당 흡수율
  다. Pilot plant의 이산화탄소 분리회수
  (1) 이산화탄소 분리효율과 흡수율
  (2) Pilot Plant와 Lab. scale의 비교
  (3) Membrane의 화학적 안정성
  2. 중공사막 접촉기의 이산화탄소 투과거동
  가. 이산화탄소 분리에