Membrane Journal (멤브레인)

The Membrane Society of Korea (한국막학회)
권호 표지

Multi-stage Membrane Process for $CO_2$ Separation from Flue Gas Using PES Hollow Fiber Membrane Modules

폴리이서설폰 중공사모듈을 이용한 연소배가스로부터 이산화탄소 분리회수를 위한 다단계 막분리공정 연구

  • Choi Seung-Hak (Green Chemistry and Environmental Biotechnology, University of Science and Technology, Advanced Chemical Technology Division, Korea Research Institute of Chemical Technology) ;
  • Kim Jeong-Hoon (Green Chemistry and Environmental Biotechnology, University of Science and Technology, Advanced Chemical Technology Division, Korea Research Institute of Chemical Technology) ;
  • Kim Eeom-Sik (Advanced Chemical Technology Division, Korea Research Institute of Chemical Technology) ;
  • Lee Soo-Bok (Advanced Chemical Technology Division, Korea Research Institute of Chemical Technology)
  • 최승학 (한국화학연구원 신화학연구단, 과학기술연합대학원대학교 청정화학 및 생물) ;
  • 김정훈 (한국화학연구원 신화학연구단, 과학기술연합대학원대학교 청정화학 및 생물) ;
  • 김범식 (과학기술연합대학원대학교 청정화학 및 생물) ;
  • 이수복 (과학기술연합대학원대학교 청정화학 및 생물)
  • Published : 2005.12.01
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Abstract

This paper describes the preliminary study on the development of multi-stage membrane demonstration plant for removal of carbon dioxide from flue gas stream being emitted from LNG boiler in thermal power generation plant. The prerequisite requirement is to design and develop the membrane process producing a $99\%\;CO_2$ with $90\%$ recovery from LNG flue gas of 1,000 $Nm^3$/day. Asymmetric polyethersulfone hollow fiber membranes and membrane modules developed in this laboratory[1] were used in this study. Using the permeation data for the hollow fiber membranes, modelling on the membrane module and multi-stage membrane process was done to meet the requirement condition of the process design. The effects of the operating pressure of feed and permeate side and feed concentration on $CO_2$ purity and recovery were investigated experimentally with the developed hollow fiber modules. These experimental results matched well with theoretical modelling results.

본 연구는 LNG를 연료로 하는 화력발전소의 보일러를 대상으로 여기에서 배출되는 $8\~15\%$ 내외의 이산화탄소 배가스 1,000 $Nm^3$/일로부터 이산화탄소를 회수율 $90\%$, 농도 $99\%$로 회수하기 위한 다단 막분리 공정을 설계 및 제작하기 위한 선행연구결과이다. 본 연구실에서 이산화탄소에 대한 가소화안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)소재를 대상으로 비대칭구조의 중공사형 분리막 및 모듈이 개발되었다[1].. 개발된 중공사막을 대상으로 모듈의 투과현상을 전산모사 하였으며 이를 이용하여 막분리 공정의 최종 회수조건에 적합하게 하기 위해 재순환공정이 가능한 4단 막분리 공정을 전산모사 하였다. 설계된 다단계 막분리 공정의 타당성을 입증하기 위해 개발된 중공사막모듈을 대상으로 설계된 운전 압력(공급측의 압력 및 투과측의 압력)과 공급 농도의 변화에 따른 막분리 공정의 투과량 및 농도를 조사하였다. 얻어진 결과를 공정모사를 통하여 계산된 결과를 비교한 결과 운전조건에 따른 유량, 순도, 막 면적 등에서 이론치와 실험치가 매우 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

Keywords

References

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