Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

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Separation and Recovery of $SF_6$ Gas from $N_2/SF_6$ Gas Mixtures by using a Polymer Hollow Fiber Membranes

고분자 중공사 분리막을 이용한 $N_2/SF_6$ 혼합가스로부터 $SF_6$의 분리 및 회수

  • Lee, Hyun-Jung (Water Environment Center, Korea Institute of Science and Technology) ;
  • Lee, Min-Woo (Water Environment Center, Korea Institute of Science and Technology) ;
  • Lee, Hyun-Kyung (Department of Industrial Chemistry, Sangmyung University) ;
  • Lee, Sang-Hyup (Water Environment Center, Korea Institute of Science and Technology)
  • 이현정 (한국과학기술연구원 환경본부 물환경센터) ;
  • 이민우 (한국과학기술연구원 환경본부 물환경센터) ;
  • 이현경 (상명대학교 공업화학과) ;
  • 이상협 (한국과학기술연구원 환경본부 물환경센터)
  • Received : 2010.06.30
  • Accepted : 2011.01.17
  • Published : 2011.01.31
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Abstract

$SF_6$ (Sulfur hexafluoride) possesses high GWP (Global Warming Potential) as sepcified by the IPCC (Intergonvernmental Panel of Climate Change). Recently, the recovery-separtion of $SF_6$ research area, including permeation properties studies using various membrane's materials and the practical operation of recovery-separtion using membrane of waste $SF_6$ gas is in the initial state. The separation efficiency of a single $SF_6$ and waste $SF_6$ mixture was evaluated using a PSF (polysulfone), PC (tetra-bromo polycarbonate) and PI (polyimide) hollow fiber membranes. According to the results of single gases permeation properties, PI membrane has the highest permselectivity of $N_2$ gas in $N_2/SF_6$ gas. Under the condition of P=0.5 MPa, the highest concentration of recovered $SF_6$ is 95.6 vol % in the separation experiment of $SF_6/N_2$ mixture gas by PC membrane. Under the operation pressure of P=0.3 MPa at a fixed retentate flow rate fixed of 150 cc/min, the maximum recovery efficiency of $SF_6$ is up to 97.8% by PSF membrane. From the results above, it is thought that the separation and recovery technique of $SF_6$ gas using membrane will be used as the representative eco-technology in the $SF_6$ gas treatment in the future.

$SF_6$는 IPCC가 평가한 온난화 지수가 가장 큰 물질이다. 이런 $SF_6$ 가스의 처리를 위하여 현재는 고에너지의 분해 기술이 사용되고 있지만 최근 분리막을 이용한 분리 및 회수 기술이 주목을 받고 있다. $SF_6$가 중간권으로 방출될 경우 광분해 또는 이온 반응을 일으켜 높은 독성과 부식성을 지닌 부산물을 발생시키는 문제점을 가지고 있다. 현재 분리막을 이용한 $SF_6$ 가스의 회수 분리에 관한 연구 동향을 살펴보면 다양한 분리막 재질에 대한 투과특성연구가 부족하다. 또한, 실제 폐 $SF_6$ 가스 농도에 대한 연구와 에너지 효율이 높은 운전조건의 분리 회수 연구는 초기단계이다. 그러므로, 본 연구에서는 상용화된 PSF (polysulfone), PC (tetra-bromo polycarbonate)와 PI (polyimide) 중공사 분리막을 사용한 $SF_6$, $N_2$ 단일기체의 투과도 연구 및 폐 $SF_6$ 가스 농도의 $SF_6/N_2$ 혼합기체를 사용하여 상용화된 PSF, PC와 PI 중공사 분리막과 운전조건 변화에 따른 $SF_6$ 가스의 분리 회수 연구를 수행하였다. 고분자 중공사 분리막에 대한 $SF_6$와 $N_2$의 투과 특성 실험 결과, $N_2/SF_6$ 투과선택도는 PI 중공사분리막이 가장 높고, PC 중공사 분리막이 가장 낮은 결과를 보였다. $SF_6/N_2$ 혼합기체의 분리 특성연구에서 회수된 $SF_6$의 농도를 비교할 경우, PC 중공사 분리막이 0.5 MPa일 때 95.6 vol %로 가장 높았다. $SF_6$의 회수율에서는 PSF 중공사 분리막이 운전압력 0.3 MPa, 배출유량 150 cc/min일 때 최대 97.8%로 가장 높았다. 이상의 결과로부터 분리막을 이용한 폐 $SF_6$ 가수의 분리 및 회수 기술은 향후 $SF_6$ 가스의 대표적 친환경 기술로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

Keywords

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