• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.745-748
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• 2009

수소는 지구상에 풍부하게 존재하는 원소로 최근 수소경제시대에 대한 기대와 함께 청정 에너지 carrier로 주목받고 있다. 본 연구에서는 고순도 수소 생산을 위해 water gas shift (WGS) 반응과 $CO_2$의 분리를 하나의 unit operation의 형태로 수행하는 신개념의 thermal swing sorption enhanced reaction (TSSER) 공정의 타당성을 테스트하는데 목적을 두고 있다. Le Chatelier 원리를 기본으로 하는 흡착분리 동시 반응 (sorption enhanced reaction, SER)에서는 수소생산 반응의 열역학적 한계를 극복할 수 있고 정반응의 속도를 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 $K_2CO_3$가 첨가된 hydrotalcite에 대한 고온에서의 $CO_2$ 화학흡착 평형 및 거동 데이터를 실험을 통하여 측정하였다. 또한 WGS 상용촉매와 화학 흡착제를 이용하여 흡착분리 동시 반응을 실험과 수치해석 시뮬레이션으로 수행하였고, 연구결과로부터 연료전지에 사용할 수 있는 고순도의 수소 (~10 ppm CO)를 직접 생산할 수 있으며, 동시에 고압상태의 $CO_2$를 고순도로 포집할 수 있음을 확인할 수 있었다. 고압, 고순도의 $CO_2$ 포집은 이후 $CO_2$ 저장에 용이하게 이용되어 온실가스 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.642-645
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• 2007

석탄, 폐기물 등 다양한 시료의 가스화 반응을 통해서 발생되는 합성가스는 CO, $H_2$, $CO_2$가 주성분으로 가스엔진, 가스터빈 등의 연료로 사용하여 발전하거나 합성반응을 통해 다양한 화학원료로의 전환이 가능하다. 합성가스를 가스엔진, 가스터빈, 연료전지등의 연료로 사용하는 경우는 고효율 발전이 가능하여 기존 연소방식의 발전과 비교하여 단위 전력 생산량 당 $CO_2$의 배출량이 감소 되며, 여기에 $CO_2$ 분리공정을 적용하면 $CO_2$ 배출량 감소효과를 극대화 할 수 있다. 화석연료의 연소 및 가스화 반응을 통해서 발생하는 이산화탄소의 분리에 대한 많은 연구가 진행되고 있으나, 본 연구에서는 흡착방식을 이용한 합성가스 내의 이산화탄소 분리를 위하여 흡착제를 이용한 이산화탄소의 흡착, 탈착 성능 분석 연구를 수행하였다. 합성가스내의 이산화탄소를 분리하기 위한 흡착제로는 NaX 계열의 zeolite를 이용하였으며, 가스화 반응을 통해 발생한 합성가스를 흡착제에 통과시켜 이산화탄소의 선택적 흡착 여부를 확인하였다. 또한 TPD(Temperature Programmed Desorption)방법을 이용하여 흡착제의 이산화탄소 흡착 성능을 분석하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.53 no.1
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• pp.31-38
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• 2015

At present, carbon dioxide ($CO_2$) emission, which causes global warming, is a major issue all over the world. To reduce $CO_2$ emission directly, commercial deployment of $CO_2$ separation processes has been attempted in industrial plants, such as power plant, oil refinery and steelmaking plant. Besides, several studies have been done on indirect reduction of $CO_2$ emission from recycle of reducing gas (carbon monoxide or hydrogen containing gas) in the plants. Unlike many competing gas separation technologies, pressure swing adsorption (PSA) and membrane filtration are commercially used together or individually to separate a single component from the gas mixture. However, there are few studies on operation of sequential separation process of multi-component gas which has more than two target gas products. In this paper, process simulation model is first developed for two available configurations: $CO_2$ PSA-CO PSA-$H_2$ PSA and $CO_2$ PSA-CO PSA-$H_2$ membrane. Operation optimization and economic evaluation of the processes are also performed. As a result, feed gas contains about 14% of $H_2$ should be used as fuel than separating $H_2$, and $CO_2$ separation should be separated earlier than CO separation when feed gas contains about 30% of $CO_2$ and CO. The simulation results can help us to find an optimal process configuration and operation condition for separation of multicomponent gas with $CO_2$, CO, $H_2$ and other gases.

• Membrane Journal
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• v.23 no.5
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• pp.367-374
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• 2013

In the present study, Pebax-2533 plate membranes were prepared by drying precursor solutions which were obtained by dissolving Pebax-2533 polymer in 1-Propanol/n-Butanol mixed solvents. And then the $CO_2$ and $N_2$ permeation behaviors were tested by using a time-lag system. The prepared Pebax-2533 plate membranes showed a considerable $CO_2/N_2$ separation performance : the $CO_2$ permeability was 130 to 288 barr, and the $CO_2/N_2$ permselectivity was 5-8. The $CO_2$ permeation data obtained by varying feed pressure, permeation temperature, and solvent composition announced that not only the $CO_2$ sorption but also the $CO_2$ diffusion is equally important in the overall $CO_2$ permeation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.154.1-154.1
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• 2010

석탄가스화복합발전(IGCC)에서는 석탄을 가스화하여 얻어진 합성가스로부터 이산화탄소를 분리/회수하고 수소는 유용하게 사용할 수 있다. 이 기술의 핵심은 $H_2+CO_2$ (40%) 합성가스로부터 $CO_2$를 경제적이고 효과적으로 분리/회수하는 것이다. 본 연구에서는 합성가스로부터 $CO_2$를 효과적으로 분리/회수하기 위해 가스 하이드레이트 형성법을 제안하였다. 하이드레이트 형성 조건을 완화시켜 주기 위하여 열역학적 촉진제로서 TBAB, TBAF, THF를 첨가하여 열역학적 촉진 현상을 살펴보았다. 다양한 농도의 TBAB (10, 40, 60 wt%), TBAF (10, 34, 45 wt%), THF (4, 19, 31 wt%)에 대하여 3상 평형 (하이드레이트 (H) - 물 (LW) - 기상 (V))을 측정한 결과 40 wt%의 TBAB, 34 wt%의 TBAF, 19 wt%의 THF의 농도에서 가장 큰 촉진효과를 보였으며, 그 이상의 조성에서는 오히려 촉진효과가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 순수계와 촉진제 첨가계에 대하여 하이드레이트 생성 후의 기상과 하이드레이트상의 $CO_2$ 조성을 측정하였다. 그 결과 모든 실험조건에서 하이드레이트상에 85% 이상의 높은 농도로 $CO_2$가 농축되는 것을 확인하였다. 이러한 과정을 반복하면 순도 99% 이상의 매우 높은 $CO_2$ 기체를 얻을 수 있다. 또한, 가스 하이드레이트 형성과정의 반응특성을 살펴보기 위하여 반응시간에 따른 기상의 $CO_2$ 농도변화를 측정하였다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스 분리 공정 개발에 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

• Membrane Journal
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• v.23 no.6
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• pp.450-459
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• 2013

2,3,5,6-Tetramethyl-1,4-phenylenediamine (TMPD) based polyimide (PI) were crosslinked with 1,2-Diaminoethane (DAE) and 1,6-Diaminohexane (DAH) to enhance gas transport properties. Fourier transform infrared (FT-IR) studies show that imide groups were converted into amide groups during crosslinking process. Thermogravimetric analysis (TGA) results indicate that the degradation temperature of crosslinked PI membranes decreased after crosslinking. This is due to degradation of alkyl group in crosslinking agent. The d-space of crosslinked PI membranes decreased with increasing crosslinking time. The ideal permeability for $CH_4$, $N_2$, $O_2$, and $CO_2$ decreased after crosslinking and the ideal permeability of crosslinked PI membranes induced by DAH is larger than that by DAE. In contrast, the permselectivity of $CO_2/CH_4$, $CO_2/N_2$ and $O_2/N_2$ increased during crosslinking. For the gas pair of $CO_2/CH_4$, the maximum increment is about 39.5% after 6 minutes of DAE crosslinking. Also, that of $O_2/N_2$ gas pair is about 20.5% after 6 minutes of DAE crosslinking. According to these result, DAE is more suitable for enhanced permselectivity than DAH. On the contrary, DAE is not useful for $CO_2/N_2$ separation due to reduction in $CO_2/N_2$ permselectivity after 3 minutes DAE crosslinking.

• Membrane Journal
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• v.17 no.3
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• pp.254-268
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• 2007

Sodium type faujasite(FAU) zeolite layers with diverse materials characteristics(Si/Al ratio, thickness, and structural discontinuity) were hydrothermally grown on a porous $\alpha-Al_2O_3$ tube, and then the $CO_2/N_2$ separation was evaluated at $30^{\circ}C$ for an equimolar mixture of $CO_2$ and $N_2$. Among hydrothermal conditions, $SiO_2$ content in hydrothermal solution seriously affected materials characteristics: with an increment in the $SiO_2$ content, Si/Al ratio, thickness, and structural discontinuity of grown FAU zeolite layer simultaneously increased. The present study reveals that structural discontinuity(intercrystalline voids due to an incomplete densification and cracks induced by GIS Na-P1 phase) is the most important variable affecting the $CO_2/N_2$ separation. Also, it was suggested that the $CO_2$ desorption in permeate side be the rate-determining(slowest) step in the overall $CO_2$ permeation.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.10 no.3
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• pp.445-449
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• 1999

Hydrophilic polyphosphazenes were synthesized from hydrophobic polyphosphazenes by adding methoxyethylenoxy side chains and cast by dip-coating method into membranes supported on porous polypropylene mesh filter sheet for metal separation testing. A solution of $Cr^{3+},\;Co^{2+},\;Mn^{2+}$ nitrates was used in diffusion experiments which were conducted from $25^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$. lt was found that the ion transport properties were increased as the repeating number of ethylenoxy side chain increased. Membrane from trifluoroethoxy methoxyethoxyethoxyethoxy co-substituted polyphosphazenes was found to separate $Cr^{3+}$ ion from $Mn^{2-}$ and $Co^{2+}$ ions with separation factor of 4.5 at $60^{\circ}C$.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1997.04b
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• pp.29-29
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• 1997

ZSM-5계 제올라이트는 직경이 약 6${\AA}$인 균일한 3차원 채널 형태의 기공을 형성하므로 이를 이용한 기체 분리막은 분자체가름(molecular sieving)이나 미세기공확산(micropore diffusion) 및 표면확산(surface diffusion) 메커니즘에 의해 최근 지구 온난화의 주범으로 지목되고 있는 CO$_2$ 기체에 대해 높은 분리 효율을 기대할 수 있으므로 ZSM-5 복합분리막의 제조 및 기체 투과 특성과 CO$_2$ 분리 특성에 대해 연구하였으며 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 콜로이달 실리카 졸에 질산 알루미늄, 수산화 나트륨 및 TPABr을 첨가한 혼합졸과 물유리를 증류수로 희석한 후 TPBr을 첨가한 용액을 각각 150~180${\AA}$의 온도 범위의 오토클레이브에서 수열 처리하여 ZSM-5와 실리카라이트를 합성하였다. 합성 제올라이트의 결정 구조는 사방정이었으나 450${\AA}$에서 하소하였을 때에는 단사정으로 전이됨과 동시에 채널 속을 채우고 있던 TPABr이 제거되면서 제올라이트의 3차원 채널 형태의 기공 구조가 생성되었다. 제올라이트 결정의 형상과 크기는 실리카 공급원과 반응용액/졸의 농도에 따라 매우 민감하게 변화되었다. 하소 제올라이트의 비표면적은 약 360 m$^2$/g 이었다. 합성 제올라이트의 표면은 소수성인 반면에 높은 CO$_2$ 흡착능을 갖고 있어서 CO$_2$ 분리용 막의 재료로써 적합하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.61 no.1
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• pp.1-7
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• 2023

Gas separation technology becomes more useful because key gases such as H₂ and CO₂ regarding renewable energy resources and environmental pollutant can be effectively extracted in mixed gases. For reducing energy consumption on gas separation, membrane and adsorption processes are widely used. In both processes, porous materials are needed as membrane and adsorbent. In particular, metal-organic frameworks (MOFs), one class of the porous materials, have been developed for the purpose of gas adsorption and separation. While the number of the MOF structures is increasing due to chemical and structural tunability, good MOF membranes and adsorbents have been rarely reported by trial-and-error experiments. To accelerate the discovery of high-performing porous materials that can separate H₂ and CO₂, a high-throughput computational screening technique was used as efficient skill. This review introduces crucial studies of porous materials and the high-throughput computational screening works focusing on gas separation of H₂ and CO₂.