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청정 연료인 수소를 생산하기 위해 현재 가장 널리 사용되는 기술인 증기 개질이다. 이 방법으로 생산된 수소는 일산화탄소와 같은 불순물을 함유하고 있어, 이를 연료전지와 같은 응용분야에 사용하기 위해서는 적절한 정제 과정을 반드 시 거쳐야 한다. 최근 효과적인 정제 방법으로 분리막 기술이 각광받고 있다. 본 연구에서는 수소와 일산화탄소 혼합가스에서 수소 분리 및 회수를 위해 바이오가스 고질화용(biogas upgrading) 상용 폴리설폰(polysulfone) 고분자막의 활용 가능성에 대 해서 평가하였다. 먼저, 사용한 상용막의 물리화학적 특성에 대해서 평가하였고, H2/CO를 이용하여 stage-cut, 운전압력과 같 은 다양한 조건에서의 상용막 모듈의 성능 평가를 진행하였다. 마지막으로, 평가 결과를 바탕으로 공정설계를 위한 시뮬레이 션을 진행하였다. 본 연구에서의 상용 분리막 공정의 최대 H2 투과도와 H2/CO 분리계수는 각각 361 GPU와 20.6을 기록하였 다. 또한, CO 제거 효율은 최대 94%를 나타내었으며, 생산 수소 농도는 최대 99.1%를 달성하였다.
Steam methane reforming is currently the most widely used technology for producing hydrogen, a clean fuel. Hydrogen produced by steam methane reforming contains impurities such as carbon monoxide, and it is essential to undergo an appropriate post-purification step for commercial usage, such as fuel cells. Recently, membrane separation technology has been gaining great attention as an effective purification method; in this study, we evaluated the feasibility of using commercial polysulfone membranes for biogas upgrading to separate and recover hydrogen from a hydrogen/carbon monoxide gas mixture. Initially, we examined the physicochemical properties of the commercial membrane used. We then conducted performance evaluations of the commercial membrane module under various conditions using mixed gas, considering factors such as stage-cut and operating pressure. Finally, based on the evaluation results, we carried out simulations for process design. The maximum H2 permeability and H2/CO separation factor for the commercial membrane process were recorded at 361 GPU and 20.6, respectively. Additionally, the CO removal efficiency reached up to 94%, and the produced hydrogen concentration achieved a maximum of 99.1%.
2. 연구방법
2.1. 가스 및 중공사 분리막 모듈
2.2. 중공사형 가스분리막 특성 분석
2.3. 분리막 모듈의 가스 분리 성능 평가 실험
2.4. 혼합가스 분리 정제 성능 분석
2.5. 공정 디자인을 위한 모델링
3. 결과 및 고찰
3.1. 분리막의 물리화학적 특성
3.2. H2/CO 혼합가스 분리 성능
3.3. 모델링을 이용한 공정 디자인 평가
4. 결 론
Reference
