The carbon capture and storage (CCS) technology from industrial flue-gas has been an important environmental issue in these days. However, membrane process has a number of breakthrough-point to commercialization in scale-up. In this work, process optimization for high purity and high CO2 recovery with lower the capture cost has been investigated. Lab-made membrane pilot process using real flue gas has been also set up to derive industrial factor.

연소 후 생성되는 연소가스 중 CO2는 온실가스 기체중 하나로, CO2를 처리하기 하기 위해 CCS 기술 개발이 세계적으로 주목 받고 있다. 하지만 단일막을 이용한 CO2 포집 공정에서는 약 14%의 CO2를 포함한 연소 배기가스로부터 고 순도, 고회수율을 달성하기란 매우 어렵다. 본 연구에서는 다단막 공정 디자인 및 다양한 운전 변수를 통하여 14%의 CO2를 가지고 있는 혼합모사가스로부터 순도 73% 회수율 74%의 포집 효율을 얻을 수 있었다.

Membrane technology for CO2 capture from flue-gas has been intensively considered due to their energy efficiency, small footprint and process accessibility for large-scale up without any by-products. There are many world-score membrane materials has been developed so far, and large-scale modulation and process design are key issues for industrial application in carbon capture technology. To reach the goal of high purity as well as high recovery, configuration and operation parameter should be optimized in aspect of process design. In this study, single membrane module performance for process design and the multi-stage membrane configuration has been suggested to optimize operating parameter for high purity and recovery. Operation parameters such as stage-cut and pressure ratio will also be discussed for high purity and recovery.

산업화로 인한 온실가스의 발생량이 증가 하면서 지속적인 온실가스 감축노력이 이루어 지고 있다. 그 중 CO2는 대표적인 온실가스로 세계 기후변화 협약 등에 의한 규제가 요구 되고 있으며 CO2를 분리 회수 및 저장(Carbon Capture and Storage : CCS)기술의 중요성이 커지고 있다. 연소 후 포집기술에는 흡착법, 흡수법, 분리막법 등이 있으며 그 중 분리막법은 CO2 포집 단가 및 플랜트 비용면에서 잠재성이 크다. 본 연구에서는 PES 중공사막을 이용하여 CO2 순도회수율 90%을 목표로 이산화탄소 분리기술을 연구 하였으며 전산모사를 통한 분리막 공정을 설계하였다.

연소기에서 연료 연소에 의해서 생성되는 것은 질소산화물의 대부분 NO와 NO2이며, 95%가 NO의 형태로 배출되고 이후 대기 중에 확산되어 공기 중의 산소와 결합하여 NO2가 된다. 질소산화물은 광화학 스모그의 원인으로 인체에 해를 끼칠 뿐 아니라 산성비의 원인이 되는 등 환경에 대한 심각한 문제를 야기하고 있기 때문에 실용 연소기에 대한 규제가 한층 강화되어 질소산화물 발생을 억제해야 하는 필요성이 점차 증대되고 있다. 최근에는 에너지 문제에 의해 폐기물 가스화에 의해 생성된 가스를 활용이 점차 증가하고 있으므로, 이에 대한 질소산화물의 저감 연구가 필요하다. 본 연구에서는 RPF 가스화 가스를 모사하여 연소시 발생되는 질소산화물을 저감시키기 위해 다단 연소와 음향가진 기술을 적용하였다. 이 때, 발생되는 질소산화물의 저감 특성을 파악하기 위하여 공기 다단 연소, 연료 다단 연소 그리고 외부가진을 주사하여 공기비 및 주파수 변화에 따른 변수별 연구를 수행하였다. Fig. 1은 공기 다단 연소를 적용하여 총공기비 변화에 따른 결과이다. 각각의 총공기비에 따른 주연소 영역의 공기비가 감소함에 따라 질소산화물 감소되는 경향을 보이며, 주연소총공기비 0.7에서 가장 낮은 값을 나타내었다. Fig. 2는 기존 조건에서 공기 다단 연소 및 외부가진을 적용하였을 때, 질소산화물과 중간생성물인 암모니아와 시안화수소를 나타낸 결과이다. 주연소 영역 공기비 0.7, 완전연소 영역 공기비 1.1, 체류시간 1.265 s 일 때 질소산화물 421 ppm으로 다단 연소 미적용한 경우에 비해 67% 저감되었다. 외부가진 적용시 400 Hz에서 273 ppm으로 다단 연소 및 외부가진 미적용하였을 때에 비해 79% 저감되었다.