KR102446241B1 - 세라믹 중공사막 모듈 및 이를 가지는 기체 분리 장치 - Google Patents

세라믹 중공사막 모듈 및 이를 가지는 기체 분리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 배가스로부터 타깃 가스를 분리시키는 세라믹 중공사막 모듈을 제공한다. 세라믹 중공사막 모듈은 상기 타깃 가스를 흡수하는 흡수제의 유출입구로 선택될 수 있도록, 외측면의 일측에 상부홀이 형성되고, 상기 외측면의 타측에 하부홀에 형성된 통 형상의 몸체; 상기 몸체의 상측으로부터 하측으로 연장되도록 상기 몸체의 내부에 구비되며, 중공을 통해 흐르도록 상기 배가스가 공급되는 복수의 중공사막; 상기 몸체의 횡단면 중 일부만 막도록 상기 몸체의 내부에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제1 배플(baffle); 및 상기 몸체의 횡단면 중 다른 일부만 막도록 상기 제1 배플의 하측에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제2 배플(baffle);을 포함하며, 상기 상부홀로 유입된 흡수제는 상기 복수의 중공사막 사이로 흘러 하강하되, 상기 하강하는 흡수제가 상기 제1 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 상기 제2 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 상기 하부홀을 통해 유출될 수 있다.

Description

세라믹 중공사막 모듈 및 이를 가지는 기체 분리 장치{CERAMIC HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE AND GAS SEPARATION DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 세라믹 중공사막 모듈 및 이를 가지는 기체 분리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체의 거동을 개선하여 효율이 향상되고 모듈화가 용이한 세라믹 중공사막 모듈 및 이를 가지는 기체 분리 장치에 관한 것이다.
도 1은 배가스 배출원들을 설명하기 위한 도면이다. 전 세계적인 지구 온난화 문제로 인하여 발전소, 시멘트 공정, 금속 밀링 공정에서 발생하는 CO2 발생원으로부터 CO2를 분리하는 효율적인 공정개발에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.
아민 흡수공정 중 상업적으로 많이 알려진 공정으로는 충진탑, 스프레이, 버블 공정 등이 있다. 아민 흡수공정은 공정의 운전이 용이하며 높은 CO2 흡수 효율을 가지고 있기 때문에 많은 연구가 진행 되고 있다.
아민 계열을 기반으로 한 CO2 흡수 공정은 비교적 효율이 높은 기술이나 몇 가지 제한점을 가지고 있다. 흡수제의 재생을 위한 높은 에너지가 소요되고 공정의 규모가 크며 비말, 거품, 범람 등의 공정 운전상의 문제가 있다.
전술한 공정들과는 달리, 접촉막 공정은 기존 공정에서 가지고 있는 제한점들을 극복하고 높은 효율의 CO2 분리 성능을 가질 수 있는 기술로 주목 받고 있다. 접촉막 기술은 흡수제의 장점인 높은 선택도와 분리막의 장점인 모듈화의 용이성을 모두 가지고 있는 기술로서, 한가지 또는 두가지 이상의 성분을 가스로부터 분리할 수 있다. 또한, 접촉막 공정은 가스상과 액체상을 독립적으로 운전 할 수 있으며 높은 비표면적을 확보 할 수 있는 장점을 가지고 있다.
접촉막 공정은 단위 부피당 높은 비표면적을 가짐으로써 공정 설비의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 모듈의 개수에 따라 표면적을 쉽게 조절 할 수 있어 scale-up에도 용이하다. 기존의 정통적 방식의 아민 흡수 공정에 비하여 30배 이상의 유효 표면적을 가지며 단위 공정당 필요 크기를 10배까지 줄일 수 있다.
분리막 소재의 최적화, 모듈화 기술, 흡수제, 공정 모델 등 접촉막의 상업화를 위하여 많은 연구가 이루어 지고 있다. 접촉막 공정의 성능을 향상시키기 위하여 많은 연구자들이 PTFE, PVDF, PEI, PS, ePTFE 등 고분자 분리막을 이용한 연구를 진행하고 있다.
그러나 고분자 분리막은 낮은 내화학성 및 열적안정성을 가지고 있어서 CO2 흡수를 위한 흡수제에 취약하다는 단점을 가지고 있다. 반면에 세라믹 분리막은 높은 내화학성과 열적 안정성을 가지고 있어 아민 계열 흡수제를 이용하는 CO2 흡수 공정에 적합하다. 이에 따라 소수성 세라믹 분리막을 접촉막 공정에 적용하는 연구가 최근 이루어 지고있다.
접촉막 공정의 상업화를 위해서는 성능의 증가뿐만이 아니라 모듈의 크기를 작게 하고 가혹 조건에서의 안정적인 공정 운정성을 확보해야 한다. 중공사막 형태의 분리막은 단위부피당 넓은 표면적을 가져 다른 형태의 분리막에 비하여 모듈의 크기를 작게 할 수 있다.
일반적인 중공사막 모듈은 분리막들 사이의 간격이 일정하지 않아 채널링(channeling; 편류)과 바이패스(by-pass) 현상이 쉽게 일어난다. 이러한 유체의 거동은 총괄 물질 전달계수를 감소시켜 모듈의 성능을 감소시키는 원인이 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 흡수제를 함유한 유체의 거동을 개선하여 효율이 향상된 세라믹 중공사막 모듈 및 이를 가지는 기체 분리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 필요에 따라 모듈들을 조합하기 용이하고, 콤팩트한 사이즈를 가지는 세라믹 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 배가스로부터 타깃 가스를 분리시키는 세라믹 중공사막 모듈을 제공한다. 세라믹 중공사막 모듈은 상기 타깃 가스를 흡수하는 흡수제의 유출입구로 선택될 수 있도록, 외측면의 일측에 상부홀이 형성되고, 상기 외측면의 타측에 하부홀에 형성된 통 형상의 몸체; 상기 몸체의 상측으로부터 하측으로 연장되도록 상기 몸체의 내부에 구비되며, 중공을 통해 흐르도록 상기 배가스가 공급되는 복수의 중공사막; 상기 몸체의 횡단면 중 일부만 막도록 상기 몸체의 내부에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제1 배플(baffle); 및 상기 몸체의 횡단면 중 다른 일부만 막도록 상기 제1 배플의 하측에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제2 배플(baffle);을 포함하며, 상기 상부홀로 유입된 흡수제는 상기 복수의 중공사막 사이로 흘러 하강하되, 상기 하강하는 흡수제가 상기 제1 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 상기 제2 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 상기 하부홀을 통해 유출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 몸체의 횡단면 중 또 다른 일부만 막도록 상기 제2 배플의 하측에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 또 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제3 배플(baffle);을 더 포함하며, 상기 제2 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하는 흡수제가 상기 제3 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후, 상기 하부홀을 통해 유출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 배플의 하측에 배열된 2개 이상의 추가의 배플을 더 포함하며, 상기 제1 배플, 상기 제2 배플 및 상기 2개 이상의 추가의 배플은 상기 몸체의 횡단면을 기준으로 서로 엇갈리게 배열될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 중공사막 중 상기 제1 배플을 관통하는 중공사막은 상기 제3 배플을 관통할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 타깃 가스는 이산화탄소일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 원주방향을 따라 상기 몸체의 외측면에 결합된 실링부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 배가스로부터 타깃 가스를 분리시키는 기체 분리 장치를 제공한다. 기체 분리 장치는 통 형상을 가지며, 흡수제의 입출구로서 선택될 수 있도록, 상단에 제1 유통구와 하단에 제2 유통구가 형성된 하우징; 상기 하우징에 삽입된 제1 세라믹 중공사막 모듈; 및 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하측에 위치하도록 상기 하우징에 삽입된 제2 세라믹 중공사막 모듈;을 포함하며, 상기 제1 유통구로 상기 흡수제가 유입되어 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀, 복수의 배플들 및 하부홀과, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀, 복수의 배플들 및 하부홀 순서로 경유하며, 상기 세라믹 중공사막으로부터 상기 타깃 가스를 흡수한 후, 상기 제2 유통구를 통해 배출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 세라믹 중공사막 모들의 하측에 위치하도록 상기 하우징에 삽입된 제3 세라믹 중공사막 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 복수의 실링부재가 상기 하우징의 내면과 상기 제1 내지 제3 세라믹 중공사막 모듈의 몸체의 외측면 사이에 개재되며, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀과 하단 사이, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀과 상단 사이, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀과 하단 사이, 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀과 상단 사이에 각각 구비되어, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하단과 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상단 및 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 하단과 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 상단은 상기 흡수재와 분리되도록 밀폐될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 유통구 및 상기 제2 유통구의 사이의 상기 하우징의 외측면에는 제1 내지 제4 연결홀이 형성되어 있고, 상기 하우징의 외부에서 상기 제1 연결홀 및 상기 제2 연결홀을 연결하는 제1 연결호스; 및 상기 하우징의 외부에서 상기 제3 연결홀 및 상기 제4 연결홀을 연결하는 제2 연결호스를 더 포함하며, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀로부터 유출되는 흡수재가 상기 제1 연결홀, 상기 제1 연결호스 및 상기 제2 연결홀을 경유한 후 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀로 유입되고, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀로부터 유출되는 흡수재가 상기 제3 연결홀, 상기 제2 연결호스 및 상기 제4연결홀을 경유한 후 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 하단과, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 상단의 사이에는 제1 이격공간이 형성되며, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 하단과, 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 상단의 사이에는 제2 이격공간이 형성되며, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 하단으로 방출된 배가스가 상기 이격공간에서 혼합되어 상기 타깃가스의 농도가 균일화된 후 다시 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 상단으로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하우징의 제1 유통구와 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀은 서로 반대방향으로 배치되며, 상기 하우징의 제2 유통구와 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀은 서로 반대방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하우징의 상단에 결합되며, 상기 배가스가 유입되는 가스 유입부를 더 포함하며, 상기 가스 유입부는, 상기 하우징의 상단에 결합되며, 상단이 막혀있고, 복수의 홀들이 형성된 경사진 측면을 가지는 내부 캡; 및 상기 내부 캡을 덮으며 결합되며, 상단에 배가스 유입구가 형성된 외부 캡을 포함하며, 상기 배가스 유입구로 유입되는 배가스가 상기 내부 캡의 상단에 막혀 상기 경사진 측면의 복수의 홀들로 유입될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 배가스로부터 타깃 가스를 분리시키는 기체 분리 장치를 제공한다. 기체 분리 장치는 통 형상을 가지며, 흡수제의 입출구로서 선택될 수 있도록, 상단에 제1 유통구와 하단에 제2 유통구가 형성된 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 상하로 배치되는 제1 세라믹 중공사막 모듈 및 제2 세라믹 중공사막 모듈로서, 각기 상기 타깃 가스를 흡수하는 흡수제의 유출입구로 선택될 수 있도록, 외측면의 일측에 상부홀이 형성되고, 상기 외측면의 타측에 하부홀에 형성된 통 형상의 몸체와, 상기 몸체의 상측으로부터 하측으로 연장되도록 상기 몸체의 내부에 구비되며, 중공을 통해 흐르도록 상기 배가스가 공급되는 복수의 중공사막을 포함하는 제1 세라믹 중공사막 모듈 및 제2 세라믹 중공사막 모듈;을 포함하며, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 하단과, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 상단의 사이에는 이격공간이 형성되며, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 하단으로 방출된 배가스가 상기 이격공간에서 혼합되어 상기 타깃가스의 농도가 균일화된 후 다시 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 상단으로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 복수의 실링부재가 상기 하우징의 내면과 상기 제1 및 제2 세라믹 중공사막 모듈의 몸체의 외측면 사이에 개재되며, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀과 하단 사이, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀과 상단 사이에 각각 구비되어, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하단과 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상단은 상기 흡수재와 분리되도록 밀폐될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 세라믹 중공사막 모듈은 각각,
상기 몸체의 횡단면 중 일부만 막도록 상기 몸체의 내부에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제1 배플(baffle); 및 상기 몸체의 횡단면 중 다른 일부만 막도록 상기 제1 배플의 하측에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제2 배플(baffle);을 포함하며, 상기 상부홀로 유입된 흡수제는 상기 복수의 중공사막 사이로 흘러 하강하되, 상기 하강하는 흡수제가 상기 제1 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 상기 제2 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 상기 하부홀을 통해 유출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 세라믹 중공사막 모듈은 내부에 배플이 설치되어, 흡수제의 유동을 가이드함으로써, 채널링(channeling; 편류) 과 바이패스(by-pass) 현상을 방지하는 세라믹 중공사막 모듈 및 이를 가지는 기체 분리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 필요에 따라 세라믹 중공사막 모듈들을 조합하여, 사이즈를 용이하게 변경시킬 수 있고, 모듈화를 용이하게 달성할 수 있어서, CO2 등의 기체 분리 장치에 적절하게 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 세라믹 중공사막은 Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrimethoxysilane을 이용하여 표면이 소수성으로 개질되어 있고, 세라믹 분리막의 소재로는 Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2 등이 가능하며, 이중 Al2O3는 3.95 g/cm3의 낮은 밀도를 가지고 있어 공정의 무게를 낮출 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 배가스 배출원들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분리 장치가 설치된 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 중공사막 모듈을 나타내는 도면이다.
도 4는 중공사막 방사장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 세라믹 중공사막의 단면의 일 예를 나타내는 사진이다.
도 6및 도 7은 도 3에 도시된 세라믹 중공사막 모듈의 내부에 구비된 배플을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 중공사막 모듈을 포함하는 기체 분리 장치를 나타내는 도면이다.
도 9은 도 8에 도시된 기체 분리 장치의 세라믹 중공사막 모듈들 간의 결합구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10는 도 8에 도시된 기체 분리 장치의 유체 유입부의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 CO2 분리시스템에 채택된 기체 분리 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 제조한 접촉막 모듈(본 실시예의 기체 분리 장치)을 이용한 CO2 분리 성능 평가 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분리 장치(10)가 설치된 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 중공사막 모듈을 나타내는 도면이다.
세라믹 중공사막 모듈은 배가스로부터 이산화탄소와 같은 타깃 가스를 분리시키는 기체 분리 장치(10)에 적용될 수 있다. 세라믹 중공사막 모듈은 통 형상의 몸체(110), 복수의 중공사막(120), 제1 배플(131)(baffle), 및 제2 배플(132)을 포함한다.
몸체(110)는 타깃 가스를 흡수하는 흡수제의 유출입구로 선택될 수 있도록, 외측면의 일측에 상부홀(111)이 형성되고, 외측면의 타측에 하부홀(112)에 형성된다.
복수의 중공사막(120)은 몸체(110)의 상측으로부터 하측으로 연장되도록 몸체(110)의 내부에 구비되며, 중공을 통해 흐르도록 배가스가 공급될 수 있다.
제1 배플(131)은 몸체(110)의 횡단면 중 일부만 막도록 몸체(110)의 내부에 설치되며, 복수의 중공사막(120) 중 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀(1311)이 형성될 수 있다.
제2 배플(132)은 몸체(110)의 횡단면 중 다른 일부만 막도록 제1 배플(131)의 하측에 설치되며, 복수의 중공사막(120) 중 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀(1311)이 형성될 수 있다.
상부홀(111)로 유입된 흡수제는 복수의 중공사막(120) 사이로 흘러 하강하되, 하강하는 흡수제가 제1 배플(131)로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 제2 배플(132)로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 하부홀(112)을 통해 유출될 수 있다.
세라믹 중공사막 모듈은 제3 배플(133)을 더 포함할 수 있다. 제3 배플(133)은 몸체(110)의 횡단면 중 또 다른 일부만 막도록 제2 배플(132)의 하측에 설치되며, 복수의 중공사막(120) 중 또 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀(1311)이 형성될 수 있다. 제2 배플(132)로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하는 흡수제가 제3 배플(133)로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후, 하부홀(112)을 통해 유출될 수 있다.
이와 같이, 배플의 개수는 필요에 따라 적절한 개수로 선택될 수 있다.
<세라믹 중공사막 제조 및 소수성 개질>
도 4는 중공사막 방사장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 세라믹 중공사막의 단면의 일 예를 나타내는 사진이다.
세라믹 중공사막은 상전이-소결 기술을 이용하여 제조하였다. 중공사막 제조를 위한 도프용액은 α-Al2O3 (평균 입자 크기 : 0.5 um) 60 wt%, 1-methyl-2-pyrrolidone 33.5 wt% (NMP, 99.5%, Samchun pure chemical Co., Ltd., Korea), polyethersulfone 6 wt% (PESf,Ultrason®E6020P, BASF, Germany), polyvinylpyrrolidone 0.5 wt% (PVP,Sigma-Aldrich, U.S.A.)의 조성으로 제조하였다. 도프용액은 2일 동안 교반한 뒤 진공펌프를 이용하여 교반 중 생성된 도프용액 내의 기포를 제거하였다. 도 4에 예시된 것과 같은 중공사막 방사 장치를 이용하여 방사를 진행하였다.
방사 후 중공사막은 증류수를 이용하여 1일 동안 상전이를 진행 한뒤 100 oC 오븐을 이용하여 1일 동안 건조하였다. 건조 후 제조 된 중공사막 green body는 박스형 소결로에서 5 oC/min의 승온속도로 1300 oC까지 승온시킨 뒤 4시간 동안 유지하여 소결 및 하소를 진행하여 세라믹 중공사막을 얻었다. 제조 된 중공사막은 Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrimethoxysilane (FAS, ≥98%, Sooyang Chemtec Co., Ltd.)을 이용한 코팅을 통해 표면을 소수성으로 개질하였다.
<중공사막(120) 제조>
도 5는 제조한 중공사막(120)의 단면 SEM 분석 결과이다. 중공사막(120)은 상전이 공정에 의해서 3부분으로 나누어 지는 기공구조를 가지며 외부와 내부에 손가락 기공구조를 가지고 그 중간에 스펀지 기공구조를 가지는 비대칭성 구조를 나타내었다. 이러한 비대칭성 기공구조는 내부와 외부에 있는 손가락 기공구조의 큰 기공에 의해 높은 기체투과도 특성을 가지며 스펀지 기공구조를 통해 소수성을 나타내는데 유리하다는 장점을 가진다.
도 6및 도 7은 도 3에 도시된 세라믹 중공사막 모듈의 내부에 구비된 배플을 설명하기 위한 도면이다.
배플은 전술한 바와 같이, 상기와 같이 제조된 복수의 세라믹 중공사막(120)을 고정하고, 서로의 간격을 유지하며, 또한 흡수재의 유동을 개선하여 세라믹 중공사막(120)의 사이로 흡수재가가 잘 흐르도록 할 수 있다. 흡수재는 타깃 가스로서 이산화탄소를 흡수할 수 있다.
배플의 개수는 전술한 바와 같이, 변경될 수 있다. 예를 들어, 제2 배플(132)의 하측에 배열된 2개 이상의 추가의 배플을 더 포함하며, 제1 배플(131), 제2 배플(132) 및 2개 이상의 추가의 배플(133, 134)은 몸체(110)의 횡단면을 기준으로 서로 엇갈리게 배열될 수 있다. 복수의 중공사막(120) 중 제1 배플(131)을 관통하는 중공사막(120)은 제3 배플(133)을 관통할 수 있다.
흡수재는 물과 같은 유체에 타깃 기체 흡수물질이 용해된 것일 수 있다. 세라믹 중공사막(120)은 표면이 소수성으로 개질되어 있어서, 세라믹 중공사막(120) 사이의 좁은 틈으로 친수성인 흡수재가 잘 흐르지 못하고 터널링 또는 바이패스 되는 영역이 존재할 수 있다. 즉 흡수재가 복수의 세라믹 중공사막(120)을 전체적으로 충분히 접촉하면서 흐르지 못하여 흡수 효율이 저하될 수 있다.
복수의 배플이 전술한 바와 같이 하강하는 흡수재를 막아서 옆으로 흐르도록 유도하므로 흡수재가 복수의 세라믹 중공사막(120) 사이 사이로 골고루 흐르게 되어 터널링이나 바이패스되는 현상이 방지된다. 그 결과 흡수효율이 현저히 향상된다(도 12, 13 참조).
복수의 배플(131,132,133,134)은 도 7에 도시된 바와 같이 횡단면 상으로는 2개의 배플이 중첩되지 않게 상하로 배열될 수 있다. 이와 다르게 2개의 배플을 볼 때 일부 면적은 중첩되고 나머지 영역은 중첩되지 않도록 다수의 배플이 배열될 수도 있다.
배플에는 고정홀(1311)들이 형성되어 있고, 세라믹 중공사막(120)이 고정홀(1311)을 관통하도록 결합될 수 있다. 따라서, 세라믹 중공사막(120)들 사이 간격이 유지되어 흡수재의 유동에 유리하고, 충돌에 의한 파손이 방지되는 장점이 있다.
한편, 세라믹 중공사막 모듈은 원주방향을 따라 몸체(110)의 외측면에 결합된 실링부재(150)를 더 포함할 수 있다. 실링부재(150)는 후술하는 기체 분리 장치(10)의 하우징(700)에 세라믹 중공사막 모듈이 설치될 때, 실링을 할 수 있다.
<세라믹 중공사막 모듈을 포함하는 기체 분리 장치>
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 중공사막 모듈을 포함하는 기체 분리 장치(10)를 나타내는 도면이다.
기체 분리 장치(10)는 배가스로부터 타깃 가스를 분리시키는 데 사용될 수 있다.
기체 분리 장치(10)는 통 형상을 가지는 하우징(700), 및 복수의 세라믹 중공사막 모듈(100,200,300)을 포함할 수 있다.
하우징(700)에는 흡수제의 입출구로서 선택될 수 있도록, 상단에 제1 유통구(710)와 하단에 제2 유통구(720)가 형성될 수 있다.
복수의 세라믹 중공사막 모듈의 상하로 적층되도록 하우징(700) 내에 삽입될 수 있다. 세라믹 중공사막 모듈은 전술된 세라믹 중공사막 모듈이 채택될 수 있다. 도 8에 도시된 예는 제1 내지 제3 세라믹 중공사막 모듈(100,200,300)이 상하로 적층되도록 하우징(700) 내에 삽입되어 있다. 물론 세라믹 중공사막 모듈의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
제2 세라믹 중공사막 모듈(200)은 제1 세라믹 중공사막 모듈(100)의 하측에 위치하도록 하우징(700)에 삽입되며, 제3 세라믹 중공사막 모듈(300)은 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 하측에 위치하도록 하우징(700)에 삽입되어 있다.
하우징(700)의 제1 유통구(710)와 제1 세라믹 중공사막 모듈(100)의 상부홀(111)은 서로 반대방향으로 배치되며, 하우징(700)의 제2 유통구(720)와 제3 세라믹 중공사막 모듈(300)의 하부홀(112)은 서로 반대방향으로 배치될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 제1 유통구(710)로 유입되는 흡수재가 직접 세라믹 중공사막(120)에 충돌하기 않고, 몸체(110)의 외측면에 충돌한 후, 유동하여 상부홀(111)로 유입되므로, 세라믹 중공사막(120)이 흡수재의 압력에 의해 파손되는 현상이 방지될 수 있다.
하우징(700)의 제1 유통구(710)로 흡수제가 유입되어 제1 세라믹 중공사막 모듈(100)의 상부홀(111), 복수의 배플들 및 하부홀(112)과, 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 상부홀(111), 복수의 배플들 및 하부홀(112) 순서로 경유하며, 세라믹 중공사막(120)으로부터 타깃 가스를 흡수한 후, 제2 유통구(720)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치(10).
배가스는 하측의 배가스 유입부(900)로 유입되어 세라믹 중공사막(120)의 중공 내를 따라 상승하여 상측의 배가스 배출구로 배출된다. 이 과정에서 흡수재에 의해 이산화탄소 같은 타깃 가스가 흡수되어 분리될 수 있다.
도 9은 도 8에 도시된 기체 분리 장치(10)의 세라믹 중공사막 모듈들 간의 결합구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
전술한 바와 같이, 복수의 실링부재(150)가 하우징(700)의 내면과 제1 내지 제3 세라믹 중공사막 모듈(100,200,300)의 몸체(110)의 외측면 사이에 개재되며, 실링할 수 있다.
실링부재(150)는 제1 세라믹 중공사막 모듈(100)의 하부홀(112)과 하단 사이, 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 상부홀(111)과 상단 사이, 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 하부홀(112)과 하단 사이, 제3 세라믹 중공사막 모듈(300)의 상부홀(111)과 상단 사이에 각각 구비될 수 있다.
이에 따라, 제1 세라믹 중공사막 모듈(100)의 하단과 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 상단 및 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 하단과 제3 세라믹 중공사막 모듈(300)의 상단은 흡수재와 분리되도록 밀폐될 수 있다.
제1 유통구(710) 및 제2 유통구(720)의 사이의 하우징(700)의 외측면에는 제1 내지 제4 연결홀(734)이 형성될 수 있다.
기체 분리 장치(10)는 제1 연결호스(810) 및 제2 연결호스(820)를 더 포함할 수 있다.
제1 연결호스(810)는 하우징(700)의 외부에서 제1 연결홀(731) 및 제2 연결홀(732)을 연결할 수 있다.
제2 연결호스(820)는 하우징(700)의 외부에서 제3 연결홀(733) 및 제4 연결홀(734)을 연결할 수 있다.
제1 세라믹 중공사막 모듈(100)의 하부홀(112)로부터 유출되는 흡수재가 제1 연결홀(731), 제1 연결호스(810) 및 제2 연결홀(732)을 경유한 후 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 상부홀(111)로 유입될 수 있다. 유입된 흡수재가 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)을 경유하며, 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 하부홀(112)로부터 유출되는 흡수재가 제3 연결홀(733), 제2 연결호스(820) 및 제4연결홀을 경유한 후 제3 세라믹 중공사막 모듈(300)의 상부홀(111)로 유입될 수 있다.
제1 세라믹 중공사막 모듈(100)의 복수의 중공사막(120)의 하단과, 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 복수의 중공사막(120)의 상단의 사이에는 제1 이격공간이 형성될 수 있다. 마찬가지로 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 복수의 중공사막(120)의 하단과, 제3 세라믹 중공사막 모듈(300)의 복수의 중공사막(120)의 상단의 사이에는 제2 이격공간이 형성될 수 있다.
제1 세라믹 중공사막 모듈(100)의 복수의 중공사막(120)의 하단으로 방출된 배가스가 제1 이격공간에서 혼합되어 타깃가스의 농도가 균일화된 후 다시 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 복수의 중공사막(120)의 상단으로 유입될 수 있다.
마찬가지로 제2 세라믹 중공사막 모듈(200)의 복수의 중공사막(120)의 하단으로 방출된 배가스가 제2 이격공간에서 혼합되어 타깃가스의 농도가 균일화된 후 다시 제3 세라믹 중공사막 모듈(300)의 복수의 중공사막(120)의 상단으로 유입될 수 있다.
도 10는 도 8에 도시된 기체 분리 장치(10)의 유체 유입부의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
기체 분리 장치(10)는 하우징(700)의 상단에 결합되며, 배가스가 유입되는 가스 유입부를 더 포함할 수 있다.
가스 유입부는, 하우징(700)의 상단에 결합되며, 상단이 막혀있고, 복수의 홀들이 형성된 경사진 측면을 가지는 내부 캡(910) 및 내부 캡(910)을 덮으며 결합되며, 상단에 배가스 유입구가 형성된 외부 캡(930)을 포함할 수 있다. 배가스 유입구로 유입되는 배가스가 내부 캡(910)의 상단에 막혀 경사진 측면의 복수의 홀들로 유입될 수 있다.
< CO2 분리 실험>
도 11은 CO2 분리시스템에 채택된 기체 분리 장치를 나타내는 도면이다.
기체 분리 장치를 실제작의 예로서, 먼저 세라믹 중공사막 모듈의 제작을 위해, 몸체 내에 4개의 배플들을 설치하고, 몸체의 크기에 맞게 중공사를 20 cm로 자르고 중공사막을 몸체 내에 넣는다. 이때, 세라믹 중공사를 배플들의 고정홀을 관통하도록 삽입할 수 있다. 고정홀은 세라믹 중공사막의 외경에 맞는 직경을 가질 수 있다. 이후, 에폭시를 이용하여 포팅하였다. 이후 세라믹 중공사막의 깨짐으로 인한 리크를 확인하기 위하여 물을 이용하여 리크를 확인하였다.
이와 같이 제조된 세라믹 중공사막 모듈 3개를 직렬로 하우징 내에 삽입설치하여 기체 분리 장치를 제작하였다. 이러한 기체 분리 장치를 사용하여 CO2 분리 실험을 하였다.
유사 매립지 가스를 공급하기 위하여 mass flow controllers (MFC, 5850E, Brooks, Japan)을 이용하여 30 % CO2, 70 % CH4 조성으로 가스를 0.7 Nm3/h의 유량으로 lumen side 공급하였다. CO2 흡수를 위한 흡수제로는 monoethanolamine (MEA, 99.0%, Samchip Pure Chemical Co., Ltd, Korea) 30 % 수용액을 선정하였고 기어펌프 (Reglo-Z Digital, Ismatec, U.S.A.)를 이용하여 200 ml/min의 유량으로 Shell side로 공급하였다. 기체는 모듈의 아래에서 위로 흘려주었으며 액체는 모듈의 위에서 아래로 흘려 액체와 기체가 향류의 형태로 만날 수 있도록 하였다. 세라믹 중공사막 모듈을 통과하여 CO2가 제거된 기체의 조성은 CO2 analyzer을 이용하여 분석하였다.
<접촉막 모듈 이용 CO 2 분리 특성 평가>
도 12는 제조한 접촉막 모듈(본 실시예의 기체 분리 장치)을 이용한 CO2 분리 성능 평가 결과이다.
유로 개선 전 디자인의 Module 1(유로개선 배플이 없는 경우)과 유로 개선 후 디자인의 Module 2 (본 실시예) 모두 기체(CH4 70%, CO2 30%) 유량 0.7 Nm3/h, 흡수제(MEA 30% 수용액) 유량 200 ml/min 조건에서 실험을 진행하였다. Module 1의 경우 81.08 %, Module 2의 경우 98.16 %의 CO2 제거율을 나타내었다. 이는 Module 2에 적용된 배플에 의해 Module 1에서 나타날 수 있는 채널링(channeling) 현상과 dead-zone의 형성을 막고 흡수제의 흐름을 원활하게 하여 이를 통한 총괄 물질전달계수의 증가로 인해 CO2 분리 성능이 증가한 것으로 분석된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 기체 분리 장치
100 : 제1 세라믹 중공사막 모듈
110 : 몸체
111 : 상부홀
112 : 하부홀
120 : 세라믹 중공사막
131 : 제1 배플
132 : 제2 배플
133 : 제3 배플
1311 : 고정홀
150 : 실링부재
200 : 제2 세라믹 중공사막 모듈
300 : 제3 세라믹 중공사막 모듈
700 : 하우징
710 : 제1 유통구
720 : 제2 유통구
731 : 제1 연결홀
732 : 제2 연결홀
733 : 제3 연결홀
734 : 제4 연결홀
810 : 제1 연결호스
820 : 제2 연결호스
900 : 배가스 유입부
910 : 내부 캡
930 : 외부 캡

Claims (15)

  1. 배가스로부터 타깃 가스를 분리시키는 기체 분리 장치에 있어서,
    통 형상을 가지며, 흡수제의 입출구로 선택될 수 있도록, 상단에 제1 유통구와 하단에 제1 연결홀을 가지는 하우징; 및
    상기 하우징 내에 삽입된 제1 세라믹 공중사막 모듈을 가지고,
    상기 제1 세라믹 공중사막 모듈은
    상기 타깃 가스를 흡수하는 상기 흡수제가 유출입되고 외측면의 일측 상부에 배치되는 상부홀과 상기 상부홀에 대향하는 방향에 위치하는 외측면의 타측 하부에 배치되는 하부홀을 가지며, 통 형상을 가지는 몸체;
    상기 몸체의 상측으로부터 하측으로 연장되도록 상기 몸체의 내부에 구비되며, 중공을 통해 흐르도록 상기 상기 배가스가 공급되고, 상호간에 이격공간을 가지는 복수의 중공사막들;
    상기 몸체의 횡단면 중 일부만 막도록 상기 몸체의 내부에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제1 배플(baffle);
    상기 몸체의 횡단면 중 다른 일부만 막도록 상기 제1 배플의 하측 및 상기 제1 배플과 대향하는 방향에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제2 배플(baffle); 및
    상기 몸체의 횡단면 중 또 다른 일부만 막도록 상기 제2 배플의 하측 및 상기 제2 배플에 대향하는 방향에 설치되며, 상기 복수의 중공사막들 중 또 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제3 배플(baffle)을 포함하고,
    상기 제1 유통구와 상기 상부홀은 상기 중공사막들을 중심으로 서로 대향하고, 상기 제1 연결홀과 상기 하부홀은 상기 중공사막을 중심으로 서로 대항하되,
    상기 제1 유통구를 통해 상기 흡수제가 유입되면, 상기 흡수제는 상기 몸체의 외곽을 타고 유동하여 상기 상부홀을 통해 상기 몸체 내부로 유입되고,
    상기 하부홀을 통해 상기 흡수제가 유출되면, 상기 흡수제는 상기 몸체의 외곽을 타고 유동하여 상기 제1 연결홀을 통해 유출되고,
    상기 제1 배플은 상기 상부홀이 설치된 방향과 동일 방향에 배치되고, 상기 제3 배플은 상기 하부홀이 설치된 방향과 동일 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부홀로 유입된 상기 흡수제는 상기 복수의 중공사막들 사이의 이격공간을 흘러 하강하되, 상기 하강하는 흡수제가 상기 제1 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 상기 제2 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후 하강하고, 상기 제3 배플로 인해 옆으로 흐르도록 유도된 후, 상기 하부홀을 통해 유출되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 배플, 상기 제2 배플 및 상기 제3 배플은 상기 몸체의 횡단면을 기준으로 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 타깃 가스는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 원주방향을 따라 상기 몸체의 외측면에 결합된 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  7. 배가스로부터 타깃 가스를 분리시키는 기체 분리 장치에 있어서,
    통 형상을 가지며, 흡수제의 입출구로서 선택될 수 있도록, 상단에 제1 유통구와 하단에 제2 유통구가 형성된 하우징; 및
    상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 제1 유통구와 연결되는 제1 세라믹 중공사막 모듈; 및
    상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하부에 설치되고, 상기 제2 유통구와 연결되는 제2 세라믹 중공사막 모듈을 포함하고,
    상기 제1 세라믹 중공사막 모듈 또는 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈은,
    상기 타깃 가스를 흡수하는 상기 흡수제가 유출입되고 외측면의 일측 상부에 배치되는 상부홀과 상기 상부홀에 대향하는 방향에 위치하는 외측면의 타측 하부에 배치되는 하부홀을 가지며, 통 형상을 가지는 몸체;
    상기 몸체의 상측으로부터 하측으로 연장되도록 상기 몸체의 내부에 구비되며, 중공을 통해 흐르도록 상기 상기 배가스가 공급되고, 상호간에 이격공간을 가지는 복수의 중공사막들;
    상기 몸체의 횡단면 중 일부만 막도록 상기 몸체의 내부에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제1 배플(baffle);
    상기 몸체의 횡단면 중 다른 일부만 막도록 상기 제1 배플의 하측 및 상기 제1 배플과 대향하는 방향에 설치되며, 상기 복수의 중공사막 중 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제2 배플(baffle); 및
    상기 몸체의 횡단면 중 또 다른 일부만 막도록 상기 제2 배플의 하측 및 상기 제2 배플에 대향하는 방향에 설치되며, 상기 복수의 중공사막들 중 또 다른 일부가 각기 관통하는 복수의 고정홀이 형성된 제3 배플(baffle)을 포함하고,
    상기 제1 유통구와 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀은 상기 중공사막들을 중심으로 서로 대향하고, 상기 제2 유통구와 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀은 상기 중공사막을 중심으로 서로 대향하되,
    상기 제1 유통구를 통해 상기 흡수제가 유입되면, 상기 흡수제는 상기 몸체의 외곽을 타고 유동하여 상기 제1 세라믹 중공사막의 상부홀을 통해 상기 몸체 내부로 유입되고,
    상기 제2 세라믹 중공사막의 하부홀을 통해 상기 흡수제가 유출되면, 상기 흡수제는 상기 몸체의 외곽을 타고 유동하여 상기 제2 유통구를 통해 상기 흡수제가 유출되고,
    상기 제1 배플은 상기 상부홀이 설치된 방향과 동일 방향에 배치되고, 상기 제3 배플은 상기 하부홀이 설치된 방향과 동일 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 하측에 위치하도록 상기 하우징에 삽입된 제3 세라믹 중공사막 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 복수의 실링부재가 상기 하우징의 내면과 상기 제1 내지 제3 세라믹 중공사막 모듈의 몸체의 외측면 사이에 개재되며,
    상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀과 하단 사이, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀과 상단 사이, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀과 하단 사이, 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀과 상단 사이에 각각 구비되어, 상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하단과 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상단 및 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 하단과 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 상단은 상기 흡수제와 분리되도록 밀폐되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 유통구 및 상기 제2 유통구의 사이의 상기 하우징의 외측면에는 제1 내지 제4 연결홀이 형성되어 있고,
    상기 하우징의 외부에서 상기 제1 연결홀 및 상기 제2 연결홀을 연결하는 제1 연결호스; 및
    상기 하우징의 외부에서 상기 제3 연결홀 및 상기 제4 연결홀을 연결하는 제2 연결호스를 더 포함하며,
    상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀로부터 유출되는 흡수제가 상기 제1 연결홀, 상기 제1 연결호스 및 상기 제2 연결홀을 경유한 후 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀로 유입되고,
    상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 하부홀로부터 유출되는 흡수제가 상기 제3 연결홀, 상기 제2 연결호스 및 상기 제4 연결홀을 경유한 후 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 상부홀로 유입되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 하단과, 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 상단의 사이에는 제1 이격공간이 형성되며,
    상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 하단과, 상기 제3 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 상단의 사이에는 제2 이격공간이 형성되며,
    상기 제1 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 하단으로 방출된 배가스가 상기 제1 이격공간에서 혼합되어 상기 타깃가스의 농도가 균일화된 후 다시 상기 제2 세라믹 중공사막 모듈의 복수의 중공사막의 상단으로 유입되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    상기 하우징의 상단에 결합되며, 상기 배가스가 유입되는 배가스 유입부를 더 포함하며,
    상기 배가스 유입부는,
    상기 하우징의 상단에 결합되며, 상단이 막혀있고, 복수의 홀들이 형성된 경사진 측면을 가지는 내부 캡; 및
    상기 내부 캡을 덮으며 결합되며, 상단에 배가스 유입구가 형성된 외부 캡을 포함하며,
    상기 배가스 유입구로 유입되는 배가스가 상기 내부 캡의 상단에 막혀 상기 경사진 측면의 복수의 홀들로 유입되는 것을 특징으로 하는 기체 분리 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
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