KR20150122985A - Apparatus and method for recovery of retentate using gas separation membrane - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명은 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈을 포함하여 구성되는 목표기체 회수장치를 직렬 반복 배치하여 복수의 목표기체 회수장치를 통해 목표기체의 농축도를 향상시킴과 함께 각각의 목표기체 회수장치 내의 제 1 기체분리막모듈에 주입되는 주입기체의 목표기체 농도를 일정하게 유지시킴으로써 각각의 목표기체 회수장치에 의해 회수되는 회수기체 내에 포함되는 목표기체 농도를 안정적으로 유지할 수 있는 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a highly concentrated target gas recovery apparatus and method using a gas separation membrane module, and more particularly, to a target gas recovery apparatus comprising a first gas separation membrane module and a second gas separation membrane module, Thereby enhancing the degree of concentration of the target gas through the plurality of target gas collecting apparatuses and maintaining the target gas concentration of the injected gas injected into the first gas separation membrane module in each of the target gas collecting apparatuses constant, The present invention relates to a highly concentrated target gas recovery apparatus and method using a gas separation membrane module capable of stably maintaining a target gas concentration contained in a recovery gas recovered by the recovery gas recovery unit.
SF6은 전력기기의 대표적인 전기절연물질이며, 반도체 웨이퍼나 LCD 패널 등의 제조시 세척과정에서 사용되고 있는 물질이다. 이와 같은 SF6은 지구 온난화에 미치는 영향력이 이산화탄소에 비해 약 23900배 이상 높은 것으로 알려져 있으며, 1997년 교토에서 개최된 기후변화협약 당사자회의에서 지구 온난화 지수가 가장 큰 6가지 물질 중 하나로 지목된 바 있다. 따라서, SF6에 대한 처리가 시급히 요구되고 있다. SF 6 is a typical electrical insulating material for electric power equipment and is used in the cleaning process of semiconductor wafers and LCD panels. Such SF 6 has been the impact on global warming is known to be higher than carbon dioxide, more than 23,900 times, global warming is one of the largest six materials cited in the UNFCCC Parties Conference held in Kyoto in 1997 bar . Therefore, a process for SF 6 is urgently required.
SF6에 대한 처리 방법으로, 먼저 SF6을 분해하는 방법이 있다. SF6은 매우 안정하기 때문에 분해하기 위해서는 플라즈마와 같은 높은 에너지가 필요하고, 분해 과정에서 S2F10, SF4, HF와 같은 높은 독성과 부식성을 갖는 부산물이 생성되는 단점이 있다. 이와 같은 분해시의 문제점과 함께 SF6의 지속적인 가격 상승을 고려하면 SF6을 효과적으로 회수하여 재사용을 도모하는 것이 생산비용의 절감 측면에서 매우 바람직하다. The processing method for the SF 6, there is a first method to decompose SF 6. Since SF 6 is very stable, it requires a high energy such as plasma to decompose and has the disadvantage that by-products having high toxicity and corrosivity such as S 2 F 10 , SF 4 , and HF are produced during the decomposition process. If such problems with the decomposition considering the continuous price rise of SF 6 by effectively recovering SF 6 is highly desirable in terms of reducing production costs to promote reuse.
SF6을 회수하는 기술은 SF6이 포함된 혼합기체 중 SF6만을 회수하는 기술로서, 세부적으로 심냉법, PSA(pressure swing adsorption)법, 막분리법 등의 방법이 있으며, 이 중 기체 분리막 모듈을 이용한 막분리법에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 막분리법은 설비의 구성이 상대적으로 간소하고 회수율이 비교적 우수한 장점이 있다. 막분리법의 일 예는 한국등록특허 제10-1249261호에 개시되어 있다. Techniques for recovering SF 6 is a technology for recovering only the SF 6 in a mixed containing the SF 6 gas, naengbeop seam in detail, there is a method such as a PSA (pressure swing adsorption) method, membrane separation process, the two of the gas separation membrane module Many studies have been conducted on the membrane separation method used. The membrane separation method is advantageous in that the structure of the apparatus is relatively simple and the recovery rate is comparatively excellent. An example of the membrane separation method is disclosed in Korean Patent No. 10-1249261.
막분리법은, 폐가스를 분리막 모듈에 주입하고 분리막 모듈은 주입된 폐가스를 SF6(회수기체)와 그 이외의 기체(투과기체)로 분리하는 방식으로 진행된다. 막분리법의 처리 특성은 분리막 모듈의 선택도와 투과도에 의해 결정되는데, 분리막 모듈의 투과도가 높으면 처리 용량이 크다는 장점이 있으나 투과도가 높은 분리막은 선택도가 낮아 회수기체에 대한 분리 성능이 낮다는 문제점이 있다. In the membrane separation method, the waste gas is injected into the separation membrane module, and the separation membrane module proceeds by separating the injected waste gas into SF 6 (recovery gas) and other gases (permeation gas). The treatment characteristics of the membrane separation method are determined by the selectivity and permeability of the membrane module. A high permeability of the membrane module is advantageous in that the treatment capacity is large. However, since the membrane having high permeability is low in selectivity, have.
이와 같이 분리막 모듈의 선택도와 투과도는 상충 관계(trade-off)를 갖고 있어, 종래의 경우 복수의 분리막 모듈을 다단의 형태로 구성하여 일정 수준의 분리 성능 및 처리 용량을 가능하도록 하고 있다. 그러나, 복수의 분리막 모듈을 다단 형태로 반복적으로 구성하는 경우, 장치 구성이 복잡해지는 단점이 있다. 이를 해소하기 위해 본 출원인은 한국특허출원 제2013-118138호를 통해 2개의 분리막 모듈(제 1 분리막모듈과 제 2 분리막 모듈)을 구비시키고, 제 1 분리막 모듈의 회수기체 및 투과기체를 각각 순환시켜 회수율을 향상시키는 기술을 제시한 바 있다.
As described above, the selectivity and the transparency of the separation membrane module have a trade-off. In the conventional case, a plurality of separation membrane modules are formed in a multi-stage configuration to enable a separation performance and a processing capacity of a certain level. However, when the plurality of separation membrane modules are repeatedly constructed in a multi-stage form, there is a disadvantage that the device configuration becomes complicated. In order to solve this problem, the present applicant has provided two separation membrane modules (first separation membrane module and second separation membrane module) through Korean Patent Application No. 2013-118138 and circulated the recovery gas and the permeation gas of the first separation membrane module And a technique for improving the recovery rate has been proposed.
본 발명은 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈을 포함하여 구성되는 목표기체 회수장치를 직렬 반복 배치하여 복수의 목표기체 회수장치를 통해 목표기체의 농축도를 향상시킴과 함께 각각의 목표기체 회수장치 내의 제 1 기체분리막모듈에 주입되는 주입기체의 목표기체 농도를 일정하게 유지시킴으로써 각각의 목표기체 회수장치에 의해 회수되는 회수기체 내에 포함되는 목표기체 농도를 안정적으로 유지할 수 있는 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The target gas recovery device including the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module is repeatedly arranged in series so as to improve the degree of concentration of the target gas through the plurality of target gas recovery devices, A gas separation membrane module capable of stably maintaining a target gas concentration contained in a recovery gas recovered by each target gas recovery device by maintaining a target gas concentration of an injection gas injected into a first gas separation membrane module in the apparatus to be constant And an object of the present invention is to provide a highly concentrated target gas recovery apparatus and method.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치는 직렬 연결되는 복수의 목표기체 회수장치를 포함하며, 상기 목표기체 회수장치는, 주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체를 혼합하는 기체혼합부와, 주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체의 혼합기체를 설정된 제 1 SC값에 따라 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리하는 제 1 기체분리막모듈 및 상기 제 1 투과기체를 설정된 제 2 SC값에 따라 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리하는 제 2 기체분리막모듈을 포함하여 구성되며, 후단의 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체를 설정된 제 3 SC값에 따라 제 3 회수기체와 제 3 투과기체로 분리하는 제 3 기체분리막모듈을 더 포함하며, 상기 제 2 회수기체와 제 3 회수기체는 상기 기체혼합부에 공급되며, 제 2 회수기체의 목표기체 농도 및 제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 SC값 및 제 3 SC값이 설정되며, 상기 복수의 목표기체 회수장치는 직렬 연결되는 제 1 목표기체 회수장치와 제 2 목표기체 회수장치를 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 목표기체 회수장치의 전단에 회수하고자 하는 목표기체가 포함된 주입기체를 제 1 목표기체 회수장치의 기체혼합부에 공급하는 주입기체 공급부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a highly concentrated target gas recovery device using a gas separation membrane module, comprising a plurality of target gas recovery devices connected in series, the target gas recovery device including an injection gas, A second gas recovery unit for separating the mixed gas of the injected gas, the second recovered gas and the third recovered gas into a first permeated gas and a first recovered gas in accordance with the set first SC value, And a second gas separation membrane module for separating the first permeable gas into a second permeable gas and a second recovered gas in accordance with a set second SC value, Further comprising: a third gas separation membrane module for separating the second permeable gas of the module into a third recovered gas and a third permeated gas in accordance with a set third SC value, wherein the second recovered gas and the third recovered gas are separated from the The second SC value and the third SC value are set so that the target gas concentration of the second recovered gas and the target gas concentration of the third recovered gas are in agreement with the target gas concentration of the injected gas, Wherein the target gas recovery device comprises a first target gas recovery device and a second target gas recovery device connected in series, wherein an injection gas containing a target gas to be recovered is disposed at a front end of the first target gas recovery device, And an injection gas supply unit for supplying the gas mixture to the gas mixing unit of the target gas recovery apparatus.
제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값(θ12)은 아래의 식을 통해 산출된다. The second SC value [theta] 12 of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device is calculated through the following equation.
(식)(expression)
(θ12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11과 α12는 각각 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)(? 12 is the second SC value of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas,? 11 and? 12 are the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device and the second gas separation membrane Selectivity of module)
제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값(θ22)은 아래의 식을 통해 산출된다. The second SC value (? 22 ) of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device is calculated by the following equation.
(식)(expression)
(θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x1은 주입기체 내의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)( 22 is the second SC value of the second target gas recovery device, x 1 is the target gas concentration in the injected gas, and? 21 and? 22 are the second gas recovery device's first gas separation membrane module and the second gas separation membrane Selectivity of module)
제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값(θ23)은 아래의 식을 통해 산출된다. The third SC value (? 23 ) of the third gas separation membrane module is calculated by the following equation.
(식)(expression)
(θ23는 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도, α23는 제 3 기체분리막모듈의 선택도)(θ 23 is the third third SC value of the gas separation membrane module, x 0 is the target gas concentration, x 1 in the injection gas is a first target gas first target gas concentrations, α 21 and α 22 for recovering gas of the recovery device is Selectivity of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module, respectively, of the second target gas recovery device, and? 23 is the selectivity of the third gas separation membrane module)
제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값(θ11)은 아래의 식을 통해 산출된다. The first SC value [theta] 11 of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device is calculated through the following equation.
(식) (expression)
(θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 적용되는 제 1 SC값, e11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도)(θ 11 is in a first gas separation membrane of claim 1, SC value applied to the module, e 11 has a first target gas also the first target concentration of the gas separation membrane module of the harvesting device, x 0 is injecting gas in the target gas recovery device Target gas concentration,? 11 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device)
제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값(θ21)은 아래의 식을 통해 산출된다. The first SC value (? 21 ) of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device is calculated by the following equation.
(식) (expression)
(θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 적용되는 제 1 SC값, e21는 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x1는 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도)(θ 21 is the second target gas first SC values applied to a first gas separation membrane module of the harvesting device, e 21 of the second target base target enrichment, x 1 of the first gas separation membrane module of the recovery device is injected into the gas ( The target gas concentration in the first recovery gas of the first target gas recovery device),? 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device)
제 1 압축탱크과 제 2 압축탱크가 더 구비되며, 상기 제 1 압축탱크는 주입기체와 제 2 회수기체의 혼합기체를 특정 공급압력으로 제 1 기체분리막모듈로 공급하며, 상기 제 2 압축탱크는 제 1 투과기체를 특정 공급압력으로 제 2 기체분리막모듈로 공급하며, 상기 제 1 압축탱크의 공급압력과 제 2 압축탱크의 공급압력은 동일하게 설정된다. 또한, 상기 제 1 압축탱크의 공급압력(P)과 제 2 압축탱크의 공급압력(P)은 아래의 식을 통해 산출된다. Wherein the first compression tank supplies a mixed gas of the injected gas and the second recovered gas to the first gasketing membrane module at a specific supply pressure, 1 permeable gas to the second gas separation membrane module at a specific supply pressure, and the supply pressure of the first compression tank and the supply pressure of the second compression tank are set to be the same. Further, the supply pressure P of the first compression tank and the supply pressure P of the second compression tank are calculated by the following equations.
(식)(expression)
(A는 변화된 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, A0는 기준 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, P0는 기준 공급압력, P는 변화된 공급압력)(A is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the changed supply pressure, A 0 is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the reference supply pressure, P 0 is the reference supply pressure, and P is the changed supply pressure)
설정된 목표농축도에 따라 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값을 제어하여 제 1 기체분리막모듈의 제 1 투과기체 유량 및 제 1 회수기체 유량을 조절하는 제 1 SC조절기와, 제 2 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체 내의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값을 제어하여 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체 유량 및 제 2 회수기체 유량을 조절하는 제 2 SC조절기와, 제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체 내의 목표기체 농도와 일치되도록 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값을 제어하여 제 3 기체분리막모듈의 제 3 투과기체 유량 및 제 3 회수기체 유량을 조절하는 제 3 SC조절기를 더 포함하여 이루어질 수 있다. A first SC regulator for controlling the first permeable gas flow rate and the first recovered gas flow rate of the first gas separation membrane module by controlling the first SC value of the first gas separation membrane module according to the set target concentration, A second SC regulator controlling the second permeate flow rate of the second gas separation membrane module and the second recovered gas flow rate by controlling the second SC value of the second gas separation membrane module so that the gas concentration coincides with the target gas concentration in the injected gas , The third SC value of the third gas separation membrane module is controlled so that the target gas concentration of the third recovered gas matches the target gas concentration in the injected gas so that the third permeate flow rate and the third recovered gas flow rate of the third gas separation membrane module And a third SC regulator for regulating the second SC.
제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 막면적은 각각 아래의 식 1, 식 2를 통해 설정된다. The membrane areas of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device are set through the following equations (1) and (2), respectively.
(식 1)(Equation 1)
(A11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, PB,11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, r1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 주입되는 최초 주입기체 대비 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체가 포함된 혼합기체의 유량 증가 비율이며, r1은 )(A 11 is the first target gas recovery first membrane area of the gas separation membrane module of the apparatus, f 0 is the flow rate, P 0 is the first supply pressure of the first compression tank for injecting gas, θ 11 is the first target gas recovery device The first SC value of the first gas separation membrane module, P B, 11 is the permeability of the first recovered gas of the first target gas recovery device,? 11 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas, r 1 is the rate of increase in the flow rate of the mixed gas including the second recovered gas and the third recovered gas as compared with the first injected gas injected into the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device , r 1 is )
(식 2)(Equation 2)
(A12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 막면적, θ12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, PB,11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, PB,12은 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체의 투과도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도)(A 12 has a first target second membrane area of the gas separation membrane module for gas recovery apparatus, θ 12 is the second SC value, P B, of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery unit 11 is the first target base P B, 12 is the permeability of the second recovered gas of the first target gas collecting device, α 11 is the selectivity of the first gas separator module of the first target gas collecting device, α 12 Is the selectivity of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas)
제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 막면적은 각각 아래의 식 1, 식 2를 통해 설정된다.
The membrane areas of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device are set through the following equations (1) and (2), respectively.
(식 1)(Equation 1)
(A21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, PB,21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, r1은 , r2는 )(A 21 is the second target gas recovery first membrane area of the gas separation membrane module of the apparatus, f 0 is the flow rate, P 0 is the first supply pressure of the first compression tank for injecting gas, θ 11 is the first target gas recovery device The first SC value of the first gas separation membrane module,? 21 is the first SC value of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device, P B, 21 is the permeability of the first recovery gas of the second target gas recovery device , α 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device, x 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovery gas of the first target gas recovery device), r 1 , r 2 is )
(식 2)(Equation 2)
(A22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 막면적, θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, PB,21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, PB,22은 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α22은 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도)(A 22 is the film area of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device,? 22 is the second SC value of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device, P B, P B, 22 is the permeability of the second recovered gas of the second target gas collecting device,? 21 is the selectivity of the first gas separator module of the second target gas collecting device,? 22 X 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovered gas of the first target gas recovery device), and the target gas concentration in the second gas recovery device is the selectivity of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device,
제 3 기체분리막모듈의 막면적은 아래의 식을 통해 설정된다. The membrane area of the third gas separation membrane module is set by the following equation.
(식)(expression)
(A23은 제 3 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, θ23은 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값, PB,23은 제 3 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, α23은 제 3 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, r1은 , r12는 )(A 23 is the membrane area of the third gas separation membrane module, f 0 is the flow rate of the injected gas, P 0 is the initial supply pressure of the first compression tank, and θ 11 is the pressure of the first gas separation membrane module 1, SC value, θ 21 is the second target gas first SC value, θ 22 of the first gas separation membrane module of the recovery device is a second second SC value, θ 23 of the gas separation membrane module of the target gas recovery device of claim 3 is the third SC value of the gas separation membrane module, P B, 23 is the permeability of the third recovered gas,? 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device,? 22 is the second target gas recovery device ? 23 is the selectivity of the third gas separation membrane module, x 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovery gas of the first target gas recovery device), r 1 is the selectivity of the second gas separation membrane module , r 12 )
제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈, 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈, 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈, 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈, 제 3 기체분리막모듈의 막면적(A)은 아래의 식을 통해 설정된다. The first gas separation membrane module of the first target gas recovery device, the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device, the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device, the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device, And the membrane area (A) of the third gas separation membrane module are set by the following equations.
(식)(expression)
(A는 변화된 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, A0는 기준 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, P0는 기준 공급압력, P는 변화된 공급압력)(A is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the changed supply pressure, A 0 is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the reference supply pressure, P 0 is the reference supply pressure, and P is the changed supply pressure)
상기 목표기체가 포함된 주입기체는 SF6를 포함된 폐가스 또는 불화가스를 포함하는 폐가스이며, 상기 목표기체는 SF6 또는 불화가스이다. The injected gas that contains the target gas is a waste gas containing the fluoride gas or a waste gas including SF 6, wherein the target gas is SF 6 gas or fluoride.
본 발명에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수방법은 복수의 목표기체 회수장치가 직렬 연결되며, 상기 목표기체 회수장치는, 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈을 구성되고, 제 1 기체분리막모듈을 통해 혼합기체를 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리하고, 제 2 기체분리막모듈은 제 1 기체분리막모듈의 제 1 투과기체를 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리하며, 제 3 기체분리막모듈이 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체를 제 3 회수기체와 제 3 투과기체로 분리하며, 제 1 기체분리막모듈에는 주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체가 공급되며, 상기 제 1 기체분리막모듈은 주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체의 혼합기체를 설정된 제 1 SC값에 따라 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리하며, 상기 제 2 기체분리막모듈은 제 1 투과기체를 설정된 제 2 SC값에 따라 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리하며, 상기 제 3 기체분리막모듈은 제 2 투과기체를 설정된 제 3 SC값에 따라 제 3 투과기체와 제 3 회수기체로 분리하며, 제 2 회수기체의 목표기체 농도 및 제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 SC값 및 제 3 SC값이 설정되는 것을 특징으로 한다.
A method for recovering a high concentration target gas using a gas separation membrane module according to the present invention is characterized in that a plurality of target gas recovery devices are connected in series and the target gas recovery device comprises a first gas separation membrane module and a second gas separation membrane module, Separating the mixed gas into a first permeable gas and a first recovered gas through the gas separation membrane module, and separating the first permeable gas of the first gas separation membrane module into a second permeable gas and a second recovered gas, , The third gas separation membrane module separates the second permeation gas of the second gas separation membrane module into a third recovery gas and a third permeation gas, and the first gas separation membrane module is provided with an injection gas, a second recovery gas and a third recovery gas Wherein the first gas separation membrane module separates the mixed gas of the injected gas, the second recovered gas and the third recovered gas into the first permeated gas and the first recovered gas in accordance with the set first SC value, detach The module separates the first permeable gas into a second permeable gas and a second recovered gas in accordance with a second SC value, and the third gas permeable membrane module separates the second permeable gas into a third permeable gas, And the third recovered gas, and the second SC value and the third SC value are set such that the target gas concentration of the second recovered gas and the target gas concentration of the third recovered gas match the target gas concentration of the injected gas .
본 발명에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다. The highly concentrated target gas recovery apparatus and method using the gas separation membrane module according to the present invention has the following effects.
직렬 연결되는 복수의 목표기체 회수장치를 통해 회수기체 내의 목표기체를 고농도로 농축할 수 있다. 또한, 각각의 목표기체 회수장치의 기체혼합부에 공급되는 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체의 목표기체 농도를 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 SC값 및 제 3 SC갑을 설정함으로써, 최종적으로 회수되는 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시킬 수 있어, 막분리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 이와 함께, 후단의 목표기체 회수장치의 제 2 투과기체를 제 3 기체분리막모듈을 통해 재차 회수기체와 투과기체로 분리하여 투과기체를 배출함에 따라, 배출되는 투과기체 내에 포함되어 있는 목표기체 농도를 최소화할 수 있게 된다. The target gas in the recovery gas can be concentrated at a high concentration through the plurality of target gas recovery devices connected in series. By setting the second SC value and the third SC value so that the target gas concentration of the second recovered gas and the third recovered gas supplied to the gas mixing portion of each target gas collecting device matches the target gas concentration of the injected gas, The target gas concentration in the first recovered gas to be finally recovered can be kept constant, and the reliability of the membrane separation process can be improved. At the same time, the second permeable gas of the target gas recovery device at the downstream end is separated again into the recovery gas and the permeable gas through the third gas permeable membrane module, and the permeable gas is discharged, so that the target gas concentration So that it can be minimized.
또한, 제 1 및 제 2 기체분리막모듈의 막면적을 최적 설계함과 함께 주입기체의 유량 변화에 따라 제 1 및 제 2 기체분리막모듈의 공급압력을 선택적으로 제어함으로써 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 안정적으로 일정하게 유지할 수 있다.
In addition, by optimally designing the membrane areas of the first and second gas separation membrane modules and selectively controlling the supply pressures of the first and second gas separation membrane modules according to the flow rate of the injected gas, the target gas concentration in the first recovery gas Can be maintained stably and constantly.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치의 구성도.
도 2는 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도(e11)(e21), 제 1 SC값(θ11)(θ21), 제 2 SC값(θ12)(θ22), 제 3 SC값(θ23) 등을 설명하기 위한 참고도. Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a configuration diagram of a highly concentrated target gas recovery device using a gas separation membrane module according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the relationship between the target concentration (e 11 ) (e 21 ), the first SC value (θ 11 ) (θ 21 ), the second SC value θ 12 (θ 22 ) Value (? 23 ) and the like.
먼저, 본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 아래와 같이 정의한다. First, terms used in this specification are defined as follows.
x0 : 주입기체의 목표기체 농도x 0 : target gas concentration of the injected gas
x1 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도 x 1 : target gas concentration of the first recovered gas of the first target gas collecting apparatus
x2 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도 x 2 : target gas concentration of the first recovered gas of the second target gas collecting apparatus
e11 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도e 11 : Target concentration degree of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device
e12 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 목표농축도e 12 : Target concentration degree of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device
e21 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도e 21 : target concentration degree of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device
e22 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 목표농축도e 22 : target concentration degree of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device
e23 : 제 3 기체분리막모듈의 목표농축도e 23 : target concentration of the third gas separation membrane module
θ11 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값? 11 : the first SC value of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device
θ12 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값? 12 : second SC value of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device
θ21 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값? 21 : the first SC value of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device
θ22 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값? 22 : second SC value of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device
θ23 : 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값θ 23 : third SC value of the third gas separation membrane module
y1 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 투과기체의 목표기체 농도y 1 : target gas concentration of the first permeable gas of the first target gas collecting apparatus
y2 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 투과기체의 목표기체 농도y 2 : target gas concentration of the first transparent gas of the second target gas collecting apparatus
z1 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 투과기체의 목표기체 농도z 1 : target gas concentration of the second permeable gas of the first target gas collecting apparatus
z2 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 투과기체의 목표기체 농도z 2 : target gas concentration of the second permeable gas of the second target gas collecting apparatus
f0 : 주입기체의 유량f 0 : flow rate of injected gas
f1 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 유량f 1 : Flow rate of the first recovered gas of the first target gas collecting apparatus
f2 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 유량f 2 : the flow rate of the first recovered gas of the second target gas recovery device
A11 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 막면적A 11 : Membrane area of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device
A12 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 막면적A 12 : the membrane area of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device
A21 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 막면적A 21 : the membrane area of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device
A22 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 막면적A 22 : Membrane area of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device
α11 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도? 11 : Selectivity of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device
α12 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도? 12 : Selectivity of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device
α21 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도? 21 : Selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device
α22 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도? 22 : Selectivity of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device
α23 : 제 3 기체분리막모듈의 선택도α 23 : Selectivity of the third gas separation membrane module
PB,11 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도P B, 11 : Permeation of the first recovered gas of the first target gas collecting device
PB,12 : 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체의 투과도P B, 12 : Permeation of the second recovered gas of the first target gas collecting device
PB,21 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도P B, 21 : Permeation of the first recovered gas of the second target gas collecting apparatus
PB,22 : 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체의 투과도
P B, 22 : Permeation of the second recovered gas of the second target gas collecting device
본 발명은 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈을 포함하여 구성되는 목표기체 회수장치를 직렬 반복 배치하여 목표기체를 고농도로 농축시킴과 함께 각각의 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 주입되는 기체들(주입기체, 제 2 회수기체, 제 3 회수기체) 각각의 목표기체 농도가 서로 일치되도록 제 2 SC값 및 제 3 SC값을 제어하여 제 1 기체분리막모듈에 의해 회수되는 제 1 회수기체 내에 포함되어 있는 목표기체 농도를 일정하게 유지시키는 기술을 제시한다. The target gas recovery device including the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module is repeatedly arranged in series to concentrate the target gas at a high concentration and the first gas separation membrane module is connected to the first gas separation membrane module of each target gas recovery device The second SC value and the third SC value are controlled so that the target gas concentrations of the injected gases (the injected gas, the second recovered gas, and the third recovered gas) A technique for keeping the target gas concentration contained in the recovered gas constant is presented.
기체분리막모듈은 상대적으로 분자크기가 작은 고투과성 기체(이하, '투과기체'라 함)는 기공을 통해 투과시키고, 상대적으로 분자크기가 큰 저투과성 기체(이하, '회수기체'라 함)는 기체분리막모듈 내에 잔류시켜 회수하는 장치이다. 주입기체가 기체분리막모듈에 공급되면 기체분리막모듈에 의해 투과기체와 회수기체로 분리된다. In the gas separation membrane module, a highly permeable gas having a relatively small molecular size (hereinafter referred to as a "permeable gas") permeates through pores and a low permeable gas having a relatively large molecular size (hereinafter referred to as a "recovered gas" It is a device which remains in the gas separation membrane module and is recovered. When the injection gas is supplied to the gas separation membrane module, it is separated into the permeation gas and the recovery gas by the gas separation membrane module.
목표기체라 함은 기체분리막모듈을 통해 최종적으로 회수하고자 하는 기체로서, 일 예로 폐가스 내에 포함되어 있는 SF6를 의미한다. 목표기체(SF6)는 주입기체(폐가스) 내에 일정 농도로 포함되어 있으며, 주입기체가 기체분리막모듈에 의해 투과기체와 회수기체로 분리되면 목표기체의 상당수는 회수기체 내에 포함되어 있고 투과기체 내에는 소량의 목표기체가 포함된다. 상대적으로 분자크기가 큰 목표기체가 투과기체에 포함되는 이유 즉, 상대적으로 분자크기가 큰 목표기체가 기체분리막모듈의 기공을 투과하는 이유는, 기체분리막모듈의 특성상 기공의 크기가 모두 일정하지 않기 때문이다. 달리 표현하여, 기체분리막모듈의 기공을 투과하는 기체의 투과도 측면에서 목표기체의 투과도는 폐가스 내의 다른 기체의 투과도보다 작기 때문에 기체분리막모듈 내에 잔류될 가능성이 크다고 설명될 수 있다. 이에, 회수기체 내의 목표기체 농도는 투과기체 내의 목표기체 농도보다 상대적으로 크다. The target gas is the gas to be finally recovered through the gas separation membrane module, for example, SF 6 contained in the waste gas. The target gas SF 6 is contained in the injected gas (waste gas) at a predetermined concentration. When the injected gas is separated into the permeated gas and the recovered gas by the gas separation membrane module, a considerable number of target gases are contained in the recovered gas, Includes a small amount of target gas. The reason why the target gas having a relatively large molecular size is contained in the permeation gas is that the target gas having a relatively large molecular size permeates the pores of the gas separation membrane module because the pore size is not constant Because. In other words, it can be explained that the permeability of the target gas in the permeability of the gas permeating the pores of the gas separator module is smaller than the permeability of the other gas in the waste gas, so that the possibility of remaining in the gas separator module is high. Thus, the target gas concentration in the recovered gas is relatively larger than the target gas concentration in the permeated gas.
기체분리막모듈을 이용한 막분리법에서, 회수기체 내의 목표기체 농도를 높이는 것과 함께 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시키는 것 그리고 배출되는 투과기체 내에 포함되어 있는 목표기체 농도를 낮추는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 세 가지 목적을 달성할 수 있는 기술을 제시한다. In the membrane separation method using the gas separation membrane module, it is important to increase the target gas concentration in the recovery gas, to keep the target gas concentration in the recovery gas constant, and to lower the target gas concentration contained in the discharged permeation gas, The invention proposes a technique capable of achieving the above three purposes.
일반적으로, 기체분리막모듈을 통해 투과기체와 회수기체를 분리하고, 투과기체의 유량과 회수기체의 유량은 설정된 SC(Stage-cut)값을 통해 제어되는 방법을 택하고 있다. 하나의 기체분리막모듈을 이용하고, 기체분리막모듈에 공급되는 주입기체 내에 포함되어 있는 목표기체의 농도가 일정하다면 상술한 SC값 제어를 통해 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 그러나, 복수의 기체분리막모듈을 이용하고, 기체분리막모듈에 공급되는 주입기체 내의 목표기체 농도가 유동적인 경우 SC값 제어에 다양한 변수가 고려되어야 한다. Generally, the permeate gas and the recovered gas are separated through the gas separation membrane module, and the flow rate of the permeate gas and the flow rate of the recovered gas are controlled through a set SC (Stage-cut) value. If one gas separation membrane module is used and the concentration of the target gas contained in the injected gas supplied to the gas separation membrane module is constant, the target gas concentration in the recovery gas can be kept constant through the SC value control. However, when a plurality of gas separation membrane modules are used and the target gas concentration in the gas to be supplied to the gas separation membrane module is fluid, various variables must be considered in controlling the SC value.
본 발명은 목표기체 회수장치를 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈로 구성하고, 제 1 기체분리막모듈을 통해 주입기체를 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리하고, 제 2 기체분리막모듈은 제 1 기체분리막모듈의 제 1 투과기체를 주입기체로 하여 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리하며, 제 2 기체분리막모듈의 제 2 회수기체를 순환기체로 제 1 기체분리막모듈의 주입기체의 일부로 공급하는 구성을 제시한다. The present invention is characterized in that the target gas recovery device is composed of a first gas separation membrane module and a second gas separation membrane module, and the injected gas is separated into a first permeation gas and a first recovered gas through the first gas separation membrane module, The module separates the first permeable gas of the first gas separation membrane module into a second permeable gas and a second recoverable gas as an injector body and separates the second recovered gas of the second gas separation membrane module into an injected gas of the first gas separation membrane module As shown in FIG.
이와 같은 구성 하에, 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 특정하고, 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도에 대응되도록 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값을 제어하고, 제 2 회수기체 내의 목표기체 농도가 주입기체 내의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 분리막모듈의 제 2 SC값을 제어하는 기술을 제시한다. 이를 통해 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 제 2 회수기체 내의 목표기체 농도와 주입기체 내의 목표기체 농도가 서로 다르게 되면, 제 1 기체분리막모듈에 공급되는 혼합기체(주입기체+제 2 회수기체)에 포함되어 있는 목표기체의 농도가 변화되어 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값이 특정되더라도 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시킬 수 없게 된다. With this configuration, the target gas concentration in the first recovered gas is specified, the first SC value of the first gas separation membrane module is controlled to correspond to the target gas concentration in the first recovered gas, and the target gas concentration The second SC value of the second separation membrane module is controlled so that the second SC value is equal to the target gas concentration in the injection gas. Whereby the target gas concentration in the first recovered gas can be kept constant. When the target gas concentration in the second recovered gas and the target gas concentration in the injected gas are different from each other, the concentration of the target gas contained in the mixed gas (the injected gas + the second recovered gas) supplied to the first gasketing membrane module is changed Even if the first SC value of the first gas separation membrane module is specified, the target gas concentration in the first recovery gas can not be maintained constant.
또한, 본 발명은 회수기체 내의 목표기체를 고농도로 농축하기 위해 복수의 목표기체 회수장치를 직렬 연결시키는 기술을 제시한다. 이와 함께, 목표기체 회수장치의 직렬 배치단수가 증가될수록 해당 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체 내에 포함되어 있는 목표기체의 농도가 증가되는 점을 고려하여, 후단의 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체를 제 3 기체분리막모듈을 통해 전단의 목표기체 회수장치로 회수되도록 하고, 제 3 기체분리막모듈의 제 3 회수기체 내의 목표기체 농도가 전단의 제 1 기체분리막모듈 내에 주입되는 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값을 제어하는 기술을 제시한다. The present invention also provides a technique for serially connecting a plurality of target gas collecting apparatuses in order to concentrate a target gas in a recovery gas at a high concentration. In addition, considering that the concentration of the target gas contained in the second permeable gas of the second gas separation membrane module of the target gas recovery device increases as the number of the series arrangement stages of the target gas recovery device increases, The second gas permeable substrate of the second gas separation membrane module of the recovery device is recovered to the target gas recovery device at the previous stage through the third gas separation membrane module and the target gas concentration in the third recovery gas of the third gas separation membrane module A third SC value of the third gas separation membrane module is controlled so as to match the target gas concentration of the injected gas injected into the first gas separation membrane module.
나아가, 본 발명은 목표기체 회수장치를 구성함에 있어서, 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시키기 위한 부가적인 구성으로, 제 1 SC값과 제 2 SC값을 만족하는 제 1 기체분리막모듈 및 제 2 기체분리막모듈의 최적 막면적(membrane area)을 제시한다.
In addition, the present invention provides an additional structure for maintaining the target gas concentration in the first recovered gas at a constant level in constructing the target gas recovery apparatus, wherein the first gas separation membrane module satisfies the first SC value and the second SC value, And the optimal membrane area of the second gas separation membrane module.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a highly concentrated target gas recovery apparatus and method using a gas separation membrane module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치는 직렬 연결되는 복수의 목표기체 회수장치를 구비한다. Referring to FIG. 1, a highly concentrated target gas recovery apparatus using a gas separation membrane module according to an embodiment of the present invention includes a plurality of target gas recovery apparatuses connected in series.
각각의 목표기체 회수장치에서 회수되는 회수기체는 후단의 목표기체 회수장치의 주입기체로 공급되며, 직렬 연결되는 복수의 목표기체 회수장치를 통해 목표기체를 고농도로 농축시키는 것이 가능하게 된다. 상기 목표기체 회수장치는 반복하여 직렬 배치되는데, 이하의 설명에서는 설명의 편의상 2개의 목표기체 회수장치(제 1 목표기체 회수장치(100)와 제 2 목표기체 회수장치(200))가 직렬 연결된 것을 기준으로 하여 설명하기로 한다. 또한, 이하의 설명에서 목표기체 회수장치의 세부 구성, 제 1 SC값, 제 2 SC값 및 제 3 SC값의 제어, 최적 막면적의 설계에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. The recovery gas recovered in each of the target gas recovery devices is supplied to the injector body of the target recovery device at the downstream stage and the target gas can be concentrated to a high concentration through the plurality of target recovery devices connected in series. The target gas collecting apparatuses are repeatedly arranged in series. In the following description, two target gas collecting apparatuses (the first target
각각의 목표기체 회수장치는 동일한 구성으로 이루어지며, 제 1 목표기체 회수장치(100) 및 제 2 목표기체 회수장치(200)는 도 1에 도시한 바와 같이, 기체혼합부(110)(210), 제 1 압축탱크(120)(220), 제 1 기체분리막모듈(130)(230), 제 1 SC조절기(140)(240), 제 2 압축탱크(150)(250), 제 2 기체분리막모듈(160)(260) 및 제 2 SC조절기(170)(270)를 포함하여 구성된다. 1, the first target
제 1 목표기체 회수장치(100)의 전단에는 주입기체 공급부(10)가 구비되며, 상기 주입기체 공급부(10)는 제 1 목표기체 회수장치의 상기 기체혼합부(110)에 주입기체 예를 들어, SF6을 포함한 폐가스를 공급한다. 제 2 목표기체 회수장치(200)의 전단에는 주입기체 공급부(10)가 구비되지 않으며, 대신 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 기체분리막모듈(130)의 제 1 회수기체가 주입기체로 제 2 목표기체 회수장치(200)의 기체혼합부(210)에 공급된다. 즉, 각 목표기체 회수장치의 기체혼합부에 공급되는 주입기체는 전단의 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 회수기체이며, 제 1 목표기체 회수장치(100)의 경우에만 전단에 주입기체 공급부(10)가 구비되고 주입기체 공급부(10)의 주입기체(예를 들어, SF6을 포함한 폐가스)가 기체혼합부(110)로 공급된다. The first target
상기 주입기체 공급부(10)는 목표기체를 포함하는 주입기체를 공급하는 것으로서, 상기 목표기체는 목표기체 회수장치 및 후술하는 제 3 기체분리막모듈(32)을 통해 회수하고자 하는 기체이며, 목표기체를 포함하는 주입기체로는 SF6를 포함하는 폐가스 또는 NF3, CF4 등의 불화가스를 포함하는 폐가스가 적용될 수 있으며, SF6, NF3, CF4 등이 목표기체에 해당된다. 상기 주입기체 내에는 목표기체가 일정 농도로 혼합되어 있다. 이하의 설명에서는 SF6를 포함한 폐가스를 기준으로 하여 설명하기로 한다. The injected
상기 기체혼합부(110)(210)는 주입기체 공급부(10)로부터 공급되는 주입기체 또는 전단의 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈(130)의 제 1 회수기체를 제 2 기체분리막모듈(160)(260)로부터 공급되는 제 2 회수기체 및 제 3 기체분리막모듈(32)로부터 공급되는 제 3 회수기체와 혼합하는 역할을 한다. 또한, 상기 제 1 압축탱크(120)(220)는 주입기체(또는 제 1 회수기체), 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체의 혼합기체를 일정 압력으로 압축하여 상기 제 1 기체분리막모듈(130)(230)로 공급하는 역할을 한다. 상기 기체혼합부(110)(210)에서 혼합된 혼합기체의 제 1 기체분리막모듈(130)(230)로의 공급 압력은 주입기체의 유량 변화에 따라 변동될 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다. The
상기 제 1 기체분리막모듈(130)(230)은 상기 기체혼합부(110)(210)에서 공급되는 혼합기체를 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리하는 역할을 한다. 이 때, 상기 혼합기체는 주입기체(또는 제 1 회수기체), 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체의 혼합기체를 의미하며, 상기 제 1 기체분리막모듈(130)(230)은 상기 혼합기체를 기체 분자크기 차이를 이용하여 회수기체와 투과기체로 분리한다. The first gas
상기 제 1 기체분리막모듈(130)(230)(및 제 2 기체분리막모듈(160)(260), 제 3 기체분리막모듈(32))은 표면에 기공이 형성된 중공사 형태의 분리막 집합체로서, SF6 기체를 제외한 O2, N2, CO2 등의 상대적으로 분자크기가 작은 기체는 분리막의 기공을 빠르게 투과하여 배출되며, 상대적으로 분자크기가 큰 SF6는 기공을 투과하지 않고 분리막의 일단에서 회수된다. 분리막의 기공을 투과하여 배출되는 기체는 투과기체, 분리막의 일단에서 회수되는 기체는 회수기체이다. 이 때, 상대적으로 분자크기 작은 기체(O2, N2, CO2 등)뿐만 아니라 상대적으로 분자크기가 큰 SF6 기체 역시 분리막의 기공을 투과하여 배출되는데, SF6 기체의 투과도가 O2, N2, CO2 등의 투과도보다 상대적으로 낮기 때문에 SF6 기체는 회수기체로 회수가 가능한 것이며, 실질적으로 O2, N2, CO2 등의 기체는 고투과성 기체, SF6 기체는 저투과성 기체라 할 수 있다. The first gas
상기 제 1 SC(stage-cut)조절기는 설정된 목표농축도(e11)(e21)에 따라 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 제 1 SC(stage-cut)값(θ11)(θ21)(도 2 참조)을 제어하여 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 투과기체 유량 및 회수기체 유량을 조절하는 역할을 한다. SC값은 아래 식 2에 나타낸 바와 같이 주입기체 유량 대비 투과기체 유량의 비를 의미한다. 예를 들어, SC값이 0.95인 경우 주입기체 유량 대비 투과기체 유량은 95% 이고, 회수기체 유량은 5%이며, 전체 주입기체 중 5%가 회수되는 것을 의미한다(식 1 및 식 2 참조).
The first SC (stage-cut) regulator set target enrichment (e 11), a first SC (stage-cut) value (θ 11) of the first gas
(식 1) 주입기체 유량(Ff) = 투과기체 유량(Fp) + 회수기체 유량(Fr)(Formula 1) Injected gas flow rate (F f ) = permeate gas flow rate (F p ) + recovered gas flow rate (F r )
(식 2)
SC = 투과기체 유량(Fp) / 주입기체 유량(Ff)
(Equation 2) SC = permeable gas flow rate (F p ) / injected gas flow rate (F f )
본 발명에 있어서, 상기 제 1 SC값(θ11)(θ21)은 설정된 목표농축도(e11)(e21)에 따라 제어된다. 제 1 목표기체 회수장치(100)의 주입기체(폐가스)의 목표기체 농도(x0)와 제 2 목표기체 회수장치(200)의 주입기체(제 1 회수기체)의 목표기체 농도(x1)가 서로 다름에 따라, 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 기체분리막모듈(130)의 목표농축도(e11)와 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 1 기체분리막모듈(230)의 목표농축도(e21)는 서로 다르게 제어된다. In the present invention, the 1 SC value (θ 11) (θ 21) is controlled in accordance with FIG target concentration is set (e 11) (e 21) . The target gas concentration x 0 of the injection gas (waste gas) of the first target
제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 목표농축도(e11)(e21)는 주입기체 내의 목표기체 농도(x0 또는 x1) 대비 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도(x1 또는 x2)의 비를 의미한다(식 3 및 식 4참조). 주입기체 내의 목표기체 농도(x0 또는 x1)가 정해진 상태에서 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도(x1 또는 x2)를 설정하면 목표농축도(e11)(e21)를 산출할 수 있다. 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도(x1 또는 x2)는 제 1 목표기체 회수장치(100) 또는 제 2 목표기체 회수장치(200)를 통해 최종 회수되는 목표기체의 농도라 할 수 있다.
Target concentration of the first gas
(식 3) 목표농축도(e11) = x1 / x0 (Equation 3) The target concentration (e 11 ) = x 1 / x 0
(e11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x0는 주입기체의 목표기체 농도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도)
(e 11 is the target concentration of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration of the injected gas, and x 1 is the target gas concentration of the first recovery gas of the first target gas recovery device)
(식 4) 목표농축도(e21) = x2 / x1 (Equation 4) Target concentration (e 21 ) = x 2 / x 1
(e21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 목표농축도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도, x2는 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도)
(e 21 is the second target gas recovery second gas target concentration of the membrane module is, x 1 is the first target base target gas concentration, x 2 of the first number of gas recovery apparatus of the second target gas recovery on the device Target gas concentration of the first recovered gas)
제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 기체분리막모듈(130)의 목표농축도(e11)와 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 1 기체분리막모듈(230)의 목표농축도(e21)가 설정되면, 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 기체분리막모듈(130)의 제 1 SC값(θ11)과 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 1 기체분리막모듈(230)의 제 1 SC값(θ21)은 각각 아래의 식 5 및 식 6을 통해 산출된다. 상기 제 1 SC값(θ11)(θ21)의 산출을 위해서는 목표농축도(e11)(e21) 이외에 주입기체 내의 목표기체 농도(x0)(x1), 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 선택도(α11)(α21)가 요구된다. 기체분리막모듈의 선택도(α)는 회수기체의 투과도 대비 투과기체의 투과도의 비를 의미한다. The target concentration degree e 11 of the first gas
전술한 바에 있어서, 상기 제 1 기체분리막모듈(130)(230)에 주입되는 기체는 주입기체 이외에 제 2 기체분리막모듈(160)(260)의 제 2 회수기체 및 제 3 기체분리막모듈(32)의 제 3 회수기체가 포함된다. 따라서, 제 1 SC값(θ11)(θ21)의 산출시 주입기체 내의 목표기체 농도(x0 또는 x1) 이외에 제 2 회수기체의 목표기체 농도 및 제 3 회수기체의 목표기체 농도 정보가 반영되어야 하는데, 본 발명에서는 제 2 회수기체의 목표기체 농도 및 제 3 회수기체의 목표기체 농도를 주입기체 내의 목표기체 농도(x0 또는 x1)와 일치되도록 제어하며 이에, 제 1 SC값(θ11)(θ21)의 산출식에 주입기체 내의 목표기체 농도(x0 또는 x1) 또는 제 2 회수기체 내의 목표기체 농도 또는 제 3 회수기체 내의 목표기체 농도 중 어느 한 정보만 적용되어도 제 1 SC값(θ11)(θ21)의 산출이 가능하다. 제 2 회수기체의 목표기체 농도 및 제 3 회수기체 목표기체 농도를 주입기체 내의 목표기체 농도(x0 또는 x1)와 일치되도록 제어하는 이유는 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도(x1 또는 x2)를 일정하게 유지시키기 위함이다.
The gas injected into the first gas
(식 5) (Equation 5)
(θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 적용되는 제 1 SC값, e11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도)
(θ 11 is in a first gas separation membrane of claim 1, SC value applied to the module, e 11 has a first target gas also the first target concentration of the gas separation membrane module of the harvesting device, x 0 is injecting gas in the target gas recovery device Target gas concentration,? 11 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device)
(식 6) (Equation 6)
(θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 적용되는 제 1 SC값, e21는 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x1는 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도)
(θ 21 is the second target gas first SC values applied to a first gas separation membrane module of the harvesting device, e 21 of the second target base target enrichment, x 1 of the first gas separation membrane module of the recovery device is injected into the gas ( The target gas concentration in the first recovery gas of the first target gas recovery device),? 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device)
다음으로, 상기 제 2 압축탱크(150)(250)는 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 제 1 투과기체를 일정 압력으로 압축하여 제 2 기체분리막모듈(160)(260)로 공급하는 역할을 한다. Next, the
주입기체 공급부(10)로부터 공급되는 주입기체는 일정 유량으로 공급되도록 설정되나 주입기체 공급부(10)측의 장비상태, 온도, 압력 등의 여러 요인으로 인해 실시간으로 변화되는 특성을 갖고 있으며, 주입기체의 유량이 변화되면 SC값이 특정되더라도 제 1 기체분리막모듈(130)(230) 및 제 2 기체분리막모듈(160)(260)에 의해 분리되는 투과기체와 회수기체의 유량에 영향을 끼치게 된다. 즉, 주입기체의 유량이 변화되면 투과기체와 회수기체의 유량을 일정하게 유지할 수 없게 된다. The injected gas supplied from the injected
이와 같은 주입기체의 유량 변화에 대응하기 위해, 제 1 기체분리막모듈(130)(230) 및 제 2 기체분리막모듈(160)(260)에 주입되는 혼합기체의 공급압력을 공주입체의 유량 변화에 따라 변동시킬 필요가 있다. 구체적으로, 제 1 압축탱크(120)(220)와 제 2 압축탱크(150)(250)의 공급압력(P)은 아래의 식 7과 같이 설정할 수 있다. 즉, 주입기체의 유량에 변화가 발생되면, 주입기체의 유량 변화비(f/f0)에 최초 공급압력(Po)을 곱하여 제 1 압축탱크(120)(220)와 제 2 압축탱크(150)(250)의 공급압력을 설정한다. 이 때, 제 1 압축탱크(120)(220)의 공급압력과 제 2 압축탱크(150)(250)의 공급압력은 동일하게 설정되며, 모든 목표기체 회수장치의 제 1 압축탱크와 제 2 압축탱크의 공급압력도 동일하게 설정된다. In order to cope with the change in the flow rate of the injected gas, the supply pressure of the mixed gas injected into the first gasketing membrane module 130 (230) and the second gasketing module 160 (260) It is necessary to change it. Specifically, the supply pressure P of the first compression tank 120 (220) and the second compression tank 150 (250) can be set as shown in Equation (7) below. That is, if the change occurs in the flow rate of the injection gas, the injection flow rate ratio first supply pressure to the (f / f 0) of the base (P o) for multiplying the
주입기체의 유량 변화에 따라 제 1 압축탱크(120)(220)의 공급압력과 제 2 압축탱크(150)(250)의 공급압력을 제어하기 위해 공급압력 제어부가 더 구비될 수 있으며, 상기 공급압력 제어부는 주입기체의 유량 변화를 체크하여 식 7을 이용하여 제 1 압축탱크(120)(220)의 공급압력과 제 2 압축탱크(150)(250)의 공급압력을 설정할 수 있다.
A supply pressure control unit may be further provided to control the supply pressure of the first and
(식 7)(Equation 7)
(P는 실시간 설정되는 제 1 압축탱크와 제 2 압축탱크의 공급압력, f는 실시간 변동되는 주입기체의 유량, f0는 최초 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크와 제 2 압축탱크의 최초 공급압력)
(P is the feed pressure, f is a real-time rate of change injection gas, f 0 is the flow rate of the initial fill gas, P 0 is the first compression tank and the second compression tank of the first compression tank and the second compression tank in which real-time settings Of the initial supply pressure)
상기 제 2 기체분리막모듈(160)(260)은 상기 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 제 1 투과기체를 주입기체로 하여 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리하는 역할을 한다. The second gas
제 2 SC조절기(170)(270)는 제 2 기체분리막모듈(160)(260)의 제 2 회수기체 내의 목표기체 농도가 주입기체 내의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 기체분리막모듈(160)(260)의 제 2 SC값을 제어하는 역할을 한다. The
구체적으로, 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 2 기체분리막모듈(160)의 제 2 SC값(θ12)은 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 2 기체분리막모듈(160)의 제 2 회수기체의 목표기체 농도가 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 기체분리막모듈(130)에 주입되는 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제어되고, 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 2 기체분리막모듈(260)의 제 2 SC값은 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 2 기체분리막모듈(260)의 제 2 회수기체의 목표기체 농도가 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 1 기체분리막모듈(230)에 주입되는 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제어된다. Specifically, the second SC value (? 12 ) of the second gas
먼저, 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 2 기체분리막모듈(160)의 제 2 SC값(θ12)의 산출 과정을 살펴보면 다음과 같다. First, the process of calculating the second SC value (? 12 ) of the second gas
제 2 SC값(θ12)을 산출하는 산출식은 기본적으로 제 1 SC값(θ11)의 산출식(식 5)과 동일하며, 제 1 SC값(θ11) 산출식의 목표농축도(e11) 대신 제 2 기체분리막모듈(160)(260)의 목표농축도(e12)를 대체하여 적용한다. 또한, 제 1 기체분리막모듈(130)의 선택도(α11) 대신 제 2 기체분리막모듈(160)(260)의 선택도(α12)를 대체하여 적용한다. Claim 2 SC value equation calculation of (θ 12) calculated by default, the 1 SC value (θ 11) identical to the calculation formula (formula 5), the 1 SC value (θ 11) is also the target concentration of the calculation formula (e 11) instead it is applied by replacing the even (e 12 target concentration) of the second gas separation membrane module 160 (260). In addition, the first application by replacing the even (α 12), the selection of the gas separation membrane
제 2 기체분리막모듈(160)의 주입기체는 제 1 기체분리막모듈(130)의 제 1 투과기체임에 따라, 제 2 기체분리막모듈(160)의 목표농축도(e1)는 제 1 투과기체 내의 목표기체 농도(y1) 대비 제 2 회수기체 내의 목표기체 농도(YR)의 비로 설정된다. 나아가, 본 발명에서 제 2 회수기체 내의 목표기체 농도(YR)가 주입기체 내의 목표기체 농도(x0)와 일치되도록 설정함에 따라, 제 2 기체분리막모듈(160)의 목표농축도(e12)는 아래 식 8과 같이 제 1 투과기체 내의 목표기체 농도(y1) 대비 주입기체 내의 목표기체 농도(x0)의 비로 설정될 수 있다. 또한, 제 1 투과기체 내의 목표기체 농도(y1)는 식 9와 같이 정리된다.
The target concentration of the second gas
(식 8) e12 = YR / y1 = x0 / y1 (8) e 12 = Y R / y 1 = x 0 / y 1
(e12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 목표농축도, y1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 투과기체 내의 목표기체 농도, YR은 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체 내의 목표기체 농도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도)
(e 12 is the first target gas recovery second gas separation membrane target concentration of the module also, y 1 is the first target a first transmission target gas concentration, Y R in the gas in the gas recovery device has a first target gas recovery on the device Target gas concentration in the second recovered gas, x 0 is the target gas concentration in the injected gas)
(식 9)(Equation 9)
따라서, 제 1 SC값(θ11) 산출식의 목표농축도(e11) 대신 제 2 기체분리막모듈(160)의 목표농축도(e12)가 대체하여 적용되고, 제 1 SC값(θ11) 산출식의 주입기체 내의 목표기체 농도(x0) 대신 제 1 투과기체 내의 목표기체 농도(y1)가 대체하여 적용된 제 2 SC값(θ12)의 산출식은 아래의 식 10과 같이 정리된다.
Thus, the 1 SC value (θ 11) the target concentration of the calculation expression is also (e 11) instead of the target enrichment (e 12) of the second gas
(식 10) (Equation 10)
(θ12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11과 α12는 각각 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈(130)(230)과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)
(? 12 is the second SC value of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the purged gas,? 11 and? 12 are the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device ) And selectivity of the second gas separation membrane module)
다음으로, 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 2 기체분리막모듈(260)의 제 2 SC값(θ22)은 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 2 기체분리막모듈(260)의 제 2 SC값(θ12)과 동일한 산출 과정을 통해 산출되는데, 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 투과기체 내의 목표기체 농도(y1) 대신 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 1 투과기체 내의 목표기체 농도(y2)(식 11 참조)가 적용되어, 제 2 SC값(θ22)은 최종적으로 식 12과 같이 정리된다.
Next, the second SC value (? 22 ) of the second gas
(식 11)(Expression 11)
(식 12)(Expression 12)
(θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x1은 주입기체 내의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)
( 22 is the second SC value of the second target gas recovery device, x 1 is the target gas concentration in the injected gas, and? 21 and? 22 are the second gas recovery device's first gas separation membrane module and the second gas separation membrane Selectivity of module)
상술한 제 2 SC값(θ12)(θ22) 산출식을 통해 제 2 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체 내의 목표기체 농도와 일치되는 것을 만족하는 제 2 SC값(θ12)(θ22)을 산출할 수 있게 된다. 제 2 SC조절기(170)(270)는 제 2 회수기체의 목표기체 농도와 주입기체 내의 목표기체 농도가 동일하다는 조건 하에 상기 제 2 SC값 산출식을 이용하여 제 2 SC값(θ12)(θ22)을 산출할 수 있으며, 산출된 제 2 SC값(θ12)(θ22)은 제 2 기체분리막모듈(160)(260)의 동작에 적용된다. The above-described second SC value (θ 12) (θ 22) of claim 2 SC value satisfying that matches the target gas concentration in the injected gas target gas concentration of the second recovery gas through Equation (θ 12) (θ 22 ) Can be calculated. The second SC regulator 170 (270) determines the second SC value (? 12 ) (? 12 ) using the second SC value calculation formula under the condition that the target gas concentration in the second recovered gas is equal to the target gas concentration in the purged gas θ 22) can be calculated, the second SC value (θ 12) (22 calculates θ) is applied to the operation of the second gas separation membrane module 160 (260).
한편, 제 1 회수기체의 목표기체 농도를 일정하게 유지시키기 위한 부가 구성으로, 제 1 기체분리막모듈(130)(230)과 제 2 기체분리막모듈(160)(260)이 최적의 막면적(membrane area)으로 설계될 필요가 있다. 이를 위해, 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 기체분리막모듈(130)과 제 2 기체분리막모듈(160)은 각각 식 13, 식 14와 같이 설계되고, 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 1 기체분리막모듈(230)과 제 2 기체분리막모듈(260)은 각각 식 15, 식 16와 같이 설계될 수 있다. 또한, 후술하는 제 3 기체분리막모듈(32)의 최적 막면적은 식 17과 같이 설계될 수 있다.
In order to keep the target gas concentration of the first recovered gas constant, the first gas
(식 13)(Expression 13)
(A11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, PB,11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, r1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 주입되는 최초 주입기체 대비 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체가 포함된 혼합기체의 유량 증가 비율이며, r1은 )
(A 11 is the first target gas recovery first membrane area of the gas separation membrane module of the apparatus, f 0 is the flow rate, P 0 is the first supply pressure of the first compression tank for injecting gas, θ 11 is the first target gas recovery device The first SC value of the first gas separation membrane module, P B, 11 is the permeability of the first recovered gas of the first target gas recovery device,? 11 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas, r 1 is the rate of increase in the flow rate of the mixed gas including the second recovered gas and the third recovered gas as compared with the first injected gas injected into the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device , r 1 is )
(식 14)(Equation 14)
(A12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 막면적, θ12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, PB,11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, PB,12은 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체의 투과도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도)
(A 12 has a first target second membrane area of the gas separation membrane module for gas recovery apparatus, θ 12 is the second SC value, P B, of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery unit 11 is the first target base P B, 12 is the permeability of the second recovered gas of the first target gas collecting device, α 11 is the selectivity of the first gas separator module of the first target gas collecting device, α 12 Is the selectivity of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas)
(식 15)(Expression 15)
(A21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, PB,21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, r1은 , r12는 )
(A 21 is the second target gas recovery first membrane area of the gas separation membrane module of the apparatus, f 0 is the flow rate, P 0 is the first supply pressure of the first compression tank for injecting gas, θ 11 is the first target gas recovery device The first SC value of the first gas separation membrane module,? 21 is the first SC value of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device, P B, 21 is the permeability of the first recovery gas of the second target gas recovery device , α 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device, x 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovery gas of the first target gas recovery device), r 1 , r 12 )
(식 16)(Expression 16)
(A22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 막면적, θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, PB,21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, PB,22은 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α22은 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도)
(A 22 is the film area of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device,? 22 is the second SC value of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device, P B, P B, 22 is the permeability of the second recovered gas of the second target gas collecting device,? 21 is the selectivity of the first gas separator module of the second target gas collecting device,? 22 X 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovered gas of the first target gas recovery device), and the target gas concentration in the second gas recovery device is the selectivity of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device,
(식 17)(Equation 17)
(A23은 제 3 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, θ23은 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값, PB,23은 제 3 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, α23은 제 3 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, r1은 , r12는 )
(A 23 is the membrane area of the third gas separation membrane module, f 0 is the flow rate of the injected gas, P 0 is the initial supply pressure of the first compression tank, and θ 11 is the pressure of the first gas separation membrane module 1, SC value, θ 21 is the second target gas first SC value, θ 22 of the first gas separation membrane module of the recovery device is a second second SC value, θ 23 of the gas separation membrane module of the target gas recovery device of claim 3 is the third SC value of the gas separation membrane module, P B, 23 is the permeability of the third recovered gas,? 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device,? 22 is the second target gas recovery device ? 23 is the selectivity of the third gas separation membrane module, x 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovery gas of the first target gas recovery device), r 1 is the selectivity of the second gas separation membrane module , r 12 )
한편, 상술한 식 13 내지 식 17을 통해 기체분리막모듈의 최적 막면적의 설정이 가능하나, 해당 최적 막면적으로 기체분리막모듈을 제작하기 어렵거나 제 1 압축탱크 및 제 2 압축탱크에 의해 인가되는 공급압력을 기준 공급압력(P0)으로 유지하기 어려운 경우, 공급압력(P)을 변동시키고 그에 따라 막면적을 변경시켜 기체분리막모듈의 성능을 유지시키는 것도 가능하다. 구체적으로, A11, A12, A21, A22, A23 의 최적 막면적 산출식을 통해 각각의 기체분리막모듈에 대한 최적 막면적(A0)이 산출된 상태에서, 공급압력(P)을 설정하고, 공급압력(P) 대비 기준 공급압력(P0)의 비를 공급압력(P)에 곱하여 각각의 기체분리막모듈의 막면적(A0)을 설정할 수 있다(식 18 참조).
Although it is possible to set the optimal membrane area of the gas separation membrane module through the above-described equations 13 to 17, it is difficult to fabricate the gas separation membrane module with the optimum membrane area, If it is difficult to keep the supply pressure at the reference supply pressure (P 0 ), it is also possible to maintain the performance of the gas separation membrane module by varying the supply pressure P and accordingly changing the membrane area. Specifically, in a state where the optimal membrane area A 0 for each gas separation membrane module is calculated through the optimum membrane area calculating equation of A 11 , A 12 , A 21 , A 22 , and A 23 , And the membrane area A 0 of each gas separation membrane module can be set by multiplying the supply pressure P by the ratio of the reference supply pressure P 0 to the supply pressure P (see equation 18).
(식 18)(Expression 18)
(A는 변화된 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, A0는 기준 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, P0는 기준 공급압력, P는 변화된 공급압력)
(A is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the changed supply pressure, A 0 is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the reference supply pressure, P 0 is the reference supply pressure, and P is the changed supply pressure)
이상, 목표기체 회수장치의 세부 구성, 제 1 SC값과 제 2 SC값의 제어 및 최적 막설계에 대해 설명하였다. 상술한 바와 같은 제 1 목표기체 회수장치(100) 및 제 2 목표기체 회수장치(200)를 통해 회수기체 내의 목표기체 농도를 최대화시킬 수 있으며, 각 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈(160)(260)의 제 2 회수기체의 목표기체 농도가 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 주입기체의 목표기체 농도에 일치되도록 제 2 SC값을 제어함에 따라 각 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 즉, 목표기체를 농도를 고농도로 농축함과 함께 회수기체의 목표기체 농도를 일정하게 유지시키는 것이 가능하게 된다. The detailed configuration of the target gas recovery device, the control of the first SC value and the second SC value, and the optimum film design have been described above. The target gas concentration in the recovery gas can be maximized through the first target
한편, 제 1 목표기체 회수장치(100)에 있어서 제 2 기체분리막모듈(160)의 제 2 투과기체는 외부로 배출되나, 제 2 목표기체 회수장치(200)의 주입기체는 폐가스보다 목표기체 농도가 높은 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 회수기체임에 따라, 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 2 기체분리막모듈(260)의 제 2 투과기체 내에는 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 2 기체분리막모듈(160)의 제 2 투과기체보다 많은 양의 목표기체가 포함되어 있다. 또한, 목표기체 회수장치의 직렬 연결단수가 증가될수록 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체에 포함되는 목표기체의 양은 증가된다. 따라서, 2단 이상의 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체는 재차 회수기체와 투과기체로 분리될 필요가 있다. On the other hand, in the first target
이를 위해, 본 발명에서는 제 3 기체분리막모듈(32)을 적용한다. 상기 제 3 기체분리막모듈(32)은 후단의 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈(260)의 제 2 투과기체를 주입기체로 하여 제 3 회수기체와 제 3 투과기체로 분리하고, 제 3 투과기체를 배출하고 제 3 회수기체는 전단의 목표기체 회수장치의 기체혼합부(110)로 공급한다. 제 3 기체분리막모듈(32)에 의해 제 2 투과기체가 재차 투과기체와 회수기체로 분리됨에 따라, 배출되는 투과기체 내에 포함되어 있는 목표기체 농도가 낮아지게 된다. To this end, the third gas
전술한 바에 있어서, 각 목표기체 회수장치의 기체혼합부(110)(210)에 공급되는 혼합기체 즉, 주입기체와 제 2 회수기체는 동일한 목표기체 농도를 갖도록 하는데, 상기 제 3 회수기체 역시 상기 주입기체 및 제 2 회수기체와 동일한 목표기체 농도로 기체혼합부(110)(210)에 공급된다. 제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체 및 제 2 회수기체의 목표기체 농도와 일치되도록 하기 위해 제 3 SC값(θ23)이 제어된다. 제 2 SC값(θ12)(θ22)과 제 3 SC값(θ23)의 제어에 의해, 기체혼합부(110)(210)에 공급되는 제 2 회수기체의 목표기체 농도 및 제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체의 목표기체 농도와 일치됨에 따라, 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈(130)(230)에 공급되는 혼합기체의 목표기체 농도가 일정하게 유지되고, 최종적으로 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 제 1 회수기체의 목표기체 농도를 안정적으로 유지시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 제 3 기체분리막모듈(32)의 전단에는 제 3 압축탱크(31)가 구비되고, 상기 제 3 기체분리막모듈(32)의 후단에는 제 3 기체분리막모듈(32)의 제 3 SC값을 설정하는 제 3 SC조절기(33)가 더 구비된다. In the above description, the mixed gas supplied to the
제 3 SC값은 아래의 식 19와 같이 정리된다.
The third SC value is summarized as Equation 19 below.
(식 19)(Expression 19)
(θ23는 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도, α23는 제 3 기체분리막모듈의 선택도)
(θ 23 is the third third SC value of the gas separation membrane module, x 0 is the target gas concentration, x 1 in the injection gas is a first target gas first target gas concentrations, α 21 and α 22 for recovering gas of the recovery device is Selectivity of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module, respectively, of the second target gas recovery device, and? 23 is the selectivity of the third gas separation membrane module)
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수방법에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수방법은 도 1의 장치 구성 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치의 기반 하에 진행된다. Next, a highly concentrated target gas recovery method using the gas separation membrane module according to an embodiment of the present invention will be described. The highly concentrated target gas recovery method using the gas separation membrane module according to an embodiment of the present invention proceeds based on the apparatus configuration of FIG. 1, that is, the highly concentrated target gas recovery apparatus using the gas separation membrane module according to an embodiment of the present invention.
먼저, 각각의 목표기체 회수장치에 있어서 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 제 1 회수기체의 목표기체 농도(x1)(x2)를 설정하고, 그에 따라 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 목표농축도(e11)(e21)를 설정한다. 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 목표농축도(e11)(e21)는 식 3 및 식 4를 통해 산출된다.
First, the target gas concentration (x 1 ) (x 2 ) of the first recovered gas of the first
(식 3) 목표농축도(e11) = x1 / x0 (Equation 3) The target concentration (e 11 ) = x 1 / x 0
(e11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x0는 주입기체의 목표기체 농도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도)
(e 11 is the target concentration of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration of the injected gas, and x 1 is the target gas concentration of the first recovery gas of the first target gas recovery device)
(식 4) 목표농축도(e21) = x2 / x1 (Equation 4) Target concentration (e 21 ) = x 2 / x 1
(e21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 목표농축도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도, x2는 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도)
(e 21 is the second target gas recovery second gas target concentration of the membrane module is, x 1 is the first target base target gas concentration, x 2 of the first number of gas recovery apparatus of the second target gas recovery on the device Target gas concentration of the first recovered gas)
제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 목표농축도(e11)(e21)가 산출된 상태에서, 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 목표농축도(e11)(e21)를 만족시키는 제 1 SC값(θ11)(θ21)을 설정한다. 제 1 SC값(θ11)(θ21)은 아래의 식 5 및 식 6을 통해 산출된다.
Target concentration of the first gas
(식 5) (Equation 5)
(θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 적용되는 제 1 SC값, e11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도)
(θ 11 is in a first gas separation membrane of claim 1, SC value applied to the module, e 11 has a first target gas also the first target concentration of the gas separation membrane module of the harvesting device, x 0 is injecting gas in the target gas recovery device Target gas concentration,? 11 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device)
(식 6) (Equation 6)
(θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 적용되는 제 1 SC값, e21는 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x1는 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도)
(θ 21 is the second target gas first SC values applied to a first gas separation membrane module of the harvesting device, e 21 of the second target base target enrichment, x 1 of the first gas separation membrane module of the recovery device is injected into the gas ( The target gas concentration in the first recovery gas of the first target gas recovery device),? 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device)
제 1 SC값(θ11)(θ21)과 함께 제 2 SC값(θ12)(θ22)도 설정한다. 상기 제 2 SC값(θ12)(θ22)은 제 2 회수기체의 목표기체 농도와 주입기체의 목표기체 농도(x0 또는 x1)가 일치하는 것을 만족하는 조건 하에 식 9와 식 11을 통해 산출된다. 다. 제 1 SC값(θ11)(θ21)과 제 2 SC값(θ12)(θ22)의 설정 이외에, 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시키기 위해 부가적으로 제 1 기체분리막모듈(130)(230) 및 제 2 기체분리막모듈(160)(260)의 최적 막면적을 상술한 식 12 내지 식 15를 이용하여 각각 설계할 수도 있다.
The second SC value? 12 (? 22 ) is set together with the first SC value? 11 (? 21 ). Wherein the second SC value (θ 12) (θ 22) has a second recovery gas in the target gas concentration and the match expression 9 and expression 11 under conditions that satisfy the target gas concentration in the injected gas (x 0 or x 1) Lt; / RTI > All. In addition to the setting of the first SC value 11 (θ 11 ) (θ 21 ) and the second SC value 12 (θ 22 ), in order to keep the target gas concentration in the first recovered gas constant, The optimal membrane areas of the
(식 10) (Equation 10)
(θ12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11과 α12는 각각 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)
(? 12 is the second SC value of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas,? 11 and? 12 are the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device and the second gas separation membrane Selectivity of module)
(식 12)(Expression 12)
(θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, y2는 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 투과기체의 목표기체 농도, x1은 주입기체 내의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)
(θ 22 is the second second SC value of the target gas recovering apparatus, y 2 is the second target base target gas concentration, x 1 of the first permeate gas of the recovery device is the target gas concentration in the injected gas, α 21 and α 22 Are selectivity diagrams of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device, respectively)
그런 다음, 제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체의 목표기체 농도(x0)와 일치되도록 제 3 기체분리막모듈(32)의 제 3 SC값(θ23)을 설정한다. 제 3 기체분리막모듈(32)의 제 3 SC값(θ23)은 아래의 식 16을 통해 산출된다.
That sets the following, the third SC value of the third gas separation membrane module (32) to match the target gas concentration (x 0) of the injection gas concentration in the target substrate 3 recovered gas (θ 23). The third SC value (? 23 ) of the third gas separation membrane module (32) is calculated by the following Expression (16).
(식 19)(Expression 19)
(θ23는 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도, α23는 제 3 기체분리막모듈의 선택도)
(θ 23 is the third third SC value of the gas separation membrane module, x 0 is the target gas concentration, x 1 in the injection gas is a first target gas first target gas concentrations, α 21 and α 22 for recovering gas of the recovery device is Selectivity of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module, respectively, of the second target gas recovery device, and? 23 is the selectivity of the third gas separation membrane module)
이와 같이, 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 목표농축도(e11)(e21), 제 1 SC값(θ11)(θ21), 제 2 SC값(θ12)(θ22), 제 3 SC값(θ23)이 설정된 상태에서, 제 1 목표기체 회수장치(100), 제 2 목표기체 회수장치(200) 및 제 3 기체분리막모듈(32)을 이용한 목표기체의 고농도 회수 과정이 진행된다. As described above, the target enrichment degree e 11 (e 21 ), the first SC value 11 (θ 21 ), the second SC value 12 (θ 12 ) of the first
구체적으로, 목표기체가 포함된 주입기체 예를 들어, SF6가 포함된 폐가스가 주입기체 공급부(10)로부터 제 1 목표기체 회수장치(100)의 기체혼합부(110)에 공급되며, 기체혼합부(110)(210)는 주입기체와 제 2 기체분리막모듈(160)에 의해 회수된 제 2 회수기체 및 제 3 기체분리막모듈(32)에 의해 회수된 제 3 회수기체를 혼합하며, 주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체의 혼합기체는 제 1 압축탱크(120)로 공급된다. 최초 운전시에는 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체가 상기 기체혼합부(110)에 공급되지 않음에 따라 주입기체만이 제 1 압축탱크(120)로 공급된다. Specifically, waste gas containing an injection gas containing the target gas, for example, SF 6, is supplied from the injection
상기 제 1 압축탱크(120)는 혼합기체를 일정 압력으로 압축하여 제 1 기체분리막모듈(130)로 주입한다. 주입기체의 유량 변화에 대응하기 위해, 제 1 기체분리막모듈(130)에 주입되는 홉합기체의 공급압력을 주입기체의 유량 변화에 따라 변동시킬 필요가 있으며, 제 1 압축탱크(120)의 공급압력(P)은 아래의 식 17과 같이 설정된다. 후술하는 제 2 압축탱크(150)의 공급압력도 제 1 압축탱크(120)의 공급압력과 동일하게 설정된다.
The
(식 17)(Equation 17)
(P는 실시간 설정되는 제 1 압축탱크와 제 2 압축탱크의 공급압력, f는 실시간 변동되는 주입기체의 유량, f0는 최초 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크와 제 2 압축탱크의 최초 공급압력)
(P is the feed pressure, f is a real-time rate of change injection gas, f 0 is the flow rate of the initial fill gas, P 0 is the first compression tank and the second compression tank of the first compression tank and the second compression tank in which real-time settings Of the initial supply pressure)
일정 공급압력(P)으로 제 1 기체분리막모듈(130)로 주입된 혼합기체는 제 1 기체분리막모듈(130)에 의해 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리된다. 이 때, 제 1 투과기체의 유량과 제 1 회수기체의 유량은 상기 설정된 제 1 SC값(θ11)에 의해 결정된다. 상기 제 1 회수기체는 제 1 기체분리막모듈(130)의 일단에서 회수되어 제 2 목표기체 회수장치(200)의 기체혼합부(210)에 주입기체로 공급된다. The mixed gas injected into the first gas
제 1 기체분리막모듈(130)에 의해 분리된 제 1 투과기체는 제 2 압축탱크(150)로 공급되며, 제 2 압축탱크(150)는 상기 제 1 압축탱크(120)의 공급압력과 동일한 공급압력으로 제 1 투과기체를 제 2 기체분리막모듈(160)에 주입한다. The first permeable gas separated by the first gas
제 2 기체분리막모듈(160)은 주입되는 제 1 투과기체를 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리한다. 이 때, 제 2 투과기체의 유량과 제 2 회수기체의 유량은 상기 설정된 제 2 SC값(θ2)에 의해 결정된다. The second gas
상기 제 2 기체분리막모듈(160)에 의해 분리된 제 2 회수기체는 상기 기체혼합부(110)로 공급되며, 상기 기체혼합부(110)에서는 상기 제 2 회수기체와 주입기체, 제 3 회수기체가 혼합된다. 이어, 제 2 회수기체, 제 3 회수기체 및 주입기체의 혼합기체는 상기 제 1 압축탱크(120)를 거쳐 제 1 기체분리막모듈(130)로 공급되고, 상술한 바와 같이 목표기체 회수 과정이 반복 진행된다. The second recovered gas separated by the second gas
한편, 제 1 목표기체 회수장치(100)의 제 1 기체분리막모듈(130)에 의해 회수되는 제 1 회수기체는 제 2 목표기체 회수장치(200)의 기체혼합부(210)에 주입기체로 공급된다. 제 2 목표기체 회수장치(200) 내에서의 회수 과정은 제 1 목표기체 회수장치(100)의 회수 과정과 동일하게 진행되며, 제 1 기체분리막모듈(230)의 목표농축도(e21), 제 1 SC값(θ21), 제 2 SC값(θ22)만이 달리 적용된다. Meanwhile, the first recovery gas recovered by the first gas
제 1 목표기체 회수장치(100) 및 제 2 목표기체 회수장치(200)에 의한 목표기체 회수 과정이 진행됨에 있어서, 제 2 목표기체 회수장치(200)의 제 2 기체분리막모듈(260)의 제 2 투과기체는 제 3 기체분리막모듈(32)에 주입기체로 공급되며, 제 3 기체분리막모듈(32)은 상기 제 2 투과기체를 제 3 회수기체와 제 3 투과기체로 분리한다. 이 때, 제 3 회수기체의 유량과 제 3 투과기체의 유량은 상기 설정된 제 3 SC값(θ23)에 의해 결정된다. When the target gas recovery process is performed by the first target
상기 제 3 기체분리막모듈(32)에 의해 분리된 제 3 회수기체는 제 1 목표기체 회수장치(100)의 상기 기체혼합부(110)로 공급되며, 상기 기체혼합부(110)에서는 주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체가 혼합된다. 이어, 제 2 회수기체, 제 3 회수기체 및 주입기체의 혼합기체는 상기 제 1 압축탱크(120)를 거쳐 제 1 기체분리막모듈(130)로 공급되고, 상술한 바와 같이 목표기체 회수 과정이 반복 진행된다. The third recovered gas separated by the third gas
이와 같이, 각 목표기체 회수장치의 기체혼합부(110)(210)에 공급되는 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체가 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 SC값(θ12)(θ22)과 제 3 SC값(θ23)가 제어됨에 따라, 각 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈(130)(230)의 제 1 회수기체 내의 목표기체 농도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
In this manner, the second SC value (? 12 ) (? (?)) Is calculated so that the second recovered gas and the third recovered gas supplied to the
10 : 주입기체 공급부 100 : 제 1 목표기체 회수장치
110, 210 : 기체혼합부 120, 220 : 제 1 압축탱크
130, 230 : 제 1 기체분리막모듈 140, 240 : 제 1 SC조절기
150, 250 : 제 2 압축탱크 160, 350 : 제 2 기체분리막모듈
170, 270 : 제 2 SC조절기10: Injection gas supply unit 100: First target gas recovery unit
110, 210:
130, 230: first gas
150, 250:
170, 270: Second SC regulator
Claims (17)
상기 목표기체 회수장치는,
주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체를 혼합하는 기체혼합부;
주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체의 혼합기체를 설정된 제 1 SC값에 따라 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리하는 제 1 기체분리막모듈; 및
상기 제 1 투과기체를 설정된 제 2 SC값에 따라 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리하는 제 2 기체분리막모듈을 포함하여 구성되며,
후단의 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체를 설정된 제 3 SC값에 따라 제 3 회수기체와 제 3 투과기체로 분리하는 제 3 기체분리막모듈을 더 포함하며,
상기 제 2 회수기체와 제 3 회수기체는 상기 기체혼합부에 공급되며,
제 2 회수기체의 목표기체 농도 및 제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 SC값 및 제 3 SC값이 설정되며,
상기 복수의 목표기체 회수장치는 직렬 연결되는 제 1 목표기체 회수장치와 제 2 목표기체 회수장치를 포함하여 이루어지며, 상기 제 1 목표기체 회수장치의 전단에 회수하고자 하는 목표기체가 포함된 주입기체를 제 1 목표기체 회수장치의 기체혼합부에 공급하는 주입기체 공급부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치.
And a plurality of target gas recovery devices connected in series,
Wherein the target gas-
A gas mixing section for mixing the injected gas, the second recovered gas and the third recovered gas;
A first gas separation membrane module for separating a mixed gas of an injected gas, a second recovered gas and a third recovered gas into a first permeated gas and a first recovered gas in accordance with a set first SC value; And
And a second gas separation membrane module for separating the first transparent gas into a second transparent gas and a second recover gas in accordance with a set second SC value,
And a third gas separation membrane module for separating the second permeable gas of the second gas separation membrane module of the target gas recovery device at the downstream end into the third recovered gas and the third permeable gas in accordance with the set third SC value,
The second recovery gas and the third recovery gas are supplied to the gas mixing unit,
The second SC value and the third SC value are set so that the target gas concentration of the second recovered gas and the target gas concentration of the third recovered gas are matched with the target gas concentration of the injected gas,
Wherein the plurality of target gas collecting apparatuses include a first target gas collecting apparatus and a second target gas collecting apparatus connected in series, wherein an injection gas containing a target gas to be recovered is disposed in front of the first target gas collecting apparatus Further comprising an injecting gas supply unit for supplying the gas to the gas mixing unit of the first target gas collecting apparatus.
(식)
(θ12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11과 α12는 각각 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)
The apparatus of claim 1, wherein the second SC value (? 12 ) of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device is calculated by the following equation.
(expression)
(? 12 is the second SC value of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas,? 11 and? 12 are the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device and the second gas separation membrane Selectivity of module)
(식)
(θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x1은 주입기체 내의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)
The apparatus of claim 1, wherein the second SC value (? 22 ) of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device is calculated through the following equation.
(expression)
( 22 is the second SC value of the second target gas recovery device, x 1 is the target gas concentration in the injected gas, and? 21 and? 22 are the second gas recovery device's first gas separation membrane module and the second gas separation membrane Selectivity of module)
(식)
(θ23는 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도, α23는 제 3 기체분리막모듈의 선택도)
The apparatus of claim 1, wherein the third SC value (? 23 ) of the third gas separation membrane module is calculated by the following equation.
(expression)
(θ 23 is the third third SC value of the gas separation membrane module, x 0 is the target gas concentration, x 1 in the injection gas is a first target gas first target gas concentrations, α 21 and α 22 for recovering gas of the recovery device is Selectivity of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module, respectively, of the second target gas recovery device, and? 23 is the selectivity of the third gas separation membrane module)
(식)
(θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 적용되는 제 1 SC값, e11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도)
The apparatus of claim 1, wherein the first SC value (? 11 ) of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device is calculated by the following equation.
(expression)
(θ 11 is in a first gas separation membrane of claim 1, SC value applied to the module, e 11 has a first target gas also the first target concentration of the gas separation membrane module of the harvesting device, x 0 is injecting gas in the target gas recovery device Target gas concentration,? 11 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device)
(식)
(θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 적용되는 제 1 SC값, e21는 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 목표농축도, x1는 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도)
The apparatus of claim 1, wherein the first SC value (? 21 ) of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device is calculated by the following equation.
(expression)
(θ 21 is the second target gas first SC values applied to a first gas separation membrane module of the harvesting device, e 21 of the second target base target enrichment, x 1 of the first gas separation membrane module of the recovery device is injected into the gas ( The target gas concentration in the first recovery gas of the first target gas recovery device),? 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device)
상기 제 1 압축탱크는 주입기체와 제 2 회수기체의 혼합기체를 특정 공급압력으로 제 1 기체분리막모듈로 공급하며,
상기 제 2 압축탱크는 제 1 투과기체를 특정 공급압력으로 제 2 기체분리막모듈로 공급하며,
상기 제 1 압축탱크의 공급압력과 제 2 압축탱크의 공급압력은 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치.
[2] The apparatus of claim 1, further comprising a first compression tank and a second compression tank,
The first compression tank supplies the mixed gas of the injected gas and the second recovered gas to the first gasketing membrane module at a specific supply pressure,
The second compression tank supplies the first permeable gas to the second gas separation membrane module at a specific supply pressure,
Wherein the supply pressure of the first compression tank and the supply pressure of the second compression tank are set equal to each other.
(식)
(A는 변화된 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, A0는 기준 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, P0는 기준 공급압력, P는 변화된 공급압력)
8. The gas recovery system according to claim 7, wherein the supply pressure (P) of the first compression tank and the supply pressure (P) of the second compression tank are calculated by the following equations .
(expression)
(A is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the changed supply pressure, A 0 is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the reference supply pressure, P 0 is the reference supply pressure, and P is the changed supply pressure)
제 2 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체 내의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값을 제어하여 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체 유량 및 제 2 회수기체 유량을 조절하는 제 2 SC조절기와,
제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체 내의 목표기체 농도와 일치되도록 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값을 제어하여 제 3 기체분리막모듈의 제 3 투과기체 유량 및 제 3 회수기체 유량을 조절하는 제 3 SC조절기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수장치.
The apparatus according to claim 1, further comprising: a first SC regulator for controlling the first permeate flow rate and the first recovered gas flow rate of the first gas separation membrane module by controlling a first SC value of the first gas separation membrane module according to the set target concentration,
Controlling the second SC value of the second gas separation membrane module so that the target gas concentration of the second recovered gas matches the target gas concentration in the injected gas to control the second permeate flow rate and the second recovered gas flow rate of the second gas separation membrane module A second SC regulator,
The third SC value of the third gas separation membrane module is controlled so that the target gas concentration of the third withdrawn gas coincides with the target gas concentration in the injected gas to control the third permeate flow rate and the third withdrawn gas flow rate of the third gas separation membrane module Further comprising a third SC regulator for regenerating the gas.
(식 1)
(A11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, PB,11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, r1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈에 주입되는 최초 주입기체 대비 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체가 포함된 혼합기체의 유량 증가 비율이며, r1은 )
(식 2)
(A12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 막면적, θ12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, PB,11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, PB,12은 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체의 투과도, α11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도)
2. The gas separation membrane module as claimed in claim 1, wherein the membrane areas of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device are set through the following equations (1) and (2) Target gas recovery device.
(Equation 1)
(A 11 is the first target gas recovery first membrane area of the gas separation membrane module of the apparatus, f 0 is the flow rate, P 0 is the first supply pressure of the first compression tank for injecting gas, θ 11 is the first target gas recovery device The first SC value of the first gas separation membrane module, P B, 11 is the permeability of the first recovered gas of the first target gas recovery device,? 11 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas, r 1 is the rate of increase in the flow rate of the mixed gas including the second recovered gas and the third recovered gas as compared with the first injected gas injected into the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device , r 1 is )
(Equation 2)
(A 12 has a first target second membrane area of the gas separation membrane module for gas recovery apparatus, θ 12 is the second SC value, P B, of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery unit 11 is the first target base P B, 12 is the permeability of the second recovered gas of the first target gas collecting device, α 11 is the selectivity of the first gas separator module of the first target gas collecting device, α 12 Is the selectivity of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas)
(식 1)
(A21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, PB,21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, r1은 , r2는 )
(식 2)
(A22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 막면적, θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, PB,21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 투과도, PB,22은 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α22은 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도)
2. The gas separation membrane module according to claim 1, wherein the membrane areas of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device are set through the following equations (1) and (2) Target gas recovery device.
(Equation 1)
(A 21 is the second target gas recovery first membrane area of the gas separation membrane module of the apparatus, f 0 is the flow rate, P 0 is the first supply pressure of the first compression tank for injecting gas, θ 11 is the first target gas recovery device The first SC value of the first gas separation membrane module,? 21 is the first SC value of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device, P B, 21 is the permeability of the first recovery gas of the second target gas recovery device , α 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device, x 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovery gas of the first target gas recovery device), r 1 , r 2 is )
(Equation 2)
(A 22 is the film area of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device,? 22 is the second SC value of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device, P B, P B, 22 is the permeability of the second recovered gas of the second target gas collecting device,? 21 is the selectivity of the first gas separator module of the second target gas collecting device,? 22 X 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovered gas of the first target gas recovery device), and the target gas concentration in the second gas recovery device is the selectivity of the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device,
(식)
(A23은 제 3 기체분리막모듈의 막면적, f0는 주입기체의 유량, P0는 제 1 압축탱크의 최초 공급압력, θ11은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 제 1 SC값, θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 제 2 SC값, θ23은 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값, PB,23은 제 3 회수기체의 투과도, α21은 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈의 선택도, α22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 기체분리막모듈의 선택도, α23은 제 3 기체분리막모듈의 선택도, x1은 주입기체(제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체) 내의 목표기체 농도, r1은 , r12는 )
The apparatus of claim 1, wherein the membrane area of the third gas separation membrane module is set through the following equation.
(expression)
(A 23 is the membrane area of the third gas separation membrane module, f 0 is the flow rate of the injected gas, P 0 is the initial supply pressure of the first compression tank, and θ 11 is the pressure of the first gas separation membrane module 1, SC value, θ 21 is the second target gas first SC value, θ 22 of the first gas separation membrane module of the recovery device is a second second SC value, θ 23 of the gas separation membrane module of the target gas recovery device of claim 3 is the third SC value of the gas separation membrane module, P B, 23 is the permeability of the third recovered gas,? 21 is the selectivity of the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device,? 22 is the second target gas recovery device ? 23 is the selectivity of the third gas separation membrane module, x 1 is the target gas concentration in the injected gas (the first recovery gas of the first target gas recovery device), r 1 is the selectivity of the second gas separation membrane module , r 12 )
(식)
(A는 변화된 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, A0는 기준 공급압력에 대응되는 기체분리막의 최적 막면적, P0는 기준 공급압력, P는 변화된 공급압력)
13. The apparatus according to any one of claims 10 to 12, wherein the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device, the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device, the first gas separation membrane module of the second target gas recovery device Wherein the membrane area (A) of the separation membrane module, the second gas separation membrane module of the second target gas recovery device, and the third gas separation membrane module is set through the following equation.
(expression)
(A is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the changed supply pressure, A 0 is the optimum membrane area of the gas separation membrane corresponding to the reference supply pressure, P 0 is the reference supply pressure, and P is the changed supply pressure)
The method of claim 1, wherein the waste gas to the injected gas including the target gas comprises a waste gas or fluoride gas including SF 6, wherein the target gas is enriched with a gas separation membrane module, characterized in that SF 6 or fluoride gas Target gas recovery device.
상기 목표기체 회수장치는, 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈을 구성되고, 제 1 기체분리막모듈을 통해 혼합기체를 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리하고, 제 2 기체분리막모듈은 제 1 기체분리막모듈의 제 1 투과기체를 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리하며,
제 3 기체분리막모듈이 제 2 기체분리막모듈의 제 2 투과기체를 제 3 회수기체와 제 3 투과기체로 분리하며, 제 1 기체분리막모듈에는 주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체가 공급되며,
상기 제 1 기체분리막모듈은 주입기체, 제 2 회수기체 및 제 3 회수기체의 혼합기체를 설정된 제 1 SC값에 따라 제 1 투과기체와 제 1 회수기체로 분리하며,
상기 제 2 기체분리막모듈은 제 1 투과기체를 설정된 제 2 SC값에 따라 제 2 투과기체와 제 2 회수기체로 분리하며,
상기 제 3 기체분리막모듈은 제 2 투과기체를 설정된 제 3 SC값에 따라 제 3 투과기체와 제 3 회수기체로 분리하며,
제 2 회수기체의 목표기체 농도 및 제 3 회수기체의 목표기체 농도가 주입기체의 목표기체 농도와 일치되도록 제 2 SC값 및 제 3 SC값이 설정되는 것을 특징으로 하는 기체분리막모듈을 이용한 고농축 목표기체 회수방법.
A plurality of target gas collecting devices are connected in series,
The target gas recovery device includes a first gas separation membrane module and a second gas separation membrane module, separating the mixed gas into a first permeation gas and a first recovered gas through a first gas separation membrane module, Separates the first permeable gas of the first gas separation membrane module into a second permeable gas and a second recovered gas,
The third gas separation membrane module separates the second permeation gas of the second gas separation membrane module into the third recovery gas and the third permeation gas, and the injection gas, the second recovery gas, and the third recovery gas are supplied to the first gas separation membrane module And,
The first gas separation membrane module separates the mixed gas of the injected gas, the second recovered gas and the third recovered gas into the first permeated gas and the first recovered gas according to the set first SC value,
The second gas separation membrane module separates the first transparent gas into a second transparent gas and a second gas according to a second SC value,
The third gas separation membrane module separates the second permeable gas into a third permeable gas and a third recovered gas according to a set third SC value,
Wherein the second SC value and the third SC value are set so that the target gas concentration of the second recovered gas and the target gas concentration of the third recovered gas are in agreement with the target gas concentration of the injected gas. Gas recovery method.
(식 1)
(θ12는 제 1 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, α11과 α12는 각각 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)
(식 2)
(θ22는 제 2 목표기체 회수장치의 제 2 SC값, x1은 주입기체 내의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도)
The method according to claim 15, wherein the second SC value (? 12 ) of the second gas separation membrane module of the first target gas recovery device is calculated by the following equation (1) And the second SC value (? 22 ) is calculated through the following equation (2).
(Equation 1)
(? 12 is the second SC value of the first target gas recovery device, x 0 is the target gas concentration in the injected gas,? 11 and? 12 are the first gas separation membrane module of the first target gas recovery device and the second gas separation membrane Selectivity of module)
(Equation 2)
( 22 is the second SC value of the second target gas recovery device, x 1 is the target gas concentration in the injected gas, and? 21 and? 22 are the second gas recovery device's first gas separation membrane module and the second gas separation membrane Selectivity of module)
(식)
(θ23는 제 3 기체분리막모듈의 제 3 SC값, x0는 주입기체 내의 목표기체 농도, x1은 제 1 목표기체 회수장치의 제 1 회수기체의 목표기체 농도, α21과 α22는 각각 제 2 목표기체 회수장치의 제 1 기체분리막모듈과 제 2 기체분리막모듈의 선택도, α23는 제 3 기체분리막모듈의 선택도)16. The method of claim 15, wherein the third SC value (? 23 ) of the third gas separation membrane module is calculated through the following equation.
(expression)
(θ 23 is the third third SC value of the gas separation membrane module, x 0 is the target gas concentration, x 1 in the injection gas is a first target gas first target gas concentrations, α 21 and α 22 for recovering gas of the recovery device is Selectivity of the first gas separation membrane module and the second gas separation membrane module, respectively, of the second target gas recovery device, and? 23 is the selectivity of the third gas separation membrane module)
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Citations (4)
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KR20020000168A (en) * | 1999-05-20 | 2002-01-04 | 라우에르 | Isolation of SF6 from insulating gases in gas insulated lines |
KR101249261B1 (en) | 2011-04-15 | 2013-04-01 | 한국과학기술연구원 | Apparatus and method for recovery of sulfur hexafluoride |
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KR101341068B1 (en) * | 2013-06-05 | 2013-12-11 | 코오롱환경서비스주식회사 | Gas purification system of bio-gas |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020000168A (en) * | 1999-05-20 | 2002-01-04 | 라우에르 | Isolation of SF6 from insulating gases in gas insulated lines |
KR101249261B1 (en) | 2011-04-15 | 2013-04-01 | 한국과학기술연구원 | Apparatus and method for recovery of sulfur hexafluoride |
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KR101341068B1 (en) * | 2013-06-05 | 2013-12-11 | 코오롱환경서비스주식회사 | Gas purification system of bio-gas |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MEMBRANE JOURNAL VOL.21, NO.2 JUNE, 177-192, 2011 * |
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