KR20230022413A - 멤브레인 co2 분리 방법 - Google Patents

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KR20230022413A
KR20230022413A KR1020227043807A KR20227043807A KR20230022413A KR 20230022413 A KR20230022413 A KR 20230022413A KR 1020227043807 A KR1020227043807 A KR 1020227043807A KR 20227043807 A KR20227043807 A KR 20227043807A KR 20230022413 A KR20230022413 A KR 20230022413A
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Abstract

본원에서는 연통 가스로부터 CO2를 분리하기 위한 멤브레인 방법이 기재된다. 예시적인 방법은 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 CO2 및 H2O에 투과성인 멤브레인을 가로질러 통과시키고, 연통 가스보다 CO2가 적은 멤브레인의 공급 측으로부터 처리된 가스를 제거하고, CO2와 H2O를 포함하는 멤브레인의 투과 측면으로부터 투과물을 제거함을 포함한다. 적합하게, 투과물은 대기 진공 압력 이하에서 제거된다. 이어서, 투과물을 냉각시켜 투과물로부터 H2O의 적어도 일부를 제거하고 보다 작은 용적의 H2O -고갈된, CO2 농축된 투과물을 형성한다.

Description

멤브레인 CO2 분리 방법
분야
본 발명은 탄소 함유 연료의 연소에 의해 생성된 배출 스트림으로부터 이산화탄소(CO2)를 분리하는 것에 관한 것이다. 새로운 멤브레인 방법 디자인이 기재되어 있고, 여기서, 연통 가스(flue gas)에 또한 존재하는 수증기의 동시 투과를 사용하여 CO2 분리를 향상시킨다.
배경
산업용 가스 배출 스트림으로부터 이산화탄소 포집은 현재 상당한 관심 대상의 주제이다. 이들 가스 스트림은 석탄 및 천연 가스 발전소뿐만 아니라 제철소, 시멘트 및 석유화학 공장, 및 정유 공장에서도 생성된다. 하나의 부류로서, 이들 가스 스트림은 종종 연통 가스로 불린다. 연통 가스에서 CO2 농도는 4 내지 약 25%의 CO2 범위이다. 전 세계의 많은 정부 기관은 상기 CO2를 분리 및 농축하여 지하 깊은 곳에서 압축 및 격리할 수 있는 95% 초과의 CO2를 생성하는 연구를 후원하고 있다.
이들 분리 방법을 위해 멤브레인이 고려되고 있다. 분리를 수행하기 위해 다단계 멤브레인 방법이 요구되고, 극저온 응축과 같은 최종 처리 단계와 멤브레인 방법의 조합이 종종 제안된다. 상기 방법의 주요 단계는 제1 멤브레인 분리 단계이고, 여기서 배출 스트림의 50-90%의 CO2 함량은 농축 스트림으로 분리되어 CO2가 초기 연통 가스의 농도보다 3 내지 5배 농축된다. 제1 단계는 일반적으로 전체 공정에서 가장 크고 비용이 많이 드는 작업이다. 본 발명자들은 상기 제1 단계의 실시예를 사용하여 본 발명을 기재하지만, 상기 방법은 제2 또는 다른 분리 단계에도 적용될 수 있다.
도 1a는 가스 분리 멤브레인 방법을 단순한 형태로 나타낸다. 공급 가스가 공급 측면 상의 멤브레인을 가로질러 흐르면 가스의 일부가 멤브레인을 통해 투과된다. 멤브레인의 투과 측면으로의 멤브레인의 공급 측면 상의 구성요소의 흐름은 멤브레인을 가로지르는 각 구성요소의 분압 구동력의 차이에 비례한다. 멤브레인의 공급 측면 상의 분압은
Figure pct00001
(몰 농도
Figure pct00002
, 압력
Figure pct00003
)이고, 상기 멤브레인의 투과 측면 상에서는
Figure pct00004
(몰 농도
Figure pct00005
, 압력
Figure pct00006
)이다. 그리고 따라서, 분압 구동력은 하기 식으로 나타낸다:
Figure pct00007
이어서, 구성요소의 투과 속도(
Figure pct00008
)는 하기 식에 의해 분압 구동력과 관련된다:
Figure pct00009
여기서,
Figure pct00010
는 구성요소 i에 대한 멤브레인 투과성으로 불리는 비례 상수이고, ℓ은 멤브레인 두께이다. 2개의 구성요소
Figure pct00011
와
Figure pct00012
를 구분하는 멤브레인의 능력은 멤브레인 선택성(
Figure pct00013
)을 포함하는 여러 인자들, 즉 구성요소
Figure pct00014
및
Figure pct00015
의 투과성의 비율:
Figure pct00016
,
뿐 만 아니라, 다음과 같이 기재된 멤브레인을 가로지르는 압력 비율:
Figure pct00017
및 멤브레인의 공급 측면 상에서 보다 투과성의 구성요소의 몰 농도,
Figure pct00018
의 함수이다.
예를 들어, 이들 효과를 설명하기 위해 도 1b에서 도해된 분리를 고려한다. 상기 실시예에서, 단지 매우 소량의 투과성 가스 CO2는 이것이 멤브레인을 가로질러 좌측에서 우측으로 이동함으로써 공급물로부터 제거된다. 이것은 멤브레인의 투과성 측면 상의 CO2의 농도가 모든 곳에서 거의 동일함을 의미한다. 보다 앞서 기재한 바와 같이, 멤브레인 투과는 멤브레인의 투과 측면의 분압이 공급물 미만인 경우에만 일어나고, 이는 다음과 같다:
Figure pct00019
상기 불균등은 다음으로 재배열될 수 있으며:
Figure pct00020
이는 투과 구성요소(CO2)의 농축이 항상 압력 비율(공급 압력/투과 압력) 미만임을 보여준다. 이것은 또한 투과 구성요소(CO2)의 농도가 하기의 표현을 결코 초과할 수 없음을 의미한다:
Figure pct00021
.
도 1b에서 실시예에 대해, 이것은
Figure pct00022
가 멤브레인이 얼마나 선택적이든 상관없이 50% CO2 초과(
Figure pct00023
= 10% CO2 및
Figure pct00024
)일 수 없음을 의미한다. 상기 결과는 몇 가지 의미를 갖고; 먼저, 투과물의 적어도 절반은 느린 구성요소(N2)여야만 하고 이것은 특정 공급량을 처리하기 위해 요구되는 멤브레인 면적을 결정하는 느린 구성요소의 투과이다. 또한, 멤브레인의 선택성이 증가함에 따라, 동일한 양의 CO2를 투과시키는데 필요한 멤브레인 면적의 양은 증가한다. 무한 선택성의 한계에서는 어떠한 느린 구성요소도 투과되지 않으므로 무한 멤브레인 면적이 요구된다.
멤브레인 방법은 식 5에 의해 나타낸 최대 투과물 농도
Figure pct00025
가 100% 미만인 경우 압력비가 제한된 영역 내에 있는 것으로 고려된다. 상기 영역에서, 압력비의 효과는 일반적으로 분명하다. 또한, 멤브레인 선택성이 압력비보다 크면 그 차이가 보다 더 유의적이고, 멤브레인 선택성이 압력비보다 2 내지 3배 초과이면 보다 더 유의적일 것이다. 압력비의 일부 문제와 멤브레인 분리에 미치는 이의 효과는 문헌(참조: Huang, et al., Journal of Membrane Science, 463, 33(2014))에 상세하게 논의되고 있다.
도 1b로 돌아가서, 멤브레인이 CO2/N2에 대한 선택성이 25인 경우의 특정 실시예를 고려한다. 상기 경우에, 멤브레인 선택성은 압력비의 5배이고, 멤브레인은 제한된 압력비이다. 상기 실시예에서, 공급물(1), 잔류물(2) 및 투과물(3)은 하기의 조성을 갖는다:
표 1
Figure pct00026
동일한 멤브레인을 사용하는 매우 유사한 분리를 고려하지만 이번에는 10% 물도 포함하는 공급물을 사용한다. 이전과 같이 멤브레인은 25의 CO2/N2 선택성을 갖고 추가로 H2O/CO2 선택성은 3이다. 이어서, 물은 가장 투과성인 구성요소이고 이어서 CO2이고, 이어서 N2이다. 이어서, 멤브레인에 의해 수행된 분리는 하기의 조성을 갖는다:
표 2
Figure pct00027
공급물 중에 물은 CO2보다 훨씬 더 신속하게 투과하므로 멤브레인의 투과 측면으로의 물의 투과는 투과 측면 상의 CO2를 희석시켜 멤브레인을 통한 CO2 수송의 구동력을 증가시킨다. 동일한 양의 CO2를 투과시키는 데 필요한 멤브레인 면적은 건조 공급 값의 60%로 떨어진다. 0.2 bar의 투과물(3)은 CO2 농도가 약간 낮고 N2 농도가 훨씬 낮지만 물 농도는 보다 높다. 탈수 공정에 의해 물을 제거할 때 잔류 투과물 중의 CO2 농도는 52.9%로 표 1의 결과보다 훨씬 우수한 분리율을 보였다. 공급 가스에 물을 추가한 다음 투과물에서 제거하면 CO2가 식 5에 표현된 제한을 회피되도록 한다.
본 특허는 이 결과를 인지하고 연통 가스로부터 CO2를 분리하기 위한 새로운 유형의 멤브레인 분리 방법에서 본 발명자가 이를 어떻게 활용했는지 기재한다.
본원에서는 연통 가스로부터 CO2를 분리하기 위한 멤브레인 방법이 기재된다. 예시적인 방법은 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 CO2 및 H2O에 투과성인 멤브레인을 가로질러 통과시키고, 연통 가스보다 CO2가 적은 멤브레인의 공급 측면으로부터 처리된 가스를 제거하고, CO2 및 H2O를 포함하는 멤브레인의 투과 측면으로부터 투과물을 제거함을 포함한다. 이어서, 투과물은 냉각시켜 투과물로부터 H2O의 적어도 일부를 제거하고 보다 작은 용적의 H2O-고갈된, CO2 농축된 투과물을 형성한다.
하나의 양상에서, 연통 가스로부터 CO2를 분리하기 위한 멤브레인 방법은 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 CO2 및 H2O에 투과성인 멤브레인을 가로질러 통과시키는 것을 포함한다. 처리된 가스는 멤브레인의 공급 측면으로부터 제거한다. 처리된 가스는 연통 가스보다 CO2가 적다. 투과물은 0.1 내지 0.4 bar의 대기압 이하에서 멤브레인의 투과 측면으로부터 제거된다. 투과물은 CO2 및 H2O를 포함한다. 투과물을 냉각시켜 투과물로부터 H2O의 적어도 일부를 제거하고 보다 작은 용적의 H2O-고갈된, CO2 농축된 투과물을 형성한다. 진공 펌프는 가스 압력을 적어도 대략 대기압으로 증가시키는 데 사용된다.
특정 구현예에서, 멤브레인을 가로질러 통과한 유체 스트림은 적어도 70%의 포화 농도의 물을 함유한다.
하나 이상의 구현예에서, 멤브레인을 가로질러 통과한 유체 스트림과 냉각된 H2O-고갈 CO2-농축 투과물 사이의 온도 차이는 적어도 40℃이다.
예시적인 구현예에서, H2O는 멤브레인을 가로질러 통과하는 유체 스트림이 연통 가스와 물을 포함하도록 멤브레인을 가로질러 유체 스트림을 통과시키기 전에 연통 가스에 첨가한다. 일부 구현예에서, 상기 연통 가스에 H2O를 첨가하는 단계는 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 멤브레인을 통과하기 전에 연통 가스에 H2O를 첨가하기 위해 직접 접촉 냉각기를 사용하는 것을 포함한다. 일부 경우에, 직접 접촉 냉각기는 연통 가스의 온도를 조정한다.
특정 구현예에서, 상기 방법은 유체 스트림을 멤브레인을 가로질러 통과시키기 전에 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 0.8 내지 1.5 bar의 압력이 되게 하는 단계를 추가로 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 상기 방법은 멤브레인을 가로질러 유체 스트림을 통과시키기 전에 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 50℃ 초과의 온도가 되게 하는 단계를 추가로 포함한다. 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 멤브레인을 가로질러 유체 스트림을 통과시키기 전에 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 약 50℃ 내지 약 80℃ 범위의 온도가 되게 하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 방법은 연통 가스를 포함하는 유체 스트림이 10 몰% 초과의 수증기를 갖도록 하는 것을 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 방법은 연통 가스를 포함하는 유체 스트림이 70% 초과의 물 포화 농도를 갖도록 하는 것을 포함한다.
상기 방법의 예시적인 구현예에서, 멤브레인은 공정의 작동 조건에서 측정시 10 초과의 CO2/N2 선택성과 같은 방법의 작동 조건에서 측정시 2 초과의 H2O/CO2 선택성을 갖는다.
하나 이상의 구현예에서, 멤브레인 방법은 연통 가스의 CO2의 약 50% 내지 약 80%와 같이, 연통 가스의 적어도 50%의 CO2를 제거한다.
특정 구현예에서, 상기 투과물을 냉각시키는 단계는 투과물을 약 5℃ 내지 약 30℃의 포괄적인 범위의 온도로 냉각시키는 단계를 포함한다.
예시적인 구현예에서, 물-고갈된 투과물은 35% 초과의 CO2 농도를 갖는다.
다른 양상에서, 연통 가스로부터 CO2를 분리하기 위한 시스템은 연통 가스를 포함하는 유체 스트림이 멤브레인을 통과할 수 있도록 연통 가스의 공급원에 유체적으로 연결되도록 구성된 멤브레인을 포함한다. 멤브레인은 처리된 유체 및 투과물의 별도 스트림을 형성하기 위해 멤브레인을 통과하는 유체 스트림으로부터 CO2 및 H2O를 분리하도록 구성된다. 응축기는 투과물을 수용하기 위해 멤브레인에 유체적으로 연결된다. 응축기는 투과물의 H2O를 응축하고 응축된 H2O 및 H2O-고갈된 투과물의 별도 스트림을 형성하도록 구성된다.
예시적인 구현예에서, 상기 시스템은 연통 가스가 멤브레인을 통해 통과되기 전에 H20를 연통 가스에 첨가하도록 구성된 전처리 유닛을 포함한다. 전처리 유닛은 직접적인 접촉 냉각기를 포함할 수 있다.
특정 구현예에서, 시스템은 응축기로부터 H2O-고갈된 투과물을 인출하도록 구성된 진공 펌프를 추가로 포함한다.
또 다른 양상에서, 연통 가스 배기 스트림으로부터 CO2를 분리하기 위한 멤브레인 방법은 (i) 연통 가스를 0.8 내지 1.5 bar의 압력 및 50℃ 초과의 온도가 되게 하고 10 몰% 초과의 수증기를 함유시키는 단계; (ii) (i) 물과 CO2에 투과성인 멤브레인을 가로질러 통과시키는 단계로서, 상기 멤브레인이 상기 공정의 작업 조건에서 측정시 2 초과의 H2O/CO2 선택성과 10 초과의 CO2/N2 선택성을 갖는, 단계; (iii) 가스의 적어도 50%의 CO2 함량이 제거된 고갈 처리된 연통 가스 스트림을 (ii) 멤브레인의 공급 측면으로부터 제거하는 단계; (iv) 0.1 내지 0.4 bar의 압력에서 (ii)의 멤브레인의 투과 측면으로부터 CO2 및 H2O가 농축된 투과물 가스를 제거하는 단계; (v) (iv)로부터의 투과물 가스를 5 내지 30℃의 온도로 냉각시켜 가스의 H2O 함량의 일부를 응축시키고, 따라서 투과물 가스의 H2O 농도를 저하시켜 물이 고갈된 투과물 가스를 생성하는 단계; (vi) 물이 고갈된 투과물 가스 스트림으로부터 응축수를 분리하는 단계; 및 (vii) 진공 펌프를 사용하여 (v)로부터 물이 고갈된 투과물 가스를 대기압 이상이 되게 하는 단계를 포함한다.
특정 예시적인 구현예에서, 멤브레인 방법은 멤브레인 공급물 스트림의 50 내지 80%의 CO2 함량을 제거한다.
하나 이상의 구현예에서, 멤브레인 유닛으로의 공급 가스는 50 내지 80℃의 온도를 갖는다.
멤브레인 방법의 일부 구현예에서, 멤브레인 공급 가스의 수증기 함량은 가스의 70 내지 100%의 물 포화 농도이다.
특정 구현예에서, 직접 접촉 냉각기가 단계 (i)에서 멤브레인 공급 가스 스트림의 온도 및 물 농도를 조정하는 데 사용된다.
멤브레인 방법의 예시적인 구현예에서, 연통 가스 배기 스트림은 석탄 발전소, 천연 가스 발전소, 천연 가스 보일러, 시멘트 공장, 철강 공장 또는 정유 공장에 의해 발생한다.
하나 이상의 구현예에서, (i)의 공급 가스 및 (iv)의 CO2 및 H2O가 농축된 투과물 가스의 물 농도는 적어도 2배 상이하다.
하나의 구현예에서, (ii)에서 멤브레인을 가로질러 통과하는 연통 가스와 (iv)에서 냉각된 투과물 가스 사이의 온도 차이는 30℃ 초과이다.
다른 양상 및 특징은 이후 명백해질 것이다.
도 1a는 선행 기술의 멤브레인 분리 방법의 일반적인 블록 다이어그램이다.
도 1b는 10% CO2 및 90% N2를 함유하고 1.0 bar에서 공급 가스를 위해 사용되는 선행 기술의 멤브레인 분리 방법을 예시하는, 도 1a와 유사한 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 방법에서 사용되는 유닛 작동의 간단한 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 방법의 특정 예를 도시한 것이다.
도 4는 분리 전에 멤브레인 공급 가스의 물 농도를 상승시키는 이득을 보여주는 플롯이다.
도 5는 시스템 성능에 대한 CO2 포획 속도의 영향을 보여주는 플롯이다.
후속하는 텍스트에서 가스 내 구성요소의 농도는 달리 기재되지 않는 경우 몰 농도이다. 또한, 모든 공정 압력은 bar 절대값이다.
연통 가스로부터 CO2의 분리에 적용되는 바와 같은 본 발명의 분리 공정은 도 2의 블록 다이아그램에서 간단한 형태로 나타낸다. 상기 다이어그램은 4개의 단계로서 본 발명의 공정을 보여준다.
전처리 단계
전처리: 공정(201)으로 유입되는 가스는 4-25% CO2를 함유하는 CO2-함유 연통 가스이다. 가스는 일반적으로 대기압에 가까운 굴뚝으로 배출되지만 가스 송풍기를 사용하여 가스 압력을 1-1.1 bar로 상승시킬 수 있다. 가스는 종종 이미 비교적 고농도의 물을 함유할 것이고 본 발명의 공정에 의해 가스를 있는 그대로 처리하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 적절한 온도의 물이 가스에 분사되는 직접 접촉 물 분무탑을 통해 가스를 보냄에 의해 가스를 제어된 온도와 수증기 함량이 되도록 하는 것이 요구될 수 있다. 이러한 장치는 연통 가스에 존재할 수 있는 미립자 및 기타 오염 물질을 제거하는 추가적인 이득을 갖는다. 열교환기, 송풍기 등을 포함한 기타 장치를 또한 사용하여 가스를 필요한 온도, 압력 및 습도 함량이 되도록 할 수 있다.
상기 단계(203)에서, CO2, N2-함유 연통 가스는 후속하는 분리 단계에 적합한 조성, 온도 및 압력이 되도록 한다. 연통 가스 혼합물은 이미 약간의 물을 함유할 수 있지만 필요한 수증기, CO2 및 N2 조성을 증가시키기 위해 추가 물(202)이 첨가될 수 있다. 상기 작동에서 나오는 가스는 일반적으로 물 포화 함량의 70 내지 100%일 것이다.
예시적인 구현예에서, 처리된 연통 가스(204)는 몇 가지 요건을 충족한다. 첫 번째로, 가스의 온도는 냉각에 의해 멤브레인 투과물(207) 내의 수증기의 유용한 분획이 제거되도록 하기 위해 뒤따르는 응축 단계(208)보다 적어도 30℃, 바람직하게는 40℃ 더 높다. 원칙적으로, 응축 단계(208)는 임의의 저온에서 수행될 수 있지만 경제적으로 실행 가능하려면 연통 가스로부터 CO2를 분리하는 것이 저비용 공정이어야 한다. 가용한 냉각은 일반적으로 증발식 냉각 설비에 의해 제공되고 생성된 냉각수는 일반적으로 15℃ 미만이 아니다. 이는 멤브레인 유닛(204)으로의 전처리 가스가 냉각된 투과물 가스(210)보다 30-40℃ 높으면 전처리 가스(~20℃)의 최저 온도는 약 50 내지 60℃임을 의미한다.
전처리된 가스에 대한 상한 온도는 가스를 가열하고 가습하기 위한 에너지 제공 비용과 고온에서 사용 가능한 멤브레인(205)의 안정성에 의해 설정된다. 일반적으로, 최대 처리된 연통 가스 온도는 90℃이고, 보다 바람직하게는 70-80℃이다.
전처리된 연통 가스의 수분 함량은 투과물 응축 단계로 전달되는 수증기 농축 가스에서 높은 농도를 생성하도록 높아야 한다. 전처리된 가스(204)는 적어도 10%의 수증기, 보다 바람직하게는 적어도 15%의 수증기, 가장 바람직하게는 적어도 25 wt%의 물을 포함해야 한다. 50 내지 90℃의 가스 스트림에서 이들 수증기 농도를 달성한다는 것은 전처리된 연통 가스의 압력이 2 bar를 초과할 수 없고 보다 일반적으로 1.5 bar 미만일 것이라는 것을 의미한다. 또한 가스는 포화 값의 적어도 70%, 바람직하게는 포화 값의 80 또는 90%에 가까워야 한다.
멤브레인 분리 단계
전처리된 연통 가스(204)는 수증기와 CO2는 투과할 수 있고 N2, O2 및 Ar은 비교적 불투과성인 멤브레인이 장착된 멤브레인 분리 단계(205)를 통과한다. 많은 중합체 멤브레인은 이러한 특징을 갖고 있지만 가장 적합한 멤브레인은 Pebax®라는 상품명으로 판매되는 폴리아미드 폴리에테르 블록 공중합체 계열과 같은 극성 고무 재료로 만들어진다. 제조사(Membrane Technology and Research, Inc.)에서 제조한 Polaris™ 멤브레인도 사용될 수 있다. 이러한 유형의 응용 분야에 현재 사용되는 대부분의 멤브레인은 다층 복합 멤브레인으로 제작된 이들 유형의 중합체를 사용한다. 멤브레인의 선택적 층을 0.1-0.5 μm 정도로 매우 얇게 만들어 30℃에서 CO2 투과율이 1000-2000 gpu인 멤브레인을 생산할 수 있다(1 gpu = 1 x 10-6 cm3 (STP)/cm2ㆍsecㆍcmHg). 이들 멤브레인의 투과율은 50-80℃의 온도에서 2배 이상 증가할 것이다. 25-30℃의 온도에서 연통 가스로 작동할 때 우수한 품질의 CO2 분리 멤브레인은 25-50 범위의 CO2/N2 선택성을 갖는다. 보다 높은 온도에서 작동되는 경우, 투과율이 증가하지만 CO2/N2 선택성은 20-30 범위로 떨어질 수 있다. 물은 작고 응축 가능한 분자이기 때문에 거의 모든 멤브레인을 통한 물 투과율은 높고 CO2보다 훨씬 높다. 전형적인 물/CO2 선택성은 본 발명의 방법에 필요한 높은 수분 함량, 높은 공급 가스 온도 하에서 2-10의 범위에 있을 것이다.
유용한 분리를 얻으려면 고투과성, 고선택성 멤브레인이 필요하지만 앞서 설명한 이유로 멤브레인에 걸친 압력 비율이 적어도 5 초과이기를 요구한다. 최대 압력이 1.5 내지 2.0 bar이기 때문에 본 발명의 공정의 멤브레인을 가로질러 압력 차이를 생성하려면 멤브레인의 투과 측면에 0.3~0.4 bar 미만의 낮은 압력이 필요하다. 대규모 산업 공장에 대한 최저 실제 압력은 0.1 내지 0.2 bar의 범위에 있다. 따라서 멤브레인의 투과 측면에서 바람직한 작동 범위는 0.1 내지 0.4 bar이다.
응축 및 분리 단계
본원 발명의 공정의 투과 측면 상에 저압 생성을 위한 가장 용이한 방법은 진공 펌프를 사용하는 것이다. 그러나 이러한 펌프는 고가이고 많은 에너지를 소비한다. 상기 문제는 가스가 진공 펌프(211)로 보내지기 전에 냉각 및 응축 단계(208)를 사용함으로써 본 발명에서 극복된다. 가스(207)의 수분 함량의 대부분을 냉각 및 응축함으로써 진공 펌프로 보내지는 가스(210)의 용적은 상당히 감소된다.
멤브레인 공급 가스가 위에서 기재한 조성 및 온도 요구 사항을 충족할 때 멤브레인 시스템은 40~70%의 물을 포함하는 50~90℃의 온도에서 투과물 가스를 생성한다. 0.1 내지 0.4 bar의 대기압 이하에서도 상기 가스를 약 20℃로 냉각하면 가스 내지 수증기 함량이 대부분 응축되어 액체 물로서 제거된다. 이어서 진공 펌프로 보내지는 잔류수에 남아 있는 CO2와 N2의 용적이 훨씬 작아지므로 필요한 진공 펌프(211)의 크기는 감소된다. 보다 중요하게, 수증기를 응축하고 제거하면 투과물 가스 내 CO2가 농축된다. 가스의 CO2 함량은 멤브레인 분리 단계(205)에서 1회 및 수증기 응축 단계(208)에서 다시 1회로 2회 농축된다.
진공 펌프
도 2 공정에서 마지막 단계는 CO2, N2 및 잔류 수증기가 대기압 이상으로 압축되어 배출되거나 다른 공정으로 보내지는 진공 단계(212)이다. 필요한 경우, 진공 펌프 후에 최종 냉각 단계를 사용하여 잔류 물을 제거할 수 있다.
실시예
다음의 발명을 설명하기 위해 사용된 예시된 계산에서 본원 발명자들은 표 3에 나타낸 투과 성질을 사용한다. 그러나, 이러한 투과율 및 선택성 값이 본 발명의 범위를 제한한다는 의미는 아니다. 본 발명이 요구하는 모든 것은 적어도 10의 CO2/N2 선택성이고, 최대 50 이상의 선택성이 가능할 수 있음을 인지한다. 또한 약 2 초과의 H2O/CO2 선택성이 필요하지만 최대 10 이상의 선택성도 가능함을 인지한다.
[표 3]
Figure pct00028
실시예 1. 공급 가스 온도를 다양하게 하는 도 3의 공정.
본 실시예는 상이한 온도에서 도 3에 도시된 멤브레인 분리 시스템을 작동함으로써 본 발명의 이득을 설명한다. 본 실시예에서, 멤브레인 유닛(309)으로 들어가는 처리된 연통 가스 공급물(301)은 50-80℃ 범위일 것이다. 보고된 모든 계산에서 가스는 1.0 bar의 공급 온도와 압력에서 수증기로 포화된다. 그러나, 산업 공장에서는 가스가 완전히 포화되지 않을 수 있고, 70-100%의 상대 습도가 가능하다. 계산을 단순화하기 위해 투과율 및 선택성에 대한 온도의 영향은 무시되고 모든 계산은 표 3에 나타낸 투과율 수치를 사용한다.
표 4는 멤브레인 공급 가스 온도 80℃에서의 결과를 보여주고, 표 5는 공급 온도 40℃에서의 결과를 보여준다. 실시예 둘 다에서, 응축 단계의 온도는 20℃에서 설정된다. 따라서, 멤브레인 공급물(301)과 응축 단계(304) 사이의 온도 차이는 표 4에서 60℃이고 표 5에서 20℃이다. 실시예 둘 다에서, 건식 기준의 연통 가스 공급 가스(312)는 10% CO2, 90% N2의 조성을 갖고 5,100(std) m3/h의 유량을 갖는다. 가스는 1 톤/h의 CO2를 함유한다. 멤브레인 모듈로 전달되기 전에 가스는 필요한 온도가 되게하고 전처리 유닛(313)에서 물로 포화된다. 80℃에서, 가스(301)는 47.4% 물을 함유하고, 40℃에서 가스(301)는 7.4%의 물을 함유한다. 실시예 둘 다에서, 멤브레인 유닛(309)은 상기 가스의 CO2 함량의 80%를 투과 스트림(303)으로 제거하는 데 필요한 멤브레인 면적을 갖는다. 공정의 주요 스트림의 특징은 표 4 및 5에 나타낸다.
[표 4]
멤브레인 방법은 80℃ 물 포화된 공급물을 처리한다.
Figure pct00029
[표 5]
멤브레인 공정은 40℃ 물 포화된 공급물을 처리한다.
Figure pct00030
이들 2개의 표를 비교하면 멤브레인 성질과 멤브레인에 걸친 압력이 동일하더라도 80℃에서 물 포화 가스로 공정을 작동하는 것이 40℃에서 공정을 작동하는 것보다 훨씬 더 양호한 결과를 생성한다는 것이 분명하다. 80℃에서 CO2의 80%를 제거하는 데 필요한 멤브레인 면적은 40℃에서 보다 40% 적다. 이러한 이득은 동시 투과 물의 투과 측면 희석 효과의 결과이다. 멤브레인을 투과하는 물은 투과물 가스의 CO2를 희석시킨다. 이러한 희석은 멤브레인을 가로질러 CO2 분압 구동력을 증가시켜 CO2 플럭스를 증가시킨다. 결과로서, 멤브레인 공급 가스(301)로부터 CO2의 80%를 제거하는 데 필요한 멤브레인 면적(310)이 감소된다. 상기 공정은 또한 34% 더 적은 전력을 사용하고 냉각 및 응축 후에 대부분의 동시 투과된 물을 제거한다. 이러한 이득은 CO2 농도의 증가와 투과물 응축기(304)를 떠나 진공 펌프(311)로 가는 가스의 용적 감소로 인해 발생한다. 최종적으로, 공정(306)을 떠나는 가스는 26.3%에 비해 39%에서 상당히 더 높은 CO2 농도를 갖는다.
도 4는 상기된 이들 주요 공정 이득이 30-80℃의 멤브레인 공급 가스 온도 범위에서 스트림(306) 모두 80% CO2로 포획됨을 보여주는 추가 계산 결과를 그래픽 형식으로 보여준다. 약 50℃ 미만의 작동 온도에서 공급물(301)과 응축 가스(304) 사이의 온도 차이는 30℃에 불과하므로 연통 가스 스트림에 물을 추가하는 이득은 작다. 이는 가스의 수분 함량이 10% 미만이므로 투과물(303)의 물 농도가 매우 높지 않고 수분을 제거하기 위한 20℃까지의 응축이 덜 효과적이기 때문이다. 80℃와 같은 보다 높은 온도에서 온도 차이는 60℃이므로 공급 가스의 물 함량은 약 20-50%의 물 범위에서 상당히 높으므로 물의 투과 측면 희석 효과는 훨씬 더 중요하다. 온도 차이는 정상적으로 적어도 40℃여야 한다. 상기 공정에서, 멤브레인으로의 공급 가스는 공정을 가치 있게 만들기에 충분히 큰 이점을 달성하기 위해 적어도 15%의 물, 및 가장 바람직하게는 적어도 25%의 물을 함유해야 한다. 이것은 가장 바람직한 작동 범위이다.
공정 수행능의 유용한 개선을 생성하기 위해 멤브레인의 공급 측면 상에서 상대적으로 높은 농도의 물을 가질 필요성은 또한 공정이 공급 측면 상의 낮은 압력과 투과 측면 상의 진공 작동으로 제한되는 이유를 설명한다. 1 bar 및 80℃의 공급 압력에서, 공급 가스의 최대 물 농도는 47% 물이고, 2 bar 및 80℃에서는 수분 함량이 24%에 불과하고 3 bar에서는 약 16%에 불과하다.
실시예 2. 80℃에서 포화된 공급 가스를 사용하고 공정의 CO 2 포획 속도를 변화시키는 도 3의 공정.
도 3에 기재된 공정의 포획 속도는 멤브레인 면적을 변화시킴에 의해 변경할 수 있다. 표 6은 CO2 포획 속도가 30-90%로 변화하는 80℃에서 연통 가스 공급에 대한 상기 효과를 보여준다. 도 5는 그래픽 형식의 이들의 동일한 결과를 보여준다. 이들 결과는 포획 속도가 감소함에 따라 CO2 톤당 사용되는 전력 소비 및 멤브레인 면적 둘 다가 감소됨을 보여준다. 포집 속도가 감소함에 따라 건식 기준으로 최종 투과물(306)에서 CO2 농도도 증가한다. 이것은 CO2 농도를 95% 초과로 만들기 위해 투과물의 다운스트림 처리를 보다 용이하게 한다. 그러나, 상기 기술의 사용자는 환경에 대한 CO2 영향을 감소시킬 필요가 있으므로 공장 제작자에게는 높은 CO2 포획 속도를 수득하고자 하는 동기가 부여된다. 또한, 공정 설치 비용은 포획 속도에 관계없이 거의 동일하므로 포획 속도가 높은 것이 유리하다. 포획 속도와 공정 비용 사이에는 트레이드오프가 존재한다. 상기 공정을 위한 최상의 범위는 50-80% 포획 범위에 있다. 요구되는 면적과 전력에서 신속한 증가 때문에, 80% 초과의 포획 속도는 본 발명의 공정에 의해 가능할 수 있지만 바람직하지 않다.
[표 6]
80℃에서 수증기로 포화된 공급 가스를 사용한 도 3의 공정. 멤브레인 면적은 30-90% CO2에서 CO2 포획 속도를 변화시키기 위해 다양하다. 멤브레인 수행능은 표 3에 나타낸다.
Figure pct00031
실시예 3. 석탄 전력 공장 연통 가스에 적용되는 본 발명의 공정.
현재 석탄 전력 공장으로부터의 연통 가스는 전형적으로 약 12% CO2, 18% H2O 및 70% N2, O2, 및 Ar을 함유한다. 가스는 일반적으로 이슬점보다 몇 도 높은 온도, 일반적으로 56-58℃에서 떠나는 연통 가스 탈황 유닛에 의해 처리되었다. 표 7은 상기 가스를 처리하기 위해 도 3의 공정을 사용한 시험 계산을 보여준다. 가스(301)는 58℃이므로 작동 온도는 본 발명의 공정에 바람직한 것보다 낮다. 그러나 전처리 없이 그대로 사용되는 공급 가스는 여전히 18%의 H2O를 함유하고 있어 투과물은 40% 초과의 물을 함유한다. 투과물(303)이 20℃로 냉각되는 경우, 80% 초과의 수분 함량이 응축되어 필요한 진공 펌프의 크기가 크게 줄어들고 냉각 후 가스(304)의 CO2 함량이 42.1% CO2로 농축된다. CO2의 농도는 최종 임의의(20℃) 응축기(308)를 사용하여 가스(306)를 생성하는 경우 46.6%로 상승한다.
[표 7]
58℃에서 공급 가스(301)
Figure pct00032
전력 공장에 의존하여, 70-100℃ 범위의 저등급 열을 사용할 수 있다. 상기 열을 사용할 수 있는 경우, 멤브레인에 의해 처리된 가스의 온도 및 물 포화 농도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 공급 가스의 물 농도를 25% H2O로 증가시켜 58℃에서 65℃로 몇 도만 증가하면 표 8의 데이터에서 볼 수 있는 것처럼 공정에서 유용한 개선이 이루어진다.
[표 8]
65℃에서 공급 가스(301)
Figure pct00033
공정(302)으로부터의 잔류 스트림은 굴뚝으로 배출될 수 있다. 최종 투과물(306)은 50% CO2를 포함하고, 예를 들어 시멘트 공장에서 다양한 조류 또는 CO2 처리 응용 분야에서 사용할 수 있다. 보다 일반적으로 가스는 흡수, 멤브레인 또는 극저온 공정에 의해 추가 농축을 위해 보내어 격리 또는 강화된 오일 회수 공정에 사용하기 위해 98% 초과의 CO2를 생성할 수 있다.
실시예 4. 본 발명의 방법은 천연 가스 보일러 배기 가스 또는 부분 배기 가스 재순환 장치가 장착된 천연 가스 전력 공장에 적용된다.
고온 스트림을 생산하는 데 사용되는 천연 가스 공장 보일러로부터의 배기 가스는 일반적으로 흔히 약 150℃ 정도로 매우 뜨겁고 약 8% CO2, 16% H2O, 4% O2 및 72% N2의 일반적인 조성을 갖는다. 가스의 이슬점은 약 56℃이나, 직접 접촉식 냉각기에서 H2O와 접촉하여 가스를 냉각하면 150℃에서 냉각할 때 가스의 포화점은 62℃이다. 상기 온도에서 가스는 20.9% H2O를 함유한다. 도 3의 디자인을 사용하여 본원 발명의 멤브레인 방법의 수행능은 표 9에 나타낸다.
[표 9]
62℃에서 공급 가스(301)
Figure pct00034
실시예 5. 순차 응축 시스템을 사용하는 도 3의 공정.
본 발명의 공정을 설명하기 위해 표 7 내지 9에 보고된 예시적인 계산에서, 유닛(314)으로 나타낸 1단계 응축기는 도 3에 나타낸다. 이러한 간단한 시스템을 사용할 수 있지만 대형 시스템에서는 필요한 냉장 냉각수의 양을 줄이기 위해 직렬의 다중 응축기를 사용할 수 있다. 예를 들어, 25℃ 냉각수를 사용하는 제1 응축기는 투과물 가스를 30℃로 만드는 데 사용할 수 있고, 20℃ 냉각수를 사용하는 제2 응축기는 가스를 25℃로 만드는 데 사용할 수 있고 이어서 15℃에서 냉각수는 가스를 20℃로 만드는데 사용할 수 있고, 냉장수는 경우에 따라 가스를 심지어 보다 낮은 5-10℃의 온도가 되게 하는데 사용될 수 있다. 이들 시스템의 사용은 진공 펌프를 통과하는 가스의 용적을 감소시키고 따라서 유닛(311)의 전력 소비를 감소시킨다. 그러나 이러한 이득은 냉각수를 제공하는 비용에 대하여 상쇄되어야 한다. 순차적인 냉각 단계를 사용함으로써 필요한 냉각수 공급 비용이 절감된다.
본원의 요소 또는 이의 바람직한 구현예(들)를 도입할 때, 관사 "a", "an", "the" 및 "상기"는 하나 이상의 요소가 있음을 의미하도록 의도된다. "포함하는(comprising)", "포함하는(including)" 및 "갖는"이라는 용어는 포괄적인 것으로 의도되며 열거된 요소 이외의 추가 요소가 있을 수 있음을 의미한다.
상기의 관점에서, 본원 개시내용의 여러 목적이 달성되고 다른 유리한 결과가 달성됨을 알 수 있을 것이다.
본원 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 상기 제품 및 방법에 다양한 변화가 만들어질 수 있으므로, 상기 기재에 포함된 모든 사항은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 해석되어야 하는 것으로 의도된다.

Claims (29)

  1. 연통 가스(flue gas)로부터 CO2를 분리하기 위한 멤브레인 방법으로서, 상기 방법이
    CO2 및 H2O에 투과성인 멤브레인을 가로질러 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 통과시키는 단계로서, 상기 멤브레인을 가로질러 통과한 유체 스트림은 적어도 70%의 물 포화 농도를 함유하는, 단계;
    상기 멤브레인의 공급 측면으로부터 처리된 가스를 제거하는 단계로서, 상기 처리된 가스가 상기 연통 가스보다 적은 CO2를 갖는, 단계;
    0.1 내지 0.4 bar의 대기압 이하에서 상기 멤브레인의 투과물 측면으로부터 투과물을 제거하는 단계로서, 상기 투과물이 CO2 및 H2O를 포함하는 단계; 및
    상기 가스 압력을 적어도 약 대기압으로 증가시키기 위해 진공 펌프를 사용하여 투과물을 냉각시켜 상기 투과물로부터 H2O의 적어도 일부를 제거하고 보다 작은 용적의 H2O-고갈된 CO2 농축 투과물을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 멤브레인을 가로질러 통과한 유체 스트림과 냉각된 H2O-고갈된 CO2-농축 투과물 사이의 온도 차이는 적어도 30℃인, 멤브레인 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 멤브레인을 가로질러 통과된 유체 스트림이 적어도 80%의 물 포화 농도를 함유하는, 멤브레인 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 멤브레인을 가로질러 통과한 유체 스트림과 냉각된 H2O-고갈 CO2-농축 투과물 사이의 온도 차이가 적어도 40℃인, 멤브레인 방법.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인을 가로질러 통과한 유체 스트림이 연통 가스 및 물을 포함하도록 상기 멤브레인을 가로질러 유체 스트림을 통과시키기 전에 상기 연통 가스에 H2O를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 멤브레인 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 연통 가스에 H2O를 첨가하는 단계가 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 멤브레인을 거쳐 통과하기 전에 상기 연통 가스에 H2O를 첨가하기 위해 직접 접촉 냉각기를 사용하는 단계를 포함하는, 멤브레인 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 직접 접촉 냉각기가 상기 연통 가스의 온도를 조정하는, 멤브레인 방법.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인을 가로질러 유체 스트림을 통과시키기 전에 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 0.8 내지 1.5 bar의 압력이 되게 하는 단계를 추가로 포함하는, 멤브레인 방법.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인을 가로질러 유체 스트림을 통과시키기 전에 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 50℃ 초과의 온도가 되게 하는 단계를 추가로 포함하는, 멤브레인 방법.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인을 가로질러 유체 스트림을 통과시키기 전에 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 약 50℃ 내지 약 80℃ 범위의 온도가 되게 하는 단계를 추가로 포함하는, 멤브레인 방법.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연통 가스를 포함하는 유체 스트림을 10 몰% 초과의 수증기를 갖도록 하는 단계를 추가로 포함하는, 멤브레인 방법.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연통 가스를 포함하는 유체 스트림이 70% 초과의 물 포화 농도를 갖도록 하는 단계를 포함하는, 멤브레인 방법.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인이 상기 방법의 작동 조건에서 측정시 2 초과의 H2O/CO2 선택성을 갖는, 멤브레인 방법.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인이 상기 방법의 작동 조건에서 측정시 10 초과의 CO2/N2 선택성을 갖는, 멤브레인 방법.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인 방법이 상기 연통 가스의 적어도 50%의 CO2를 제거하는, 멤브레인 방법.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인 방법이 상기 연통 가스의 약 50% 내지 약 80%의 CO2를 제거하는, 멤브레인 방법.
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투과물을 냉각시키는 단계가 투과물을 약 5℃ 내지 약 30℃의 포괄적인 범위의 온도로 냉각시키는 단계를 포함하는, 멤브레인 방법.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물-고갈된 투과물이 35% 초과의 CO2 농도를 갖는, 멤브레인 방법.
  18. 연통 가스로부터 CO2를 분리하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템이
    상기 연통 가스가 멤브레인을 통해 통과되기 전에 H20를 연통 가스에 첨가하여 연통 가스가 적어도 70%의 물 포화 농도를 함유하도록 구성된 전처리 유닛;
    상기 연통 가스를 포함하는 유체 스트림이 멤브레인을 통과할 수 있도록 연통 가스의 공급원에 유체적으로 연결되도록 구성된 멤브레인으로서, 상기 멤브레인이 상기 멤브레인을 거쳐 통과하는 유체 스트림으로부터 CO2 및 H2O를 분리하여 처리된 유체 및 투과물의 별도의 스트림을 형성하도록 구성된, 멤브레인; 및
    상기 투과물을 수용하도록 멤브레인에 유체적으로 연결된 응축기로서, 상기 응축기가 상기 투과물의 H2O를 응축시켜 응축된 H2O 및 H2O-고갈된 투과물의 별도의 스트림을 형성하도록 구성되고, 상기 응축기가 멤브레인을 통과한 유체 스트림보다 적어도 30℃ 더 낮은 온도로 투과물이 냉각되도록 구성된, 응축기
    를 포함하는, 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 전처리 유닛이 연통 가스가 멤브레인을 거쳐 통과하기 전에 H20를 연통 가스에 첨가하여 상기 연통 가스가 이의 적어도 80%의 물 포화 농도를 함유하도록 구성된, 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 전처리 유닛이 직접 접촉 냉각기를 포함하는, 시스템.
  21. 청구항 18 또는 19에 있어서, 상기 응축기로부터 H2O-고갈된 투과물을 인출하도록 구성된 진공 펌프를 추가로 포함하는, 시스템.
  22. 연통 가스 배기 스트림으로부터 CO2를 분리하기 위한 멤브레인 방법으로서,
    (i) 상기 연통 가스가 0.8 내지 1.5 bar의 압력 및 50℃ 초과의 온도가 되게하고, 10 몰% 초과의 수증기 및 70 내지 100%의 물 포화 농도를 함유하도록 하는 단계;
    (ii) (i)로부터의 상기 연통 가스를 물 및 CO2에 투과성인 멤브레인을 가로질러 통과시키는 단계로서, 상기 멤브레인이 상기 방법의 작동 조건에서 측정시 2 초과의 H2O/CO2 선택성 및 10 초과의 CO2/N2 선택성을 갖는, 단계;
    (iii) 가스의 적어도 50%의 CO2 함량이 제거된 고갈 처리된 연통 가스 스트림을 (ii)의 멤브레인의 공급 측면으로부터 제거하는, 단계;
    (iv) 0.1 내지 0.4 bar의 압력에서 (ii)의 상기 멤브레인의 투과물 측면으로부터 CO2 및 H2O가 농축된 투과물 가스를 제거하는 단계;
    (v) (iv)로부터의 투과물 가스를 5 내지 30℃의 온도로 냉각시켜 상기 가스의 H20 함량의 일부를 응축시킴에 따라서 상기 투과물 가스의 H2O 농도를 저하시켜 물-고갈된 투과물 가스를 생성하는 단계로서, 상기 (ii)의 멤브레인을 가로질러 통과하는 연통 가스와 (iv)의 냉각된 투과물 가스 사이의 온도 차이는 30℃ 초과인, 단계;
    (vi) 상기 응축된 물을 상기 물-고갈된 투과물 가스 스트림으로부터 분리하는 단계;
    (vii) 진공 펌프를 사용하여 (v)의 상기 물-고갈된 투과물 가스가 대기압 이상이 되게 하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 멤브레인 방법이 멤브레인 공급물 스트림의 CO2 함량의 50 내지 80%를 제거하는, 방법.
  24. 청구항 22에 있어서, 상기 멤브레인 유닛으로의 공급 가스가 50 내지 80℃의 온도를 갖는, 방법.
  25. 청구항 22에 있어서, 상기 멤브레인 공급 가스의 수증기 함량이 상기 가스의 80 내지 100%의 물 포화 농도인, 방법.
  26. 청구항 22에 있어서, 직접 접촉 냉각기가 단계 (i)에서 멤브레인 공급 가스 스트림의 온도 및 물 농도를 조정하는 데 사용되는, 방법.
  27. 청구항 22에 있어서, 상기 연통 가스 배기 스트림이 석탄 발전소, 천연 가스 발전소, 천연 가스 보일러, 시멘트 공장, 철강 공장 또는 정유 공장에 의해 발생되는, 방법.
  28. 청구항 22에 있어서, (i)에서의 공급 가스 및 (iv)에서의 CO2 및 H2O가 농축된 투과물 가스의 물 농도에서의 차이가 적어도 2배까지 상이한, 방법.
  29. 청구항 22에 있어서, (ii)에서 멤브레인을 가로질러 통과하는 연통 가스와 (iv)에서 냉각된 투과물 가스 사이의 온도 차이가 40℃ 초과인, 방법.
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