KR20230067534A - 유체로부터 반응 생성물을 분리하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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베 유진
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팔로 알토 리서치 센터 인코포레이티드
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Abstract

전기화학 시스템은 제1 유체 및 촉매를 포함하는 제1 저장소를 포함하고, 제1 유체는 제1 및 제2 생성물을 형성하도록 반응하는 반응 혼합물을 포함하고, 제2 저장소는 제2 유체를 포함한다. 제1 전극은 산화환원 활성 전해질 재료 용액과 접촉하고, 전해질 재료와 가역적 산화환원 반응을 하여 적어도 하나의 이온을 수용한다. 제2 전극은 산화환원 활성 전해질 재료 용액과 접촉하고, 전해질 재료와 가역적 산화환원 반응을 하여 전위가 공급됨에 따라 제2 유체 내로 적어도 하나의 이온을 유도한다. 제2 생성물 및 촉매를 포함하는 희석된 유출물은 제2 저장소를 빠져나가며, 제2 생성물은 전기삼투를 통해, 그리고 선택적으로 동시에 삼투를 통해 제1 저장소로부터 제거되고, 제1 생성물을 포함하는 생성물 스트림은 제1 저장소를 빠져나간다.

Description

유체로부터 반응 생성물을 분리하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATING A REACTION PRODUCT FROM A FLUID}
본 발명은 일반적으로 산화환원 유동 전기화학 분리 장치에서 유체로부터 반응 생성물을 제거하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
축합 반응은 2개의 분자가 또는 동일한 분자의 두 부분이 결합하여 더 작은 분자를 제거하며 더 큰 분자를 형성하는 반응이다. 유사하게, 중축합 반응은 단량체 분자의 공유 결합 연결을 포함하여, 다수의 저분자의 방출과 함께 고분자량 중합체로 이어진다. 축합 및 중축합 반응의 예는 폴리에스테르 합성(중축합을 통해) 및 바이오디젤 생성(에스테르화 또는 에스테르 교환반응을 통해)과 같은 산업적으로 중요한 공정을 포함한다.
반응은 더 큰 분자 생성물 및 더 작은 분자 생성물의 형성과 평형 상태이며; 따라서, 반응을 완료하도록 유도하고 원하는 생성물(예를 들어, 더 큰 분자)을 수집하기 위해, 더 작은 분자는 반응 유체로부터 분리된다. 더 작은 분자 생성물을 제거하기 위한 현재 기술이 열 에너지, 고가의 절차 및/또는 반응 물질의 낭비되는 양을 포함하기 때문에, 산화환원 유동 전기화학 분리 장치를 사용하여 더 작은 분자 생성물을 인시츄 분리하기 위한 시스템 및 방법이 본 원에 기술되어 있다.
본원에 기술된 구현예는 제1 유체 스트림으로부터 반응 생성물을 분리하기 위한 전기화학 시스템에 관한 것이다. 시스템은 제1 저장소로 유입되는 제1 유체 스트림 및 제1 저장소로 투입되는 촉매를 포함하는 제1 저장소를 포함하고, 제1 유체 스트림은 제1 저장소에서 제1 생성물 및 제2 생성물을 형성하도록 반응하는 반응 혼합물을 포함한다. 제2 저장소는 제2 저장소로 유입되는 제2 유체 스트림을 포함한다. 제1 전극은 제1 산화환원 활성 전해질 재료의 제1 용액과 접촉하고, 제1 산화환원 활성 전해질 재료와 가역적 산화환원 반응을 갖도록 그리고 제1 저장소의 촉매로부터 적어도 하나의 이온을 수용하도록 구성된다. 제2 전극은 제2 산화환원 활성 전해질 재료의 제2 용액과 접촉하고, 제2 산화환원 활성 전해질 재료와 가역적 산화환원 반응을 갖도록 그리고 적어도 하나의 이온을 제2 저장소의 제2 유체로 유도하도록 구성된다. 시스템은 또한 제1 및 제2 전극에 전위를 공급하도록 구성된 에너지원을 포함한다. 제1 유형의 불활성 이온 교환 멤브레인이 제1 저장소와 제2 저장소 사이에 배치되고, 제1 유형과 상이한 제2 유형의 불활성 이온 교환 멤브레인이 제1 전극과 제1 저장소 사이에 배치되고 제2 전극과 제2 저장소 사이에 배치된다. 제2 생성물 및 촉매를 포함하는 폐수 유출물 스트림은 제2 저장소로부터 배출되며, 제2 생성물은 전기삼투를 통해 제1 저장소로부터 제거되고, 제1 생성물을 포함하는 생성물 유출물 스트림은 제1 저장소로부터 배출된다.
다른 구현예는 제1 유체 스팀으로부터 반응 생성물을 분리하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 반응 혼합물을 포함하는 제1 유체 스트림을 전기화학 셀의 제1 이온 교환 멤브레인 및 제2 이온 교환 멤브레인에 의해 정의된 제1 저장소에 유입하는 단계를 포함하며, 제2 이온 교환 멤브레인은 제1 이온 교환 멤브레인과 상이한 유형의 멤브레인이다. 촉매는 또한 제1 저장소에 투입된다. 제2 유체 스트림은 전기화학 셀의 제2 저장소에 유입되며, 제2 저장소는 제1 이온 교환 멤브레인 및 제3 이온 교환 멤브레인에 의해 정의되고, 제3 이온 교환 멤브레인과 제2 이온 교환 멤브레인은 동일한 유형이다. 반응 혼합물의 제1 성분 및 제2 성분은 제1 저장소에서 축합 반응을 거쳐 제1 생성물 및 제2 생성물을 형성한다. 외부 전압이 전기화학 셀의 제1 및 제2 전극에 인가되고, 산화환원 활성 전해질 재료를 포함하는 용액이 제1 전극과 제2 전극 사이에서 순환된다. 산화환원 활성 전해질 재료는 제1 전극과 접촉할 때 환원되고 제2 전극과 접촉할 때 산화된다. 산화환원 활성 전해질 재료의 환원 및 산화에 응답하여, 이온은 각각의 이온 교환 멤브레인을 가로질러 수송되어 제1 저장소로부터 촉매 및 제2 생성물을 제거한다. 제2 생성물 및 촉매를 포함하는 폐수 유출물 스트림은 제2 저장소로부터 배출되고, 제1 생성물을 포함하는 생성물 유출물 스트림은 제1 저장소로부터 배출된다.
추가 구현예는 제1 유체 스팀으로부터 반응 생성물을 분리하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 반응 혼합물을 포함하는 제1 유체 스트림을 정삼투 멤브레인 접촉기의 제1 채널에 유입하는 단계 및 촉매를 제1 채널에 투입하는 단계를 포함한다. 이온성 종의 농축된 용액을 포함하는 유도용액은 정삼투 멤브레인 접촉기의 제2 채널에 유입되며, 제2 채널은 정삼투 멤브레인에 의해 제1 채널과 분리된다. 반응 혼합물의 제1 성분 및 제2 성분은 제1 채널에서 축합 반응으로 반응하여 제1 생성물 및 제2 생성물을 형성한다. 제2 생성물의 형성에 응답하여, 제2 생성물은 정삼투 멤브레인을 가로질러 수송되어 제1 채널로부터 제2 생성물을 제거한다. 유도용액 및 제2 생성물을 포함하는 유도용액 유출물 스트림은 제2 채널로부터 배출되고, 제1 생성물 및 촉매를 포함하는 생성물 유출물 스트림은 제1 채널로부터 배출된다.
상기 요약은 본 발명의 각각의 개시된 구현예 또는 모든 구현예를 기술하기 위한 것이 아니다. 아래의 도면 및 상세한 설명은 예시적인 구현예를 보다 구체적으로 예시한다.
이하의 논의는 다음의 도면을 참조하며, 동일한 참조 번호는 다수의 도면에서 유사한/동일한 구성요소를 식별하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 주어진 도면에서 소정 구성요소를 지시하기 위한 번호의 사용은 동일한 번호로 표시된 다른 도면 내의 해당 구성요소를 제한하기 위한 것이 아니다. 도면은 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아니다.
도 1은 특정 구현예에 따른 산화환원 유동 전기화학 분리 시스템에서의 유체 유동의 개략도이다.
도 2는 특정 구현예에 따른 정삼투 멤브레인 접촉기에서의 유체 유동의 개략도이다.
도 3a는 특정 구현예에 따른 도 1의 분리 시스템과 도 2의 정삼투 멤브레인 접촉기 사이의 관계의 블록도이다.
도 3b는 특정 구현예에 따른 도 1의 분리 시스템과 도 2의 정삼투 멤브레인 접촉기 사이의 관계의 블록도이다.
도 4 내지 도 5는 특정 구현예에 따른 방법의 흐름도이이다.
본 발명은 산화환원 유동 전기화학 염 분리 시스템에 관한 것이다. 특정 구현예에서, 산화환원 유동 전기화학 분리 시스템은 특히 가열, 통기 및 공조(HVAC)에 사용되는 액체 건조제 시스템으로서의 제습 시스템의 일부일 수 있다. 산화환원 보조 제습 시스템은 공기 접촉기를 통해 공급되는 액체 건조제(일반적으로 염화리튬과 같은 무기 염의 수용액)를 사용하며, 이는 습도가 유입된 습한 공기로부터 습기를 흡수하여 희석되거나 약해진다. 이어서, 약한 건조제는 산화환원 셔틀을 사용하여 염을 하나의 액체 스트림으로부터 다른 액체 스트림으로 이동시키는 전기화학적 재생기(예를 들어, 셀 또는 스택)로 공급된다. 다른 구현예에서, 산화환원 유동 전기화학 분리 시스템이 탈수 응용분야에 사용될 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 축합 및 중축합 반응(이하 "축합 반응"으로 총괄적으로 지칭됨)은 제1 생성물(더 큰 분자) 및 제2 생성물(더 작은 분자)을 생성한다. 제2 생성물(더 작은 분자)은 물 또는 메탄올과 같이 낮은 탄소 수 알코올일 수 있다. 본원에 기술된 시스템 및 방법은 축합 또는 중축합 반응에서 제조되는, 물과 같은 제2 생성물(더 작은 분자)을 제거함으로써, 인시츄, 반응을 완료하는 방향으로 유도한다. 이는 임의의 열 또는 상변화가 없는 반응 혼합물로부터 제2 생성물(더 작은 분자)의 연속 제거를 가능하게 한다. 열 및/또는 상변화의 회피는 반응 혼합물 중의 반응물 또는 용매가 휘발성(예를 들어, 물보다 휘발성이 높음)일 때, 그리고 이것이 제1 생성물(더 큰 분자)과 제2 생성물(더 작은 분자)의 역(원하지 않는, 예를 들어, 가수분해) 반응의 속도를 낮출 수 있기 때문에 유용하다.
축합 반응에 의해 생성되는 더 작은 분자는 원하는 생성물(예를 들어, 더 큰 분자)을 얻기 위해 반응이 완료되도록 유도하는 방법을 제한하거나 결정할 수 있다. 통상적인 축합 반응은 알코올과 반응하여 에스테르와 물의 분자를 형성하는 유기산을 포함하거나, 다른 통상적인 축합 반응에서, 아민과 반응하여 아미드 및 물의 분자를 형성하는 유기산을 포함한다. 반응을 완료하도록 유도하기 위해, 제2 생성물(더 작은 분자)(예를 들어, 물)을 제거하여 반응의 평형 상태를 교란시킨다. 제거된 제2 생성물(더 작은 분자)이 반응물 중 어느 하나보다 휘발성이 높을 때, 특정 상황에서 연속적으로, 휘발성 제거 생성물을 증발시키기 위해 열이 공급될 수 있다. 이것은 제2 생성물(더 작은 분자)이 휘발성일 때 작동할 수 있지만, 열 에너지를 사용하는 것은 반응물 중 하나가 알코올(예를 들어, 아세트산과 반응하여 에틸 아세테이트와 물을 형성하는 에탄올의 경우) 또는 메틸아민과 같은 아민과 같은 제2 생성물(더 작은 분자)보다 휘발성이 높을 때 선택사항이 아니다.
열 에너지가 반응물의 휘발성으로 인해 권장 가능하지 않거나 이용 가능하지 않을 때, 응축 반응을 완료하도록 유도하기 위해 다른 기술이 사용된다. 예를 들어, 반응물 중 하나를 크게 초과하여 사용하는 것은 반응을 유도할 수 있다. 그러나, 이것은 낭비적이고, 비용이 많이 들 수 있으며, 휘발성 반응물은 여전히 응축, 회수 및 물 또는 제2 생성물(더 작은 분자)로부터 재분리될 필요가 있다. 물에 대한 친화성이 높은 촉매 또는 농축 황산과 같은 더 작은 분자가 반응 혼합물에 첨가되어 반응을 유도할 수 있지만, 황산은 부식성이이므로 반응이 완료된 후에 중화되어야 한다. 또 다른 기술은 제올라이트 또는 분자체와 같은 물 흡수 재료에서 혼합하는 것이지만, 흡수성 재료는 일반적으로 고체이며, 특히 산성 촉매와 제한적 화학적 상용성을 갖는다. 예를 들어 카르복실산을 아실 클로라이드로 전환하여 반응물 중 하나를 사전 활성화하는 것이 반응을 유도할 수 있다. 그러나, 이는 화학량론적 비의 시약을 필요로 하며 비용이 많이 든다. 또한, 회수된 물 및 휘발성 반응물의 분별 증류가 사용될 수 있고 재농축된 반응물은 반응 혼합물로 돌아갈 수 있다. 이들 기술의 각각은 (예를 들어, 시간, 비용 및/또는 에너지 면에서) 비용이 많이 들고, 특정 상황에서 반응 속도를 낮출 수 있다. 대신, 본원에 기술된 인시츄 기술 및 이를 위한 시스템은 축합 반응 혼합물로부터 제2 생성물(더 작은 분자)을 제거하기 위해 이온 모션을 구동하는 산화환원 셔틀을 이용한다.
축합 반응을 통해 형성되는 더 작은 분자, 예를 들어 물의 인시츄 제거는 반응 혼합물이 전기화학 셀에서 다수의 이온 교환 멤브레인을 포함하는 장치에 공급될 때 발생한다. 전기화학 셀은 2개의 전극 사이를 순환하는 용액상 산화환원 셔틀을 이용하며, 이들 사이에 이온 교환 멤브레인-교번하는 양이온 교환 멤브레인 및 음이온 교환 멤브레인이 있다. 전위가 2개의 전극 사이에 인가될 때, 산화환원 셔틀은 동시에 하나의 전극에서 환원되고 반대 전극에서 재산화된다. 2개의 전극 사이에서, 양이온 및 음이온은 이온 교환 멤브레인 사이를 통해 선택적으로 수송되어, 반응 혼합물에 존재하는 이온이 폐수 스트림으로 제거된다. 제거된 이온은 촉매, 첨가된 지지 전해질, 또는 둘 모두로부터 유래될 수 있다. 또한, 더 작은 분자(예를 들어, 물)는 전기삼투를 통해 반응 스트림으로부터 제거된다. 폐수 스트림이 반응 혼합물보다 더 작은 분자에 대해 더 높은 친화성을 가질 때, 더 작은 분자는 또한 정삼투로 인해 폐수 스트림으로 이동할 수 있다. 이 장치는 아래에서 더 기술된다.
도 1은 다양한 구현예에 따른 유체 및 이온 이동을 도시하는 전기화학 시스템(100)의 도면이다. 전기화학 장치(150)는 2개의 전극(116, 118), 적어도 3개의 이온 교환 멤브레인(110, 112, 114), 에너지 공급부(152), 반응 혼합물, 및 수용 유체를 포함한다. 각각의 전극(116, 118)은 산화환원 활성 전해질 재료를 포함하는 산화환원 셔틀 용액과 접촉한다. 산화환원 셔틀 용액의 예는 1,1'-비스((3-트리메틸암모니오)프로필)페로센([BTMAP-Fc]2+)과 1,1'-비스((3-트리메틸암모니오)프로필)페로세늄([BTMAP-Fc]3+), 또는 1,1'-비스((3-디메틸에틸암모니오)프로필)페로센([BDMEAP-Fc]2+)과 1,1'-비스((3-디메틸에틸암모니오)프로필)페로세늄([BDMEAP-Fc]3+)(이들은 독성이 없고, 매우 안정하며, 매우 빠른 전기화학적 동역학 및 무시할 수 있는 멤브레인 투과성을 가짐), 또는 페로시아나이드/페리시아나이드([Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-)를 포함한다. 예시적인 산화환원 셔틀 용액에 대한 추가 세부사항은 공동 소유의 미국 특허 출원 제17/390,600호(대리인 문서 번호 20210171US01/0600.382US01)에서 확인할 수 있으며, 그 전체가 참고로 본원에 포함된다.
산화환원 셔틀은 루프(154)에 의해 도시된 바와 같이 2개의 전극(116, 118) 사이에서 순환된다. 에너지 공급부(152)에 의해 각각의 전극(116, 118)에 전위가 인가될 때, 산화환원 셔틀은 제1 전극(예를 들어, 116)에서 환원되고 반대 전극(예를 들어, 118)에서 산화된다. 에너지 공급부(152)는 배터리, 광전지 패널, 갈바닉 셀, 전위 가변기(potentiostat), AC/DC 전력 변환기 등과 같은 임의의 다양한 직류(DC) 에너지 공급부일 수 있고, 극성은 전체적으로 동일하게 유지되거나 주기적으로 역전될 수 있고, 에너지 공급은 전기화학 장치(150) 내에 포함되거나 외부에 있을 수 있고 장치(150)에 결합될 수 있다. 따라서, 셔틀이 전극 사이에서 순환함에 따라, 셔틀의 부분은 산화환원 상태 사이에서 연속적으로 교번한다. 특정 구현예에서, 각각의 전극(116, 118)은 동일한 산화환원 셔틀 용액이 루프에서 유동되는 대신에 별개의 산화환원 활성 용액과 접촉할 수 있다. 별개의 산화환원 활성 용액은 동일한 산화환원 활성 전해질 재료 또는 상이한 산화환원 활성 전해질 재료를 가질 수 있다. 상이한 산화환원 활성 용액이 각각의 전극(116, 118)에 사용되는 경우, 에너지 공급은 전극에 공급되는 전위를 주기적으로 역전시켜, 각각의 산화환원 활성 전해질 재료 용액의 전하 상태(즉, 환원된 상태에 비해 산화된 상태에 있는 각각의 용액 내의 산화환원 활성 전해질 재료의 비율)를 복원한다.
교환된 이온의 유형에서 교번하는, 3개 이상의 이온 교환 멤브레인이 전극(116, 118) 사이에 배치된다. 예를 들어, 3개의 멤브레인 중에서, 중심 멤브레인(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 및 제3 음이온 교환 멤브레인(112, 114)이 측접된 양이온 교환 멤브레인일 수 있다. 그러나, 다른 구현예에서, 중심의 제1 멤브레인은 음이온 교환 멤브레인일 수 있고, 제2 및 제3 멤브레인은 양이온 교환 멤브레인일 수 있다. 멤브레인(110, 112, 114)은 전기화학 장치(150)에서 채널 또는 저장소를 정의한다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 멤브레인(110) 및 제2 멤브레인(112)은 제1 저장소(106)를 정의한다. 제3 멤브레인(114)과 조합하여, 제1 멤브레인(110)은 또한 제2 저장소(108)를 정의한다. 멤브레인은 이온 선택적일 뿐만 아니라 물 투과적이고, 유기 용매에 불용성이고, 반응 혼합물 및/또는 생성물에서 불활성(즉, 화학적으로 변하지 않음)이다. 특정 구현예에서, 멤브레인은 멤브레인을 통한 정삼투 물 수송의 속도를 최대화하기 위해 가능한 한 얇다(예를 들어, 10 내지 50 μm). 특정 구현예에서, 멤브레인은 멤브레인 자체에 통합된 중합체 메쉬로 강화되고, 다른 구현예에서, 멤브레인은 보강되지 않는다.
제1 저장소(106) 내에는 반응 혼합물(104)이 있다. 반응 혼합물은 공급물 스트림으로서 제1 저장소(106)로 공급될 수 있다. 반응 혼합물은 축합 반응을 거쳐 제1 생성물(더 큰 분자) 및 제2 생성물(더 작은 분자)을 형성하는 적어도 2개의 성분(예를 들어, 유기산 및 알코올)을 포함한다. 반응 혼합물은 또한 촉매(예를 들어, 황산, 또는 스칸듐 트리플루오로메탄설포네이트 또는 인듐(III) 클로라이드와 같은 루이스 산성 염) 및/또는 지지 전해질을 포함할 수 있다. 반응 혼합물이 전기화학 장치(150)에 들어가기 전에 촉매 및/또는 지지 전해질이 반응 혼합물(102)에 존재할 수 있거나, 또는 이것은 반응 혼합물(104)과 혼합하기 위해 제1 저장소에 첨가될 수 있다. 제1 저장소(106)에서, 반응 혼합물의 제1 및 제2 성분(예를 들어, 시약)은 축합 반응을 거쳐 제1 저장소(106)에서 제1 및 제2 생성물을 형성한다. 상기 논의된 바와 같이, 원하는 생성물(예를 들어, 제1 생성물(더 큰 분자))을 수집 또는 획득하기 위해, 다른 성분이 제1 저장소(106)로부터 제거된다. 전위가 전극(116, 118)에 인가될 때, 셔틀 용액의 산화 및 환원은 멤브레인(110, 112, 114)을 가로질러 이온을 유도한다. 도시된 바와 같이, 촉매 및/또는 지지 전해질 재료의 이온(예를 들어, M+, X-)은 제1 저장소(106)를 정의하는 각각의 양이온 및 음이온 교환 멤브레인(110, 112)을 가로질러 반대로 하전된 전극(116, 118)을 향해 수송된다(132, 134).
전기화학 장치(150) 전체에 걸쳐 촉매 및/또는 지지 전해질 재료 이온(136)에 대해 동일한 이온 수송이 발생한다. 따라서, 촉매는 제1 저장소(106)로부터 제거되고 제2 저장소(108)서 농축되며, 이온은 폐수 유체 스트림으로서 작동하는 유체에서 촉매를 재형성한다. 제2 저장소 내의 유체는 물, 메탄올, 아세토니트릴, 염수, 상이한 시스템으로부터의 공정 폐수 등을 포함할 수 있다. 제2 저장소의 유체는 완충제, 당, 아미노산, 염, 더 많거나 상이한 유형의 촉매, 글리세롤, 에틸렌 글리콜 등과 같은 하나 이상의 용해된 용질을 추가로 포함할 수 있다. 이온 교환 멤브레인(110, 112, 114)을 가로지르는 이온의 이동(132, 134, 136)은 또한 전기삼투로 인해 멤브레인을 가로질러 축합 반응의 제2 생성물의 더 작은 분자를 끌어당긴다(138, 140, 142). 제2 저장소(108)의 유체가 반응 혼합물보다 더 작은 분자에 대해 더 높은 친화성을 갖는 특정 구현예에서, 더 작은 분자는 또한 정삼투로 인해 제2 저장소(108)로 이동할 수 있다. 따라서, 촉매 및 제2 생성물 둘 모두는 제1 저장소(106)로부터 제거되어, 전기화학 장치(150)로부터 배출될 때, 수집되거나 추가로 처리될 수 있는 농축된 생성물 스트림(144)을 남긴다. 농축된 생성물 스트림은 또한 여전히 반응물, 제2 생성물 및 촉매의 잔류 양(즉, 출발 반응 혼합물(102)보다 낮음)을 함유할 수 있다.
브래킷(120)에 의해 표시된 바와 같이, 2개의 멤브레인(110, 114) 및 상응하는 제1 및 제2 저장소(106, 108)는 전기화학 장치(150)에서 반복되는 단일 셀 쌍으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 복수의 이러한 셀 쌍은 전극(116, 118) 사이에서 이온 교환 유형이 교번하는 최대 10, 최대 20, 최대 50, 최대 100, 최대 200, 최대 500, 또는 그 이상의 멤브레인의 스택을 생성할 수 있으며, 멤브레인의 총 수는 홀수이다. 최종 멤브레인(예를 들어, 112)은 제n 제1 저장소를 정의하기 위해 스택에 결합된다. 전기화학 장치(150)에서 셀 쌍의 수를 증가시키는 것은 장치에서 전체 멤브레인 영역을 증가시키고, 전체적으로 더 작은 풋프린트가 달성될 수 있도록 한다. 또한, 제2 저장소(108)가 저분자에 대한 셔틀 용액의 친화성보다 저분자에 대해 더 높은 친화성을 갖는 유체를 함유하는 경우, 제1 내지 제(n-1) 제1 저장소(106)는 1개의 종류의 제2 저장소(108)에서보다 2개의 종류의 제2 저장소(108)에서 셔틀 용액와 접촉할 것이기 때문에, 물 제거 속도가 추가로 향상될 것이다. 복수의 셀 쌍이 스택으로 조합되는 경우, 응축된 생성물 유출물 스트림(144)은 배출부로 조합되고, 각각의 제2 저장소의 폐수 유출물 스트림(122)이 조합되어 전기화학 장치(150)로부터 배출된다.
제2 저장소의 유체는 촉매를 취하지만, 또한 제2 생성물을 취한다. 제2 생성물이 물 또는 알코올인 경우, 제2 저장소 내의 유체는 취해진 촉매의 양 또는 다른 이온과 관련하여 취해진 제2 생성물의 양에 따라 희석될 수 있다. 단지 촉매 및 제2 생성물을 예로서 사용하여, 제2 저장소의 유체가 출발 제2 생성물과 비교하여 촉매보다 제2 생성물을 더 많이 취하는 경우:촉매 비율에서, 제2 저장소의 유체는 초기 제2 유체 조성물에 대해 희석될 것이다. 제2 저장소의 유체가 출발 제2 생성물과 비교하여 제2 생성물보다 더 많은 촉매를 취하는 경우:촉매 비율에서, 제2 저장소의 유체는 초기 제2 유체 조성물보다 촉매에서 더 농축될 것이다. 또한, 제2 저장소의 유체가 출발 제2 생성물과 비교하여 촉매 및 제2 생성물 둘 모두의 비례적인 양을 취하는 경우:촉매 비율에서, 폐수 유출물 스트림(122)의 조성은 초기 제2 유체의 조성과 실질적으로 동일할 수 있다.
제2 저장소부터의 폐수 유출물 스트림(122)은 재생 시스템(124)으로 순환되어, 원하지 않는 제2 생성물(더 작은 분자)을 배출물 스트림(126)으로서 제거하고, 제2 저장소(108)에 공급된 유체를 배출 스트림(128)으로서 농축한다. 배출 스트림(128)의 부분(130)는 또한 제1 저장소(106)로 우회되어 촉매를 반응 혼합물(102)에 공급할 수 있다. 재생 시스템(124)은 종래의 재생기(예를 들어, 열 재생, 전기투석, 역삼투, 정삼투, 멤브레인 투과증발, 강하막 증발 등) 또는 산화환원 보조 재생기일 수 있다.
산화환원 보조 재생기는 전기화학 장치(150)와 유사한 구성을 갖는다. 재생 시스템(124)은 산화환원 보조 재생기를 이용하는 경우, 재생기는 내부 농축물 스트림 및 내부 희석물 스트림(예를 들어, 제2 저장소(108)로부터의 폐수 유출물 스트림(122))으로부터 각각의 전극에 근접한 외부 산화환원 셔틀 채널을 분리하는 2개의 외부 이온 교환 멤브레인을 갖는다. 외부 이온 교환 멤브레인은 제1 유형의 이온 교환 멤브레인(예를 들어, 음이온 교환 멤브레인(AEM))이고, 농축물 및 희석물 스트림은 반대되는 이온 교환 유형의 중앙 이온 교환 멤브레인(예를 들어, 양이온 교환 멤브레인(CEM))에 의해 분리된다. 다른 구성에서, 중앙 이온 교환 멤브레인은 AEM일 수 있고, 외측 멤브레인은 CEM일 수 있다.
외부 전압이 각각의 전극에서 산화환원 활성 셔틀 분자(상기 산화환원 셔틀 용액 예 참조)의 산화 또는 환원을 유도할 때, 폐수 유출물 스트림(122)으로부터의 이온(예를 들어, 액체 건조제, 유도용액 또는 이온성 촉매의 이온)은 물을 분할하거나 또는 생성물(예를 들어, 염소, 산소, 수소)에 의해 다른 가스를 생성하지 않고 멤브레인을 가로질러 유도된다. 이온 이동은 2개의 스트림: 재농축된 촉매 스트림(128)(이전에 폐수 유출물 스트림(122)) 및 제2 생성물의 배출물 스트림(126)(예를 들어, 물)을 생성한다. 재생은 또한 다수의 단계에 걸쳐 또는 전술된 스택과 유사한 또는 멤브레인 스택을 사용하여 달성될 수 있다. 시스템의 가동 부품은 액체 순환을 위한 저압 펌프 및 공기 순환을 위한 팬을 포함할 수 있다. 재생 시스템(124)은 전력 공급부(152)를 공유하거나 전용 전력 공급부를 가질 수 있다. 산화환원 셔틀 보조를 갖는 이러한 유형의 4-채널 전기투석 스택의 추가 상세사항은 공동 소유의 미국 특허 제10,821,395호에서 확인할 수 있으며, 그 전체가 참고로 본원에 포함된다.
다른 구현예에서, 대안적인 분리 시스템(200)은 반응 혼합물로부터 제2 생성물(더 작은 분자)을 제거하도록 구성된다. 도 2는 정삼투 멤브레인 접촉기(250)에서의 유체 유동을 도시한다. 정삼투 멤브레인 접촉기(250)는 적어도 하나의 정삼투 멤브레인을 포함한다. 접촉기(250)가 단일 정삼투 멤브레인을 포함하는 경우, 멤브레인은 접촉기(250)를 2개의 채널 또는 저장소로 분할하며, 제1 저장소는 반응 혼합물을 포함하고 제2 저장소는 농축된 이온 종의 유도용액을 포함한다. 정삼투 멤브레인 접촉기(250)가 단일 정삼투 멤브레인을 함유할 수 있지만, 또한 복수의 2개 이상의 정삼투 멤브레인을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 예는 3개의 정삼투 멤브레인(210, 212, 214)을 포함하고, 3개의 멤브레인 정삼투 접촉기(250)에 대한 다음 설명은 1개, 2개 또는 3개 초과의 멤브레인을 포함하는 접촉기(250)에도 유사하게 적용된다.
정삼투 멤브레인(210, 212, 214)은 축합 반응의 제2 생성물(더 작은 분자)(예를 들어, 물)에 대해 높은 투과성을 갖도록 선택된다. 도시된 3개의 멤브레인 구성에서, 제1 멤브레인(210)과 제2 멤브레인(212)은 제1 채널 또는 저장소(206)를 정의하고, 제1 멤브레인(210)과 제3 멤브레인(214)은 제2 채널 또는 저장소(208)를 정의한다. 각각의 멤브레인(210, 212, 214)은 동일할 수 있거나, 이들은 재료, 크기, 형상 등이 상이할 수 있다.
제1 저장소(206) 내에는 반응 혼합물(204)이 있다. 반응 혼합물은 공급물 스트림(202)으로서 제1 저장소(206)로 공급될 수 있다. 반응 혼합물은 축합 반응을 거쳐 제1 생성물(더 큰 분자) 및 제2 생성물(더 작은 분자)을 형성하는 적어도 2개의 성분(예를 들어, 유기산 및 알코올)을 포함한다. 반응 혼합물은 또한 촉매(예를 들어, 황산, 스칸듐 트리플루오로메탄설포네이트, 인듐(III) 클로라이드 등) 및/또는 지지 전해질을 포함할 수 있다. 반응 혼합물이 정삼투 접촉기(250)에 들어가기 전에 촉매 및/또는 지지 전해질이 반응 혼합물(202) 존재할 수 있거나, 또는 이것은 반응 혼합물(204)과 혼합하기 위해 제1 저장소(206)에 첨가될 수 있다. 제1 저장소(206)에서, 반응 혼합물의 제1 및 제2 성분(예를 들어, 시약)은 축합 반응을 거쳐 제1 저장소(206)에서 제1 및 제2 생성물을 형성한다. 상기 논의된 바와 같이, 원하는 생성물(예를 들어, 제1 생성물(더 큰 분자))을 수집 또는 획득하기 위해, 제2 생성물은 제1 저장소(206)로부터 제거된다.
제2 저장소(208) 내에는 농축된 이온 종의 유도용액이 있다. 유도용액에 용해된 종은 반응 혼합물(예를 들어, 염화나트륨)에서 지지 전해질과 동일하거나 촉매(예를 들어, 황산, 스칸듐 트리플루오로메탄설포네이트, 인듐(III) 클로라이드 등)와 동일하거나, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 제2 생성물(더 작은 분자)은 정삼투에 의해 제2 저장소(208)의 유도용액으로 이동(238, 242)되거나, 또는 제1 저장소(206)의 외부로 이동(240)된다. 축합 반응이 적어도 실질적인 완료로 유도되는 제1 저장소에서 탈수되거나, 농축된 반응 스트림은 제1 생성물, 촉매, 및 가능하게는 제2 생성물의 잔류 미량을 포함하는 유출물 스트림(244)으로서 배출된다. 특정 구현예에서, 제1 반응 생성물은 재생 시스템(124)과 관련하여 상기 논의된 바와 같은 산화환원 보조 재생기, 또는 여과, 증류, 결정화, 침전, 크로마토그래피, 전기투석 등과 같은 종래의 분리 공정을 사용하여 촉매로부터 추가로 분리될 수 있다.
상기 논의되고 브래킷(220)에 의해 표시된 바와 같이, 정삼투 멤브레인 접촉기(250)는 정삼투 멤브레인(212)에 더하여 복수(n)의 정삼투 멤브레인을 포함할 수 있다. 전체적으로, 브래킷(220)의 위치에 의해 도시된 바와 같이, 용기를 2n+2개의 채널 또는 저장소로 분할하는 용기 내에 배치된 2n+1개의 정삼투 멤브레인이 있다. n = 0인 경우, 단일 멤브레인은 상기 논의된 바와 같이 2개의 채널을 정의한다. 채널은 반응물 스트림과 유도용액 스트림을 수용하고 유동시키도록 구성됨으로써 교번하는 구성으로 탈수된(예를 들어, 농축된) 반응 스트림(244)과 유출물 스트림(222)을 배출한다. 전체 정삼투 멤브레인은 최대 10, 최대 20, 최대 50, 최대 100, 최대 200, 최대 500, 또는 그 이상의 멤브레인의 스택을 형성할 수 있다. 멤브레인(예를 들어 212)은 제n 제1 저장소를 정의하기 위해 스택에 결합된다. 정삼투 멤브레인 접촉기(250)에서 셀의 수를 증가시키는 것은 장치에서 전체 멤브레인 면적을 증가시키고, 전체적으로 더 작은 장치 풋프린트가 달성될 수 있도록 한다. 복수의 멤브레인이 복수의 제1 및 제2 채널을 정의하기 위해 스택으로 조합되는 경우, 응축된 제1 생성물 유출물 스트림(244)은 배출부로 조합되고, 각각의 제2 저장소(222)의 유출물 스트림은 조합되어 정삼투 멤브레인 접촉기(250)로부터 배출된다.
제2 저장소(들)(208) 내로의 제2 생성물의 투입 수송으로 인해, 제2 저장소(들)(208)의 유체가 희석된다. 제2 저장소(222)로부터의 희석된 유출물 스트림은 재생 시스템(224)으로 순환되어, 배출물 스트림(226)으로서 원하지 않는 제2 생성물(더 작은 분자)을 제거하고, 배출 스트림(228)으로서 제2 저장소(208)에 공급하는 유체를 재농축한다. 배출 스트림(228)의 부분(230)은 또한 제1 저장소(206)로 우회되어 촉매를 반응 혼합물(202)에 공급할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 재생 시스템(224)은 종래의 재생기(예를 들어, 열 재생, 전기투석, 역삼투, 정삼투, 멤브레인 투과증발, 강하막 증발 등) 또는 산화환원 보조 재생기일 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같은 특정 구현예에서, 분리 시스템(200)은 전기화학 시스템(100)의 배출부에 결합되어 축합 반응의 제2 생성물(더 작은 분자)에 대한 제거 시스템(300a)을 형성한다. 따라서, 배출부(144)는 정삼투 멤브레인 접촉기(250)에 대한 투입부(244)가 될 것이다. 분리 시스템(100)이 반응 혼합물로부터 대부분의 제2 생성물을 제거하지만, 임의의 나머지는 정삼투 멤브레인 접촉기 기반 분리 시스템(200)에서 정삼투에 의해 제거될 수 있다. 전체 시스템(300a)은 열 에너지 없이 반응 혼합물로부터 물, 또는 다른 저분자를 유도하기 위해 산화환원 셔틀을 이용한다.
도 3b에 도시된 바와 같은 특정 다른 구현예에서, 분리 시스템(200)은 전기화학 시스템(100)의 투입부에 결합되어, 축합 반응의 제2 생성물(더 작은 분자)에 대한 제거 시스템(300b)을 형성한다. 따라서, 배출부(244) 전기화학 장치(150)에 대한 투입부(144)가 될 것이다. 분리 시스템(200)이 반응 혼합물로부터 대부분의 제2 생성물을 제거하지만, 임의의 나머지는 전기화학 시스템(100)에서 촉매와 함께 전기삼투에 의해 제거될 수 있다. 전체 시스템(100, 300a 및/또는 300b)은 열 에너지 없이 반응 혼합물로부터 물, 또는 다른 저분자를 유도하기 위해 산화환원 셔틀을 이용한다. 따라서, 각각의 시스템은 휘발성 반응물과의 축합 반응과 함께 사용될 수 있지만, 유리된 제2 생성물(예를 들어, 물)로부터 이러한 반응물의 비용이 많이 드는 재증류 없이 사용될 수 있다. 시스템(300a, 300b), 전기화학 시스템(100) 단독 또는 정삼투 기반 분리 시스템(200) 단독은 또한 비용이 많이 들고 반응 속도를 낮출 수 있는 휘발성 반응물 중 과잉 화학량론적 양을 사용할 필요성을 회피한다.
축합 반응 혼합물로부터 더 작은 분자 생성물을 제거하기 위한 분리 공정이 도 4에 추가로 도시된다. 반응 혼합물은 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이, 전기화학 셀의 제1 저장소에 투입되며, 반응 혼합물의 제1 및 제2 성분은 반응을 거쳐 제1 생성물(더 큰 분자) 및 제2 생성물(더 작은 분자)(402)을 형성한다. 특정 구현예에서, 제1 및 제2 성분은 유기산 및 알코올이며, 이는 축합 반응을 거친다. 다른 구현예에서, 제1 및 제2 성분은 유기 아민 및 유기산이며, 이는 축합 반응을 거친다. 다른 유체 스트림은 전기화학 셀(404)의 인접한, 제2 저장소에 유입된다. 전기화학 셀의 제1 및 제2 전극에 외부 전압이 인가되고, 산화환원 셔틀이 전극들 사이에서 순환될 때, 이는 반대로 하전된 전극(406)을 향해 멤브레인을 가로질러 전기화학 셀에서 이온 이동을 유도한다. 구체적으로, 반응 혼합물 중의 촉매의 이온은 전기삼투(408)로 인해 제2 생성물의 더 작은 분자를 이들과 함께 취하면서, 제1 저장소 밖으로 유도된다. 제2 생성물 및 촉매를 포함하는 폐수 유출물 스트림은 제2 저장소(410)로부터 배출되고, 제1 생성물을 포함하는 생성물 유출물 스트림은 제1 저장소(412)로부터 배출된다. 제1 생성물과 제2 생성물이 분리되었지만, 이들은 각각 추가로 처리되거나, 또는 원하지 않는 경우(예를 들어, 제2 생성물), 폐기물로서 폐기될 수 있다.
축합 반응 혼합물로부터 더 작은 분자 생성물을 제거하기 위한 다른 분리 공정이 도 5에 도시되어 있다. 반응 혼합물은 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이, 정삼투 멤브레인 접촉기의 제1 채널에 투입되며, 반응 혼합물의 제1 및 제2 성분은 반응을 거쳐 제1 생성물(더 큰 분자) 및 제2 생성물(더 작은 분자)(502)을 형성한다. 특정 구현예에서, 제1 및 제2 성분은 유기산 및 알코올이며, 이는 축합 반응을 거친다. 다른 구현예에서, 제1 및 제2 성분은 유기 아민 및 유기산이며, 이는 축합 반응을 거친다. 유도용액 스트림은 정삼투 멤브레인 접촉기(504)의 인접한, 제2 채널에 유입된다. 유도용액은 제2 생성물(더 작은 분자)에 대해 높은 친화성을 갖는 염 농도를 갖기 때문에, 제2 생성물은 정삼투 멤브레인을 가로질러 그리고 정삼투(506)를 통해 제1 채널로부터 제2 채널로 수송된다. 제2 생성물을 포함하는 폐수 유출물 스트림은 제2 채널(508)로부터 배출되고, 제1 생성물을 포함하는 생성물 유출물 스트림은 제1 채널(510)로부터 배출된다. 폐수 유출물 스트림은 전술한 바와 같이, 선택적으로 재생되고, 제2 채널(512)로 유입되도록 재순환된다. 제1 생성물과 제2 생성물이 분리되었지만, 이들은 각각 추가로 처리되거나, 또는 원하지 않는 경우(예를 들어, 제2 생성물), 폐기물로서 폐기될 수 있다.
상기에 기재된 바와 같이, 반응 혼합물로부터 축합 반응의 더 작은 분자 생성물(예를 들어, 물)을 분리하는 것에 관한 다양한 구현예는 반응을 완료하도록 유도하여 반응 생성물을 회수하기 위해 산화환원 보조 셔틀 분리 시스템 및/또는 정삼투 멤브레인 접촉기를 이용할 수 있다. 전기화학 셀은 하나의 전극으로부터 다른 전극으로 그리고 다시 순환되는 산화환원 셔틀의 용액상 스트림을 포함한다. 전극 사이에 일련의 실질적으로 평행한 교번 양이온 및 음이온 교환 멤브레인이 있다. 전기화학 셀의 제1 저장소에 존재하는 반응 혼합물을 포함하는 제1 유체 스트림은 전기화학 셀의 인접한 저장소 내의 제2 유체 스트림과 혼합되지 않지만, 2개의 유체 스트림은 2개의 채널을 분리하는 멤브레인의 대향 측면을 통해 서로 접촉한다. 셀의 전극에 외부 전압을 인가하는 것은 멤브레인을 가로질러 제1 유체 스트림으로부터 제2 유체 스트림으로의 이온 종 및 저분자(즉, 반응 혼합물의 제2 생성물)의 선택적 수송을 개시한다. 전기화학 셀 내의 이온 수송 및/또는 접촉기의 정삼투는 열 에너지 또는 비용이 많이 드는 재료 및/또는 공정의 사용 없이 제2 반응 생성물로부터 제1 반응 생성물을 분리한다.
상기 기재된 모든 구현예에서, 저분자 제2 생성물은 직접적으로(정삼투을 통해) 또는 간접적으로(전기삼투를 통해), 시스템 또는 공정의 일부 지점에서 하나의 유체 스트림으로부터 다른 지점으로 수송된다. 이는 제2 생성물이 시스템 또는 공정에 도입되기 전에 반응 혼합물에 있는 저분자 제2 생성물과 동일한 다른 분자를 또한 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 유기산 및 알코올의 반응 혼합물은 또한 황산 촉매와 함께 초기에 물을 포함할 수 있고, 유기산과 알코올의 반응 과정에서 물의 분자가 추가로 생성되어 에스테르를 형성할 수 있다. 상기 기술된 시스템 및 공정은, 원하는 경우, 반응에서 생성되는 물뿐만 아니라 초기에 존재하는 물도 제거하기 위한 것이다.
달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 특징부 크기, 양, 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로서 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 사용은 그 범위 내의 모든 수(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.
전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이는 구현예가 개시된 정확한 형태로 철저하게 구현되거나 그것으로 제한하고자 하는 것은 아니다. 상기의 교시 내용에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 개시된 구현예의 임의의 또는 모든 특징부는 개별적으로 또는 임의의 조합으로 적용될 수 있고, 제한적인 것으로 의도되지 않고, 순전히 예시적인 것이다. 본 발명의 범주는 이러한 상세한 설명으로 제한되는 것이 아니라, 오히려 본 명세서에 첨부된 청구범위에 의해 결정되는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 제1 유체 스트림으로부터 반응 생성물을 분리하기 위한 전기화학 시스템으로서,
    제1 저장소로 유입되는 상기 제1 유체 스트림 및 제1 저장소로 투입되는 촉매를 포함하는 제1 저장소(상기 제1 유체 스트림은 상기 제1 저장소에서 제1 생성물 및 제2 생성물을 형성하도록 반응하는 반응 혼합물을 포함함);
    제2 저장소로 유입되는 제2 유체 스트림을 포함하는 제2 저장소;
    제1 산화환원 활성 전해질 재료의 제1 용액과 접촉하되, 상기 제1 산화환원 활성 전해질 재료와 가역적 산화환원 반응을 갖도록 그리고 상기 제1 저장소의 상기 촉매로부터 적어도 하나의 이온을 수용하도록 구성된 제1 전극;
    제2 산화환원 활성 전해질 재료의 제2 용액과 접촉하되, 상기 제2 산화환원 활성 전해질 재료와 가역적 산화환원 반응을 갖도록 그리고 적어도 하나의 이온을 상기 제2 저장소의 상기 제2 유체로 유도하도록 구성된 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전위를 공급하도록 구성된 에너지원;
    상기 제1 저장소와 상기 제2 저장소 사이에 배치된 제1 유형의 불활성 이온 교환 멤브레인;
    상기 제1 전극과 상기 제1 저장소 사이에 배치되고 상기 제2 전극과 상기 제2 저장소 사이에 배치된, 상기 제1 유형과 상이한 제2 유형의 불활성 이온 교환 멤브레인;
    상기 제2 저장소로부터 배출된 상기 제2 생성물 및 상기 촉매를 포함하는 폐수 유출물 스트림(상기 제2 생성물은 전기삼투를 통해 상기 제1 저장소로부터 제거됨); 및
    상기 제1 저장소로부터 배출된 상기 제1 생성물을 포함하는 생성물 유출물 스트림을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응 혼합물은 상기 제1 저장소에서 축합 반응을 거치는 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 축합 반응은 상기 제2 생성물이 상기 제1 저장소로부터 제거됨에 따라 완료되는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 생성물은 물인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 용액과 상기 제2 용액은 동일하고, 상기 제1 및 제2 용액은, 전위가 전극에 인가될 때, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에서 순환되는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 저장소, 상기 제2 저장소, 상기 제1 유형의 멤브레인, 및 상기 제2 유형의 멤브레인은 셀을 형성하고, 상기 시스템은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 함께 결합된 복수의 셀을 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 폐수 유출물 스트림에 결합되고, 농축된 제2 유체 스트림 및 상기 제2 생성물을 포함하는 반응 폐수 스트림을 생성하도록 구성된 액체 농축기를 추가로 포함하는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 농축된 제2 유체 스트림은 상기 제2 유체 스트림으로서 상기 제2 저장소에 공급되는, 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 농축된 제2 유체 스트림의 일부는 상기 촉매를 투입하기 위해 상기 제1 저장소에 공급되는, 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 액체 농축기는 산화환원 셔틀을 이용하는 전기화학 액체 건조제 재생기인, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 생성물은 삼투를 통해 상기 제1 저장소로부터 동시에 제거되는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    정삼투 멤브레인 접촉기로서,
    적어도 하나의 정삼투 멤브레인;
    제1 채널로 유입되는 상기 제1 유체 스트림 및 상기 촉매를 포함하는 제1 채널(상기 반응 혼합물 및 촉매는 반응하여 상기 제1 채널에서 상기 제1 생성물 및 상기 제2 생성물을 형성함);
    이온성 종의 농축된 용액을 포함하는 유도용액을 포함하고 상기 적어도 하나의 정삼투 멤브레인에 의해 상기 제1 채널과 분리된 제2 채널;
    상기 제2 채널로부터 배출된 상기 유도용액 및 상기 제2 생성물을 포함하는 유도용액 유출물 스트림(상기 제2 생성물은 삼투압을 통해 상기 제1 채널로부터 제거됨); 및
    상기 제2 채널로부터 배출된 상기 제1 생성물 및 상기 촉매를 포함하는 중간 생성물 유출물 스트림(상기 중간 생성물 유출물 스트림은 상기 제1 저장소에 유입되는 상기 제1 유체 스트림임)을 포함하는 정삼투 멤브레인 접촉기를 추가로 포함하는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 정삼투 멤브레인 접촉기는 복수의 정삼투 멤브레인을 포함하는, 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 유도용액 유출물 스트림에 결합되고, 농축된 유도용액 스트림 및 상기 제2 생성물을 포함하는 제2 폐수 스트림을 생성하도록 구성된 액체 농축기를 추가로 포함하는, 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    정삼투 멤브레인 접촉기로서,
    적어도 하나의 정삼투 멤브레인;
    제1 채널로 유입되는 상기 생성물 유출물 스트림을 포함하는 제1 채널;
    이온성 종의 농축된 용액을 포함하는 유도용액을 포함하고 상기 적어도 하나의 정삼투 멤브레인에 의해 상기 제1 채널과 분리된 제2 채널;
    상기 제2 채널로부터 배출된 상기 유도용액 및 상기 제2 생성물을 포함하는 유도용액 유출물 스트림(상기 제2 생성물은 삼투압을 통해 상기 제1 채널로부터 제거됨); 및
    상기 제1 채널로부터 배출된 상기 제1 생성물을 포함하는 최종 생성물 유출물 스트림을 포함하는 정삼투 멤브레인 접촉기를 추가로 포함하는, 시스템.
  16. 제1 유체 스팀으로부터 반응 생성물을 분리하기 위한 방법으로서,
    반응 혼합물을 포함하는 제1 유체 스트림을 전기화학 셀의 제1 이온 교환 멤브레인과 제2 이온 교환 멤브레인에 의해 정의된 제1 저장소에 유입하는 단계(상기 제2 이온 교환 멤브레인은 상기 제1 이온 교환 멤브레인과 상이한 유형의 멤브레인임);
    촉매를 상기 제1 저장소에 유입하는 단계;
    제2 유체 스트림을 상기 전기화학 셀의 제2 저장소에 유입하는 단계(상기 제2 저장소는 상기 제1 이온 교환 멤브레인과 제3 이온 교환 멤브레인에 의해 정의되고, 상기 제3 이온 교환 멤브레인과 상기 제2 이온 교환 멤브레인은 동일한 유형임);
    상기 반응 혼합물의 제1 성분 및 제2 성분이 상기 제1 저장소에서 축합 반응을 거쳐 제1 생성물 및 제2 생성물을 형성하는 단계;
    상기 전기화학 셀의 제1 및 제2 전극에 외부 전압을 인가하는 단계;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 산화환원 활성 전해질 재료를 포함하는 용액을 순환시키는 단계(상기 산화환원 활성 전해질 재료는 상기 제1 전극과 접촉할 때 환원되고 상기 제2 전극과 접촉할 때 산화됨);
    상기 산화환원 활성 전해질 재료의 환원 및 산화에 응답하여, 상기 이온 교환 멤브레인의 각각을 가로질러 이온을 수송시켜 상기 제1 저장소로부터 상기 촉매 및 상기 제2 생성물을 제거하는 단계;
    상기 제2 생성물 및 상기 촉매를 포함하는 폐수 유출물 스트림을 상기 제2 저장소로부터 배출하는 단계; 및
    상기 제1 저장소로부터 배출된 상기 제1 생성물을 포함하는 생성물 유출물 스트림을 배출하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 이온 교환 멤브레인을 가로질러 상기 제2 생성물의 이온을 수송하는 단계는 상기 축합 반응을 완료하도록 유도하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 폐수 유출물 스트림을 액체 농축기로 배출하는 단계;
    상기 촉매를 포함하는 농축된 제2 유체 스트림 및 상기 제2 생성물을 포함하는 반응 폐수 스트림을 생성하는 단계;
    처리를 위해 상기 반응 폐수 스트림을 배출하는 단계; 및
    상기 농축된 제2 유체 스트림을 상기 제2 유체 스트림으로서 상기 제2 저장소로 순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 반응 혼합물을 포함하는 제3 유체 스트림을 정삼투 멤브레인 접촉기의 제1 채널에 유입하는 단계;
    촉매를 상기 제1 채널에 투입하는 단계;
    이온성 종의 농축된 용액을 포함하는 유도용액을 상기 정삼투 멤브레인 접촉기의 제2 채널에 유입하는 단계(상기 제2 채널은 정삼투 멤브레인에 의해 상기 제1 채널과 분리됨);
    상기 반응 혼합물의 상기 제1 성분 및 상기 제2 성분이 상기 제1 채널에서 축합 반응을 거쳐 상기 제1 생성물 및 상기 제2 생성물을 형성하는 단계;
    상기 제2 생성물의 형성에 응답하여, 상기 정삼투 멤브레인을 가로질러 상기 제2 생성물을 수송하여 상기 제1 채널로부터 상기 제2 생성물을 제거하는 단계;
    상기 유도용액 및 상기 제2 생성물을 포함하는 유도용액 유출물 스트림을 상기 제2 채널로부터 배출하는 단계;
    상기 제1 생성물 및 상기 촉매를 포함하는 중간 생성물 유출물 스트림을 상기 제1 채널로부터 배출하는 단계; 및
    상기 중간 생성물 유출물 스트림을 상기 제1 유체 스트림으로서 상기 전기화학 셀의 상기 제1 저장소에 유입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  20. 제1 유체 스팀으로부터 반응 생성물을 분리하기 위한 방법으로서,
    반응 혼합물을 포함하는 제1 유체 스트림을 정삼투 멤브레인 접촉기의 제1 채널에 유입하는 단계;
    촉매를 상기 제1 채널에 투입하는 단계;
    이온성 종의 농축된 용액을 포함하는 유도용액을 상기 정삼투 멤브레인 접촉기의 제2 채널에 유입하는 단계(상기 제2 채널은 정삼투 멤브레인에 의해 상기 제1 채널과 분리됨);
    상기 반응 혼합물의 제1 성분 및 제2 성분을 상기 제1 채널에서 축합 반응으로 반응시켜 제1 생성물 및 제2 생성물을 형성하는 단계;
    상기 제2 생성물의 형성에 응답하여, 상기 정삼투 멤브레인을 가로질러 상기 제2 생성물을 수송하여 상기 제1 채널로부터 상기 제2 생성물을 제거하는 단계;
    상기 유도용액 및 상기 제2 생성물을 포함하는 유도용액 유출물 스트림을 상기 제2 채널로부터 배출하는 단계;
    상기 제1 생성물 및 상기 촉매를 포함하는 생성물 유출물 스트림을 상기 제1 채널로부터 배출하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 유도용액 유출물 스트림을 액체 농축기로 배출하는 단계;
    상기 촉매 및 이온 종을 포함하는 농축된 제2 유체 스트림을 생성하고, 상기 제2 생성물을 포함하는 반응 폐수 스트림을 생성하는 단계;
    처리를 위해 상기 반응 폐수 스트림을 배출하는 단계; 및
    상기 농축된 제2 유체 스트림을 상기 유도용액으로서 상기 제2 채널로 순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 농축된 제2 유체 스트림의 일부를 상기 제1 저장소로 순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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