WO2014129801A1 - 막 분리 장치 - Google Patents

막 분리 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2014129801A1
WO2014129801A1 PCT/KR2014/001349 KR2014001349W WO2014129801A1 WO 2014129801 A1 WO2014129801 A1 WO 2014129801A1 KR 2014001349 W KR2014001349 W KR 2014001349W WO 2014129801 A1 WO2014129801 A1 WO 2014129801A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
separator
component
membrane
stream
separation
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/001349
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이상범
전문균
이성호
이종구
신준호
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020130069800A external-priority patent/KR101559201B1/ko
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to US14/652,689 priority Critical patent/US10086325B2/en
Priority to CN201480003901.4A priority patent/CN104918683B/zh
Publication of WO2014129801A1 publication Critical patent/WO2014129801A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/28—Polymers of vinyl aromatic compounds
    • B01D71/281—Polystyrene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/28—Polymers of vinyl aromatic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/226—Multiple stage diffusion in serial connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/362—Pervaporation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/204—Amines
    • B01D2252/20478—Alkanolamines
    • B01D2252/20489—Alkanolamines with two or more hydroxyl groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s

Definitions

  • the present application relates to a membrane separation apparatus, a membrane separation method, an apparatus for producing expandable polystyrene and a method for producing expandable polystyrene.
  • the method of selectively separating a specific gas from a gas mixture using a membrane is a well-known technique. Since the dissolution-diffusion model of the gas separation membrane was proposed by T. Graham in the mid-1800s, research on the gas separation membrane has been actively conducted. It has been commercialized since the 1980s and applied to various fields.
  • the present application provides a membrane separation apparatus, a membrane separation method, an apparatus for producing expandable polystyrene and a method for producing expandable polystyrene.
  • the membrane separation device of the present application includes heterogeneous separation membranes connected in series.
  • the separation system includes two or more separators, such as a first separator and a second separator connected to the first separator.
  • the membrane separation device may be connected in series with a first separation membrane having a relatively high selectivity for components to be separated in a feed stream and a rear end of the first separation membrane, and the selectivity for components to be separated may be
  • the second separator may have a relatively small permeability but greater than the first separator.
  • the separation device the first separation membrane is discharged divided into a first permeate flow flowing into the first separation membrane and passing through the first separation membrane and a first non-permeable flow not passing through the first separation membrane. ; And a second separator in which the first non-permeable flow flows into the second separator and is divided into a second permeate stream passing through the second separator and a second non-permeate stream not passing through the second separator.
  • the first separator and the second separator may have different selectivity and transmittance.
  • connection in series means that the permeate flow and the non-permeate flow of the first separator and the second separator are connected to be discharged as described above.
  • the term “selectivity” refers to the degree to which a specific component can selectively permeate among two or more components that permeate the separator, and in this specification, the term “permeability” as used herein means that the separator is specified. It refers to the rate of transmission through which the component is permeated. For example, when the mixture flow of the two components consisting of components A and B is introduced into the membrane device, when the transmittance of component A is represented by P A and the transmittance of component B is represented by P B , the transmittance of component A is represented by P A. May be calculated by Equation 1 below.
  • P A (GPU) [membrane permeation volume velocity of component A in the mixture flow at standard state (STP) ⁇ 10 6 ] / [membrane area ⁇ pressure difference between permeate and non-permeate flows ”(cm 3 / cm 2 ⁇ s cmHg)
  • Standard state means the temperature of 0 degreeC, and the pressure state of 1 atmosphere.
  • permeate flow in the above means a flow passing through the separation membrane of the flow flowing into the separator
  • non-permeable flow means a flow that does not pass through the separation membrane of the flow flowing into the separation membrane.
  • the selectivity of component A with respect to component B can be calculated by the following equation.
  • the capacity of the membrane separation process is related to the area of the membrane, but in the case of the membrane, the price increases significantly in proportion to the area, and in the case of the membrane having high selectivity, a membrane having a large permeability and a low permeability should be used.
  • a heterogeneous separation membrane having different selectivity and permeability for the component to be separated as described above for example, a separation membrane having a relatively high selectivity is placed in front of the separation membrane having a relatively high permeability.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment of the exemplary membrane separation device.
  • the first membrane device 10 and the second membrane device 20 of the membrane separation device 1 may include the first membrane 11 and the second membrane having different selectivity and permeability.
  • Each separator 21 may be included.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may satisfy the following Equation 1.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may satisfy the following Equation 2.
  • ⁇ 1 AB represents the selectivity (P 1 A / P 1 B ) of component A with respect to component B present in the feed stream flowing into the first separator
  • ⁇ 2 AB represents the selectivity (P 2 A / P 2 B ) of component A with respect to component B present in the first impermeable flow flowing into the second separator
  • P 1 A and P 1 B represent the permeability of component A and component B present in the feed stream flowing into the first separator, respectively
  • P 2 A and P 2 B each represent the permeability of component A and component B present in the first impermeable stream flowing into the second separator
  • component A represents at least one or more components to be separated from at least two components introduced into each separator
  • component B represents components other than component A among at least two or more components introduced into each separator.
  • ⁇ 1 AB , ⁇ 2 AB , P 1 A , P 1 B , P 2 A and P 2 B are the same as defined above.
  • the components to be separated can be recovered with high efficiency, and the membrane separation apparatus is formed using only one first separation membrane having high selectivity. Compared with the case of construction, even if a separation membrane having a small cross-sectional area can be used, the components to be separated can be separated at a high recovery rate, so that the separation process of the gas mixture can be performed more economically.
  • the feed stream (F 1) is first passed through the first separator (11)
  • the first separator (11) instead of passing through the permeate stream F 3 and the first separator 11, it may be divided into a first non-permeate stream F 2 that is discharged and flows into the second separator 20.
  • the first permeation stream F 3 passes through the first separation membrane 11 having a very high selectivity and low permeability for component A relative to the second separation membrane 21, and thus, the first permeation flow F 3 .
  • Flow F 3 may be a flow that is relatively rich in component A.
  • the second permeate flow F 5 passes through the second separator 21 having a lower selectivity but higher permeability than the first separator, the second permeate stream F 5 is less than the first permeate stream F 3 .
  • component A may be a relatively rich stream.
  • the second non-permeable stream F 4 finally discharged through this process may result in almost no component A.
  • the term "rich stream” refers to the first permeate stream F 3 or the second permeate stream F 5 rather than the content of each of the at least one component to be separated included in the feed stream F 1 .
  • a flow of higher content of each of the components to be separated is included, and the content of each of the components to be included in the first permeate stream F 3 or the second permeate stream F 5 is, for example, 50% by weight.
  • the membrane separation device 1 includes a first separation membrane 11 and a second separation membrane 21 satisfying the above formulas 1 and 2, and preferably, a substance to be separated, in particular a component to be separated. It may include a separation membrane (11, 21) having a selectivity to more than one.
  • a separation membrane 11, 21
  • Selectivity of the component A with respect to the component B of the first separator 11 ⁇ 1 AB
  • selectivity ( ⁇ 2 AB ) of the component A with respect to the component B of the second separator 21 may satisfy Equations 3 and 4 below.
  • the selectivity ( ⁇ 1 AB ) of the component A with respect to the component B of the first separator 11 and the component A with respect to the component B of the second separator 21 When the selectivity ( ⁇ 2 AB ) satisfies Equations 3 and 4, the component to be separated can be separated and recovered with high selectivity.
  • the first separation membrane 11 and the second separation membrane 21 included in the membrane separation apparatus 1 satisfy the above formulas 1 and 2, and at the same time, the components of the first separation membrane 11 Permeability (P 1 B ) of B and transmittance (P 2 B ) of the component B of the second separator 21 may satisfy the following Equation 5.
  • P 1 A of the first separation membrane 11 of the membrane separation device 1 is 20, P 1 B is 2, P 2 A of the second separation membrane 21 is 40, and P 2 B is 10
  • the ⁇ 1 AB value of the first separator 11 is 10
  • the ⁇ 2 AB value of the second separator 21 is 4, thus, the value of ⁇ 1 AB - ⁇ 2 AB is 6, which satisfies Equation 1.
  • the value of P 2 A -P 1 A is 20 to satisfy the expression (2).
  • ⁇ 1 AB and ⁇ 2 AB both have a value greater than 1, and the value of P 2 B -P 1 B is 8, which satisfies Equation 5.
  • the separators 11 and 21 that may be included in the separator devices 10 and 20 used in the membrane separator 1 of the present application are not particularly limited as long as the equations 1 and 2 satisfy the above formulas 1 and 2. It can be used without limitation depending on the VOC component to be separated from the separator.
  • the permeability (P 1 A ) and the second separator device 20 of the first separator 11 included in the first separator device 10 Permeability (P 2 A ) of the second separator 21 included in the) may be 20 GPU or more, for example, 30 GPU or more, 40 GPU or more, preferably 50 GPU or more, more preferably 100 GPU or more.
  • the first transmission of the first separator (11) (P 1 A) and the transmittance of the second membrane (21) (P 2 A) is less than 20 GPU, it may cause problems that decrease the processing capacity of the separator.
  • the upper limit of the transmittance is not particularly limited, and may be, for example, 100,000 GPU or less in consideration of practical applicability.
  • the selectivity ( ⁇ 1 AB ) of the component A with respect to the component B of the first separator 11 and the second The selectivity ( ⁇ 2 AB ) of the component A with respect to the component B of the separator 21 may be 10 or more, for example, 15 or more, preferably 20 or more, more preferably 30 or more.
  • the selectivity ( ⁇ 1 AB ) of the component A and the selectivity ( ⁇ 2 AB ) of the component A with respect to the component B of the second separator 21 are less than 10, a problem may occur in which separation efficiency is lowered. have.
  • the membrane separation device 1 may include a vacuum pump 40.
  • the vacuum pump 40 is separated from the present application to provide a pressure difference with respect to the first and second permeate flows of the first and second separators 11 and 21 and the first and second non-permeate flows. It can be included in the device.
  • the membrane separation device 1 is a pressurization device for regulating the pressure of the flow flowing into the first separation membrane, for example, before the feed flow is introduced into the first separation membrane 11. It may further include a compressor. By means of the pressurizing device, the pressure of the feed stream can be pressurized, whereby the first and second permeate streams of the first separator 11 and the second separator 21 and the first and second non-permeable streams are applied. Pressure differential can be provided.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a second embodiment of the membrane separation device of the present application.
  • an exemplary membrane separation device comprises a condenser 2 into which a feed stream comprising at least two components is introduced;
  • the non-condensed flow from the condenser flows into the first separator and is divided into a first permeate stream (F 3 ) passing through the first separator and a first non-permeable stream (F 2 ) not passing through the first separator.
  • the first separator 11 ;
  • a second permeate flow F 5 through which the first non-permeable flow F 2 flows into the second separator and passes through the second separator, and a second non-permeable flow F 4 , which does not pass through the second separator.
  • the second separator 21 is divided and discharged.
  • the selectivity and permeability of the first separator 11 and the second separator 21 may be different.
  • the first separation membrane 11 and the second separation membrane 21 may satisfy Equations 1 to 5 described above in the membrane separation apparatus, and the effects thereof are the same as described above.
  • the membrane separation device 1 may comprise a condenser 2.
  • the condensable component F 7 among the components to be separated can be condensed and pre-separated, Only the mixed gas of the component to be separated in the gaseous state and the non-condensable gas mixture is introduced into the first separation membrane 11, thereby reducing the area of the membrane to be used.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a third embodiment of the membrane separation device of the present application.
  • the exemplary membrane separation device includes a first permeate stream F 3 , in which a feed stream flows into the first separator and passes through the first separator, and a first non-permeate stream that does not pass through the first separator.
  • a first separator 11 divided into F 2 and discharged;
  • the first non-permeable flow F 2 is divided into a second permeate flow F 5 flowing into the second separator and passing through the second separator and a second non-permeable flow F 4 not passing through the second separator.
  • a second separator 21 discharged; And separating the first permeate stream F 3 and the second permeate stream F 5 into a gas phase flow F 6 and a liquid phase stream, and discharging the separated gas phase stream, and the gas phase flow F 6 .
  • Shear and / or front end of the first separator 11 so as to flow into the first separator 11 and / or the second separator 21 together with the supply flow F 1 or the first non-permeable flow F 2 .
  • a gas-liquid separator 30 connected between the first separator 11 and the second separator 21.
  • the selectivity and permeability of the first separator 11 and the second separator 21 may be different.
  • the first separation membrane 11 and the second separation membrane 21 may satisfy Equations 1 to 5 described above in the membrane separation apparatus, and the effects thereof are the same as described above.
  • the membrane separation device 1 may include a gas-liquid separator 30.
  • the first permeate stream F 3 and the second permeate flow F 5 of the membrane separation device 1 may be introduced into the gas-liquid separator 30, and in the gas-liquid separator 30, the first permeate flow ( F 3 ) and the components contained in the second permeate flow (F 5 ) by gas-liquid separation, the flow of separated gaseous components (F 6 ) to the first separator 11 and / or the second separator 21 Can be reintroduced and reisolated.
  • the membrane separation device 1 of the present application includes the gas-liquid separator 30, the separated gas phase component F 6 is reused in the membrane separation process to maximize the amount of the component recovered in the process. It is effective.
  • the membrane separation device may further include a pressure regulating device, such as a pressurized or reduced pressure device.
  • the gas-liquid separator, and the gaseous flow (F 6) may further comprise a pressurizing device for pressurizing the gaseous flow (F 6) before being introduced into the first separator (11).
  • the pressurization device may be a compressor, but is not limited thereto.
  • the supply flow (F 1 ) flowing into the first separation membrane 11 and the first non-permeable flow (F 2 ) flowing into the second separation membrane 21 are higher pressure than the gas phase flow F 6 at atmospheric pressure. Therefore, the gas phase flow F 6 at atmospheric pressure is supplied to the first non-permeable stream F 2 introduced into the feed stream F 1 and the second separator 21 supplied to the first separator 11. Before mixing, it may be adjusted to the same pressure as the feed stream F 1 and / or the first non-permeate stream F 2 via the pressurization device.
  • the pressure regulating device may be a pressure reducing device
  • the membrane separation device 1 may be a pressure reducing device for reducing the first non-permeable flow F 2
  • the first 1 may further include a control valve installed in the pipe through which the non-permeable flow (F 2 ) flows.
  • the gas-liquid separator 30 may be connected so that the gaseous flow F 6 discharged from the gas-liquid separator 30 flows into the second separation membrane 21.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a fourth embodiment of the membrane separation device of the present application.
  • an exemplary membrane separation device comprises a condenser 2 into which a feed stream comprising at least two components is introduced;
  • the non-condensed flow from the condenser flows into the first separator and is divided into a first permeate stream (F 3 ) passing through the first separator and a first non-permeable stream (F 2 ) not passing through the first separator.
  • the first non-permeable flow F 2 is divided into a second permeate flow F 5 flowing into the second separator and passing through the second separator and a second non-permeable flow F 4 not passing through the second separator.
  • a second separator 21 discharged; And separating the first permeate stream F 3 and the second permeate stream F 5 into a gas phase flow F 6 and a liquid phase stream, and discharging the separated gas phase stream, and the gas phase flow F 6 .
  • Shear and / or front end of the first separator 11 so as to flow into the first separator 11 and / or the second separator 21 together with the supply flow F 1 or the first non-permeable flow F 2 .
  • a gas-liquid separator 30 connected between the first separator 11 and the second separator 21.
  • the selectivity and permeability of the first separator 11 and the second separator 21 may be different.
  • the first separation membrane 11 and the second separation membrane 21 may satisfy Equations 1 to 5 described above in the membrane separation apparatus, and the effects thereof are the same as described above.
  • the membrane separation device 1 may include a condenser 2, a gas-liquid separator 30, and a pressure regulating device, and the effects thereof are the same as described above.
  • the membrane separation apparatus of the present application may be used in various separation processes, and for example, may be used in an expandable polystyrene (EPS) manufacturing process.
  • EPS expandable polystyrene
  • the membrane separation device 1 of the present application in the EPS manufacturing process system, it is possible to separate and recover the pentane used as a blowing agent in the EPS manufacturing at low cost, thereby realizing eco-friendly EPS manufacturing process, By recycling the separated volatile organic compound (VOC) in the EPS manufacturing process, it is possible to reduce the production cost.
  • VOC volatile organic compound
  • the EPS manufacturing process system in addition to the membrane separation device 1 may include a reactor (Reactor).
  • a reactor Reactor
  • the reactor for example, polystyrene beads are polymerized, and the reactor may also be a column filled with a volatile organic compound (VOC), for example a pentane gas, which is a blowing gas gas.
  • VOC volatile organic compound
  • the foaming gas is in contact with the polystyrene beads and impregnated into the polystyrene beads, and the unimpregnated foaming gas may be discharged from the reactor through a discharge device to be described later together with a non-condensable gas to be described later.
  • the reactor may have a non-condensable gas supply device for supplying a non-condensable gas to the reactor, the non-condensable gas supplied from the non-condensable gas supply device is the unimpregnated foam gas And withdrawn from the reactor, can be introduced into the membrane separation device.
  • the unimpregnated blowing gas and non-condensable gas may be discharged through a discharge device connected to the other side of the portion where the non-condensable gas supply device of the reactor is connected, for example, the gas discharged from the discharge device.
  • the stream F 1 may be a feed stream F 1 introduced into the membrane separation device 1 described above.
  • the EPS manufacturing process system includes a condenser (2), a distillation apparatus, an adsorber in addition to the membrane separation apparatus (1) and the EPS reactor, non-condensable supply and discharge apparatus. It may further comprise an absorber (absorber) or gas-liquid separator (30).
  • the condenser 2 may be connected to the discharge device so that the gas discharged from the discharge device is introduced. By passing the condenser before the feed stream enters the first separation membrane 11, condensable components among the components to be separated can be condensed and separated in advance, and the mixture of the non-condensed gas state and the non-condensable gas mixture is mixed. By introducing only gas into the first separation membrane 11, there is an effect that can reduce the area of the membrane used.
  • the exemplary EPS manufacturing system may further include a regenerative combustion apparatus (RTO).
  • RTO may be included in the EPS manufacturing system of the present application as a combustion device to prevent the residual VOC component that may remain after passing through the membrane separation device to the atmosphere.
  • the present application relates to an apparatus for producing expandable polystyrene (EPS).
  • EPS expandable polystyrene
  • the apparatus for producing expandable polystyrene of the present application includes a reactor, a non-condensable gas supply device and a discharge device, and a separator connected to the discharge device.
  • a reactor for example, by passing the mixed gas of the non-condensable gas and the foaming gas impregnated in the expandable polystyrene (EPS) through the separation membrane, the pentane used as the blowing agent in the EPS manufacturing at low cost It can be separated and recovered, thereby realizing an eco-friendly EPS manufacturing process, it is possible to reduce the production cost by regenerating the separated foam gas to reuse in the EPS manufacturing process.
  • EPS expandable polystyrene
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of the manufacturing apparatus of the present application.
  • an exemplary manufacturing apparatus of the present application may include a reactor 2, a non-condensable gas supply device 3, a discharge device 4, and a separator 1.
  • the reactor 2 is a reactor in which polystyrene beads are polymerized, and the reactor may be filled with a styrene monomer and a polymerization initiator for polymerizing the polystyrene beads.
  • the reactor may be further charged with one or more additives selected from the group consisting of molecular weight regulators, flame retardants, dispersants, dispersion aids, pH regulators, and surfactants required for polymerization, as needed.
  • the polystyrene beads may be polymerized by various polymerization methods known in the art, and are not particularly limited, but may be polymerized by, for example, suspension polymerization.
  • a foaming gas for foaming the polystyrene beads may be filled.
  • the blowing gas may be impregnated into the polystyrene beads, and a portion of the blowing gas may remain inside the reactor without being impregnated with the polystyrene beads.
  • foaming gas various kinds of foaming gases are known in the art, and are not particularly limited, but volatile organic compounds such as pentane gas may be used.
  • the exemplary production apparatus may include a non-condensable gas supply device 3.
  • the non-condensable gas supply device 3 is a device for supplying the non-condensable gas to the reactor 2, and is connected to one side of the reactor 2. By supplying the non-condensable gas into the reactor 2, it is possible to prevent the unimpregnated foaming gas from condensing, thereby allowing the foaming gas not impregnated into the polystyrene beads to be easily discharged from the reactor 2.
  • the non-condensable gas may be used without limitation, various kinds of non-condensable gas known in the art, for example, nitrogen may be used.
  • the manufacturing apparatus is a discharge apparatus for discharging a mixed gas containing the non-condensable gas and the foaming gas not impregnated into the polystyrene beads polymerized in the reactor 2 of the foaming gas.
  • the unimpregnated blowing gas and non-condensable gas may be discharged through the discharge device 4 of the reactor 2, for example, the mixed gas flow F 1 discharged from the discharge device will be described later. It may be a supply flow (F 1 ) flowing into the separation membrane (1).
  • the discharge device 4 may be connected to the other side of the portion to which the non-condensable gas supply device 3 is connected, as shown in FIG. 5.
  • the manufacturing apparatus of the present application may also include a separator 1 connected to allow the mixed gas stream discharged from the discharge device 4 to be introduced.
  • the unimpregnated foam gas can be separated by passing a mixed gas stream including the unimpregnated foam gas component through the separation membrane (1), and the separated foam gas is the EPS By being reused in the manufacture of, it is possible to economically produce EPS and to prevent environmental pollution.
  • the separation membrane 1 may be connected to the discharge device 4 so that the flow of the mixed gas flows, and the mixed gas flow introduced into the separation membrane 1 passes through the separation membrane. It may be discharged by being divided into a permeate flow and a non-permeate flow that does not permeate the separator.
  • the permeate flow through the separator may be a flow having a higher concentration of foaming gas than that of the mixed gas flow.
  • the separator included in the apparatus for producing expandable polystyrene includes two or more separators, such as the second separator 21 connected to the first separator 11.
  • the apparatus for producing expandable polystyrene may include a first separator 11 and a relatively high selectivity to a foaming gas component to be separated, such as pentane, from a feed stream such as a mixed gas discharged from an EPS reactor.
  • the first separation membrane 11 may be connected in series, and may include a second separation membrane 21 having a relatively small selectivity for the foaming gas component but a larger permeability than the first separation membrane 11.
  • the apparatus for producing expandable polystyrene may include a first permeate stream F 3 through which the gas flow flows into the first separator and passes through the first separator, and the first separator does not pass through the first separator.
  • a first separation membrane divided into a non-permeable flow (F 2 ) and discharged;
  • a second permeate flow F 5 through which the first non-permeable flow F 2 flows into the second separator and passes through the second separator, and a second non-permeable flow F 4 , which does not pass through the second separator.
  • It may include a second separator 21 is divided and discharged.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may have different selectivity and transmittance.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may satisfy the following Equation 1.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may satisfy the following Equation 2.
  • ⁇ 1 AB represents the selectivity (P 1 A / P 1 B ) of component A with respect to component B present in the mixed gas stream F 1 flowing into the first separator
  • ⁇ 2 AB represents the selectivity (P 2 A / P 2 B ) of component A with respect to component B present in the first non-permeable stream (F 2 ) flowing into the second separator
  • P 1 A and P 1 B represent the permeability of component A and component B present in the mixed gas flow F 1 flowing into the first separator, respectively,
  • P 2 A and P 2 B represent the permeabilities of component A and component B present in the first non-permeable stream F 2 flowing into the second separator, respectively,
  • Component A represents at least one or more components to be separated, for example, a VOC component, from among at least two or more components introduced into each separator, and component B represents the remaining components other than component A among at least two or more components introduced into each separator. Represents a component.
  • ⁇ 1 AB , ⁇ 2 AB , P 1 A , P 1 B , P 2 A and P 2 B are the same as defined above.
  • one of the first separation membranes capable of recovering foaming gas for example, a VOC component with high efficiency and having high selectivity
  • the foamed gas can be separated at a high recovery rate even when a membrane having a small cross-sectional area is used, so that the foamed gas separation process can be performed more economically.
  • FIG. As shown in Figure 5, when the present application the feed stream to a first separator device (10) (F 1) is introduced, the feed stream (F 1) is first passed through the first separator (11) Instead of passing through the permeate stream F 3 and the first separator 11, it may be divided into a first non-permeate stream F 2 that is discharged and flows into the second separator 20.
  • the first permeation stream F 3 passes through the first separation membrane 11 having a very high selectivity and low permeability for component A relative to the second separation membrane 21, and thus, the first permeation flow F 3 .
  • Flow F 3 may be a flow that is relatively rich in component A.
  • the second permeate stream F 5 passes through the second separator 21, which has a relatively lower selectivity but higher permeability than the first separator 11, and thus, may not be applied to the first permeate stream F 3 .
  • the flow may be relatively rich in component A.
  • the second non-permeable stream F 4 finally discharged through this process may result in almost no component A.
  • the separation membrane 1 includes the first separation membrane 11 and the second separation membrane 21 satisfying Equations 1 and 2, and preferably, selectivity to the material to be separated, in particular, the foaming gas. May comprise separators 11 and 21 greater than one.
  • selectivity of the component A with respect to the component B of the first separator 11 ⁇ 1 AB
  • selectivity ( ⁇ 2 AB ) of the component A with respect to the component B of the second separator 21 may satisfy Equations 3 and 4 below.
  • the selectivity ( ⁇ 1 AB ) of the component A with respect to the component B of the first separator 11 and the component A with respect to the component B of the second separator 21 When the selectivity ( ⁇ 2 AB ) satisfies Equations 3 and 4, the blowing gas, for example, VOC, can be separated and recovered with high selectivity.
  • the first separation membrane 11 and the second separation membrane 21 included in the membrane separation apparatus 1 satisfy the above formulas 1 and 2, and at the same time, the components of the first separation membrane 11 Permeability (P 1 B ) of B and transmittance (P 2 B ) of the component B of the second separator 21 may satisfy the following Equation 5.
  • P 1 A of the first separation membrane 11 of the membrane separation device 1 is 20, P 1 B is 2, P 2 A of the second separation membrane 21 is 40, and P 2 B is 10
  • the ⁇ 1 AB value of the first separator 11 is 10
  • the ⁇ 2 AB value of the second separator 21 is 4, thus, the value of ⁇ 1 AB - ⁇ 2 AB is 6, which satisfies Equation 1.
  • P 2 A ⁇ The value of P 1 A is 20, which satisfies Equation 2.
  • ⁇ 1 AB and ⁇ 2 AB both have a value greater than 1, and the value of P 2 B -P 1 B is 8, which satisfies Equation 5.
  • the separators 11 and 21 which may be included in the separator devices 10 and 20 used in the separator 1 of the present application are not particularly limited as long as the equations 1 and 2 are satisfied. It can be used without limitation depending on the VOC component to be separated.
  • the permeability (P 1 A ) and the second separator device 20 of the first separator 11 included in the first separator device 10 Permeability (P 2 A ) of the second separator 21 included in the) may be 20 GPU or more, for example, 30 GPU or more, 40 GPU or more, preferably 50 GPU or more, more preferably 100 GPU or more.
  • the first transmission of the first separator (11) (P 1 A) and the transmittance of the second membrane (21) (P 2 A) is less than 20 GPU, it may cause problems that decrease the processing capacity of the separator.
  • the upper limit of the transmittance is not particularly limited, and may be, for example, 100,000 GPU or less in consideration of practical applicability.
  • the selectivity ( ⁇ 1 AB ) of the component A with respect to the component B of the first separator 11 and the second The selectivity ( ⁇ 2 AB ) of the component A with respect to the component B of the separator 21 may be 10 or more, for example, 15 or more, preferably 20 or more, more preferably 30 or more.
  • the selectivity ( ⁇ 1 AB ) of the component A and the selectivity ( ⁇ 2 AB ) of the component A with respect to the component B of the second separator 21 are less than 10, a problem may occur in which separation efficiency is lowered. have.
  • the EPS manufacturing apparatus may include a vacuum pump 40.
  • the vacuum pump 40 is manufactured in the present application in order to provide a pressure difference with respect to the first and second permeate flows of the first and second separators 11 and 21 and the first and second non-permeate flows. It can be included in the device.
  • the membrane separation device 1 is a pressurization device for regulating the pressure of the flow flowing into the first separation membrane, for example, before the feed flow is introduced into the first separation membrane 11. It may further include a compressor. By means of the pressurizing device, the pressure of the feed stream can be pressurized, whereby the first and second permeate streams of the first separator 11 and the second separator 21 and the first and second non-permeable streams are applied. Pressure differential can be provided.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing another exemplary embodiment of the EPS manufacturing apparatus of the present application.
  • an exemplary EPS manufacturing apparatus includes a reactor 2, a non-condensable gas supply device 3 for supplying a non-condensable gas to the reactor 2, and a discharge device 4 connected to the reactor 2. ), A condenser 5 connected to the discharge device and a separator 1 into which the non-condensed flow from the condenser flows.
  • the separator 1 may include a first separator and a second separator as described above.
  • a non-condensed flow from the condenser 5 flows into the first separator and passes through the first separator F 3 and a first non-permeate stream not passing through the first separator ( A first separator separated into F 2 ); And a second permeate flow F 5 , through which the first non-permeable flow F 2 flows into the second separator and passes through the second separator, and a second non-permeable flow F 4 , which does not pass through the second separator.
  • It may include a second separator 21 is divided and discharged.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may have different selectivity and transmittance.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may satisfy Equations 1 to 5 described above in the first embodiment of the EPS manufacturing apparatus, and the effects thereof are the same as described above.
  • the condenser 5 may be connected to the discharge device 4 so that the mixed gas discharged from the discharge device 4 is introduced.
  • the manufacturing apparatus of the present application includes the condenser 5, the feed stream F 1 passes through the condenser 5 before entering the first separation membrane 11, so that the component to be separated, that is, the foaming gas
  • the heavy condensable component (F 7 ) can be condensed and pre-separated.
  • only the mixed gas of the non-condensed foaming gas component and the non-condensable gas mixture is introduced into the first separation membrane 11, whereby the area of the membrane used can be reduced.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing still another exemplary embodiment of the EPS manufacturing apparatus of the present application.
  • an exemplary EPS manufacturing apparatus includes a reactor 2, a non-condensable gas supply 3 device for supplying a non-condensable gas to the reactor 2, and a discharge device 4 connected to the reactor 2. ) And a gas-liquid separator 30 connected to the separation membrane 1 in addition to the separation membrane 1 connected to the discharge device 4.
  • the separator 1 may include the first separator 11 and the second separator 21 as described above.
  • a mixed gas stream discharged from the discharging device (4) into the first separator first permeate stream (F 3) and the first non-permeate does not pass through the first separation membrane that has passed through the first separator
  • a first separator divided into a flow F 2 and discharged
  • a second permeate flow F 5 through which the first non-permeable flow F 2 flows into the second separator and passes through the second separator, and a second non-permeable flow F 4 , which does not pass through the second separator.
  • It may include a second separator 21 is divided and discharged.
  • first separator 11 and the second separator 21 may have different selectivity and transmittance.
  • first separator 11 and the second separator 21 may satisfy Equations 1 to 5 described above in the first embodiment of the EPS manufacturing apparatus, and the effects thereof are the same as described above.
  • the EPS manufacturing apparatus may include a gas-liquid separator 30.
  • the first permeate stream F 3 and the second permeate flow F 5 of the membrane separation device 1 may be introduced into the gas-liquid separator 30, and in the gas-liquid separator 30, the first permeate flow ( F 3 ) and the components contained in the second permeate flow (F 5 ) by gas-liquid separation, the flow of separated gaseous components (F 6 ) to the first separator 11 and / or the second separator 21 Can be reintroduced and reisolated.
  • the EPS manufacturing apparatus of the present application includes the gas-liquid separator 30, the separated gas phase component is reused in the membrane separation process to maximize the amount of the component recovered in the process.
  • the EPS manufacturing apparatus may further include a pressure regulating device, such as a pressurizing or depressurizing device.
  • the gas-liquid separator 30, the gaseous flow (F 6) may further comprise a pressurizing device for pressurizing the gaseous flow (F 6) before being introduced into the first separator (11) have.
  • the pressurization device may be a compressor, but is not limited thereto.
  • the supply flow (F 1 ) flowing into the first separation membrane 11 and the first non-permeable flow (F 2 ) flowing into the second separation membrane 21 are higher pressure than the gas phase flow F 6 at atmospheric pressure.
  • the gas phase flow F 6 at atmospheric pressure is the first non-permeable flow F 2 introduced into the second separation membrane 21 and the supply flow F 1 supplied to the first separation membrane 11.
  • it may be regulated through the pressurization device to the same pressure as the feed stream F 1 and / or the first non-permeate stream F 2 .
  • the pressure regulating device may be a pressure reducing device
  • the membrane separation device 1 may be a pressure reducing device for reducing the first non-permeable flow F 2
  • the first 1 may further include a control valve installed in the pipe through which the non-permeable flow (F 2 ) flows.
  • the gas-liquid separator 30 may be connected such that the gaseous flow F 6 discharged from the gas-liquid separator 30 flows into the second separation membrane 21.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing still another exemplary embodiment of the EPS manufacturing apparatus of the present application.
  • an exemplary EPS manufacturing apparatus includes a reactor 2, a non-condensable gas supply device 3 for supplying a non-condensable gas to the reactor 2, and a discharge device 4 connected to the reactor 2. ), A condenser 5 connected to the discharge device, a separator 1 into which the non-condensed flow flows from the condenser, and a gas-liquid separator 30 connected to the separator 1.
  • the separator 1 may include the first separator 11 and the second separator 21 as described above.
  • a non-condensed flow from the condenser 5 flows into the first separator and passes through the first separator F 3 and a first non-permeate stream not passing through the first separator ( A first separator separated into F 2 ); And a second permeate flow F 5 , through which the first non-permeable flow F 2 flows into the second separator and passes through the second separator, and a second non-permeable flow F 4 , which does not pass through the second separator.
  • It may include a second separator 21 is divided and discharged.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may have different selectivity and transmittance.
  • the first separator 11 and the second separator 21 may satisfy Equations 1 to 5 described above in the first embodiment of the EPS manufacturing apparatus, and the effects thereof are the same as described above.
  • the membrane separation device 1 may include a condenser 2, a gas-liquid separator 30, and a pressure regulating device, and the effects thereof are the same as described above.
  • the present application also relates to a membrane separation method.
  • the membrane separation method comprises a first permeate stream F 3 , which feeds a feed stream comprising component A and component B to the first separator 11 and passes through the first separator 11 and Discharging the first non-permeable flow (F 2 ) not passing through the first separation membrane (11); And supplying the first non-permeable flow F 2 to the second separator 21 so as not to pass through the second permeate flow F 5 and the second separator 21 passing through the second separator 21. And discharging the second non-permeable stream F 4 .
  • the first separation membrane 11 and the second separation membrane 21 may satisfy Equations 1 to 5 described above in the membrane separation apparatus, and the effects thereof are the same as described above.
  • the membrane separation method may further comprise condensing the feed stream F 1 comprising component A and component B before feeding it to the first separation membrane 11.
  • the condensed stream F 7 in the feed stream F 1 may be separated.
  • the non-condensed flow of the feedstock may be supplied to the first separation membrane (11).
  • the first permeate stream (F 3 ) and the second permeate stream (F 5 ) may be introduced into the gas-liquid separator 30 to separate the liquid phase and the gas phase flow.
  • the method may further include supplying the separated gas phase flow F 6 to the first separator 11 and / or the second separator 21.
  • the first permeate flow F 3 and the second permeate flow F 5 of the membrane separation apparatus 1 are introduced into the gas-liquid separator 30, so that in the gas-liquid separator 30, the first permeate flow F 3 is obtained.
  • the components included in the second permeate flow (F 5 ) can be gas-liquid separated.
  • the flow F 6 of the separated gas phase component may be re-introduced into the first separation membrane 11 or the second separation membrane 21 to be separated again.
  • the separated gas phase component (F 6 ) can be reused in the membrane separation process to reduce the cost used for the process.
  • supplying the separated gas phase stream F 6 to the first separator 11 and / or the second separator 21 may include supplying the separated gas phase stream F 6 to the pressure of the feed stream. Pressurized to the same pressure as and may be performed by supplying to the first separator 11 and / or the second separator 21.
  • the first non-permeable stream F 2 introduced into the first separator 11 and the second non-transmitted membrane F 2 introduced into the first separator 11 is a high pressure stream having a higher pressure than the gas phase flow F 6 at atmospheric pressure. Therefore, the gas phase flow (F 6 ) of the atmospheric pressure, the first non-permeable flow (F 2 ) flowing into the feed flow (F 1 ) and / or the second separation membrane 21 supplied to the first separation membrane (11).
  • a pressurizing device for example a compressor.
  • supplying the separated gas phase stream F 6 to the first separator 11 and / or the second separator 21 may include supplying the first non-permeable stream F 2 to the separated gas phase.
  • the pressure may be reduced to the same pressure as the flow F 6 , and the reduced first non-permeable flow F 2 and the separated gas phase flow F 6 may be supplied to the second separator 21.
  • the membrane separation method of the present application can be used in various fields, for example, can be used in the manufacturing process of expandable polystyrene (EPS).
  • EPS expandable polystyrene
  • the EPS manufacturing process includes the membrane separation method described above, so that the pentane used as a blowing agent in the EPS manufacturing can be separated and recovered at low cost, thereby realizing eco-friendly EPS manufacturing process.
  • By regenerating the separated VOC and reusing it in the EPS manufacturing process it is possible to reduce the production cost.
  • the present application also relates to a process for producing expandable polystyrene.
  • the method for producing expandable polystyrene includes a non-condensable gas supplied to a reactor in which polystyrene beads are polymerized and filled with a blowing gas, and a mixed flow of the blowing gas and the non-condensable gas impregnated in the polystyrene beads. It is supplied to the separation membrane, and divided into a permeate flow passing through the separation membrane and a non-permeable flow that does not pass through the separation membrane.
  • the polymerization of the polystyrene beads in the above can be produced by the same method as described in the above-described EPS manufacturing apparatus.
  • the manufacturing method the first permeate flow through the first separation membrane 11 by supplying the mixed flow of the blowing gas and non-condensable gas impregnated in the polystyrene beads to the first separation membrane 11 (F 3 ) and discharging the first non-permeable flow (F 2 ) not passing through the first separation membrane (11); And a second permeate stream F 5 passing through the second separator 21 and a second non-permeate membrane not passing through the second separator by supplying the first non-permeable stream F 2 to the second separator 21. Evacuating the flow F 4 .
  • the first separator 11 and the second separator 21 may satisfy Equations 1 to 5 described above in the EPS manufacturing apparatus, and the effects thereof are the same as described above.
  • the method for producing the expandable polystyrene may further include condensing the mixed flow of the foamed gas and the non-condensable gas impregnated in the polystyrene beads before supplying to the first separator 11. .
  • the condenser 3 before the mixed gas stream including the foaming gas is supplied to the first separation membrane 11, the condenser 3 is condensed by entering the condenser 3, and the condensed stream F 7 is included in the gas stream including the foaming gas.
  • the non-condensed flow (F 1 ) of the gas flow containing the foaming gas may be supplied to the first separation membrane (11).
  • the condensable foaming gas components By condensing the gas stream comprising the blowing gas, for example volatile organic compounds (VOCs), before entering the first separator 11, the condensable foaming gas components can be condensed and pre-separated, and not condensed foaming By flowing only the mixed gas of the gas component and the non-condensable gas mixture into the first separation membrane 11, there is an effect that the area of the membrane used can be reduced.
  • VOCs volatile organic compounds
  • the first permeate stream F 3 and the second permeate stream F 5 are introduced into the gas-liquid separator 30 to be separated into a liquid flow and a gaseous flow.
  • the method may further include supplying the separated gas phase flow F 6 to the first separator 11 and / or the second separator 21.
  • the first permeate flow F 3 and the second permeate flow F 5 of the membrane separation apparatus 1 are introduced into the gas-liquid separator 30, so that in the gas-liquid separator 30, the first permeate flow F 3 is obtained.
  • the components included in the second permeate flow (F 5 ) can be gas-liquid separated.
  • the flow of the separated gas phase component may be re-introduced into the first separation membrane 11 or the second separation membrane 21 to be separated again.
  • the separated gas phase component (F 6 ) is reused in the EPS manufacturing process has the effect of saving the cost used for the process.
  • supplying the separated gas phase stream F 6 to the first separator 11 and / or the second separator 21 may include supplying the separated gas phase stream F 6 to the pressure of the feed stream. Pressurized to the same pressure as and may be performed by supplying to the first separator 11 and / or the second separator 21.
  • the first non-permeable stream F 2 introduced into the first separator 11 and the second non-transmitted membrane F 2 introduced into the first separator 11 is a high pressure stream having a higher pressure than the gas phase flow F 6 at atmospheric pressure. Therefore, the gas phase flow F 6 at atmospheric pressure is mixed with the feed stream F 1 supplied to the first separation membrane 11 and the first non-permeable flow F 2 flowing into the second separation membrane 21. Prior to this, it may be regulated to the same pressure as the feed stream F 1 and the first non-permeate stream F 2 via a pressurization device, for example a compressor.
  • supplying the separated gas phase stream F 6 to the first separator 11 and / or the second separator 21 may include supplying the first non-permeable stream F 2 to the separated gas phase.
  • the pressure may be reduced to the same pressure as the flow F 6 , and the reduced first non-permeable flow F 2 and the separated gas phase flow F 6 may be supplied to the second separator 21.
  • the EPS manufacturing method of the present application it is possible to separate and recover the pentane used as a blowing agent at the time of EPS manufacturing at low cost, thereby realizing an eco-friendly EPS manufacturing process, and recycle the separated VOC to EPS manufacturing process It is possible to reduce the production cost by reusing it.
  • the membrane separation apparatus and method of the present application it is possible to separate the components to be separated with a high selectivity using a separation membrane of a small area, there is an effect that can be excellently improved the efficiency and economic efficiency of the process.
  • the manufacturing apparatus and method of the expandable polystyrene of the present application it is possible to separate the foaming gas components, particularly volatile organic compounds to be separated with a high selectivity using a small area separation membrane, thereby excellent process efficiency and economic efficiency Not only can it be improved, but by separating and recovering volatile organic compounds, there is an effect of preventing environmental pollution caused by global warming.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment of an exemplary membrane separation apparatus of the present application.
  • FIGS. 2 to 4 are diagrams schematically showing various embodiments of the exemplary membrane separation apparatus of the present application.
  • FIG. 5 is a view schematically showing an exemplary apparatus for producing expandable polystyrene of the present application.
  • 6 to 8 are diagrams schematically showing various embodiments of an exemplary apparatus for producing expandable polystyrene of the present application.
  • FIG. 9 is a view illustrating a membrane separation device including only the first separation membrane of the present application by way of example.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a membrane separation device including only the second separation membrane of the present application.
  • FIG. 11 is a graph showing the content of pentane in a gas mixed with unimpregnated pentane and nitrogen introduced into the EPS manufacturing apparatus of Example 6 of the present application over time.
  • FIG. 12 is a graph showing the content of pentane in a gas mixed with unimpregnated pentane and nitrogen introduced into the EPS manufacturing apparatus of Example 7 of the present application over time.
  • a membrane as shown in FIG. 9 comprising only a first separator having high selectivity for pentane gas at a flow rate of 4.0 kgf / cm 2 and 4.1 kg / hr of a gas containing pentane and nitrogen (pentane content 12.7 mol%)
  • the membrane separation process was performed by entering the separation apparatus.
  • % Recovery flow rate of recovered component A (kg / hr) / flow rate of introduced component A (kg / hr) x 100.
  • Membrane separation as shown in FIG. 10 including only the second separator having a high permeability to the pentane gas at a flow rate of 4.0 kgf / cm 2 and 3.8 kg / hr of a gas containing pentane and nitrogen (pentane content of 12.9 mol%)
  • the membrane separation process was carried out in the same manner as in Example 1 except that the apparatus was introduced into the apparatus.
  • the content of pentane in the second non-permeate stream discharged without passing through the second separation membrane was measured at 0.4 mol%, and the recovery rate of pentane (component A) of the membrane separation apparatus calculated by Equation 3 was 97%.
  • a mixture of pentane and nitrogen (13.4 mol% of pentane) was used to flow the first separator used in Example 1 and the second separator used in Example 2 at a flow rate of 4.0 kgf / cm 2 and 4.1 kg / hr.
  • a membrane separation process was performed in the same manner as in Example 1 except that the membrane separation apparatus was connected as shown in FIG. 1.
  • the content of pentane in the second non-permeate stream discharged without passing through the second separator was determined to be 0.2 mol%, and the recovery rate of pentane (component A) of the membrane separation apparatus calculated by Equation 3 was calculated to be 99%.
  • the recovery of pentane (component A) recovered in the condenser was calculated to be 59%.
  • the content of the pentane in the second non-permeate stream discharged without passing through the second separation membrane was measured to be 0.7 mol%, and the recovery rate of the pentane (component A) of the membrane separation apparatus calculated by Equation 3 was 95%.
  • the total pentane recovery using the condenser and membrane separator was measured to be 98%.
  • the recovery of pentane (component A) recovered in the condenser was calculated to be 66%.
  • the content of pentane in the second non-permeate stream discharged without passing through the second separation membrane was measured to be 0.036 mol%, and the recovery rate of pentane (component A) of the membrane separation apparatus calculated by Equation 3 was calculated to be 99.8%. It became.
  • the total pentane recovery using the condenser and membrane separator was measured to be 99.9%.
  • a gas mixture of pentane and nitrogen (15.2 mol% of pentane) is supplied to a membrane separation device that connects the first and second separators satisfying the following conditions at a flow rate of 3.0 kgf / cm 2 and 1.4 Nm 3 / hr. Simulation experiment of the membrane separation process was carried out by inflow. In this case, the recovery rate of pentane (component A) of the membrane separation device calculated by the equation (3) was calculated to be 96%.
  • a mixture of pentane and nitrogen (15.2 mol% of pentane) was introduced into the second separator used in Experiment 1 at a flow rate of 3.0 kgf / cm 2 and 1.4 Nm 3 / hr of the meter pressure, and passed through the second separator.
  • a simulation experiment of the membrane separation process was performed in the same manner as in Experiment 1 except that the non-permeable flow was introduced into the membrane separation device connected to be introduced into the first separation membrane used in Experimental Example 1. In this case, the recovery rate of pentane (component A) of the membrane separation device calculated by Equation 3 was calculated to be 94%.
  • the reactor internal temperature was raised to 90 ° C. for 90 minutes, and 0.03 kg of potassium persulfate aqueous solution having 1% TSC as a dispersing aid was added after 1 hour of temperature increase.
  • the temperature was maintained at 210 ° C. for 210 minutes, during which 0.3 kg of tricalcium phosphate as a pH regulator and 0.007 kg of polyoxyethylene sorbitan monolaurate as a surfactant were added thereto.
  • 25 kg of pentane, a blowing agent was added, and the reactor internal temperature was raised to 100 ° C.
  • the reactor internal gauge pressure is constant at 3.5 kgf / cm 2
  • the mixed gas of pentane and nitrogen which is not impregnated by the discharge device is discharged from the reactor, and the gauge pressure is maintained at 3.5 kgf / cm 2
  • Part of the pentane was condensed by introducing a 6.0 kg / hr flow rate to a condenser cooled to 15 °C.
  • the condensed stream (F 7 ) flowing out of the condenser is separated separately, the membrane separation device including only the first separation membrane used in Example 1 at a flow rate of 5.4 kg / hr mixed non-condensed pentane gas and nitrogen gas Flowed into.
  • FIG. 11 is a graph showing the content of pentane in a gas mixed with unimpregnated pentane and nitrogen over time.
  • the condensed stream (F 7 ) flowing out of the condenser is separated separately, and the first separator, the second separator and the gas-liquid separator used in Example 5 at a flow rate of 5.6 kg / hr are mixed with non-condensed pentane and nitrogen. It was introduced into the membrane separation device connected as shown in FIG. In this case, while controlling the non-permeable flow of the first separator at atmospheric pressure, the second separator was introduced into the second separator, and the gas phase flow separated from the gas-liquid separator was circulated to the second separator.
  • FIG. 12 is a graph showing the content of pentane in a gas mixed with unimpregnated pentane and nitrogen introduced into the manufacturing apparatus of FIG. 8 over time.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 출원은 막 분리 장치에 관한 것으로서, 본 출원의 분리 장치에 의하면, 작은 면적의 분리막을 이용하여 분리하고자 하는 성분을 고 선택도로 분리할 수 있어, 공정의 효율성 및 경제성을 탁월하게 향상시킬 수 있으며, 상기 막 분리 장치를 포함하는 발포성 폴리 스티렌의 제조 장치에 의하면, 작은 면적의 분리막을 이용하여 분리하고자 하는 성분, 특히 휘발성 유기화합물(VOC)을 고선택도로 분리할 수 있어, 공정의 효율성 및 경제성을 탁월하게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, VOC를 분리 및 회수함으로써, 지구 온난화에 의한 환경오염을 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

막 분리 장치
본 출원은 막 분리 장치, 막 분리 방법, 발포성 폴리스티렌의 제조 장치 및 발포성 폴리스티렌의 제조 방법에 관한 것이다.
막을 이용하여 기체 혼합물로부터 특정 기체를 선택적으로 분리하는 방법은 널리 알려진 기술이며, 1800년대 중반 T.Graham에 의하여 기체 분리막의 용해-확산 모델이 제시된 이 후, 기체 분리막에 대한 연구가 활발히 이루어져왔으나, 1980년대에 이르러 상용화 되어 다양한 분야에 적용되고 있다.
일반적으로, 비 다공성막을 통과하는 기체의 투과 현상은 T.Graham이 제시한 상기 용해-확산 모델을 이용하여 설명되는데, 이 경우, 각 기체 성분의 상대적인 확산계수 및 용해도 상수는 막을 구성하는 물질에 따라 서로 다르게 나타난다. 또한, 가장 바람직한 기체 분리막 소재는 높은 투과도와 높은 선택도를 동시에 나타내어야 하는 것으로 알려져 있다. Robeson(1991, J. Membr, Sci, 62, 165)은 투과도와 선택도 사이에는 상관관계가 있어 투과도가 증가하면 선택도가 감소하게 되고 반대로 선택도가 증가하면 투과도는 감소하게 되는 것을 밝혀내었으며, 이에 따라 상기 투과도와 선택도의 상관관계에 따른 상한선을 제안하고 있다. 상기 Robeson이 제안한 상한선을 초과하는 막 소재를 개발하는 것은 매우 어려우며 더구나 이를 상용화하는 것은 더더욱 어려운 과제로 알려져 있다.
따라서, 높은 투과도와 높은 선택도를 동시에 나타내는 분리막을 개발하는 것보다는, 압력차, 조성, 온도 등 기체 분리 공정 조건을 변경하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 상기 조건을 변경하는 것은 공정 조건을 변경해야 하므로, 비용이 많이 발생하는 문제점이 존재한다.
한편, 발포성 폴리스티렌(Expandable Polystyrene, 이하 EPS)을 생산하기 위한 공정에서는, EPS 반응기 내에 발포제로서 VOC인 펜탄을 과량으로 투입하여 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 비드에 펜탄을 함침시키고, 미함침된 펜탄은 상기 반응기 외부로 배출하게 된다. 이렇게 배출된 펜탄이 바로 대기 중으로 배출되는 것을 막기 위하여, 예를 들면, 축열식 연소장치(Regenerative Thermal Oxidation, RTO)를 통하여 소각 후 대기로 배출되나, 상기 과정에서, 다량의 일산화탄소, 이산화탄소 또는 질소 산화물 등의 유독가스가 대기 중으로 방출되게 된다.
이 과정에서, 상기 발포제는 투입량의 약 5 내지 20%가 손실되어, 경제성의 측면에서도, 상기 폴리스티렌의 제조 비용이 상승하는 문제가 발생하게 된다.
본 출원은 막 분리 장치, 막 분리 방법, 발포성 폴리스티렌의 제조 장치 및 발포성 폴리스티렌의 제조 방법을 제공한다.
본 출원의 막 분리 장치는 직렬로 연결된 이종의 분리막을 포함한다. 예를 들면, 상기 분리 시스템은 제 1 분리막 및 상기 제 1 분리막 연결된 제 2 분리막과 같이, 둘 이상의 분리막을 포함한다. 예를 들면, 상기 막 분리 장치는, 공급 흐름 중에서 분리하고자 하는 성분에 대한 선택도가 상대적으로 높은 제 1 분리막 및 상기 제 1 분리막의 후단에 직렬로 연결되며, 분리하고자 하는 성분에 대한 선택도는 상대적으로 작으나 투과도가 제 1 분리막에 비하여 큰 제 2 분리막을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 분리 장치는, 공급 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막; 및 상기 제 1 비투과 흐름이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 분리막 및 제 2 분리막은, 전술한 바와 같이, 선택도 및 투과도가 상이할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 「직렬로 연결」은 상기 제 1 분리막 및 제 2 분리막의 투과 흐름 및 비투과 흐름이 상기와 같이 배출되도록 연결된 것을 의미한다.
본 명세서에서, 사용되는 용어 「선택도」는 분리막을 투과하는 둘 이상의 성분 중 특정 성분을 선택적으로 투과할 수 있는 정도를 의미하며, 또한, 본 명세서에서, 사용되는 용어 「투과도」는 분리막이 특정 성분을 투과시키는 투과 속도를 의미한다. 예를 들어, 성분 A 및 성분 B로 이루어진 2 성분의 혼합물 흐름이 분리막 장치로 유입되는 경우, 성분 A의 투과도를 PA, 성분 B의 투과도를 PB라고 나타낼 경우, 상기 성분 A의 투과도 PA는 하기 수학식 1에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식 1]
PA(GPU) = [표준 상태(STP)에서 혼합물 흐름 중 성분 A의 분리막 투과 부피 속도×106] / [분리막 면적×투과 흐름과 비투과 흐름의 압력차](cm3/cm2·s·cmHg)
상기에서 「표준 상태」는 0℃의 온도 및 1 기압의 압력 상태를 의미한다. 또한, 상기에서 「투과 흐름」은 분리막으로 유입되는 흐름 중 분리막을 통과하는 흐름을 의미하며, 상기 「비투과 흐름」은 상기 분리막으로 유입되는 흐름 중 분리막을 통과하지 않는 흐름을 의미한다.
또한, 성분 A 및 성분 B로 이루어진 2 성분의 혼합물 흐름이 분리막 장치로 유입되는 경우, 상기 성분 B에 대한 성분 A의 선택도는 하기 수학식 2에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식 2]
αAB = PA/PB
일반적으로 막 분리 공정의 용량은 막의 면적과 관계되나, 분리막의 경우, 면적에 비례하여 가격이 큰 폭으로 상승하며, 고 선택도를 가지는 분리막의 경우, 투과도가 떨어져 넓은 면적의 분리막을 사용하여야 한다. 그러나 본 출원의 막 분리 장치에서는, 상기와 같이 분리하고자 하는 성분에 대한 선택도 및 투과도가 상이한 이종의 분리막, 예를 들면, 선택도가 상대적으로 높은 분리막을 전단에, 투과도가 상대적으로 큰 분리막을 후단에 직렬로 연결함으로써, 작은 면적의 분리막을 사용하고서도 고효율로 분리하고자 하는 성분의 분리가 가능하므로 경제적이고 효율적으로 공정을 운전할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서 첨부하는 도면을 참조하여 본 출원의 분리 장치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 상기 도면에 의하여 본 발명의 범위가 제한되지 아니한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 출원의 막 분리 장치에서 기체 혼합물이 분리되는 과정을 상세히 설명한다. 도 1은 예시적인 상기 막 분리 장치의 제 1 실시예를 모식적으로 나타낸 도면이다. 하나의 예시에서, 도 1와 같이, 상기 막 분리 장치(1)의 상기 제 1 분리막 장치(10) 및 제 2 분리막 장치(20)는 선택도 및 투과도가 상이한 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)을 각각 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
α1 AB - α2 AB > 0
또한, 이와 동시에, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
P2 A - P1 A > 0
상기 식 1에서,
α1 AB는 상기 제 1 분리막에 유입되는 공급 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P1 A/P1 B)를 나타내고,
α2 AB는 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P2 A/P2 B)를 나타내며,
상기에서 P1 A 및 P1 B는 각각 상기 제 1 분리막에 유입되는 공급 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내고,
P2 A 및 P2 B는 각각 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내며,
상기에서 성분 A는 각 분리막에 유입되는 적어도 둘 이상의 성분 중 적어도 하나 이상의 분리 대상 성분을 나타내고, 성분 B는 각 분리막에 유입되는 적어도 둘 이상의 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분을 나타낸다.
또한, 이하의 막 분리 장치에서, α1 AB, α2 AB, P1 A, P1 B, P2 A 및 P2 B는 상기에서 정의한 바와 동일하다.
본 출원에서는, 상기 식 1 및 2를 만족하도록 분리막(11, 21)을 직렬로 연결함으로써, 분리하고자 하는 성분을 고효율로 회수할 수 있으며, 고선택도를 가지는 제 1 분리막 하나만으로 막 분리 장치를 구성하는 경우에 비하여, 작은 단면적의 분리막을 사용하고도 분리하고자 하는 성분을 높은 회수율로 분리할 수 있으므로, 보다 경제적으로 기체 혼합물의 분리 공정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 도 1에서 나타나듯이, 본 출원의 제 1 분리막 장치(10)로 공급 흐름(F1)이 유입되면, 상기 공급 흐름(F1)은 제 1 분리막(11)을 통과한 제 1 투과 흐름(F3)과 제 1 분리막(11)을 통과하지 않고, 배출되어 제 2 분리장치(20)로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 질 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 투과 흐름(F3)에는 제 2 분리막(21)에 비하여 상대적으로 성분 A에 대한 매우 높은 선택도 및 낮은 투과도를 가지는 제 1 분리막(11)을 통과하므로, 상기 제 1 투과흐름(F3)은 상대적으로 성분 A 가 농후한 흐름일 수 있다. 또한, 상기 제 1 비투과 흐름(F2)은, 제 2 분리막 장치(20)로 유입된 후에, 제 2 분리막(21)을 통과한 제 2 투과 흐름(F5)과 제 2 분리막(21)을 통과하지 않고 유출되는 제 2 비투과 흐름(F4)로 나뉘어 질 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 투과 흐름(F5)은, 제 1 분리막보다 상대적으로 선택도는 낮으나, 투과도는 높은 제 2 분리막(21)을 통과하므로, 제 1 투과 흐름(F3)에 비하여는 적지만, 상대적으로 성분 A가 농후한 흐름일 수 있다. 또한, 이러한 과정을 거쳐 최종적으로 유출되는 제 2 비투과 흐름(F4)에는 결과적으로 성분 A가 거의 포함되지 않을 수 있다. 상기에서, 사용되는 용어 「농후한 흐름」이란, 공급 흐름(F1)에 포함된 적어도 하나 이상의 분리 대상 성분 각각의 함량보다 제 1 투과 흐름(F3) 또는 제 2 투과흐름(F5)에 포함된 분리 대상 성분 각각의 함량이 더 높은 흐름을 의미하며, 제 1 투과 흐름(F3) 또는 제 2 투과흐름(F5)에 포함된 분리 대상 성분 각각의 함량이 예를 들어, 50 중량% 이상, 80 중량% 이상, 90 중량% 이상, 95 중량% 이상 또는 99 중량% 이상인 흐름을 의미할 수 있다.
또한 상기 막 분리 장치(1)는 상기 식 1 및 2를 만족하는 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)을 포함함과 동시에, 바람직하게는, 분리하고자 하는 물질, 특히 분리하고자 하는 성분에 대한 선택도가 1 보다 큰 분리막(11, 21)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1와 같이, 성분 A 및 각 분리막에 유입되는 적어도 둘 이상의 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분 B를 포함하는 공급 흐름(F1)이 막 분리 장치(1)로 유입되는 경우, 제 1 분리막(11)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α1 AB) 와 상기 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α2 AB)는 하기 식 3 및 식 4를 만족할 수 있다
[식 3]
α1 AB > 1
[식 4]
α2 AB > 1
상기 막 분리 장치(1)에서, 제 1 분리막(11)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α1 AB)와 상기 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α2 AB)가 상기 식 3 및 식 4를 만족함으로써, 분리하고자 하는 성분을 높은 선택도로 분리 및 회수할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 막 분리 장치(1)에 포함되는 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은, 상기 식 1 및 2를 만족함과 동시에, 제 1 분리막(11)의 상기 성분 B의 투과도(P1 B) 및 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B의 투과도(P2 B)는 하기 식 5를 만족할 수 있다.
[식 5]
P2 B - P1 B > 0
예를 들면, 상기 막 분리 장치(1)의 제 1 분리막(11)의 P1 A가 20, P1 B가 2 이고, 제 2 분리막(21)의 P2 A가 40, P2 B가 10일 경우, 제 1 분리막(11)의 α1 AB 값은 10, 제 2 분리막(21)의 α2 AB 값은 4가 되며, 따라서 α1 AB - α2 AB의 값은 6으로 식 1을 만족하게 되고, 또한, P2 A - P1 A의 값은 20으로 식 2를 만족하게 된다. 한편, 이 경우, 식 3 및 식 4와 같이, α1 AB 및 α2 AB 는 모두 1보다 큰 값을 가지며, 또한, P2 B - P1 B의 값은 8로 식 5를 만족하게 된다.
본 출원의 막 분리 장치(1)에 사용되는 분리막 장치(10, 20)에 포함될 수 있는 분리막(11, 21)은 상기 식 1 및 2를 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지된 다양한 종류의 분리막 중에서 분리하고자 하는 VOC 성분에 따라 선택하여 제한 없이 사용할 수 있다.
또한, 전술한 식 1 및 2를 만족하는 범위라면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 제 1 분리막 장치(10)에 포함되는 제 1 분리막(11)의 투과도(P1 A) 및 제 2 분리막 장치(20)에 포함되는 제 2 분리막(21)의 투과도(P2 A)는 20 GPU 이상, 예를 들면, 30 GPU 이상, 40 GPU 이상, 바람직하게는 50 GPU 이상, 보다 바람직하게는 100 GPU 이상일 수 있다. 상기 제 1 분리막(11)의 투과도(P1 A) 및 제 2 분리막(21)의 투과도(P2 A)가 20 GPU 미만일 경우, 분리막의 처리용량이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 투과도의 상한은 특별히 제한되는 것은 아닌, 실제 적용 가능성을 고려할 때, 예를 들면, 100,000 GPU 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 전술한 식 1 및 2를 만족하는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 제 1 분리막(11)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α1 AB)와 상기 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α2 AB)는 10 이상, 예를 들면, 15 이상, 바람직하게는 20 이상, 보다 바람직하게는 30 이상일 수 있다. 상기 성분 A의 선택도(α1 AB)와 상기 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α2 AB)가 10 미만일 경우, 분리 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 막 분리 장치(1)는, 진공 펌프(40)을 포함할 수 있다. 상기 진공 펌프(40)는 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)의 제 1 및 제 2 투과 흐름과 제 1 및 제 2 비투과 흐름에 대하여 압력 차를 제공하기 위하여, 본 출원의 분리 장치에 포함될 수 있다. 또한, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 막 분리 장치(1)는 공급 흐름이 상기 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 상기 제 1 분리막으로 유입되는 흐름의 압력을 조절하기 위한 가압 장치, 예를 들면, 압축기(Compressor)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가압 장치에 의하여, 공급 흐름의 압력을 가압시킬 수 있으며, 이에 의하여, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)의 제 1 및 제 2 투과 흐름과 제 1 및 제 2 비투과 흐름에 대하여 압력 차를 제공할 수 있다.
도 2는 본 출원의 막 분리 장치의 제 2 실시예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 나타나듯이, 예시적인 막 분리 장치는, 적어도 2 이상의 성분을 포함하는 공급 흐름이 유입되는 응축기(2); 상기 응축기에서 비응축된 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막(11); 및 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름(F4)으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막(21)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은 선택도 및 투과도가 상이할 수 있다.
상기 제 1 분리막(11) 및 상기 제 2 분리막(21)은 상기 막 분리 장치에서 전술한 식 1 내지 5를 만족할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
하나의 예시에서, 도 2에 나타나듯이, 상기 막 분리 장치(1)는 응축기(2)를 포함할 수 있다. 상기 공급 흐름(F1)이 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 응축기(2)를 통과함으로써, 분리하고자 하는 성분 중 응축 가능한 성분(F7)은 응축되어 사전 분리할 수 있으며, 응축되지 않은 기체 상태의 분리하고자 하는 성분과 비응축성 기체 혼합물의 혼합 기체만을 제 1 분리막(11)으로 유입시킴으로써, 사용되는 막의 면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 3은 본 출원의 막 분리 장치의 제 3 실시예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 나타나듯이, 예시적인 막 분리 장치는, 공급 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막(11); 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름(F4)으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막(21); 및 상기 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 2 투과 흐름(F5)을 기상 흐름(F6) 및 액상 흐름으로 분리하고, 상기 분리된 기상 흐름을 배출하며, 상기 기상 흐름(F6)이 상기 공급 흐름(F1) 또는 제 1 비투과 흐름(F2)과 함께 상기 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 유입되도록 상기 제 1 분리막(11)의 전단 및/또는 상기 제 1 분리막(11)과 상기 제 2 분리막(21) 사이에 연결된 기액 분리기(30)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은 선택도 및 투과도가 상이할 수 있다.
상기 제 1 분리막(11) 및 상기 제 2 분리막(21)은 상기 막 분리 장치에서 전술한 식 1 내지 5를 만족할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
하나의 예시에서, 도 3에 나타나듯이, 상기 막 분리 장치(1)는 기액 분리기(30)를 포함할 수 있다. 상기 기액 분리기(30)에 막 분리 장치(1)의 제 1 투과 흐름(F3) 및 제 2 투과흐름(F5)이 유입될 수 있으며, 상기 기액 분리기(30)에서는, 제 1 투과흐름(F3) 및 제 2 투과흐름(F5)에 포함된 성분을 기액 분리하여, 분리된 기상 성분의 흐름(F6)을 상기 제 1 분리막(11) 및/또는 상기 제 2 분리막(21)으로 재유입하여, 재분리할 수 있다. 예를 들어, 본 출원의 막 분리 장치(1)가 상기 기액 분리기(30)를 포함할 경우, 상기 분리된 기상 성분(F6)을 막 분리 공정에 재사용함으로써 공정에서 회수되는 성분의 양을 극대화 하는 효과가 있다.
하나의 예시에서, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 막 분리 장치는 압력 조절 장치, 예를 들면, 가압 또는 감압 장치를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 기액 분리기는, 상기 기상 흐름(F6)이 상기 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 상기 기상 흐름(F6)을 가압시키기 위한 가압 장치를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 가압 장치는 압축기(compressor)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 분리막(11)으로 유입되는 공급 흐름(F1) 및 상기 제 2 분리막(21)으로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)은 상압의 기상 흐름(F6)보다 높은 압력 상태의 고압 흐름이며, 따라서, 상압의 상기 기상 흐름(F6)은, 제 1 분리막(11)으로 공급되는 공급 흐름(F1) 및 제 2 분리막(21)으로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)에 혼합되기 전에, 상기 가압 장치를 통해 상기 공급 흐름(F1) 및/또는 상기 제 1 비투과 흐름(F2)과 동일한 압력으로 조절될 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 압력 조절 장치는, 감압 장치일 수 있으며, 예를 들어 상기 막 분리 장치(1)는 제 1 비투과 흐름(F2)을 감압시키는 감압 장치, 예를 들면, 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 흐르는 배관에 설치된 컨트롤 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시되듯이, 기액 분리기(30)는, 상기 기액 분리기(30)에서 배출되는 기상 흐름(F6)이 제 2 분리막(21)으로 유입되도록 연결될 수 있다. 상기 상압의 상기 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11)으로 유입하기 위해서는, 전술한 가압 장치를 별도로 설치하여야 하므로, 추가적인 비용이 발생하나, 상기와 같이, 제 1 비투과 흐름(F2)을 감압 장치를 통하여, 상압으로 압력을 조절함으로써, 추가적인 가압 장치를 설치하지 않고도, 상기 분리된 기상 성분(F6)을 막 분리 공정에 재사용함으로써 공정에서 회수되는 성분의 양을 극대화 하는 효과가 있다.
도 4는 본 출원의 막 분리 장치의 제 4 실시예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 나타나듯이, 예시적인 막 분리 장치는, 적어도 2 이상의 성분을 포함하는 공급 흐름이 유입되는 응축기(2); 상기 응축기에서 비응축된 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막(11); 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름(F4)으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막(21); 및 상기 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 2 투과 흐름(F5)을 기상 흐름(F6) 및 액상 흐름으로 분리하고, 상기 분리된 기상 흐름을 배출하며, 상기 기상 흐름(F6)이 상기 공급 흐름(F1) 또는 제 1 비투과 흐름(F2)과 함께 상기 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 유입되도록 상기 제 1 분리막(11)의 전단 및/또는 상기 제 1 분리막(11)과 상기 제 2 분리막(21) 사이에 연결된 기액 분리기(30)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은 선택도 및 투과도가 상이할 수 있다.
상기 제 1 분리막(11) 및 상기 제 2 분리막(21)은 상기 막 분리 장치에서 전술한 식 1 내지 5를 만족할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
하나의 예시에서, 도 4에 나타나듯이, 상기 막 분리 장치(1)는 응축기(2), 기액 분리기(30) 및 압력 조절 장치를 포함할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
본 출원의 막 분리 장치는 다양한 분리 공정에 이용될 수 있으며, 예를 들면, 발포성 폴리스티렌(Expandable Polystylene, EPS) 제조 공정에 사용될 수 있다.
EPS 제조 공정 시스템에 본 출원의 막 분리 장치(1)를 이용함으로써, EPS 제조 시에 발포제로 사용되는 펜탄을 저비용으로 분리 및 회수할 수 있으며, 이에 따라 친환경적인 EPS의 제조 공정을 실현 가능하고, 분리된 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound, VOC)를 재생하여 EPS 제조 공정에 재사용함으로써 생산 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
하나의 예시에서, 상기 EPS 제조 공정 시스템은, 상기 막 분리 장치(1) 이외에도 반응기(Reactor)를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 반응기에서는 예를 들면, 폴리스티렌 비드가 중합되며, 상기 반응기는 또한, 발포 기체기체인 휘발성 유기 화합물(VOC), 예를 들면 펜탄 기체가 충전된 컬럼(column)일 수 있다.
상기 발포 기체는 상기 폴리스티렌 비드와 접촉하고 상기 폴리스티렌 비드 내로 함침되며, 미함침된 발포 기체는 후술할 비응축성 기체와 함께 후술할 배출 장치를 통하여 상기 반응기에서 배출될 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 반응기에는 비응축성 기체를 공급하는 비응축성 기체 공급 장치가 상기 반응기에 연결되어 있을 수 있으며, 상기 비응축성 기체 공급 장치에서 공급된 비응축성 기체는 상기 미함침된 발포 기체와 함께 상기 반응기에서 배출되어, 막 분리 장치로 유입될 수 있다. 예를 들면, 상기 미함침된 발포 기체 및 비응축성 기체는 상기 반응기의 비응축성 기체 공급 장치가 연결된 부분의 타측에 연결된 배출 장치를 통하여 배출될 수 있으며, 예를 들면, 상기 배출 장치에서 배출된 기체 흐름(F1)은, 전술한 막 분리 장치(1)로 유입되는 공급 흐름(F1)일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 EPS 제조 공정 시스템은 상기 막 분리 장치(1) 및 EPS 반응기, 비응축성 공급 장치 및 배출 장치 이외에도, 응축기(Condenser)(2), 증류 장치(distillation apparatus), 흡착기(adsorber), 흡수기(absorber) 또는 기액 분리기(30)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 응축기(2)는 상기 배출 장치에서 배출된 기체가 유입되도록 상기 배출 장치에 연결될 수 있다. 상기 공급 흐름이 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 응축기를 통과함으로써, 분리하고자 하는 성분 중 응축 가능한 성분은 응축되어 사전 분리할 수 있으며, 비응축된 기체 상태의 성분과 비응축성 기체 혼합물의 혼합 기체만을 제 1 분리막(11)으로 유입시킴으로써, 사용되는 막의 면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 예시적인 상기 EPS 제조 시스템은, 축열식 연소 장치(RTO)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 RTO는 상기 막 분리 장치를 통과한 후에도 남아 있을 수 있는 잔류 VOC 성분이 대기 중으로 유출되는 것을 방지하기 위한 연소 장치로서 본 출원의 EPS 제조 시스템에 포함될 수 있다.
본 출원은 발포성 폴리스티렌(EPS)의 제조 장치에 관계한다.
본 출원의 발포성 폴리스티렌의 제조 장치는 반응기, 상기 반응기에 비응축성 기체 공급 장치 및 배출 장치, 상기 배출 장치에 연결된 분리막을 포함한다. 예를 들면, 상기 배출 장치에서 배출된 비응축성 기체 및 발포성 폴리스티렌(Expandable Polystyrene, 이하 EPS)에 미함침된 발포 기체의 혼합 기체를 상기 분리막을 통과시킴으로써, EPS 제조 시에 발포제로 사용되는 펜탄을 저비용으로 분리 및 회수할 수 있으며, 이에 따라 친환경적인 EPS의 제조 공정을 실현 가능하고, 분리된 발포 기체를 재생하여 EPS 제조 공정에 재사용함으로써 생산 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 5는, 본 출원의 제조 장치의 예시적인 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 5에 나타나듯이, 예시적인 본 출원의 제조 장치는, 반응기(2), 비응축성 기체 공급 장치(3) 및 배출 장치(4) 및 분리막(1)을 포함할 수 있다.
상기에서, 반응기(2)는 폴리스티렌 비드가 중합되는 반응기로서, 상기 반응기에는, 상기 폴리스티렌 비드를 중합시키기 위한, 스티렌계 단량체 및 중합 개시제가 충전되어 있을 수 있다. 또한, 상기 반응기에는, 필요에 따라, 중합 시 필요한 분자량 조절제, 난연제, 분산제, 분산 보조제, pH 조절제 및 계면 활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제가 추가적으로 충전되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 폴리스티렌 비드는, 기술 분야에서 공지된 다양한 중합 방법에 의하여 중합될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 현탁 중합법에 의하여 중합될 수 있다.
또한, 상기 반응기(2) 내에는, 상기 폴리스티렌 비드가 상기 반응기 내에서 중합된 후, 상기 폴리스티렌 비드를 발포시키기 위한 발포 기체가 충전될 수 있다. 상기 발포 기체는, 상기 폴리스티렌 비드내로 함침되며, 상기 발포 기체의 일부는 상기 폴리스티렌 비드로 함침되지 못한채로 반응기 내부에 남아있을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 발포 기체로는, 다양한 종류의 발포성 기체가 기술분야에 공지되어 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 휘발성 유기 화합물, 예를 들면, 펜탄 기체가 사용될 수 있다.
또한, 도 5에 나타나듯이, 예시적인 상기 제조 장치는, 비응축성 기체 공급 장치(3)를 포함할 수 있다. 상기 비응축성 기체 공급 장치(3)는 상기 반응기(2)에 상기 비응축성 기체를 공급하기 위한 장치로서, 상기 반응기(2)의 일측에 연결된다. 상기 비응축성 기체가 상기 반응기(2)로 공급됨으로서, 미함침된 발포 기체가 응축되는 것을 막을 수 있으며, 이에 따라 폴리스티렌 비드 내로 함침되지 않은 발포 기체를 반응기(2)로부터 용이하게 배출할 수 있다.
상기 비응축성 기체는, 기술 분야에서 공지된 다양한 종류의 비응축성 기체를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 질소가 사용될 수 있다.
또한, 도 5에 나타나듯이, 상기 제조 장치는 상기 발포 기체 중 상기 반응기(2)에서 중합된 폴리 스티렌 비드에 미함침된 발포 기체 및 상기 비응축성 기체를 포함하는 혼합 기체를 배출하기 위한, 배출 장치(4)를 포함할 수 있다. 상기 미함침된 발포 기체 및 비응축성 기체는 상기 반응기(2)의 상기 배출 장치(4)를 통하여 배출될 수 있으며, 예를 들면, 상기 배출 장치에서 배출된 혼합 기체 흐름(F1)은, 후술할 분리막(1)으로 유입되는 공급 흐름(F1)일 수 있다. 예를 들면, 상기 배출 장치(4)는, 도 5와 같이, 비응축성 기체 공급 장치(3)가 연결된 부분의 타측에 연결될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 제조 장치는, 또한, 상기 배출 장치(4)에서 배출된 상기 혼합 기체 흐름이 유입되도록 연결된 분리막(1)을 포함할 수 있다. 본 출원의 제조 장치에서는, 상기 미함침된 발포 기체 성분을 포함하는 혼합 기체 흐름을 상기 분리막(1)에 통과시킴으로써, 상기 미함침된 발포 기체를 분리할 수 있으며, 상기 분리된 발포 기체는 상기 EPS의 제조에 재사용됨으로써, 경제적으로 EPS를 제조할 수 있으며, 환경 오염을 방지할 수 있다.
상기 분리막(1)은, 예를 들면, 상기 혼합 기체 흐름이 유입되도록, 상기 배출 장치(4)에 연결되어 있을 수 있으며, 상기 분리막(1)으로 유입된 혼합 기체 흐름은, 상기 분리막을 통과하는 투과 흐름 및 상기 분리막을 투과하지 않는 비투과 흐름으로 나뉘어 배출될 수 있다. 상기 분리막을 통과하는 투과 흐름은, 상기 혼합 기체 흐름에 비하여, 상대적으로 발포 기체의 농도가 높은 흐름일 수 있다.
하나의 예시에서, 도 5와 같이, 상기 발포성 폴리스티렌의 제조 장치에 포함되는 분리막은 제 1 분리막(11)에 연결된 제 2 분리막(21)과 같이, 둘 이상의 분리막을 포함한다. 예를 들면, 상기 발포성 폴리스티렌의 제조 장치는, EPS 반응기에서 배출되는 혼합 기체와 같은 공급 흐름 중에서 펜탄과 같이 분리하고자 하는 발포 기체 성분에 대한 선택도가 상대적으로 높은 제 1 분리막(11) 및 상기 제 1 분리막(11)의 후단에 직렬로 연결되며, 발포 기체 성분에 대한 선택도는 상대적으로 작으나 투과도가 제 1 분리막(11)에 비하여 큰 제 2 분리막(21)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발포성 폴리스티렌의 제조 장치는, 도 5에 나타나듯이 기체 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막; 및 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름(F4)으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막(21)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은, 전술한 바와 같이, 선택도 및 투과도가 상이할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
α1 AB - α2 AB > 0
또한, 이와 동시에, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
P2 A - P1 A > 0
상기 식 1에서,
α1 AB는 상기 제 1 분리막에 유입되는 혼합 기체 흐름(F1) 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P1 A/P1 B)를 나타내고,
α2 AB는 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2) 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P2 A/P2 B)를 나타내며,
상기에서 P1 A 및 P1 B는 각각 상기 제 1 분리막에 유입되는 혼합 기체 흐름(F1) 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내고,
P2 A 및 P2 B는 각각 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2) 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내며,
상기에서 성분 A는 각 분리막에 유입되는 적어도 둘 이상의 성분 중 적어도 하나 이상의 분리 대상 성분, 예를 들면, VOC 성분을 나타내고, 성분 B는 각 분리막에 유입되는 적어도 둘 이상의 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분을 나타낸다.
또한, 이하의 발포성 폴리스티렌의 제조 장치에서, α1 AB, α2 AB, P1 A, P1 B, P2 A 및 P2 B는 상기에서 정의한 바와 동일하다.
본 출원에서는, 상기 식 1 및 2를 만족하도록 분리막(11, 21)을 직렬로 연결함으로써, 발포 기체, 예를 들면, VOC 성분을 고효율로 회수할 수 있으며, 고 선택도를 가지는 제 1 분리막 하나 만으로 막 분리 장치를 구성하는 경우에 비하여, 작은 단면적의 분리막을 사용하고도 발포 기체를 높은 회수율로 분리할 수 있으므로, 보다 경제적으로 발포 기체의 분리 공정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 도 5에서 나타나듯이, 본 출원의 제 1 분리막 장치(10)로 공급 흐름(F1)이 유입되면, 상기 공급 흐름(F1)은 제 1 분리막(11)을 통과한 제 1 투과 흐름(F3)과 제 1 분리막(11)을 통과하지 않고, 배출되어 제 2 분리장치(20)로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 질 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 투과 흐름(F3)에는 제 2 분리막(21)에 비하여 상대적으로 성분 A에 대한 매우 높은 선택도 및 낮은 투과도를 가지는 제 1 분리막(11)을 통과하므로, 상기 제 1 투과흐름(F3)은 상대적으로 성분 A 가 농후한 흐름일 수 있다. 또한, 상기 제 1 비투과 흐름(F2)은, 제 2 분리막 장치(20)로 유입된 후에, 제 2 분리막(21)을 통과한 제 2 투과 흐름(F5)과 제 2 분리막(21)을 통과하지 않고 유출되는 제 2 비투과 흐름(F4)로 나뉘어 질 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 투과 흐름(F5)은, 제 1 분리막(11) 보다 상대적으로 선택도는 낮으나, 투과도는 높은 제 2 분리막(21)을 통과하므로, 제 1 투과 흐름(F3)에 비하여는 적지만, 상대적으로 성분 A가 농후한 흐름일 수 있다. 또한, 이러한 과정을 거쳐 최종적으로 유출되는 제 2 비투과 흐름(F4)에는 결과적으로 성분 A가 거의 포함되지 않을 수 있다.
또한 상기 분리막(1)은 상기 식 1 및 2를 만족하는 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)을 포함함과 동시에, 바람직하게는, 분리하고자 하는 물질, 특히 발포 기체에 대한 선택도가 1 보다 큰 분리막(11, 21)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 5와 같이, 발포 기체 성분 A 및 각 분리막에 유입되는 적어도 둘 이상의 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분 B를 포함하는 공급 흐름(F1)이 분리막(1)으로 유입되는 경우, 제 1 분리막(11)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α1 AB) 와 상기 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α2 AB)는 하기 식 3 및 식 4를 만족할 수 있다
[식 3]
α1 AB > 1
[식 4]
α2 AB > 1
상기 막 분리 장치(1)에서, 제 1 분리막(11)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α1 AB)와 상기 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α2 AB)가 상기 식 3 및 식 4를 만족함으로써, 발포 기체, 예를 들면, VOC를 높은 선택도로 분리 및 회수할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 막 분리 장치(1)에 포함되는 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은, 상기 식 1 및 2를 만족함과 동시에, 제 1 분리막(11)의 상기 성분 B의 투과도(P1 B) 및 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B의 투과도(P2 B)는 하기 식 5를 만족할 수 있다.
[식 5]
P2 B - P1 B > 0
예를 들면, 상기 막 분리 장치(1)의 제 1 분리막(11)의 P1 A가 20, P1 B가 2 이고, 제 2 분리막(21)의 P2 A가 40, P2 B가 10일 경우, 제 1 분리막(11)의 α1 AB 값은 10, 제 2 분리막(21)의 α2 AB 값은 4가 되며, 따라서 α1 AB - α2 AB의 값은 6으로 식 1을 만족하게 되고, 또한, P2 A - P1 A의 값은 20으로 식 2를 만족하게 된다. 한편, 이 경우, 식 3 및 식 4와 같이, α1 AB 및 α2 AB는 모두 1보다 큰 값을 가지며, 또한, P2 B - P1 B의 값은 8로 식 5를 만족하게 된다.
본 출원의 분리막(1)에 사용되는 분리막 장치(10, 20)에 포함될 수 있는 분리막(11, 21)은 상기 식 1 및 2를 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지된 다양한 종류의 분리막 중에서 분리하고자 하는 VOC 성분에 따라 선택하여 제한 없이 사용할 수 있다.
또한, 전술한 식 1 및 2를 만족하는 범위라면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 제 1 분리막 장치(10)에 포함되는 제 1 분리막(11)의 투과도(P1 A) 및 제 2 분리막 장치(20)에 포함되는 제 2 분리막(21)의 투과도(P2 A)는 20 GPU 이상, 예를 들면, 30 GPU 이상, 40 GPU 이상, 바람직하게는 50 GPU 이상, 보다 바람직하게는 100 GPU 이상일 수 있다. 상기 제 1 분리막(11)의 투과도(P1 A) 및 제 2 분리막(21)의 투과도(P2 A)가 20 GPU 미만일 경우, 분리막의 처리용량이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 투과도의 상한은 특별히 제한되는 것은 아닌, 실제 적용 가능성을 고려할 때, 예를 들면, 100,000 GPU 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 전술한 식 1 및 2를 만족하는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 제 1 분리막(11)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α1 AB)와 상기 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α2 AB)는 10 이상, 예를 들면, 15 이상, 바람직하게는 20 이상, 보다 바람직하게는 30 이상일 수 있다. 상기 성분 A의 선택도(α1 AB)와 상기 제 2 분리막(21)의 상기 성분 B에 대한 상기 성분 A의 선택도(α2 AB)가 10 미만일 경우, 분리 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 EPS 제조 장치는, 진공 펌프(40)을 포함할 수 있다. 상기 진공 펌프(40)는 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)의 제 1 및 제 2 투과 흐름과 제 1 및 제 2 비투과 흐름에 대하여 압력 차를 제공하기 위하여, 본 출원의 제조 장치에 포함될 수 있다. 또한, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 막 분리 장치(1)는 공급 흐름이 상기 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 상기 제 1 분리막으로 유입되는 흐름의 압력을 조절하기 위한 가압 장치, 예를 들면, 압축기(Compressor)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가압 장치에 의하여, 공급 흐름의 압력을 가압시킬 수 있으며, 이에 의하여, 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)의 제 1 및 제 2 투과 흐름과 제 1 및 제 2 비투과 흐름에 대하여 압력 차를 제공할 수 있다.
도 6은 본 출원의 EPS 제조 장치의 다른 예시적인 실시형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6에 나타나듯이, 예시적인 EPS 제조 장치는, 반응기(2), 상기 반응기(2)에 비응축성 기체를 공급하는 비응축성 기체 공급 장치(3), 상기 반응기(2)에 연결된 배출 장치(4), 상기 배출 장치에 연결된 응축기(5) 및 상기 응축기에서 비응축된 흐름이 유입되는 분리막(1)을 포함한다. 하나의 예시에서, 상기 분리막(1)은 전술한 바와 같이, 제 1 분리막 및 제 2 분리막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 응축기(5)에서 비응축된 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막; 및 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름(F4)으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막(21)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은, 전술한 바와 같이, 선택도 및 투과도가 상이할 수 있다. 또한, 상기 제 1 분리막(11) 및 상기 제 2 분리막(21)은 상기 EPS 제조 장치의 제 1 실시예에서 전술한 식 1 내지 5를 만족할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
하나의 예시에서, 도 6과 같이, 상기 응축기(5)는 상기 배출 장치(4)에서 배출된 혼합 기체가 유입되도록 상기 배출 장치(4)에 연결되어 있을 수 있다. 본 출원의 제조 장치가 상기 응축기(5)를 포함함으로써, 상기 공급 흐름(F1)이 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 응축기(5)를 통과함으로써, 분리하고자 하는 성분, 즉, 발포 기체 중 응축 가능한 성분(F7)은 응축되어 사전 분리될 수 있다. 또한, 비응축된 발포 기체 성분과 비응축성 기체 혼합물의 혼합 기체만을 제 1 분리막(11)으로 유입시킴으로써, 사용되는 막의 면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 7은 본 출원의 EPS 제조 장치의 또 다른 예시적인 실시 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7에 나타나듯이, 예시적인 EPS 제조 장치는, 반응기(2), 상기 반응기(2)에 비응축성 기체를 공급하는 비응축성 기체 공급(3) 장치, 상기 반응기(2)에 연결된 배출 장치(4) 및 상기 배출 장치(4)에 연결된 분리막(1) 이외에도, 상기 분리막(1)에 연결된 기액 분리기(30)를 포함한다.
하나의 예시에서, 상기 분리막(1)은 전술한 바와 같이, 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배출 장치(4)에서 배출된 혼합 기체 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막; 및 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름(F4)으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막(21)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은, 전술한 바와 같이, 선택도 및 투과도가 상이할 수 있다. 또한, 상기 제 1 분리막(11) 및 상기 제 2 분리막(21)은 상기 EPS 제조 장치의 제 1 실시예에서 전술한 식 1 내지 5를 만족할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
하나의 예시에서, 도 7에 나타나듯이, 상기 EPS 제조 장치는 기액 분리기(30)를 포함할 수 있다. 상기 기액 분리기(30)에 막 분리 장치(1)의 제 1 투과 흐름(F3) 및 제 2 투과흐름(F5)이 유입될 수 있으며, 상기 기액 분리기(30)에서는, 제 1 투과흐름(F3) 및 제 2 투과흐름(F5)에 포함된 성분을 기액 분리하여, 분리된 기상 성분의 흐름(F6)을 상기 제 1 분리막(11) 및/또는 상기 제 2 분리막(21)으로 재유입하여, 재분리할 수 있다. 예를 들어, 본 출원의 EPS 제조 장치가 상기 기액 분리기(30)를 포함할 경우, 상기 분리된 기상 성분을 막 분리 공정에 재사용함으로써 공정에서 회수되는 성분의 양을 극대화 하는 효과가 있다.
하나의 예시에서, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 EPS 제조 장치는 압력 조절 장치, 예를 들면, 가압 또는 감압 장치를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 기액 분리기(30)는, 상기 기상 흐름(F6)이 상기 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 상기 기상 흐름(F6)을 가압시키기 위한 가압 장치를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 가압 장치는 압축기(compressor)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 분리막(11)으로 유입되는 공급 흐름(F1) 및 상기 제 2 분리막(21)으로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)은 상압의 기상 흐름(F6)보다 높은 압력 상태의 고압 흐름이며, 따라서, 상압의 상기 기상 흐름(F6)은, 제 1 분리막(11)으로 공급되는 공급 흐름(F1) 및 상기 제 2 분리막(21)으로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)에 혼합되기 전에, 상기 가압 장치를 통해 상기 공급 흐름(F1) 및/또는 상기 제 1 비투과 흐름(F2)과 동일한 압력으로 조절될 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 압력 조절 장치는, 감압 장치일 수 있으며, 예를 들어 상기 막 분리 장치(1)는 제 1 비투과 흐름(F2)을 감압시키는 감압 장치, 예를 들면, 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 흐르는 배관에 설치된 컨트롤 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 도 7에 도시되듯이, 기액 분리기(30)는, 상기 기액 분리기(30)에서 배출되는 기상 흐름(F6)이 제 2 분리막(21)으로 유입되도록 연결될 수 있다. 상기 상압의 상기 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11)으로 유입하기 위해서는, 전술한 가압 장치를 별도로 설치하여야 하므로, 추가적인 비용이 발생하나, 상기와 같이, 제 1 비투과 흐름(F2)을 감압 장치를 통하여, 상압으로 압력을 조절함으로써, 추가적인 가압 장치를 설치하지 않고도, 상기 분리된 기상 성분(F6)을 막 분리 공정에 재사용함으로써 공정에서 회수되는 성분의 양을 극대화 하는 효과가 있다. 상기에서 용어 「상압」은, 대기압, 예를 들면 1 기압을 의미한다.
도 8은 본 출원의 EPS 제조 장치의 또 다른 예시적인 실시 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8에 나타나듯이, 예시적인 EPS 제조 장치는, 반응기(2), 상기 반응기(2)에 비응축성 기체를 공급하는 비응축성 기체 공급 장치(3), 상기 반응기(2)에 연결된 배출 장치(4), 상기 배출 장치에 연결된 응축기(5), 상기 응축기에서 비응축된 흐름이 유입되는 분리막(1) 및 상기 분리막(1)에 연결된 기액 분리기(30)를 포함한다. 하나의 예시에서, 상기 분리막(1)은 전술한 바와 같이, 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 응축기(5)에서 비응축된 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름(F2)으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막; 및 상기 제 1 비투과 흐름(F2)이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름(F4)으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막(21)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 분리막(11) 및 제 2 분리막(21)은, 전술한 바와 같이, 선택도 및 투과도가 상이할 수 있다. 또한, 상기 제 1 분리막(11) 및 상기 제 2 분리막(21)은 상기 EPS 제조 장치의 제 1 실시예에서 전술한 식 1 내지 5를 만족할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
하나의 예시에서, 도 8에 나타나듯이, 상기 막 분리 장치(1)는 응축기(2), 기액 분리기(30) 및 압력 조절 장치를 포함할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
본 출원은 또한, 막 분리 방법에 대한 것이다.
하나의 예시에서, 상기 막 분리 방법은, 성분 A 및 성분 B를 포함하는 공급 흐름을 제 1 분리막(11)으로 공급하여 상기 제 1 분리막(11)을 통과한 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막(11)을 통과하지 않은 제 1 비투과 흐름(F2)을 배출하는 단계; 및 상기 제 1 비투과 흐름(F2)을 제 2 분리막(21)으로 공급하여 상기 제 2 분리막(21)을 통과한 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막(21)을 통과하지 않은 제 2 비투과 흐름(F4)을 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 분리막(11) 및 상기 제 2 분리막(21)은 상기 막 분리 장치에서 전술한 식 1 내지 5를 만족할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
하나의 예시에서, 상기 막 분리 방법은, 성분 A 및 성분 B를 포함하는 공급 흐름(F1)을 제 1 분리막(11)에 공급하기 전에 응축시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 공급 흐름(F1)을 제 1 분리막(11)에 공급하기 전에 응축기(3)에 유입시켜 응축시키고, 상기 공급 흐름(F1) 중 응축된 흐름(F7)을 분리할 수 있으며, 또한 상기 공급 원료 중 비응축된 흐름은 제 1 분리막(11)으로 공급할 수 있다. 상기 공급 흐름(F1)을 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 응축시킴으로써, 분리하고자 하는 성분 중 응축 가능한 성분은 응축되어 사전 분리할 수 있으며, 비응축된 기체 상태의 성분과 비응축성 기체 혼합물의 혼합 기체만을 제 1 분리막(11)으로 유입시킴으로써, 사용되는 막의 면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 예시에서, 본 출원의 막 분리 방법에서는, 제 1 투과 흐름(F3) 및 제 2 투과 흐름(F5)을 기액 분리기(30)에 유입시켜 액상 흐름 및 기상 흐름으로 분리할 수 있으며, 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 기액 분리기(30)에 막 분리 장치(1)의 제 1 투과 흐름(F3) 및 제 2 투과흐름(F5)을 유입시킴으로써, 상기 기액 분리기(30)에서는, 제 1 투과흐름(F3) 및 제 2 투과흐름(F5)에 포함된 성분을 기액 분리할 수 있다. 또한, 분리된 기상 성분의 흐름(F6)을 상기 제 1 분리막(11) 또는 상기 제 2 분리막(21)으로 재유입하여, 재분리할 수 있다. 이 경우, 상기 분리된 기상 성분(F6)을 막 분리 공정에 재사용함으로써 공정에 사용되는 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
하나의 예시에서, 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 공급하는 단계는, 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 공급 흐름의 압력과 동일한 압력으로 가압하여 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 공급하여 수행될 수 있다. 상기 제 1 분리막(11)으로 유입되는 공급 흐름(F1) 및 제 2 분리막(21)으로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)은 상압의 기상 흐름(F6)보다 높은 압력 상태의 고압 흐름이며, 따라서, 상압의 상기 기상 흐름(F6)은, 제 1 분리막(11)으로 공급되는 공급 흐름(F1) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)에 혼합되기 전에, 가압 장치, 예를 들면 압축기를 통해 상기 공급 흐름(F1) 및 제 1 비투과 흐름(F2)과 동일한 압력으로 조절될 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 공급하는 단계는, 제 1 비투과 흐름(F2)을 분리된 기상 흐름(F6)과 동일한 압력으로 감압하고, 상기 감압된 제 1 비투과 흐름(F2) 및 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 제 2 분리막(21)으로 공급하여 수행될 수 있다. 상기 상압의 상기 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11)으로 유입하기 위해서는, 전술한 가압 장치를 별도로 설치하여야 하므로, 추가적인 비용이 발생하나, 상기와 같이, 제 1 비투과 흐름(F2)을 감압 장치를 통하여, 상압으로 압력을 조절함으로써, 추가적인 가압 장치를 설치하지 않고도, 상기 분리된 기상 성분(F6)을 막 분리 공정에 재사용함으로써 공정에서 회수되는 성분의 양을 극대화 하는 효과가 있다.
본 출원의 막 분리 방법은 다양한 분야에 이용될 수 있으며, 예를 들면, 발포성 폴리스티렌(EPS)의 제조 공정에 이용될 수 있다. 예를 들면, 상기 EPS 제조공정은 전술한 막 분리 방법을 포함함으로써, EPS 제조 시에 발포제로 사용되는 펜탄을 저비용으로 분리 및 회수할 수 있으며, 이에 따라 친환경적인 EPS의 제조 공정을 실현 가능하고, 분리된 VOC를 재생하여 EPS 제조 공정에 재사용함으로써 생산 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 출원은 또한, 발포성 폴리스티렌의 제조 방법에 대한 것이다.
하나의 예시에서, 상기 발포성 폴리스티렌의 제조 방법은, 폴리스티렌 비드가 중합되며, 발포 기체가 충전된 반응기에 비응축성 기체를 공급하고, 상기 폴리스티렌 비드에 미함침된 발포 기체와 상기 비응축성 기체의 혼합 흐름을 분리막으로 공급하여, 상기 분리막을 통과하는 투과 흐름 및 상기 분리막을 통과하지 않는 비투과 흐름으로 나뉘어 배출하는 것을 포함한다.
상기에서 폴리스티렌 비드의 중합은, 전술한 EPS 제조 장치에서 설명한 바와 동일한 방법에 의하여, 제조 될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제조 방법은, 폴리스티렌 비드에 미함침된 발포 기체와 비응축성 기체의 상기 혼합 흐름을 제 1 분리막(11)으로 공급하여 상기 제 1 분리막(11)을 통과한 제 1 투과 흐름(F3) 및 상기 제 1 분리막(11)을 통과하지 않은 제 1 비투과 흐름(F2)을 배출하는 단계; 및 상기 제 1 비투과 흐름(F2)을 제 2 분리막(21)으로 공급하여 상기 제 2 분리막(21)을 통과한 제 2 투과 흐름(F5) 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않은 제 2 비투과 흐름(F4)을 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 분리막(11) 및 상기 제 2 분리막(21)은 상기 EPS 제조 장치에서 전술한 식 1 내지 5를 만족할 수 있으며, 이에 따른 효과는 전술한 바와 동일하다.
하나의 예시에서, 상기 발포성 폴리스티렌의 제조 방법은, 폴리스티렌 비드에 미함침된 발포 기체와 비응축성 기체의 상기 혼합 흐름을 제 1 분리막(11)에 공급하기 전에 응축시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 발포 기체를 포함하는 혼합 기체 흐름을 제 1 분리막(11)에 공급하기 전에 응축기(3)에 유입하여 응축시키고, 상기 발포 기체를 포함하는 기체 흐름중 응축된 흐름(F7)을 분리할 수 있으며, 또한 상기 발포 기체를 포함하는 기체 흐름 중 비응축된 흐름(F1)은 제 1 분리막(11)으로 공급할 수 있다. 상기 발포 기체, 예를 들면 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함하는 기체 흐름을 제 1 분리막(11)으로 유입되기 전에 응축시킴으로써, 응축 가능한 발포 기체 성분은 응축되어 사전 분리할 수 있으며, 응축되지 않은 발포 기체 성분과 비응축성 기체 혼합물의 혼합 기체 만을 제 1 분리막(11)으로 유입시킴으로써, 사용되는 막의 면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 예시에서, 본 출원의 발포성 폴리스티렌의 제조 방법에서는, 제 1 투과 흐름(F3) 및 제 2 투과 흐름(F5)을 기액 분리기(30)에 유입시켜 액상 흐름 및 기상 흐름으로 분리할 수 있으며, 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 기액 분리기(30)에 막 분리 장치(1)의 제 1 투과 흐름(F3) 및 제 2 투과흐름(F5)을 유입시킴으로써, 상기 기액 분리기(30)에서는, 제 1 투과흐름(F3) 및 제 2 투과흐름(F5)에 포함된 성분을 기액 분리할 수 있다. 또한, 분리된 기상 성분의 흐름을 상기 제 1 분리막(11) 또는 상기 제 2 분리막(21)으로 재유입하여, 재분리할 수 있다. 이 경우, 상기 분리된 기상 성분(F6)을 EPS 제조 공정에 재사용함으로써 공정에 사용되는 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
하나의 예시에서, 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 공급하는 단계는, 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 공급 흐름의 압력과 동일한 압력으로 가압하여 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 공급하여 수행될 수 있다. 상기 제 1 분리막(11)으로 유입되는 공급 흐름(F1) 및 제 2 분리막(21)으로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)은 상압의 기상 흐름(F6)보다 높은 압력 상태의 고압 흐름이며, 따라서, 상압의 상기 기상 흐름(F6)은, 제 1 분리막(11)으로 공급되는 공급 흐름(F1) 및 제 2 분리막(21)으로 유입되는 제 1 비투과 흐름(F2)에 혼합되기 전에, 가압 장치, 예를 들면 압축기를 통해 상기 공급 흐름(F1) 및 제 1 비투과 흐름(F2)과 동일한 압력으로 조절될 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11) 및/또는 제 2 분리막(21)으로 공급하는 단계는, 제 1 비투과 흐름(F2)을 분리된 기상 흐름(F6)과 동일한 압력으로 감압하고, 상기 감압된 제 1 비투과 흐름(F2) 및 상기 분리된 기상 흐름(F6)을 제 2 분리막(21)으로 공급하여 수행될 수 있다. 상기 상압의 상기 기상 흐름(F6)을 제 1 분리막(11)으로 유입하기 위해서는, 전술한 가압 장치를 별도로 설치하여야 하므로, 추가적인 비용이 발생하나, 상기와 같이, 제 1 비투과 흐름(F2)을 감압 장치를 통하여, 상압으로 압력을 조절함으로써, 추가적인 가압 장치를 설치하지 않고도, 상기 분리된 기상 성분(F6)을 막 분리 공정에 재사용함으로써 공정에서 회수되는 성분의 양을 극대화 하는 효과가 있다.
본 출원의 EPS 제조 방법에 의하면, EPS 제조 시에 발포제로 사용되는 펜탄을 저비용으로 분리 및 회수할 수 있으며, 이에 따라 친환경적인 EPS의 제조 공정을 실현 가능하고, 분리된 VOC를 재생하여 EPS 제조 공정에 재사용함으로써 생산 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 출원의 막 분리 장치 및 방법에 의하면, 작은 면적의 분리막을 이용하여 분리하고자 하는 성분을 고 선택도로 분리할 수 있어, 공정의 효율성 및 경제성을 탁월하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 출원의 발포성 폴리스티렌의 제조 장치 및 방법에 의하면, 작은 면적의 분리막을 이용하여 분리하고자 하는 발포 기체 성분, 특히 휘발성 유기화합물을 고 선택도로 분리할 수 있어, 공정의 효율성 및 경제성을 탁월하게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 휘발성 유기화합물을 분리 및 회수함으로써, 지구 온난화에 의한 환경오염을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 출원의 예시적인 막 분리 장치의 제 1 실시예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 4는 본 출원의 예시적인 막 분리 장치의 다양한 실시 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 출원의 예시적인 발포성 폴리스티렌의 제조 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6 내지 8은 본 출원의 예시적인 발포성 폴리스티렌의 제조 장치의 다양한 실시 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 출원의 제 1 분리막 만을 포함하는 막 분리 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 10은, 본 출원의 제 2 분리막 만을 포함하는 막 분리 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 11은, 시간에 따른, 본 출원의 실시예 6의 EPS 제조 장치에 도입된 미 함침된 펜탄 및 질소가 혼합된 기체 내의 펜탄의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 12는, 시간에 따른, 본 출원의 실시예 7의 EPS 제조 장치에 도입된 미 함침된 펜탄 및 질소가 혼합된 기체 내의 펜탄의 함량을 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1 개의 분리막 만을 포함하는 막 분리 장치를 이용한 펜탄의 분리
실시예 1
펜탄 및 질소가 혼합된 기체(펜탄 함량 12.7 몰%)를 계기 압력 4.0 kgf/cm2, 4.1 kg/hr의 유량으로 펜탄 기체에 대하여 고 선택도를 가지는 제 1 분리막 만을 포함하는 도 9와 같은 막 분리 장치에 유입시켜 막 분리 공정을 수행하였다. 수학식 1에 의하여 계산된 제 1 분리막의 펜탄(성분 A) 및 질소(성분 B)의 투과도는 각각 P1 A = 56.2 GPU 및 P1 B = 0.5 GPU이며, 수학식 2에 의하여 계산된 제 1 분리막의 질소(성분 B)에 대한 펜탄(성분 A)의 선택도 α1 AB = 115 이었다. 이 경우, 제 1 분리막을 투과하지 않고 배출되는 제 1 비투과 흐름 내의 펜탄의 함량은 3.9 몰%로 측정되었으며, 하기 수학식 3에 의하여 계산된 막 분리 장치의 펜탄(성분 A)의 회수율은 72%로 계산되었다.
[수학식 3]
회수율(%) = 회수된 성분 A의 유량(kg/hr)/유입된 성분 A의 유량(kg/hr)×100.
실시예 2
펜탄 및 질소가 혼합된 기체(펜탄 함량 12.9 몰%)를 계기 압력 4.0 kgf/cm2, 3.8 kg/hr의 유량으로 펜탄 기체에 대하여 고 투과도를 가지는 제 2 분리막 만을 포함하는 도 10과 같은 막 분리 장치에 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 막 분리 공정을 수행하였다. 수학식 1에 의하여 계산된 제 2 분리막의 펜탄(성분 A) 및 질소(성분 B)의 투과도는 각각 P2 A = 244.5 GPU 및 P2 B = 3.3 GPU이며, 수학식 2에 의하여 계산된 제 2 분리막의 질소(성분 B)에 대한 펜탄(성분 A)의 선택도 α2 AB = 73.4이었다. 이 경우, 제 2 분리막을 투과하지 않고 배출되는 제 2 비투과 흐름 내의 펜탄의 함량은 0.4 몰%로 측정되었으며, 수학식 3에 의하여 계산된 막 분리 장치의 펜탄(성분 A)의 회수율은 97%로 계산되었다.
선택도 및 투과도가 상이한 2개의 분리막을 포함하는 막 분리 장치를 이용한 펜탄의 분리
실시예 3
펜탄 및 질소가 혼합된 기체(펜탄 함량 13.4 몰%)를 계기 압력 4.0 kgf/cm2, 4.1 kg/hr의 유량으로 상기 실시예 1에서 사용한 제 1 분리막 및 상기 실시예 2에서 사용한 제 2 분리막을 도 1과 같이 연결한 막 분리 장치에 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 막 분리 공정을 수행하였다. 제 2 분리막을 투과하지 않고 배출되는 제 2 비투과 흐름 내의 펜탄의 함량은 0.2 몰%로 측정되었으며, 수학식 3에 의하여 계산된 막 분리 장치의 펜탄(성분 A)의 회수율은 99%로 계산되었다.
실시예 4
펜탄 및 질소가 혼합된 기체(펜탄 함량 20.0 몰%, 기체 온도 51℃)를 계기 압력 4.0 kgf/cm2, 11.2 kg/hr의 유량으로 도 2와 같이 응축기로 유입시켜 응축시킨 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 막 분리 공정을 수행하였다. 상기 응축기에서 유출되는 응축된 흐름 (F7)은 별도로 분리하고, 비응측된 발포 기체 흐름(펜탄 함량 13.1 몰%, 기체 온도 15℃)을 6.4 kg/hr의 유량으로 상기 제 1 분리막 및 제 2 분리막을 도 2와 같이 연결한 막 분리 장치에 유입하였다.
응축기에서 회수된 펜탄(성분 A)의 회수율은 59%로 계산되었다. 또한, 제 2 분리막을 투과하지 않고 배출되는 제 2 비투과 흐름 내의 펜탄의 함량은 0.7 몰%로 측정되었으며, 상기 수학식 3에 의하여 계산된 막 분리 장치의 펜탄(성분 A)의 회수율은 95%로 계산되었다. 결과적으로 응축기 및 막 분리 장치를 이용한 전체 펜탄 회수율은 98%로 측정되었다.
실시예 5
펜탄 및 질소가 혼합된 기체(펜탄 함량 28.4 몰%, 기체 온도 53℃)를 계기 압력 4.5 kgf/cm2, 9.7 kg/hr의 유량으로 도 4와 같이 응축기로 유입시켜 응축시킨 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 막 분리 공정을 수행하였다. 상기 응축기에서 유출되는 응축된 흐름 (F7)은 별도로 분리하고, 비응측된 발포 기체 흐름(펜탄 함량 12.2 몰%, 기체 온도 15℃)을 6.5 kg/hr의 유량으로 상기 제 1 분리막, 제 2 분리막 및 기액 분리기를 도 4와 같이 연결한 막 분리 장치에 유입하였다.
응축기에서 회수된 펜탄(성분 A)의 회수율은 66%로 계산되었다. 또한, 제 2 분리막을 투과하지 않고 배출되는 제 2 비투과 흐름 내의 펜탄의 함량은 0.036 몰%로 측정되었으며, 수학식 3에 의하여 계산된 막 분리 장치의 펜탄(성분 A)의 회수율은 99.8%로 계산되었다. 결과적으로 응축기 및 막 분리 장치를 이용한 전체 펜탄 회수율은 99.9%로 측정되었다.
선택도 및 투과도가 상이한 2개의 분리막을 포함하는 막 분리 장치를 이용한 펜탄 분리 공정의 모사 실험
실험예 1
펜탄 및 질소가 혼합된 기체(펜탄 함량 15.2 몰%)를 계기 압력 3.0 kgf/cm2, 1.4 Nm3/hr의 유량으로 하기 조건을 만족하는 제 1 분리막 및 제 2 분리막을 연결한 막 분리 장치에 유입시켜 막 분리 공정의 시뮬레이션 실험을 수행하였다. 이 경우, 수학식 3에 의하여 계산된 막 분리 장치의 펜탄(성분 A)의 회수율은 96%로 계산되었다.
<분리막 조건>
제 1 분리막: 수학식 1에 의하여 계산된 펜탄(성분 A) 및 질소(성분 B)의 투과도가 각각 P1 A = 50 GPU 및 P1 B = 0.17 GPU이고, 수학식 2에 의하여 계산된 제 1 분리막의 질소(성분 B)에 대한 펜탄(성분 A)의 선택도 α1 AB = 300이다.
제 2 분리막: 수학식 1에 의하여 계산된 펜탄(성분 A) 및 질소(성분 B)의 투과도가 각각 P2 A = 300 GPU 및 P2 B = 6 GPU이고, 수학식 2에 의하여 계산된 제 2 분리막의 질소(성분 B)에 대한 펜탄(성분 A)의 선택도 α2 AB = 50이다.
비교 실험예 1
펜탄 및 질소가 혼합된 기체(펜탄 함량 15.2 몰%)를 계기 압력 3.0 kgf/cm2, 1.4 Nm3/hr 의 유량으로 상기 실험예 1에서 사용한 제 2 분리막으로 유입되고, 상기 제 2 분리막을 통과하지 않은 비투과 흐름이 상기 실험예 1에서 사용한 제 1 분리막으로 유입되도록 연결한 막 분리 장치에 유입시킨 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 막 분리 공정의 시뮬레이션 실험을 수행하였다. 이 경우, 수학식 3에 의하여 계산된 막 분리 장치의 펜탄(성분 A)의 회수율은 94%로 계산되었다
분리막을 이용한 EPS 제조 공정에서의 펜탄 기체의 분리
실시예 6
700 L 용량의 고압 반응기에 스티렌 단량체 269 kg, 폴리스티렌 리싸이클 비드(분자량 200,000 내지 300,000) 4 kg, 개시제인 벤조일 퍼옥사이드 1.16 kg, t-부틸퍼벤조에이트 0.13 kg, 디큐밀퍼옥사이드 0.8kg, 분자량 조절제인 디비닐벤젠 0.06 kg 및 난연제인 헥사브로모시클로도데칸 1.27kg을 혼합하여 제조한 분산액을 투입하고 교반하였다. 이 후 분산제로 트리칼슘포스페이트 0.28kg을 이온수 219 L와 함께 반응기에 투입하고 교반하였다.
반응기를 밀폐시킨 후, 90분간 반응기 내부 온도를 90℃까지 승온시키되, 승온 중 1 시간이 경과 후에 분산 보조제인 1%의 TSC를 가지는 포타슘퍼설페이트 수용액 0.03 kg을 투입하였다. 반응기 내부 온도가 90℃에 도달한 후, 210분 간 90℃를 유지 하며, 그 동안에 반응기에 pH 조절제인 트리칼슘포스페이트 0.3 kg, 계면 활성제인 폴리옥시에틸렌솔비탄모노라우레이트 0.007 kg을 투입하였다. 반응기 내부 온도를 90℃로 유지한 지 260분이 경과한 후에, 발포제인 펜탄 25 kg을 투입하였으며, 50분에 걸쳐 반응기 내부 온도를 100℃까지 승온시킨 후, 40분간 유지하였다. 이 후 50분에 걸쳐 반응기 내부 온도를 125℃까지 승온 시키고, 이 온도를 150분간 유지한 후에, 반응기를 냉각시켰다. 반응기를 냉각함에 따라 반응기 내부 압력이 감소하게 되며, 반응기 내부 계기압력이 3.1 kgf/cm2에 도달하면 계기압력이 4.8 kgf/cm2인 질소를 반응기에 공급하였다. 이 후, 상기 반응기 내부 계기 압력이 3.5 kgf/cm2로 일정해지면, 배출 장치에 의해 미함침된 펜탄 및 질소의 혼합 기체를 상기 반응기로부터 배출하고, 계기 압력이 3.5 kgf/cm2로 유지되고, 15℃로 냉각되는 응축기에 6.0 kg/hr의 유량으로 투입하여 상기 펜탄의 일부를 응축시켰다. 상기 응축기에서 유출되는 응축된 흐름 (F7)은 별도로 분리하고, 비응측된 펜탄 기체와 질소 기체의 혼합 흐름을 5.4 kg/hr의 유량으로 실시예 1에서 사용한 제 1 분리막 만을 포함하는 막 분리 장치에 유입하였다.
제 1 분리막을 투과하지 않고 배출되는 제 1 비투과 흐름 내의 펜탄의 함량은 4 몰% 미만으로 측정되었다. 도 11은, 시간에 따른, 미 함침된 펜탄 및 질소가 혼합된 기체 내의 펜탄의 함량을 나타낸 그래프이다.
실시예 7
반응기를 냉각함에 따라 반응기 내부 계기압력이 3.8 kgf/cm2에 도달하면 계기압력이 4.8 kgf/cm2인 질소를 반응기에 공급하였으며, 상기 반응기 내부 계기 압력이 4.0 kgf/cm2로 일정해지면, 배출 장치에 의해 미함침된 펜탄 및 질소의 혼합 기체를 상기 반응기로부터 배출하고, 도 8과 같이, 계기 압력이 4.0 kgf/cm2로 유지되고, 15℃로 냉각되는 응축기에 6.6 kg/hr의 유량으로 투입하여 상기 펜탄의 일부를 응축시킨 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 방법으로 발포성 폴리스티렌을 제조하였다. 상기 응축기에서 유출되는 응축된 흐름 (F7)은 별도로 분리하고, 비응측된 펜탄 및 질소의 혼합 흐름을 5.6 kg/hr의 유량으로 실시예 5에서 사용한 제 1 분리막, 제 2 분리막 및 기액 분리기를 도 8과 같이 연결한 막 분리 장치에 유입하였다. 이 경우, 상기 제 1 분리막의 비투과 흐름을 상압으로 제어하면서, 상기 제 2 분리막으로 유입시켰으며, 기액 분리기에서 분리된 기상 흐름은 제 2 분리막으로 순환시켰다.
제 2 분리막을 투과하지 않고 배출되는 제 2 비투과 흐름 내의 펜탄의 함량은 1 몰% 미만으로 측정되었다. 도 12는, 시간에 따른, 도 8의 제조 장치에 도입된 미 함침된 펜탄 및 질소가 혼합된 기체 내의 펜탄의 함량을 나타낸 그래프이다.

Claims (26)

  1. 적어도 2 이상의 성분을 포함하는 공급 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막; 및
    상기 제 1 비투과 흐름이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막을 포함하고,
    상기 제 1 분리막과 제 2 분리막은 선택도 및 투과도가 상이한 막 분리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 분리막 및 상기 제 2 분리막은 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 막 분리 장치:
    [식 1]
    α1 AB - α2 AB > 0
    [식 2]
    P2 A - P1 A > 0
    상기 식 1에서,
    α1 AB는 상기 제 1 분리막에 유입되는 공급 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P1 A/P1 B)를 나타내고,
    α2 AB는 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P2 A/P2 B)를 나타내며,
    상기에서 P1 A 및 P1 B는 각각 상기 제 1 분리막에 유입되는 공급 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내고,
    P2 A 및 P2 B는 각각 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내며,
    상기에서 성분 A는 각 분리막에 유입되는 성분 중 분리 대상 성분을 나타내고, 성분 B는 각 분리막에 유입되는 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분을 나타낸다.
  3. 제 2 항에 있어서, 제 1 분리막 및 제 2 분리막은 하기 식 3 및 식 4를 만족하는 막 분리 장치:
    [식 3]
    α1 AB > 1
    [식 4]
    α2 AB > 1
    상기 식 3 및 식 4에서 α1 AB 및 α2 AB는 제 2 항에서 정의한 바와 같다.
  4. 제 2 항에 있어서, 제 1 분리막의 P1 A 및 제 2 분리막의 P2 A는 20 GPU 이상인 막 분리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 제 1 분리막의 α1 AB 및 제 2 분리막의 α2 AB는 10 이상인 막 분리 장치.
  6. 적어도 2 이상의 성분을 포함하는 공급 흐름이 유입되는 응축기;
    상기 응축기에서 비응축된 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막; 및
    상기 제 1 비투과 흐름이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막을 포함하고,
    상기 제 1 분리막과 제 2 분리막은 선택도 및 투과도가 상이한 막 분리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 제 1 분리막 및 상기 제 2 분리막은 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 막 분리 장치:
    [식 1]
    α1 AB - α2 AB > 0
    [식 2]
    P2 A - P1 A > 0
    상기 식 1에서,
    α1 AB는 상기 제 1 분리막에 유입되는 비응축된 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P1 A/P1 B)를 나타내고,
    α2 AB는 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P2 A/P2 B)를 나타내며,
    상기에서 P1 A 및 P1 B는 각각 상기 제 1 분리막에 유입되는 비응축된 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내고,
    P2 A 및 P2 B는 각각 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내며,
    상기에서 성분 A는 각 분리막에 유입되는 성분 중 분리 대상 성분을 나타내고, 성분 B는 각 분리막에 유입되는 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분을 나타낸다.
  8. 제 7 항에 있어서, 제 1 분리막 및 제 2 분리막은 하기 식 3 및 식 4를 만족하는 막 분리 장치:
    [식 3]
    α1 AB > 1
    [식 4]
    α2 AB > 1
    상기 식 3 및 식 4에서 α1 AB 및 α2 AB는 제 7 항에서 정의한 바와 같다.
  9. 공급 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막;
    상기 제 1 비투과 흐름이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막; 및
    상기 제 1 투과 흐름 및 상기 제 2 투과 흐름을 기상 흐름 및 액상 흐름으로 분리하고, 상기 분리된 기상 흐름을 배출하며, 상기 기상 흐름이 상기 공급 흐름 또는 제 1 비투과 흐름과 함께 상기 제 1 분리막 및/또는 제 2 분리막으로 유입되도록 상기 제 1 분리막의 전단 및/또는 상기 제 1 분리막과 상기 제 2 분리막 사이에 연결된 기액 분리기를 포함하고,
    상기 제 1 분리막과 제 2 분리막은 선택도 및 투과도가 상이한 막 분리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 제 1 분리막 및 상기 제 2 분리막은 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 막 분리 장치:
    [식 1]
    α1 AB - α2 AB > 0
    [식 2]
    P2 A - P1 A > 0
    상기 식 1에서,
    α1 AB는 상기 제 1 분리막에 유입되는 공급 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P1 A/P1 B)를 나타내고,
    α2 AB는 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P2 A/P2 B)를 나타내며,
    상기에서 P1 A 및 P1 B는 각각 상기 제 1 분리막에 유입되는 공급 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내고,
    P2 A 및 P2 B는 각각 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내며,
    상기에서 성분 A는 각 분리막에 유입되는 성분 중 분리 대상 성분을 나타내고, 성분 B는 각 분리막에 유입되는 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분을 나타낸다.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 1 분리막 및 제 2 분리막은 하기 식 3 및 식 4를 만족하는 막 분리 장치:
    [식 3]
    α1 AB > 1
    [식 4]
    α2 AB > 1
    상기 식 3 및 식 4에서 α1 AB 및 α2 AB는 제 10 항에서 정의한 바와 같다.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 기액 분리기에서 배출되는 기상 흐름이 상기 제 1 분리막 및/또는 제 2 분리막으로 유입되기 전에 상기 기상 흐름을 가압시키는 가압 장치를 추가로 포함하는 막 분리 장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 제 1 비투과 흐름을 감압시키는 감압 장치를 추가로 포함하며, 기액 분리기는, 상기 기액 분리기에서 배출되는 기상 흐름이 제 1 비투과 흐름과 함께 제 2 분리막으로 유입되도록 연결된 막 분리 장치.
  14. 적어도 2 이상의 성분을 포함하는 공급 흐름이 유입되는 응축기;
    상기 응축기에서 비응축된 흐름이 제 1 분리막으로 유입되어 상기 제 1 분리막을 통과하는 제 1 투과 흐름 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않는 제 1 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 1 분리막;
    상기 제 1 비투과 흐름이 제 2 분리막으로 유입되어 상기 제 2 분리막을 통과하는 제 2 투과 흐름 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않는 제 2 비투과 흐름으로 나뉘어 배출되는 제 2 분리막; 및
    상기 제 1 투과 흐름 및 상기 제 2 투과 흐름을 기상 흐름 및 액상 흐름으로 분리하고, 상기 분리된 기상 흐름을 배출하며, 상기 기상 흐름이 상기 공급 흐름 또는 제 1 비투과 흐름과 함께 상기 제 1 분리막 및/또는 제 2 분리막으로 유입되도록 상기 제 1 분리막의 전단 및/또는 상기 제 1 분리막과 상기 제 2 분리막 사이에 연결된 기액 분리기를 포함하고,
    상기 제 1 분리막과 제 2 분리막은 선택도 및 투과도가 상이한 막 분리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 1 분리막 및 상기 제 2 분리막은 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 막 분리 장치:
    [식 1]
    α1 AB - α2 AB > 0
    [식 2]
    P2 A - P1 A > 0
    상기 식 1에서,
    α1 AB는 상기 제 1 분리막에 유입되는 비응축된 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P1 A/P1 B)를 나타내고,
    α2 AB는 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P2 A/P2 B)를 나타내며,
    상기에서 P1 A 및 P1 B는 각각 상기 제 1 분리막에 유입되는 비응축된 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내고,
    P2 A 및 P2 B는 각각 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내며,
    상기에서 성분 A는 각 분리막에 유입되는 성분 중 분리 대상 성분을 나타내고, 성분 B는 각 분리막에 유입되는 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분을 나타낸다.
  16. 제 15 항에 있어서, 제 1 분리막 및 제 2 분리막은 하기 식 3 및 식 4를 만족하는 막 분리 장치:
    [식 3]
    α1 AB > 1
    [식 4]
    α2 AB > 1
    상기 식 3 및 식 4에서 α1 AB 및 α2 AB는 제 15 항에서 정의한 바와 같다.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 기액 분리기에서 배출되는 기상 흐름이 상기 제 1 분리막 및/또는 제 2 분리막으로 유입되기 전에 상기 기상 흐름을 가압시키는 가압 장치를 추가로 포함하는 막 분리 장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 제 1 비투과 흐름을 감압시키는 감압 장치를 추가로 포함하며, 기액 분리기는, 상기 기액 분리기에서 배출되는 기상 흐름이 제 1 비투과 흐름과 함께 제 2 분리막으로 유입되도록 연결된 막 분리 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 막 분리 장치를 포함하는 발포성 폴리스티렌의 제조 장치.
  20. 성분 A 및 성분 B를 포함하는 공급 흐름을 제 1 분리막으로 공급하여 상기 제 1 분리막을 통과한 제 1 투과 흐름 및 상기 제 1 분리막을 통과하지 않은 제 1 비투과 흐름을 배출하는 단계; 및
    상기 제 1 비투과 흐름을 제 2 분리막으로 공급하여 상기 제 2 분리막을 통과한 제 2 투과 흐름 및 상기 제 2 분리막을 통과하지 않은 제 2 비투과 흐름을 배출하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 분리막 및 제 2 분리막은 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 막 분리 방법:
    [식 1]
    α1 AB - α2 AB > 0
    [식 2]
    P2 A - P1 A > 0
    상기 식 1에서,
    α1 AB는 상기 제 1 분리막에 유입되는 공급 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P1 A/P1 B)를 나타내고,
    α2 AB는 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 B에 대한 성분 A의 선택도(P2 A/P2 B)를 나타내며,
    상기에서 P1 A 및 P1 B는 각각 상기 제 1 분리막에 유입되는 공급 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내고,
    P2 A 및 P2 B는 각각 상기 제 2 분리막에 유입되는 제 1 비투과 흐름 중 존재하는 성분 A 및 성분 B의 투과도를 나타내며,
    상기에서 성분 A는 각 분리막에 유입되는 성분 중 분리 대상 성분을 나타내고, 성분 B는 각 분리막에 유입되는 성분 중 상기 성분 A를 제외한 나머지 성분을 나타낸다.
  21. 제 20 항에 있어서, 제 1 분리막 및 제 2 분리막은 하기 식 3 및 식 4를 만족하는 막 분리 방법:
    [식 3]
    α1 AB > 1
    [식 4]
    α2 AB > 1
    상기 식 3 및 식 4에서 α1 AB 및 α2 AB는 제 193 항에서 정의한 바와 같다.
  22. 제 20 항에 있어서, 성분 A 및 성분 B를 포함하는 공급 흐름을 제 1 분리막에 공급하기 전에 응축시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 공급 흐름 중 응축된 흐름을 분리하고 비응축된 흐름을 상기 제 1 분리막으로 공급하는 막 분리 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 제 1 투과 흐름 및 제 2 투과 흐름을 기액 분리기에 유입시켜 액상 흐름 및 기상 흐름으로 분리하고, 상기 분리된 기상 흐름을 제 1 분리막 및/또는 제 2 분리막으로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 막 분리 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 분리된 기상 흐름을 가압하여 제 1 분리막 및/또는 제 2 분리막으로 공급하는 막 분리 방법.
  25. 제 23 항에 있어서, 제 1 비투과 흐름을 감압하고, 상기 감압된 제 1 비투과 흐름 및 상기 분리된 기상 흐름을 제 2 분리막으로 공급하는 막 분리 방법.
  26. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항의 막 분리 방법을 포함하는 발포성 폴리스티렌의 제조 방법.
PCT/KR2014/001349 2013-02-19 2014-02-19 막 분리 장치 WO2014129801A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/652,689 US10086325B2 (en) 2013-02-19 2014-02-19 Membrane separation device
CN201480003901.4A CN104918683B (zh) 2013-02-19 2014-02-19 薄膜分离装置

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130017624 2013-02-19
KR10-2013-0017624 2013-02-19
KR1020130069800A KR101559201B1 (ko) 2013-02-19 2013-06-18 막 분리 장치
KR10-2013-0069800 2013-06-18
KR1020130069799A KR101569246B1 (ko) 2013-02-19 2013-06-18 발포성 폴리스티렌의 제조 장치 및 방법
KR10-2013-0069799 2013-06-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014129801A1 true WO2014129801A1 (ko) 2014-08-28

Family

ID=51391528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2014/001349 WO2014129801A1 (ko) 2013-02-19 2014-02-19 막 분리 장치

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014129801A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0247585A1 (en) * 1986-05-27 1987-12-02 Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Method for recovering hydrocarbon vapor
US4936887A (en) * 1989-11-02 1990-06-26 Phillips Petroleum Company Distillation plus membrane processing of gas streams
US20020152889A1 (en) * 2000-05-19 2002-10-24 Baker Richard W. Gas separation using organic-vapor-resistant membranes in conjunction with organic-vapor-selective membranes
US20040099138A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et Membrane separation process
KR100711237B1 (ko) * 2006-06-09 2007-04-25 한국에너지기술연구원 흡착제가 충진된 분리막 및 이를 이용한 이산화탄소 분리방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0247585A1 (en) * 1986-05-27 1987-12-02 Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Method for recovering hydrocarbon vapor
US4936887A (en) * 1989-11-02 1990-06-26 Phillips Petroleum Company Distillation plus membrane processing of gas streams
US20020152889A1 (en) * 2000-05-19 2002-10-24 Baker Richard W. Gas separation using organic-vapor-resistant membranes in conjunction with organic-vapor-selective membranes
US20040099138A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et Membrane separation process
KR100711237B1 (ko) * 2006-06-09 2007-04-25 한국에너지기술연구원 흡착제가 충진된 분리막 및 이를 이용한 이산화탄소 분리방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018084553A1 (ko) 철강산업의 부생가스로부터 일산화탄소의 분리 및 회수공정
WO2010085072A2 (ko) 고순도 노르말 부탄올 생산용 분리벽형 증류탑, 및 노르말 부탄올 증류방법
WO2016159707A1 (ko) 증류 장치
WO2016043427A1 (ko) 고순도 메탄가스의 분리를 위한 다단계 막분리 정제공정 및 장치
EP3050866B1 (en) Method for preparing butadiene through oxidative dehydrogenation
WO2017047923A1 (ko) 음이온 중합개시제의 제조방법, 제조장치 및 이로부터 제조되는 음이온 중합개시제
CA2896284C (en) Method for recycling methanol in the process of preparing dimethyl oxalate from synthesis gas
WO2014129801A1 (ko) 막 분리 장치
WO2016159525A1 (ko) 고농도 이산화탄소 포집 장치
WO2020017729A1 (ko) 정삼투 성능이 개선된 멤브레인 장치 및 이를 이용하는 용액 분리 방법
WO2022255586A1 (ko) 초고순도 불화수소의 정제방법 및 장치
WO2017047924A1 (ko) 음이온 중합개시제의 제조방법, 제조장치 및 이로부터 제조되는 음이온 중합개시제
KR101569246B1 (ko) 발포성 폴리스티렌의 제조 장치 및 방법
WO2023121379A1 (ko) 에틸렌-비닐알코올 공중합체의 제조 방법
ES2183091T3 (es) Recuperacion de gases nobles.
WO2018124575A1 (ko) 부타디엔 제조방법
WO2017010600A1 (ko) 탄화수소의 탈수소화를 통해 올레핀을 제조하기 위한 촉매 및 그 제조방법
WO2018124579A1 (ko) 부타디엔 제조방법
KR830007276A (ko) 배출가스의 회수와 재이용 방법 및 그 장치
EP2694436A1 (en) Continuous manufacturing apparatus and method for carbon nanotubes having gas seperation units
WO2023177133A1 (ko) Pgme, pgmea, 물의 혼합물로부터 물을 분리하는 방법
WO2022164132A1 (ko) 격막이 구비된 전해액 보정부를 포함하는 수전해 장치
WO2021015541A1 (en) Method of recovering unreacted ethylene in ethylene oligomerization process
WO2016105156A1 (en) Method and apparatus for purification of dimethyl carbonate using pervaporation
WO2015178717A1 (ko) 큐멘의 정제 장치 및 정제 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14754186

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14652689

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14754186

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1