WO2016122067A1 - 분리막 성능평가장치 - Google Patents

분리막 성능평가장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2016122067A1
WO2016122067A1 PCT/KR2015/007592 KR2015007592W WO2016122067A1 WO 2016122067 A1 WO2016122067 A1 WO 2016122067A1 KR 2015007592 W KR2015007592 W KR 2015007592W WO 2016122067 A1 WO2016122067 A1 WO 2016122067A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
discharge line
separator
unit
performance evaluation
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/007592
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김광구
전혜원
전미진
Original Assignee
한국산업기술시험원
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
Application filed by 한국산업기술시험원 filed Critical 한국산업기술시험원
Publication of WO2016122067A1 publication Critical patent/WO2016122067A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks

Definitions

  • the inventors of the present invention continue the experiment to separate not only carbon dioxide, but also various gases such as SOx, NOx and CH 4 which cause air pollution and various environmental problems. Accordingly, the present invention has been completed after efforts and studies to test the performance of the membrane of various types and sizes.
  • An object of the present invention is to evaluate the performance of the gas separation membrane for separating a specific gas in a mixed gas mixed with a plurality of different gases, a separator capable of evaluating the performance of the membrane of various types and sizes in one experimental apparatus It is to provide a performance evaluation device.
  • the present invention provides a separator performance evaluation apparatus including a vacuum pump and a water supply pump to enable a test in consideration of vacuum and moisture.
  • the present invention may further include a preheating unit disposed between the gas mixing unit and the gas separation unit to preheat the mixed gas to a predetermined temperature.
  • the present invention may further include a second analysis unit connected to the second discharge line and analyzing the gas discharged from the second discharge line.
  • the present invention may further include a chiller coupled to the first discharge line to lower the temperature of the gas moving the first discharge line to liquefy.
  • the present invention may further include a separator coupled to the first discharge line for storing and separating the gas liquefied by the cooler.
  • the gas supply unit may include a plurality of supply lines corresponding to different kinds of gases, and each of the supply lines may be combined with a flow control unit for adjusting a supply amount.
  • Separator performance evaluation apparatus as described above allows to evaluate the performance of the membrane of various types and sizes in a single experimental device.
  • the separator module is provided with a plurality, it is arranged up and down inside the oven and connected to each other, it is possible to overcome the length limit of the module.
  • a vacuum pump and a water supply pump are provided to enable experiments in various environments.
  • Figure 3 is a side view showing a separator performance evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a plan view showing a separator performance evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a separator module and a separator cell of a separator performance evaluation apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic diagram showing the overall process of the membrane performance evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 2 to 4 show a front view, a side view, and a plan view of a separator performance evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the separator performance evaluation apparatus according to the present invention includes a gas supply unit 100, a gas mixing unit 200, a gas separation unit 350, an oven 300, a first discharge line 400, It includes a second discharge line 500, the first analysis unit 600.
  • Separation membrane performance evaluation apparatus according to the present invention by selectively passing a gas mixture (350) including a separation membrane mixed with various gases to selectively separate the specific gas according to the permeation rate, by analyzing its components, flow rate and the like Evaluate the performance of the membrane.
  • a gas mixture 350
  • a separation membrane mixed with various gases to selectively separate the specific gas according to the permeation rate
  • the gas supply unit 100 may supply a plurality of different kinds of gases to test the performance of the separator in various gas compositions.
  • the gas supply unit 100 is provided with a plurality of supply lines 110 corresponding to different kinds of gas, each of the supply line 110 is coupled to the flow rate control unit 120 for adjusting the respective gas flow rate have.
  • the flow rate of the flow control unit 120 By adjusting the flow rate of the flow control unit 120, the gas composition of the mixed gas and the composition ratio of each gas constituting the mixed gas can be adjusted.
  • a plurality of mixed gas compositions are made through the plurality of supply lines 110 and the flow control unit 120 installed in each supply line 110, and thus the performance of the separator in the various mixed gas compositions can be tested.
  • the flow control unit 120 may include a mass flow control (MFC).
  • MFC mass flow control
  • each supply line 110 may be equally set to a predetermined pressure, for example, 3 bar. The pressure of the gas flowing through the gauge G formed in each supply line 110 may be checked.
  • the gas mixing unit 200 mixes the gas supplied through the plurality of supply lines 110. It is very important that each of the gases be mixed well so that they are identical to the environment under which they are tested.
  • the exhaust gas is a hot gas. Therefore, it is very important to test the performance of the membrane by forming an environment similar to this environment.
  • the gas mixing unit 200 supplies high temperature heat to increase the internal temperature to 300 degrees, and evenly mixes the gas supplied from the gas supply unit 100 while raising the temperature of the mixed gas.
  • the gas separation unit 350 separates the mixed gas supplied from the gas mixing unit 200 according to the gas permeation rate.
  • the gas separation unit 350 includes a separator module 351 and a separator cell 352, and the separator module 351 and the separator cell 352 are disposed together in the oven 300.
  • the oven 300 accommodates the gas separation unit 350 including the separator module 351 and the separator cell 352 and supplies heat to the separator module 351 and the separator cell 352. At this time, the temperature inside the oven 300 may be supplied with a high temperature heat to rise to 300 degrees to increase the temperature of the mixed gas to be similar to the temperature of the exhaust gas.
  • the gas supplied from the gas mixing unit 200 may be selectively coupled to the separator module 351 or the separator cell 352 of the gas separator 350.
  • the experiment is performed by combining with the membrane module 351
  • the experiment is performed by combining with the membrane cell 352 to evaluate the performance of the membrane cell 352.
  • the experiment can be carried out while changing only the separator to be accommodated in the oven 300 to test. Therefore, it is possible to experiment with a variety of separators under the same environment, thereby maintaining the objectivity in comparing the mutual evaluation of the membrane, and enables accurate performance evaluation.
  • the separator module 351 and the separator cell 352 may be disposed together in the oven 300 and selectively test the performance, so that the performance of the separator module 351 and the separator cell 352 in sequence under the same environment. Can be evaluated and compared, the membrane performance evaluation is very efficient and accurate evaluation is made.
  • the first discharge line 400 is connected to the gas separation unit 350 to discharge the gas transmitted from the gas separation unit 350. That is, gas that has passed through the separation membrane of the gas separation unit 350 is discharged.
  • the separation membrane is formed so as to penetrate only a specific gas, it is possible to separate only the gas that passes through the gas separation membrane, or vice versa, it is possible to separate gases that do not pass through the gas separation membrane.
  • the first analyzer 600 is coupled to the first discharge line 400 to analyze the gas discharged from the first discharge line 400. That is, it is possible to determine whether the performance of the separation membrane is good by analyzing the component, flow rate, etc. of the gas permeated by the separation membrane.
  • the second discharge line 500 is introduced into the gas separation unit 350 to serve to discharge the gas not permeated by the separation membrane.
  • the second analysis unit 510 such as the first analysis unit 600 of the first discharge line 400 may be coupled to the second discharge line 500.
  • the second analyzer 510 is coupled to the second discharge line 500 to analyze the gas discharged from the second discharge line 500.
  • the accuracy of the performance evaluation of the separator may be improved by analyzing the component, the flow rate, or the like of the gas discharged from the second discharge line 500.
  • the second separator 520 may be coupled to the second discharge line 500 to collect the gas discharged to the second discharge line 500.
  • a mixed gas containing carbon dioxide is supplied, the supplied mixed gas passes through the carbon dioxide separation membrane of the gas separation unit 350 to the first
  • the discharge line 400 is discharged, and other gases except carbon dioxide are impermeable and discharged to the second discharge line 500.
  • the first analyzer 600 coupled to the first discharge line 400 may pass through the separator and analyze the flow rate of the discharged carbon dioxide to evaluate the performance of the carbon dioxide separator.
  • the gas separation unit 350 is to be able to objectively and efficiently evaluate the performance of each membrane by selectively or sequentially experiment with the carbon dioxide membrane module 351 or the carbon dioxide membrane cell 352.
  • Separator performance evaluation apparatus may further include a back pressure control valve 700 (back pressure valve).
  • the back pressure control valve 700 may be coupled to the first discharge line 400 to adjust the amount of exhaust gas discharged from the first discharge line 400.
  • the back pressure control valve 700 may be coupled to the second discharge line 500 to adjust the amount of gas impermeable.
  • the pressure inside the separator module 351 or the separator cell 352 is adjusted by adjusting the amount of the exhaust gas that passes through the separator module 351 or the separator cell 352 of the gas separator 350.
  • By adjusting the amount of gas permeated and discharged it is possible to form the same pressure at the time of gas permeation of the separator, so that different membranes can be experimented under the same pressure, thereby enabling an objective evaluation of the membrane performance.
  • Separator performance evaluation apparatus may further include a preheating unit (800).
  • the preheater 800 is disposed between the gas mixing part 200 and the gas separation part 350 to raise the mixed gas supplied to the gas separation part 350 to a predetermined temperature. That is, the temperature of the mixed gas is raised to a predetermined temperature before being introduced into the oven 300 to share the heat supply of the oven 300.
  • Separator performance evaluation apparatus may further include a moisture supply unit (900).
  • the water supply unit 900 is connected to the preheating unit 800 to supply water to the mixed gas supplied from the gas mixing unit 200, and this water is vaporized into gas by the high internal heat of the preheating unit 800. It can be mixed with the mixed gas.
  • the water supply unit 900 may be further included, and the moisture supply may be adjusted to make various mixed gas compositions, and more similar to the composition of the exhaust gas.
  • the performance evaluation apparatus may further include a vacuum pump.
  • the vacuum pump 610 is coupled to the back pressure control valve 700 of the first discharge line 400 to reduce the pressure of the first discharge line 400 so that the gas discharged easily.
  • a cooler 630 may be coupled to the first discharge line 400.
  • the cooler 630 may liquefy by lowering the temperature of the discharged gas.
  • the gas may be liquefied to reduce the volume to facilitate storage of the separated gas.
  • the present invention may further include a separator 620 to store gas liquefied by the cooler 630.
  • Moisture and liquefied gas can be stored separately and removed or recycled.
  • FIG. 5 is a view showing the separator module 351 and the separator cell 352 of the separator performance evaluation apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • a plurality of separator modules 351 may be formed, and each separator module 351 may be disposed up and down and connected to each other.
  • the present invention may include a plurality of membrane modules 351 side by side. By placing and connecting to each other, it is possible to experiment the performance of the membrane module 351 as long as the desired size.
  • a first discharge line 400 is disposed in each of the plurality of membrane modules 351, and the gas passing through each of the membrane modules 351 is collected and discharged into the first discharge line 400.
  • three separator modules 351 having the same size are formed, but the scope of the present invention is not limited thereto, and it is obvious that the separator module 351 having a greater number or size may be disposed.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 분리막 성능평가장치에 관한 것이다. 자세하게는 본 발명은 다른 종류의 복수의 기체를 공급하는 기체 공급부; 상기 기체 공급부와 연결되어, 상기 기체 공급부로부터 공급되는 기체를 혼합하는 기체 혼합부; 상기 기체 혼합부에서 혼합된 혼합기체가 공급되어 상기 혼합기체 중 일정 기체는 투과시키고, 나머지 기체는 불투과시키는 기체 분리부; 상기 기체 분리부를 수용하며, 열을 공급하여 상기 기체 분리부 내부의 온도를 기설정온도로 유지시키는 오븐(oven);상기 기체 분리부에 연결되어, 상기 기체 분리부로부터 투과되는 기체를 배출하는 제1 배출라인; 상기 기체 분리부에 연결되어, 상기 기체 분리부로부터 불투과되는 기체를 배출하는 제2 배출라인; 및 상기 제1 배출라인에 연결되어, 상기 제1 배출라인으로부터 배출되는 기체를 분석하는 제1 분석부를 포함하고, 상기 기체 분리부는, 분리막 모듈과 분리막 셀을 포함하며, 상기 분리막 모듈과 상기 분리막 셀은 상기 오븐 내부에 함께 배치되되, 상기 기체 혼합부와 선택적으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치가 제공된다.

Description

분리막 성능평가장치
본 발명은 혼합기체 중 기체의 투과 속도에 따라 특정 기체를 선택적으로 분리할 수 있는 기체 분리막의 성능을 평가하는 장치에 관한 것이다. 특히, 다양한 종류의 분리막을 동일한 하나의 실험 환경 하에서 테스트 함으로써, 정확하고 효율적으로 분리막의 성능을 평가할 수 있는 분리막 성능평가장치에 관한 것이다.
온실가스에 의한 지구온난화와 기후변화 등 생태계 및 환경 문제가 심각해짐에 따라 대표적인 온실가스인 이산화탄소의 배출을 저감하는 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 현재의 산업 활동을 고려하였을 때 이산화탄소의 배출원인 화석연료의 사용을 줄이는 것은 쉽지 않아 온실 가스를 줄일 수 있는 기술적 대안으로 이산화탄소 포집 및 저장 or 처리 (Carbon Capture and Storage or Carbon Capture and Sequestration)기술이 부각되고 있다.
최근에 가장 빠르게 발전하고 있는 CCS 기술은 분리막을 이용한 연구로 이산화탄소를 효과적으로 분리, 회수하는 방법 중 하나이다. 기체 분리막은 투과속도에 따라 특정 기체를 선택적으로 분리할 수 있는 기술로써 사용되는 소재로는 유기막, 무기막 등이 사용된다.
분리막은 높은 에너지 효율과 환경적 오염 문제가 없는 친환경 공정으로 모듈화 및 혼성공정까지 개발이 가능하여 CCS 기술로 높은 성장세를 나타내고 있고 다양한 분리막 소재의 제조 및 개발이 활발하게 진행되어 분리막 관련 산업분야의 응용범위가 넓어지고 있다.
본 발명의 발명가들은 이산화탄소뿐만 아니라, 대기 오염 및 여러 환경 문제의 원인이 되는 SOx, NOx, CH4 등의 다양한 기체를 분리막을 통해 분리하는 실험을 지속하고 있다. 이에 따라 다양한 종류 및 크기의 분리막의 성능을 테스트하려는 노력 및 연구 끝에 본 발명을 완성하게 되었다.
관련한 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0711237호(2007.04.18 등록, 흡착제가 충진된 분리막 및 이를 이용한 이산화탄소 분리방법)가 있다.
본 발명의 목적은 서로 다른 복수의 기체가 혼합된 혼합가스 중 특정 기체를 분리하기 위한 기체 분리막의 성능을 평가하기 위한 것으로서, 하나의 실험장치에서 다양한 종류 및 크기의 분리막의 성능을 평가할 수 있는 분리막 성능평가장치를 제공하는 것이다.
우선, 오븐에 분리막 모듈 및 분리막 셀을 함께 배치하여 동일 온도 환경을 형성하고, 배출되는 가스의 양을 조절하여 동일 압력 환경을 형성함으로써, 서로 다른 종류의 분리막의 성능을 동일 환경 하에서 테스트할 수 있는 분리막 성능평가장치를 제공하는 것이다.
또한, 복수의 분리막 모듈이 오븐 안에 상하로 배치되고 서로 연결되어, 오븐의 공간 안에 수용되어야 하는 모듈의 길이적 제한을 극복할 수 있는 분리막 성능평가장치를 제공하고자 한다.
또한, 복수의 공급라인과 각 라인에 유량 조절부를 형성하여, 다양한 종류의 가스의 공급을 가능하게 하여 가스 조성에 따른 성능 평가를 가능하게 한다.
또한, 진공 펌프 및 수분 공급 펌프를 포함하여 진공 및 수분을 고려한 시험을 가능하게 하는 분리막 성능평가장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면 서로 다른 종류의 복수의 기체를 공급하는 기체 공급부; 상기 기체 공급부와 연결되어, 상기 기체 공급부로부터 공급되는 기체를 혼합하는 기체 혼합부; 상기 기체 혼합부에서 혼합된 혼합기체가 공급되어 상기 혼합기체 중 일정 기체는 투과시키고, 나머지 기체는 불투과시키는 기체 분리부; 상기 기체 분리부를 수용하며, 열을 공급하여 상기 기체 분리부 내부의 온도를 기설정온도로 유지시키는 오븐(oven);상기 기체 분리부에 연결되어, 상기 기체 분리부로부터 투과되는 기체를 배출하는 제1 배출라인; 상기 기체 분리부에 연결되어, 상기 기체 분리부로부터 불투과되는 기체를 배출하는 제2 배출라인; 및 상기 제1 배출라인에 연결되어, 상기 제1 배출라인으로부터 배출되는 기체를 분석하는 제1 분석부를 포함하고, 상기 기체 분리부는, 분리막 모듈과 분리막 셀을 포함하며, 상기 분리막 모듈과 상기 분리막 셀은 상기 오븐 내부에 함께 배치되되, 상기 기체 혼합부와 선택적으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치가 제공된다.
또한, 본 발명은 상기 제1 배출라인에 결합되어, 상기 제1 배출라인으로부터 배출되는 배출가스의 양을 조절하는 배압조정밸브(back pressure valve)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 기체 혼합부와 상기 기체 분리부 사이에 배치되어, 상기 혼합기체를 일정 온도로 상승시키기 위하여 예열하는 예열부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 예열부에 연결되어 상기 예열부에 수분을 공급하는 수분 공급부를 더 포함하고, 상기 수분 공급부에 의하여 공급된 상기 수분은 상기 예열부에 의해 기화되어 상기 혼합기체와 함께 혼합될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제2 배출라인에 연결되어, 상기 제2 배출라인으로부터 배출되는 기체를 분석하는 제2 분석부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제1 배출라인에 결합되어 상기 제1 배출라인을 감압할 수 있는 진공펌프를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제1 배출라인에 결합되어, 상기 제1 배출라인을 이동하는 상기 기체의 온도를 낮추어 액화시키는 냉각기(chiller)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제1 배출라인에 결합되어 상기 냉각기에 의해 액화된 기체를 저장하여 분리하는 세퍼레이터(separator)를 더 포함할 수 있다.
상기 기체 공급부는, 서로 다른 종류의 기체에 대응하는 복수의 공급라인을 포함하고, 각각의 공급라인에는 공급량을 조절하는 유량조절부가 결합될 수 있다.
상기 분리막 모듈은 복수로 형성되며, 각각의 분리막 모듈은 상하로 배치되고, 서로 연결되어 상기 기체 혼합부로부터 공급된 혼합기체가 각각의 분리막 모듈을 모두 통과한 다음 상기 제1 배출라인 또는 상기 제2 배출라인으로 배출될 수 있다.
위와 같은 본 발명에 따른 분리막 성능평가장치는 다양한 종류 및 크기의 분리막의 성능을 하나의 실험장치에서 평가할 수 있게 한다.
즉, 오븐 내부에 분리막 모듈 및 분리막 셀을 함께 배치하고, 배압조정밸브를 구비함으로써, 동일 온도, 동일 압력 조건에서 다양한 분리막의 성능을 테스트 할수 있게 된다.
또한, 분리막 모듈이 복수로 구비되고, 오븐 내부에 상하로 배치되며 서로 연결됨으로써, 모듈의 길이제 제한을 극복할 수 있게 된다.
또한, 진공 펌프 및 수분 공급 펌프를 구비하여 다양한 환경에서 실험을 가능하게 한다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 성능평가장치를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 성능평가장치를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 성능평가장치를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 성능평가장치를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 성능평가장치의 분리막 모듈 및 분리막 셀을 나타낸 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 분리막 성능평가장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 성능평가장치의 전체적인 프로세스를 나타낸 개략적인 도면이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 성능평가장치의 정면도, 측면도, 평면도를 나타낸 것이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면 본 발명에 따른 분리막 성능평가장치는 기체 공급부(100), 기체 혼합부(200), 기체 분리부(350), 오븐(300), 제1 배출라인(400), 제2 배출라인(500), 제1 분석부(600)를 포함한다. 본 발명에 따른 분리막 성능평가장치는 다양한 기체가 혼합된 혼합기체가 분리막을 포함하는 기체 분리부(350)를 통과하면서 투과 속도에 따라 특정 기체를 선택적으로 분리하여, 이의 성분, 유량 등을 분석하여 분리막의 성능을 평가하는 것이다.
기체 공급부(100)는 다양한 가스 조성에서의 분리막의 성능을 실험하기 위하여 서로 다른 종류의 다양한 복수의 기체를 공급할 수 있다. 이러한 기체 공급부(100)는 서로 다른 종류의 기체에 대응하는 복수의 공급라인(110)을 구비하고, 각각의 공급라인(110)에는 각각의 기체 유량을 조절하는 유량조절부(120)가 결합되어 있다. 유량조절부(120)의 유량 조절에 의하여 혼합기체의 가스 조성 및 혼합기체를 구성하는 각 가스의 조성비를 조절할 수 있다. 이렇게 복수의 공급라인(110) 및 각 공급라인(110)에 설치된 유량조절부(120)를 통하여 다양한 혼합가스 조성을 만들고, 이에 따라 다양한 혼합가스 조성에서의 분리막의 성능을 테스트할 수 있게 된다.
이때의 유량조절부(120)는 MFC(mass flow control)을 포함할 수 있다. 또한 각 공급라인(110)은 일정 압력, 예를 들면 3bar로 동일하게 설정될 수 있다. 각 공급라인(110)에 형성된 게이지(G)를 통하여 유입되는 기체의 압력을 확인할 수 있다.
기체 혼합부(200)는 복수의 공급라인(110)을 통하여 공급된 기체를 혼합하게 된다. 복수의 각각의 기체를 잘 혼합시켜, 실체 테스트 하려는 환경과 동일하게 만들어 주는 것은 매우 중요하다. 배출가스 등은 고온의 기체이다. 따라서 이러한 환경과 유사한 환경을 형성하여 분리막의 성능을 테스트하는 것은 매우 중요하다. 기체 혼합부(200)는 내부의 온도를 300도까지 상승할 수 있도록 고온의 열을 공급하여, 혼합기체의 온도를 상승시킨 상태에서, 기체 공급부(100)에서 공급된 기체를 골고루 혼합하게 된다.
기체 분리부(350)는 기체 혼합부(200)에서 공급된 혼합기체를 기체의 투과속도에 따라 분리하게 된다. 이때 기체 분리부(350)는 분리막 모듈(351)과 분리막 셀(352)을 포함하고, 분리막 모듈(351)과 분리막 셀(352)은 함께 오븐(300) 내부에 배치된다.
오븐(300)은 분리막 모듈(351)과 분리막 셀(352)을 포함하는 기체 분리부(350)를 수용하며 분리막 모듈(351)과 분리막 셀(352)에 열을 공급하게 된다. 이때, 오븐(300) 내부의 온도는 300도까지 상승할 수 있도록 고온의 열을 공급하여 혼합기체의 온도를 배출가스의 온도와 유사하도록 상승시킬 수 있다.
기체 혼합부(200)로부터 공급된 기체는 기체 분리부(350)의 분리막 모듈(351) 또는 분리막 셀(352)에 선택적으로 결합할 수 있다. 분리막 모듈(351)의 성능을 평가하기 위하여 분리막 모듈(351)과 결합하여 실험을 진행하고, 분리막 셀(352)의 성능을 평가하기 위하여 분리막 셀(352)과 결합하여 실험을 진행하는 것이다.
동일한 기체 공급부(100), 동일한 기체 혼합부(200) 및 동일한 오븐(300)을 이용하고, 오븐(300)에 수용되어 테스트 하고 싶은 분리막만 변경해가면서 실험을 진행할 수 있다. 따라서 동일한 환경하에서 다양한 분리막을 실험할 수 있어, 분리막 상호 평가 비교에 객관성을 유지하고, 정확한 성능평가를 가능하게 한다.
또한, 분리막 모듈(351)과 분리막 셀(352)이 오븐(300) 내부에 함께 배치되고 선택적으로 성능을 테스트할 수 있어, 동일한 환경하에서 순차적으로 분리막 모듈(351)과 분리막 셀(352)의 성능을 평가하고 비교할 수 있어, 분리막 성능평가가 매우 효율적이며, 정확한 평가가 이루어지게 된다.
제1 배출라인(400)은 기체 분리부(350)에 연결되어, 기체 분리부(350)로부터 투과되는 기체를 배출하게 된다. 즉 기체 분리부(350)의 분리막을 투과한 기체가 배출되게 된다. 분리막이 특정 기체 만을 투과하도록 형성되어, 기체 분리막을 투과하는 기체 만을 분리하거나 또는 반대로, 기체 분리막을 투과하지 못하는 기체들을 분리할 수 있게 된다.
제1 분석부(600)는 제1 배출라인(400)에 결합되어, 제1 배출라인(400)으로부터 배출되는 기체를 분석하게 된다. 즉, 분리막에 의하여 투과된 기체의 성분, 유량 등을 분석하여 분리막의 성능이 좋은지를 판단할 수 있다.
제2 배출라인(500)은 기체 분리부(350)에 투입되어 분리막에 의하여 투과되지 않은 기체를 배출하는 역할을 하게 된다. 이러한 제2 배출라인(500)에도 제1 배출라인(400)의 제1 분석부(600) 같은 제2 분석부(510)가 결합될 수 있다.
제2 분석부(510)는 제2 배출라인(500)에 결합되어, 제2 배출라인(500)에서 배출되는 기체를 분석하게 된다. 제1 분석부(600)와 마찬가지로 제2 배출라인(500)에서 배출되는 기체의 성분, 또는 유량 등을 분석하여 분리막의 성능 평가의 정확성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 배출라인(500)에는 제2 세퍼레이터(520)이 결합되어 제2 배출라인(500)으로 배출되는 가스를 수집할 수 있다.
일례로, 혼합기체 중 이산화탄소를 분리할 수 있는 분리막의 성능을 테스트 하기 위하여, 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급하게 되고, 공급된 혼합기체는 기체 분리부(350)의 이산화탄소 분리막을 투과하여 제1 배출라인(400)으로 배출되게 되고, 이산화탄소를 제외한 그외 기체는 불투과되어 제2 배출라인(500)으로 배출되게 된다. 제1 배출라인(400)에 결합된 제1 분석부(600)는 분리막을 투과하고 배출된 이산화탄소의 유량 등을 분석하여 이산화탄소 분리막의 성능을 평가할 수 있게 된다.
이때의 기체 분리부(350)는 이산화탄소 분리막 모듈(351) 또는 이산화탄소 분리막 셀(352)을 선택적으로 또는 순차적으로 실험을 진행하여 각각의 분리막의 성능을 객관적이고 효율적으로 평가할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따른 분리막 성능평가장치는 배압조정밸브(700)(back pressure valve)를 더 포함할 수 있다. 배압조정밸브(700)는 제1 배출라인(400)에 결합되어, 제1 배출라인(400)으로부터 배출되는 배출가스의 양을 조절할 수 있다. 마찬가지로 제2 배출라인(500)에도 배압조정밸브(700)가 결합되어 불투과된 기체의 양을 조절할 수 있다.
기체 분리부(350)의 분리막 모듈(351) 또는 분리막 셀(352)을 투과하여 배출되는 배출가스의 양을 조절하여, 분리막 모듈(351) 또는 분리막 셀(352) 내부의 압력을 조정하게 된다. 투과되어 배출되는 기체의 양을 조절하여 기체가 분리막 투과시의 압력을 동일하게 형성할 수 있어, 각기 다른 분리막을 동일한 압력하에서 실험할 수 있어, 분리막 성능의 객관적인 평가가 가능해질 수 있다.
본 발명에 따른 분리막 성능평가장치는 예열부(800)를 더 포함할 수 있다. 예열부(800)는 기체 혼합부(200)와 기체 분리부(350) 사이에 배치되어 기체 분리부(350)로 공급되는 혼합기체를 일정 온도로 상승시키는 역할을 하게 된다. 즉, 오븐(300)에 투입되기 전 혼합기체의 온도를 일정 온도까지 상승시켜 오븐(300)의 열공급을 분담하게 된다.
본 발명에 따른 분리막 성능평가장치는 수분 공급부(900)를 더 포함할 수 있다. 수분 공급부(900)는 예열부(800)에 연결되어, 기체 혼합부(200)로부터 공급된 혼합기체에 수분을 공급하고, 이러한 수분은 예열부(800)의 높은 내부 열량에 의하여 기체로 기화되어 혼합기체와 함께 혼합될 수 있다. 이렇게 수분 공급부(900)를 더 포함하고, 수분 공급을 조절하여, 다양한 혼합기체의 조성을 만들 수 있고, 배출가스의 조성과 더욱 유사하게 모사할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 성능평가장치는 진공펌프를 더 포함할 수 있다. 진공 펌프(610)는 제1 배출라인(400)의 배압조정밸브(700) 후방에 결합되어 제1 배출라인(400)의 압력을 감압하여 배출되는 기체가 쉽게 빠져나올 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 제1 배출라인(400)에 냉각기(630)(chiller)가 결합될 수 있다. 냉각기(630)는 배출되는 기체의 온도를 낮추어 액화시킬 수 있다. 기체를 액화시켜 부피를 감소시켜 분리된 기체의 저장을 용이하게 할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 세퍼레이터(620)(separator)를 더 포함하여, 냉각기(630)에 의해 액화된 기체를 저장할 수도 있다. 수분 및 액화된 기체를 분리시켜 저장하여, 이를 제거하거나, 재활용으로 할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 성능평가장치의 분리막 모듈(351) 및 분리막 셀(352)을 나타낸 도면이다. 이때 분리막 모듈(351)은 복수로 형성되고, 각각의 분리막 모듈(351)은 상하로 배치되어 서로 연결될 수 있다. 분리막 모듈(351)을 수용하는 오븐(300)은 공간적 제약이 있기 때문에 오븐(300)의 사이즈보다 긴 분리막 모듈(351)의 성능을 테스트 하기 위해서, 본 발명은 복수의 분리막 모듈(351)을 나란히 배치하고, 서로 연결하여 원하는 사이즈만큼의 긴 분리막 모듈(351)의 성능을 실험할 수 있게 된다. 이때, 복수의 분리막 모듈(351) 각각에는 제1 배출라인(400)이 배치되어, 각 분리막 모듈(351)을 투과한 기체는 제1 배출라인(400)으로 모아져 배출되게 된다. 도 5에서는 동일한 크기의 분리막 모듈(351)이 3개 형성되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 더욱 다양한 개수 또는 크기의 분리막 모듈(351)이 배치될 수 있음은 자명하다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.
G: 게이지
100: 기체 공급부
110: 공급라인
120: 유량조절부
200: 기체 혼합부
300: 오븐
350: 기체 분리부
351: 분리막 모듈
352: 분리막 셀
400: 제1 배출라인
500: 제2 배출라인
510: 제2 분석부
520: 제2 세퍼레이터
600: 제1 분석부
610: 진공펌프
620: 세퍼레이터
630: 냉각기
700: 배압조정밸브
800: 예열부
900: 수분 공급부

Claims (8)

  1. 서로 다른 종류의 복수의 기체를 공급하는 기체 공급부;
    상기 기체 공급부와 연결되어, 상기 기체 공급부로부터 공급되는 기체를 혼합하는 기체 혼합부;
    상기 기체 혼합부에서 혼합된 혼합기체가 공급되어 상기 혼합기체 중 일정 기체는 투과시키고, 나머지 기체는 불투과시키는 기체 분리부;
    상기 기체 분리부를 수용하며, 열을 공급하여 상기 기체 분리부 내부의 온도를 기설정온도로 유지시키는 오븐(oven);
    상기 기체 분리부에 연결되어, 상기 기체 분리부로부터 투과되는 기체를 배출하는 제1 배출라인;
    상기 기체 분리부에 연결되어, 상기 기체 분리부로부터 불투과되는 기체를 배출하는 제2 배출라인; 및
    상기 제1 배출라인에 연결되어, 상기 제1 배출라인으로부터 배출되는 기체를 분석하는 제1 분석부를 포함하고,
    상기 기체 혼합부와 상기 기체 분리부 사이에 배치되어, 상기 혼합기체를 일정 온도로 상승시키기 위하여 예열하는 예열부를 더 포함하며,
    상기 예열부에 연결되어 상기 예열부에 수분을 공급하는 수분 공급부를 더 포함하고,
    상기 수분 공급부에 의하여 공급된 상기 수분은 상기 예열부에 의해 기화되어 상기 혼합기체와 함께 혼합되고,
    상기 기체 분리부는,
    분리막 모듈과 분리막 셀을 포함하며, 상기 분리막 모듈과 상기 분리막 셀은 상기 오븐 내부에 함께 배치되되, 상기 기체 혼합부와 선택적으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배출라인에 결합되어, 상기 제1 배출라인으로부터 배출되는 배출가스의 양을 조절하는 배압조정밸브(back pressure valve)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 배출라인에 연결되어, 상기 제2 배출라인으로부터 배출되는 기체를 분석하는 제2 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 배출라인에 결합되어 상기 제1 배출라인을 감압할 수 있는 진공펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배출라인에 결합되어, 상기 제1 배출라인을 이동하는 상기 기체의 온도를 낮추어 액화시키는 냉각기(chiller)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 배출라인에 결합되어 상기 냉각기에 의해 액화된 기체를 저장하여 분리하는 세퍼레이터(separator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기체 공급부는,
    서로 다른 종류의 기체에 대응하는 복수의 공급라인을 포함하고, 각각의 공급라인에는 공급량을 조절하는 유량조절부가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분리막 모듈은 복수로 형성되며, 각각의 분리막 모듈은 상하로 배치되고, 서로 연결되어 상기 기체 혼합부로부터 공급된 혼합기체가 각각의 분리막 모듈을 모두 통과한 다음 상기 제1 배출라인 또는 상기 제2 배출라인으로 배출되는 것을 특징으로 하는 분리막 성능평가장치.
PCT/KR2015/007592 2015-01-27 2015-07-22 분리막 성능평가장치 WO2016122067A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150012580A KR101537353B1 (ko) 2015-01-27 2015-01-27 분리막 성능평가장치
KR10-2015-0012580 2015-01-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016122067A1 true WO2016122067A1 (ko) 2016-08-04

Family

ID=53873553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/007592 WO2016122067A1 (ko) 2015-01-27 2015-07-22 분리막 성능평가장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101537353B1 (ko)
WO (1) WO2016122067A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108176239A (zh) * 2017-12-22 2018-06-19 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 一种用于空分膜组件综合使用效果优化的测试装置
WO2020023956A1 (en) * 2018-07-27 2020-01-30 Schlumberger Technology Corporation Method of determining remaining useful lifetime of membrane for separation process
US10821405B2 (en) * 2017-07-28 2020-11-03 Korea Elastic Power Corporation System for evaluating performance of carbon dioxide separation membrane module and device therefor
US11000801B2 (en) * 2017-07-28 2021-05-11 Korea Electric Power Corporation System for detecting an abnormality in a carbon dioxide separation membrane plant
US11745138B2 (en) 2018-07-27 2023-09-05 Cameron International Corporation Health management of membrane gas separation systems

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101791440B1 (ko) * 2016-05-30 2017-11-02 한국에너지기술연구원 분리막 성능 측정 장치 및 이를 사용한 분리막 성능 측정 방법
KR102026012B1 (ko) * 2018-01-24 2019-09-26 한국전력공사 분리막을 이용한 이산화탄소 포집 공정 설계 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2958427B1 (ja) * 1998-05-28 1999-10-06 西芝電機株式会社 分離膜式気体発生装置
KR20080038541A (ko) * 2006-10-30 2008-05-07 염충균 기체투과 막분석장치 및 방법
KR20110117465A (ko) * 2010-04-21 2011-10-27 주식회사 씨엔엘에너지 연속 가스분리장치 및 연속 가스분리방법
KR101151189B1 (ko) * 2007-10-26 2012-06-08 아사히 가세이 케미칼즈 가부시키가이샤 기체 분리막
JP2014014797A (ja) * 2012-07-11 2014-01-30 Orion Mach Co Ltd 気体分離装置のパージ方法及び気体分離装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2958427B1 (ja) * 1998-05-28 1999-10-06 西芝電機株式会社 分離膜式気体発生装置
KR20080038541A (ko) * 2006-10-30 2008-05-07 염충균 기체투과 막분석장치 및 방법
KR101151189B1 (ko) * 2007-10-26 2012-06-08 아사히 가세이 케미칼즈 가부시키가이샤 기체 분리막
KR20110117465A (ko) * 2010-04-21 2011-10-27 주식회사 씨엔엘에너지 연속 가스분리장치 및 연속 가스분리방법
JP2014014797A (ja) * 2012-07-11 2014-01-30 Orion Mach Co Ltd 気体分離装置のパージ方法及び気体分離装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10821405B2 (en) * 2017-07-28 2020-11-03 Korea Elastic Power Corporation System for evaluating performance of carbon dioxide separation membrane module and device therefor
US11000801B2 (en) * 2017-07-28 2021-05-11 Korea Electric Power Corporation System for detecting an abnormality in a carbon dioxide separation membrane plant
CN108176239A (zh) * 2017-12-22 2018-06-19 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 一种用于空分膜组件综合使用效果优化的测试装置
WO2020023956A1 (en) * 2018-07-27 2020-01-30 Schlumberger Technology Corporation Method of determining remaining useful lifetime of membrane for separation process
US11745138B2 (en) 2018-07-27 2023-09-05 Cameron International Corporation Health management of membrane gas separation systems
US11992803B2 (en) 2018-07-27 2024-05-28 Cameron International Corporation Method of determining remaining useful lifetime of membrane for separation process

Also Published As

Publication number Publication date
KR101537353B1 (ko) 2015-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016122067A1 (ko) 분리막 성능평가장치
CN106645587A (zh) 一种气体传感器评测与校准系统
WO2019172501A1 (ko) 배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템
CN203042539U (zh) 动物全烟气暴露系统
WO2017222230A1 (ko) 연료증발가스 포집기 성능평가장치
WO2017030314A1 (ko) 기체농도 계측 방법 및 시스템, 이를 구비한 선박 및 선박용 연료유의 황함유량 검출 방법
FR3114673B1 (fr) Appareil d’essai de simulation d’enceinte de confinement
RU2009128041A (ru) Способ удаления газов и устройство для его осуществления
Darabkhani et al. Design, process simulation and construction of a 100 kW pilot-scale CO2 membrane rig: Improving in situ CO2 capture using selective exhaust gas recirculation (S-EGR)
CN112808016A (zh) 膜组件测试装置、膜组件测试系统及膜组件测试方法
NO20121474A1 (no) Forbedret vandig CO2-absorbent
KR101597514B1 (ko) 호기성 및 혐기성 토양 대사 시험장치
CN207430231U (zh) 一种多功能气体配比装置
RU2005132268A (ru) Способ обнаружения утечек в теплообменниках
CN102798564B (zh) 多通道气体混流装置
WO2020204292A1 (ko) 가스 팽창 발전 시스템
WO2011065762A2 (ko) 큐엠에스를 이용한 가스 성분별 절대량 측정시스템
WO2019208925A1 (ko) 축열 연소산화장치
WO2018182154A1 (ko) 소각로의 배기가스 처리시스템
WO2019022321A1 (ko) 이산화탄소 분리막 모듈 성능 평가 시스템 및 이를 위한 장치
WO2015076449A1 (ko) 응축수를 활용한 에너지 절감형 산성 가스 포집 시스템 및 방법
CN206450622U (zh) 一种多功能着火点检测装置
WO2016052926A1 (ko) 물 피스톤 장치 및 이를 이용한 바이오가스 압축 시스템
WO2016171394A1 (ko) 선박용 가스 샘플링 장치의 동작 방법
WO2019147007A1 (ko) 분리막을 이용한 이산화탄소 포집 공정 설계 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: 15880247

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15880247

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1