This paper describes the preliminary study on the development of multi-stage membrane demonstration plant for removal of carbon dioxide from flue gas stream being emitted from LNG boiler in thermal power generation plant. The prerequisite requirement is to design and develop the membrane process producing a $99\%\;CO_2$ with $90\%$ recovery from LNG flue gas of 1,000 $Nm^3$/day. Asymmetric polyethersulfone hollow fiber membranes and membrane modules developed in this laboratory[1] were used in this study. Using the permeation data for the hollow fiber membranes, modelling on the membrane module and multi-stage membrane process was done to meet the requirement condition of the process design. The effects of the operating pressure of feed and permeate side and feed concentration on $CO_2$ purity and recovery were investigated experimentally with the developed hollow fiber modules. These experimental results matched well with theoretical modelling results.
The reliability of innovative membrane contactors technology (i.e. Gas/Liquid Membrane Contactors, Membrane Distillation/Crystallization) is today increasing for seawater desalination processes, where traditional pressure-driven membrane separation units are routinely operated. Furthermore, conventional membrane operations can be integrated with membrane contactors in order to promote possible improvements in process efficiency, operational stability, environmental impact, water quality and cost. Seawater is the most abundant aqueous solution on the earth: the amount of dissolved salts covers about 3% of its composition, and six elements (Na, Mg, Ca, K, Cl, S) account for more than 90% of ionic species. Recent investigations on Membrane Distillation-Crystallization have shown the possibility to achieve significant overall water recovery factors, to limit the brine disposal problem, and to recover valuable salts (i.e. calcium sulphate, sodium chloride, magnesium sulphate) by combining this technology with conventional RO trains. In this work, the kinetics of $CaSO_4{\cdot}2H_2O,\;NaCl\;and\;MgSO_4{\cdot}7H_2O$ crystallization is experimentally investigated in order to improve the design of the membrane-based crystallization unit.
The hydrogen permselective membrane were prepared by chemical vapor deposition (CVD) aiming at the applications to hydrogen iodide decomposition in the thermochemical IS process, and it was evaluated for the possibility as a separation membrane. An electron probe X-ray microanalyzer (EPMA) and SEM picture were used to analyze the morphology and structure of the prepared membranes. It was confirmed that Zr-Si-O layer exist in the surface of the prepared membrane using zirconia coated support. Single-component permeance to $H_2$ and $N_2$ were measured at $300{\sim}600^{\circ}C$. Hydrogen permeance through the Z-1 membrane at a permeation temperature of $600^{\circ}C$ was about $1{\times}10^{-7}\;mol{\cdot}Pa^{-1}{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. The selectivities of $H_2/N_2$ at $600^{\circ}C$ were 5.0 and 5.75 for Z-1 and Z-2 membrane, respectively.
Various two-dimensional nano materials such as graphene, zeolite, and metal-organic framework have been utilized to develop an ultra-thin high-performance membrane for water purification, gas separation, and so on. Particularly, in the case of graphene oxide, synthesis methods and thin film coating techniques have been accumulated and established since early 2000s, therefore graphene oxide has been rapidly applied to membrane field. The multi-layered graphene oxide thin film can filter molecules separately by the molecular sieving of interlayer spacing between adjacent layers, and it is also possible to separate various materials depending on the surface functional groups or the degree of interaction to intercalated materials. This review mainly focuses on the nanofiltration application of graphene oxide. The major factors affecting the separation performance of graphene oxide membrane in solvent are summarized and other technical elements required for the commercialization of graphene oxide membranes will be discussed including stability issue and fabrication method.
H2 generation from renewable sources is crucial for ensuring sustainable production of energy. One approach to achieve this goal is biohydrogen production by utilizing renewable resources such as biomass and microorganisms. In contrast to commercial methods, biohydrogen production needs ambient temperature and pressure, thereby requiring less energy and cost. Biohydrogen production can reduce greenhouse gas emissions, particularly the emission of carbon dioxide (CO2). However, it is also associated with significant challenges, including low hydrogen yields, hydrodynamic issues in bioreactors, and the need for H2 separation and purification methods to obtain high-purity H2. Various technologies have been developed for hydrogen separation and purification, including cryogenic distillation, pressure-swing adsorption, absorption, and membrane technology. This review addresses important experimental developments in dense polymeric membranes for biohydrogen purification.
$Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ hollow fiber with o.d. 1.02 mm and i.d. 0.437 mm were fabricated by a phase-inversion spinning technique.The starting $Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ precursor was synthesized by the polymerized complex method and then calcined at $900^{\circ}C$. As-prepared powder was dispersed in a polymer solution, and extruded as form of hollow fiber through a spinneret. Finallydense $Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$ hollow fiber membrane was obtained by sintering for 2 h at $1,080^{\circ}C$ for the application of oxygen separation. In addition, despite a very thin membrane with 0.58 mm, the BSCF hollow fiber membrane possessed a proper mechanical strength of 602.5 MPa.
In this study, a mixed matrix membrane was prepared by putting the zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7) synthesized in Pebax-1657 and Pebax-2533, which are representative poly(ether-b-amide), and the permeability properties of single gas such as N2 and CO2 were investigated. From the gas permeation results, in the case of N2, both the Pebax-1657/ZIF-7 and Pebax-2533/ZIF-7 mixed matrix membranes showed a similar phenomenon in which the permeability decreased with the incorporation of ZIF-7. For CO2 permeability, the tendency was slightly different depending on the type of polymer. In the Pebax-1657/ZIF-7 mixed membrane, the CO2 permeability decreased in the range of 0~3 wt% of ZIF-7, and increased at higher contents. The CO2 permeability of the Pebax-2533/ZIF-7 mixed matrix membrane gradually decreased without increasing the permeability in the range of 0~5 wt% of ZIF-7. Regarding CO2/N2 selectivity, both mixed films showed a tendency to increase with increasing the ZIF-7 content. In particular, Pebax-2533/ZIF-7 5 wt% showed the best gas permeation performance compared to other mixed matrix membrane. This is thought to be because ZIF-7 shows better compatibility with Pebax-2533 than that of Pebax-1657 and also better CO2 selective property.
Kim, Se Jong;Han, Sang Hoon;Yim, Jin Hyuk;Lee, Chung Seop;Chang, Won Seok;Kim, Gill Jung;Ha, Seong Yong
Membrane Journal
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v.32
no.2
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pp.140-149
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2022
In this study, the conditions of low temperature and high pressure of biogas upgrading process using polysulfone membrane have been designed and tested to achieve the high recovery and efficiency corresponding to those of the highly selective polymeric materials. Polysulfone hollow fiber membrane with 4-component dope solution was spun via non-solvent induced phase separation. The hollow fiber membrane was mounted into a 1.5 inch housing. The effective area was 1.6 m2, and its performance was examined in various operation temperatures and pressures. CO2 and CH4 permeances were 412 and 12.7 GPU at 20℃, and 280 and 3.6 GPU at -20℃, respectively, while the CO2/CH4 selectivity increased from 32.4 to 77.8. Single gas test was followed by the mixed gas experiments using single-stage and double stage where the membrane area ratio varied from 1:1 to 1:3. At the single-stage, CH4 purity increased and the recovery decreased as the stage-cut increased. At the double stage, the area ratio of 1:3 showed the higher CH4 recovery as decreasing the operation temperature at the same purity of CH4 97%. Finally, polysulfone hollow fiber membranes have yielded of both CH4 purity and recovery of 97% at -20℃ and 16 barg.
The influence of co-existing gases on the hydrogen permeation was studied through a Pd-coated $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane. The hydrogen permeation characteristics of Pd-coated $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane have been investigated in the pressure range 1-3 bar under pure hydrogen and hydrogen mixture gas with carbon dioxide and carbon monoxide at $450^{\circ}C$. Preliminary hydrogen permeation experiments have been confirmed that hydrogen flux was $5.36mL/min/cm^2$ for a Pd-coated $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane (thick: 0.5 mm) using pure hydrogen as the feed gas. In addition, hydrogen fluxes were 4.46, 5.20, $3.91mL /min/cm^2$ for$V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane using $H_2/CO_2$, $H_2/CO$ and $H_2/CO_2/CO$ as the feed gas respectively. Therefore, the hydrogen permeation flux decreased with decrease of hydrogen partial pressure irrespective of temperature and pressure when $H_2/CO_2$, $H_2/CO$ and $H_2/CO_2/CO$ mixture applied as feed gas respectively and permeation fluxes were satisfied with Sievert's law in different feed conditions. It was found from XRD results after permeation test that the Pd-coated $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane had good stability and durability for various mixtures feeding condition.
We present a new joining method for Pd-Cu membrane foils used as permeation tubes to collect $CO_2$. Since foils have poor mechanical strength, joining should be done at low temperatures to reduce residual stresses and without joining pressure. This contradicts the well known conditions for good contact between base materials that determines joint qualities. We selected Sn-Ag-Cu alloys that are highly reactive with Pd and Cu as a filler metal. As the filler melts at joining temperatures as low as $220{\sim}280^{\circ}C$, Pd and Cu are dissolved into the melt and react with the filler elements, which raises the melting temperature of the filler based on eutectic structures among the elements. Then, isothermal solidification progresses for the rest of the joining time. Intermetallic compounds (IMC) in the joints, one of the main factors for brittle joints, are inevitably formed. However, by optimizing both joining time and temperature, we balanced the wettability with IMC. Sealing test results confirmed that the joints are mechanically reliable during operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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