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DME 혼합가스로부터 95 wt% 이상의 DME 회수를 위한 분리공정 연구
임계규(Gyegyu Lim),박승규(Seungkyu Park),노재현(Jeahyun Rho),백영순(Youngsoon Baek) 한국청정기술학회 2009 청정기술 Vol.15 No.4
DME (dimethyl ether, CH₃OCH₃) 직접합성 반응기로부터 생산되는 DME 혼합물(DME: 19~20 mol%)을 DME 흡수탑과 DME 정제탑 장치 2기를 사용하여 대체연료로 사용할 수 있는 순도로 분리하였다. DME 흡수탑에서는 메탄올을 세정용매로 사용하였고 운전압력 50 bar내에서 원료 중 DME를 탑 하부로 99% 이상 회수하는 것을 목적으로 하였으며, 이를 위해 실험실 규모의 실험장치를 통해 얻은 실험식을 사용하여 운전압력 50 bar내에서 DME를 99% 회수하기 위해 필요한 메탄올의 유량을 산출하였다. 그리고 95wt% 이상의 DME 순도를 얻기 위해 DME 정제탑을 사용하였으며, 경질 생성물(이산화탄소, 질소 등)이 소량(5~10 mol%)이고, 중간생성물(DME)의 양(20~30 mol%)이 적지 않은 것을 감안하여 측면흐름(4단)의 액상 생성물로서 최대 98.2 wt% 순도의 DME를 얻었다. In order to separate the fuel-grade DME from the product of a direct DME synthesise reaction, containing 19~20% of DME, an absorption column and a purification column were employed. In the DME absorption column, the flow rate of the methanol required to recover more than 99% of DME at 50 bar was estimated by the correlation obtained from the lab-scale experiments. In the DME purification column, the maximum DME recovery of 98.2% could be obtained even from the side stream at the 3rd stage above the feed stage, since the feed stream originated from the product of the absorption column had already contained a large amount of DME (20~30 mol%) and only a small amount of light products such as CO₂ and N₂ (5~10 mol%).
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임계규(Lim, Gyegyu) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
자연 상태에서의 가스하이드레이트의 존재는 물의 빙점보다 높은 온도에서 가스 수송관이 막히는 사고가 관내에 생성된 하이드레이트에 의한 것으로 규명된 이후영구동토지역이나 심해저에 부존되어 있는 막대한 매장량으로 인해 매우 활발한 연구가 최근에 진행되고 있다. 가스하이드레이트는 수분의 량에 비해 대량의 가스를 함유하므로 인위적인 가스하이드레이트를 제조하기 위하여 여러 가지 연구 중 하이드레이트 반응을 촉진하는 촉진제(promoter)와 생성을 억제하는 억제제(inhibitor)를 찾는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 계면활성제와 고분자물질이 이들의 다양한 첨가제로 현제 사용되고 있다. 이러한 연구에서 메탄가스하이드레이트 형성에 영향을 미치는 대상물질로 선택한 DME(Dimethane Ether)는 산소 함유율이 34.8wt%인 함산소연료로 최근 신에너지로 부상하고 있으며, 해외 가스전 개발과 맞물려서 상용화단계에 들어와 있다. DME의 물리화학적인 특성으로는 상온의 온도에서 약5기압의 압력으로 액화 시킬 수 있다. 마취성이 강한 디에틸에테르와는 달리 마취성이 없을 뿐만 아니라 인체에 무해한 무색기체로 세탄가가 60가까이되어 경유(세탄가 55) 대체연료로 내연기관의 실증사업이 진행되고 있다. 이러한 특성을 갖고 있는 DME가 메탄가스 하이드레이트 생성에는 어떤 영향을 미치는지를 본 연구에서는 실험을 통해서 분석을 수행하였다. 실험과정에는 세 단계로 구분하여 진행하였는데 첫 번째 단계에서는 메탄가스만으로 하이드레이트 생성조건을 실험분석하였고, 두 번째 단계에서는 DME가스를 먼저 주입한후 동일 온도에서 메탄가스를 주입시켜 하이드레이트 생성 압력을 실험측정하였다. 마지막 단계에서는 DME가스를 약 두 배 정도 많이 주입한 후 동일 온도에서 메탄가스를 주입하여 하이드레이트 생성 압력을 측정하였디. 이러한 단계별 과정을 다소 온화한 -5?C{sim}4?C의 온도 범위에서 반복적으로 수행하였다. 실험결과에서는 메탄만의 하이드레이트 형성보다 빙점(0?C) 이하의 온도 범위에서는 DME가 메탄하이드레이트 형성에 촉진제 역할을 하였고, 빙점 이상의 온도에서는 억제제의 역할을 하는 것으로 측정되었다. 또한 첨가된 DME의 양에 따라 촉진제의 역할과 억제제의 역할에 확연한 차이를 보였다. 추후 실험에서는 좀더 넓은 농도, 온도 및 압력범위에서 재현성 실험을 추가로 수행할 것도 제안한다.
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