PSA 탄소 분자체

 언제 탄소 분자체 탄소 분자체(CMS)라고 하면 대부분 압력 스윙 흡착(PSA)을 이용한 질소 생산과 연관 짓습니다. 하지만 제조 기술의 발전으로 이 소재의 응용 범위는 끊임없이 확대되고 있습니다. 잘 발달된 기공 구조, 균일한 기공 크기 분포, 뛰어난 열 안정성을 지닌 탄소 분자체는 이산화탄소 포집, 수소 정제, 석유화학 분리, 촉매 전환과 같은 첨단 분야에서 대체 불가능한 가치를 보여주며 저탄소 산업과 첨단 제조업의 고도화를 이끄는 핵심 소재로 부상하고 있습니다. '이중 탄소' 목표에 힘입어 CO₂ 포집 및 분리는 중요한 연구 분야로 떠오르고 있습니다. 고체 흡착제인 탄소 분자체는 CO₂ 분리에 탁월한 성능을 보입니다. 미세 기공 구조 덕분에 CH₄, H₂와 같은 기체에서 CO₂를 정밀하게 분자체화할 수 있어 천연가스 정제 및 석탄층 메탄 분리에 특히 적합합니다. 기존의 아민 흡착법과 비교했을 때, 탄소 분자체 흡착법은 부식성이 없고 2차 오염을 유발하지 않으며 에너지 소비량도 적습니다. 산업 폐가스에서 발생하는 CO₂ 배출량을 효과적으로 줄여 탄소 중립 달성에 기여할 수 있습니다. 연구 결과에 따르면, 계층적 기공 구조 도입 및 미세 기공 부피 조절과 같은 개질 처리를 통해 탄소 분자체의 CO₂ 흡착 용량과 분리 계수를 크게 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 탄소 포집 분야에서의 활용 범위를 더욱 넓힐 수 있습니다. 청정에너지의 핵심인 수소에너지는 정제 과정에서 분리 소재에 매우 높은 수준의 성능을 요구합니다. 탄소 분자체는 서브옹스트롬 수준의 미세 기공 크기 조절 능력을 바탕으로 수소(H₂)를 메탄(CH₄)이나 이산화탄소(CO₂)와 같은 불순물 가스로부터 효율적으로 분리할 수 있습니다. 본 연구에서 개발한 신형 탄소 분자체는 CO₂ 농도 구배 활성화 및 이중 가교 폴리이미드와 같은 기술을 통해 0.1옹스트롬 수준의 정밀한 기공 크기 제어를 달성했습니다. 이러한 신형 탄소 분자체는 H₂/CH₄ 선택도가 3807~6538에 달하고 H₂ 투과율 또한 현저히 향상되었으며, 분리 에너지 소비량은 기존 증류법의 1/3~1/5 수준에 불과합니다. 이는 수소 정제 비용을 크게 절감하고 수소에너지의 산업화를 촉진하는 데 기여할 것입니다. 석유화학 분야에서 탄소 분자체는 올레핀/파라핀 분리라는 산업 전반의 난제를 해결해 왔습니다. 프로필렌과 프로판, 그리고 에틸렌과 에탄은 분자 크기 차이가 미미하여 기존 분리 공정은 에너지 소비가 높고 효율이 낮았습니다. 새로운 유형의 탄소 분자체는 정밀한 열분해-재배열 시너지 기술을 통해 균일한 미세다공성 구조를 형성하며, C₃H₆/C₃H₈ 흡착비가 100을 초과합니다. 이러한 분자체는 일부 성능 지표에서 로베슨 상한선을 돌파하여 앞서 언급한 기체 쌍의 효율적인 분리를 가능하게 하고, 석유화학 제품의 순도와 수율을 향상시키며 생산 에너지 소비를 절감합니다. 탄소 분자체는 촉매 또는 촉매 담체로서 독특한 장점을 보여줍니다. 바이오매스 전환 공정에서 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌을 종합적으로 전환하여 산성 폐기물 잔류물 발생을 최소화하고 환경 오염 및 코크스 생성 문제를 줄일 수 있습니다. 풍부한 미세 다공성 구조는 충분한 촉매 활성 부위를 제공하며, 금속 활성 부위를 담지함으로써 수소화 및 탈수소화와 같은 반응에 적용할 수 있어 분자체와 촉매의 기능을 통합하고 친환경 화학 공정 개발을 촉진합니다. 관심 있는 사항이나 문의사항이 있으시면 언제든지 저희를 방문해 주세요. www.carbon-cms.com.

I. 흡착 공정: 가압 하에서의 "산소 포집"흡착은 다음 단계입니다. 탄소 분자체 압력을 핵심 구동력으로 사용하여 불순물 가스를 "포집"하고 질소를 농축합니다. 산업 응용 분야에서는 일반적으로 연속적인 가스 생산을 보장하기 위해 이중탑 교대 방식을 채택하며, 단일탑 흡착 공정은 세 단계로 나눌 수 있습니다. 1. 사료 전처리: 공기 "원료" 정화공기는 순수한 물질이 아닙니다. 기름, 물, 먼지와 같은 불순물을 포함하고 있으며, 이러한 불순물은 탄소 분자체의 미세 기공을 막아 수명을 단축시킬 수 있습니다. 따라서 압축 공기는 먼저 전처리 시스템을 거칩니다. 이 시스템에는 기름때를 제거하는 오일 제거기, 수분을 제거하는 건조기, 먼지를 걸러내는 필터가 포함되어 있으며, 최종적으로 6~8bar의 압력으로 가압된 깨끗하고 건조한 압축 공기가 흡착에 사용될 준비가 됩니다. 2. 선택적 흡착: 산소와 질소의 정밀한 "선별"압력이 가해진 깨끗한 압축 공기는 흡착탑에 들어가면 산소, 이산화탄소, 잔류 수증기와 같은 작은 분자들이 탄소 분자체의 미세 기공으로 빠르게 확산되어 기공 벽에 단단히 흡착되도록 합니다. 반면 질소 분자는 확산 속도가 느리고 미세 기공과의 상호작용이 약하기 때문에 거의 흡착되지 않습니다. 질소 분자는 흡착층을 따라 위쪽으로 흐르다가 최종적으로 탑 상단에서 99.9%~99.999%의 순도를 가진 질소 생성물로 배출되어 수집 및 저장됩니다. 3. 흡착 포화: 전환 전 "임계 상태"흡착이 진행됨에 따라 탄소 분자체의 미세 기공은 산소 분자와 같은 불순물로 점차 채워지고 흡착 용량은 포화 상태에 도달합니다. 이 과정은 일반적으로 약 1분 정도 소요됩니다. 이때, 탑 내부의 압력은 흡착 압력으로 유지되고 시스템은 자동으로 전환 명령을 실행하여 다음 탈착 및 재생 단계를 준비합니다.  II. 탈착 과정: 감압 후 "재생 의식"탈착(desorption)은 탄소 분자체가 흡착된 불순물을 방출하고 흡착 용량을 복원하는 핵심 단계이며, "감압을 통해 흡착 평형을 깨뜨리는 것"이 ​​핵심 원리입니다. 마찬가지로, 단일탑을 예로 들면, 탈착 과정은 완벽한 재생을 보장하기 위해 네 단계로 나뉩니다. 1. 압력 평형 및 감압: 에너지 재활용 "전환 연결 고리"흡착으로 포화된 탑은 공기 흡입을 중단하고, 탈착이 완료된 후 압력이 낮은 다른 탑에 약 10~30초간 연결하여 압력 평형을 이룹니다. 이 과정은 포화된 탑의 압력을 빠르게 낮출 뿐만 아니라 압력 에너지의 일부를 회수하여 다른 탑의 압력을 높이는 데 활용함으로써 효율성과 에너지 절약을 동시에 달성합니다. 2. 탈착 및 배출: 불순물의 "배출 경로"압력 평형 후, 포화탑은 배기 밸브를 통해 대기와 연결되어 압력이 대기압에 가깝게 급격히 떨어집니다. 이때 탄소 분자체 미세 기공 내부의 흡착 평형이 깨지고, 이전에 흡착되었던 산소, 이산화탄소, 수증기 등의 불순물이 기공 벽에서 탈착되어 공기 흐름과 함께 탑 밖으로 배출됩니다(배기가스는 주로 산소이며 직접 배출할 수 있습니다). 3. 세척력 향상: 심층 세척을 위한 "핵심 단계"흡착탑 내 잔류 불순물을 완전히 제거하고 다음 흡착 효과에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 본 시스템은 5~15%의 질소 가스를 흡착탑에 주입하여 역세척합니다. 고순도 질소는 흡착탑 내 잔류 산소 함유 배기가스를 치환하고 탄소 분자체의 흡착 활성을 더욱 활성화시킵니다. 4. 압력 증대 준비: 다음 주기를 위한 준비세척 후, 탈착탑의 압력은 재압력 평형 또는 추가 압축 공기를 통해 흡착 압력으로 다시 상승되어 전체 재생 공정이 완료됩니다. 그런 다음 다른 탑과 교대하여 다음 흡착 사이클에 들어갑니다. 관심 있는 사항이나 문의사항이 있으시면 언제든지 저희를 방문해 주세요. www.carbon-cms.com.