이 논문은 촉매막반응기(catalytic membrane reactor)에서의 중요한 두 요소인 수소선택도와 수소투과량 및 Ar sweep 유량과 압력이 수성가스전이반응의 성능에 미치는 영향에 대하여 1차원 반응기모델과 반응속도식에 근거한 연구결과를 나타내고 있다. 연소전 이산화탄소 포집의 한 방법으로서, 촉매막반응기를 사용하여 원통부분에서는 고압/고농도의 이산화탄소를 관부분에서는 고순도의 수소를 동시에 얻을 수 있는지에 대한 가능성을 검토하였다. 또한, 고농도의 이산화탄소와 고순도의 수소를 동시에 얻기 위해 필요한 수소투과량, 수소선택도, Ar sweep 유량 및 압력에 대한 지침을 나타내었다. 그 결과 $1{ imes}10^{-8}molm^{-2}s^{-1}Pa^{-1}$의 수소투과량과 10000의 수소선택도를 가진 막을 장착한 촉매막반응기에서는 8 atm의 압력과 $6.7{ imes}10^{-4}mols^{-1}$의 Ar sweep 유량의 조건하에서 약 90%의 농도를 가진 이산화탄소와 100%의 순도를 가진 수소가 동시에 얻어짐이 밝혀졌다.
The effect of two important parameters of a catalytic membrane reactor (CMR), hydrogen selectivity and hydrogen permeance, coupled with an Ar sweep flow and an operating pressure on the performance of a water gas shift reaction in a CMR has been extensively studied using a one-dimensional reactor model and reaction kinetics. As an alternative pre-combustion $CO_2$ capture method, the feasibility of capturing a pressurized and concentrated $CO_2$ in a retentate (a shell side of a CMR) and separating a purified $H_2$ in a permeate (a tube side of a CMR) simultaneously in a CMR was examined and a guideline for a hydrogen permeance, a hydrogen selectivity, an Ar sweep flow rate, and an operating pressure to achieve a simultaneous capture of a concentrate $CO_2$ in a retentate and production of a purified $H_2$ in a permeate is presented. For example, with an operating pressure of 8 atm and Ar sweep gas for rate of $6.7{ imes}10^{-4}mols^{-1}$, a concentrated $CO_2$ in a retentate (~90%) and a purified $H_2$ in a permeate (~100%) was simultaneously obtained in a CMR fitted with a membrane with hydrogen permeance of $1{ imes}10^{-8}molm^{-2}s^{-1}Pa^{-1}$ and a hydrogen selectivity of 10000.
