KR101327337B1 - A multi-stage membrane seperation system and method thereof for production of biomethane and recovery of carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a multi-stage membrane separation system and a method thereof for separating and recovering the main components, i.e., methane and carbon dioxide from biogas generated from organic waste and, in particular, to a multi-stage membrane separation system and a method thereof for producing biomethane and recovering carbon dioxide which have a multi-stage structure of membrane separation formed; particularly produce separated high-purity methane by membrane-separating separated methane again after firstly membrane-separating biogas and recover high-purity carbon dioxide by membrane-separating carbon dioxide again recovered in membrane separation; and increase the production rate of methane by feeding back a small quantity of methane remaining after the multi-stage membrane separation to be purified again. [Reference numerals] (50) Refining unit;(510) First membrane separating unit;(520) Second membrane separating unit;(530) Third membrane separating unit

Description

바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템 및 그 방법{A Multi-stage Membrane Seperation System and Method thereof for Production of Biomethane and Recovery of Carbon dioxide}A Multi-stage Membrane Seperation System and Method for Production of Biomethane and Recovery of Carbon dioxide

본 발명은 각종 유기성폐기물로부터 발생하는 바이오가스로부터 주성분인 메탄과 이산화탄소를 분리,회수하는 다단 막분리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 막분리 구조를 다단으로 형성하며 특히, 바이오가스를 일차로 막분리시킨 이후 분리된 메탄을 재차 막분리시켜 고순도의 분리된 메탄을 생산할 수 있도록 함과 아울러 일차로 막분리되어 회수된 이산화탄소 역시 재차 막분리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있도록 하며, 또한 다단의 막분리과정을 거치면서 잔류할 수 있는 미량의 메탄까지도 다시 정제시킬 수 있도록 피드백시킴으로써, 메탄의 생산율을 높일 수 있게 하는 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-stage membrane separation system and method for separating and recovering main methane and carbon dioxide from biogas generated from various organic wastes, and more particularly, to form a membrane separation structure in multiple stages. Methane separated from the membrane after the first membrane separation can be used to produce high purity separated methane, and carbon dioxide recovered through the membrane separation can be recovered through membrane separation to recover high purity carbon dioxide. The present invention relates to a multi-stage membrane separation system and method for biomethane production and carbon dioxide recovery, which can increase the production rate of methane by feeding back a small amount of methane that may remain during the multi-stage membrane separation process. .

하수처리장, 폐수처리장, 매립장 등에서의 각종 유기성폐기물에서는 부패하면서 침출수와 더불어 악취와 환경오염을 유발하는 바이오가스가 발생하여 주변 지역의 자연 및 생활환경에 커다란 악영향을 미치게 된다. Various organic wastes in sewage treatment plants, wastewater treatment plants, landfills, etc., decay, generate leachate and biogas that causes odors and environmental pollution, which greatly affects the natural and living environment of the surrounding area.

이러한 바이오가스의 주성분은 메탄(CH4)이 45~60%, 이산화탄소(CO2)가 40~55% 정도를 차지하고 있고, 기타 미량의 성분들이 포함되어 있다. 바이오가스의 주성분인 메탄과 이산화탄소는 지구온난화의 원인물질로 알려져 있고 특히, 메탄은 지구온난화에 미치는 영향이 이산화탄소의 약 20배 정도에 달한다. Methane (CH4) is 45-60%, carbon dioxide (CO2) is 40-55%, and other trace components are included. Methane and carbon dioxide, the main constituents of biogas, are known to cause global warming. In particular, methane has about 20 times the effect on global warming.

이와 같은 바이오가스를 대기 중에 배출하기 이전에 처리하는 처리시설과 그 공법에 대해 다양한 기술들이 개발되어 오고 있다. 아래 (특허 문헌)은 바이오가스로부터 이산화탄소를 회수하는 기술에 관련된 것이다. Various techniques have been developed for the treatment plant and its method for treating such biogas before it is released into the atmosphere. The following (patent document) relates to a technique for recovering carbon dioxide from biogas.

(특허 문헌)(Patent Literature)

등록특허공보 제10-1203986호(2012. 11. 22. 공고) "바이오가스의 정제가스에 포함된 이산화탄소 액화 회수 시스템 및 그 방법"Korean Patent Publication No. 10-1203986 (August 22, 2012) "CO2 liquefied recovery system and method thereof contained in purified gas of biogas"

종래에 공지되어 있는 기술 중 막분리 방법을 통해 바이오가스로부터 메탄과 이산화탄소를 분리시켜 회수하는 방식에서, 종래 이용되어 오고 있는 1단 막분리 공정으로는 바이오가스에 포함된 메탄의 회수율이 약 80% 정도에 지나지 않아 추가적인 메탄 회수공정이 별도로 필요한 정도로 효율이 떨어지는 문제를 안고 있으며 또한, 시스템에서 소모되는 에너지 역시 과도하여 시스템의 에너지 효율이 낮은 문제점을 안고 있다. In the method of separating and recovering methane and carbon dioxide from biogas through a membrane separation method among the known techniques, the single-stage membrane separation process that has been used conventionally has a recovery rate of about 80% of methane contained in biogas. Only a small degree, the additional methane recovery process has a problem that the efficiency is low enough to require a separate, and the energy consumed in the system is also excessive, so the energy efficiency of the system is low.

따라서, 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하고 시스템 자체에서 소모되는 에너지량을 낮추면서도 메탄과 이산화탄소의 회수율을 높일 수 있는 새로운 방식의 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. Therefore, there is a need for a new type of system that can improve the recovery of methane and carbon dioxide while improving the problems of the prior art and lowering the amount of energy consumed in the system itself.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems,

본 발명의 목적은 바이오가스로부터 주성분인 메탄과 이산화탄소를 분리하는 막분리 구조를 다단으로 형성하며 특히, 바이오가스를 일차로 막분리시킨 이후 분리된 메탄을 재차 막분리시켜 고순도의 분리된 메탄을 생산할 수 있도록 하는 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to form a multi-stage membrane separation structure for separating the main components of methane and carbon dioxide from the biogas, in particular, to separate the methane separated by the membrane after the biogas primary membrane to produce high-purity methane. The present invention provides a multistage membrane separation system and method for biomethane production and carbon dioxide recovery.

본 발명의 다른 목적은 바이오가스로부터 주성분인 메탄과 이산화탄소를 분리하는 막분리 구조를 다단으로 형성하며 특히, 바이오가스를 일차로 막분리되어 회수된 이산화탄소 역시 재차 막분리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있도록 하는 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to form a multi-stage membrane separation structure for separating the main components of methane and carbon dioxide from the biogas, in particular, the carbon dioxide recovered by membrane separation of the primary biogas can also be membrane separation again to recover high purity carbon dioxide. The present invention provides a multistage membrane separation system and method for biomethane production and carbon dioxide recovery.

본 발명의 또 다른 목적은 다단의 막분리과정을 거치면서 잔류할 수 있는 미량의 메탄까지도 다시 정제시킬 수 있도록 피드백시킴으로써, 메탄의 생산율을 높일 수 있게 하는 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to feed back the refined amount of methane that may remain during the multi-stage membrane separation process, thereby increasing the production rate of methane, multi-stage membrane separation for biomethane production and carbon dioxide recovery It is to provide a system and a method thereof.

본 발명의 또 다른 목적은 바이오가스의 막분리를 위한 적정 인입온도를 맞추기 위해 바이오가스를 가열하는 온도조절단계를 포함하고 특히, 이산화탄소를 액화회수하는 과정에서 발생하는 메탄(잔류가스에 포함된 메탄)을 상기 온도조절부에 공급하여 연소열원으로 재활용될 수 있게 함으로써 소비에너지를 절감시킬 있는 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention includes a temperature control step of heating the biogas to meet the appropriate inlet temperature for membrane separation of the biogas, and in particular, methane generated in the process of liquefying carbon dioxide (methane contained in the residual gas It is to provide a multi-stage membrane separation system and method for biomethane production and carbon dioxide recovery to reduce the energy consumption by supplying a) to the temperature control unit to be recycled as a combustion heat source.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템 및 그 방법은 다음과 같은 구성을 포함한다. Multistage membrane separation system and method for biomethane production and carbon dioxide recovery to achieve the above object of the present invention comprises the following configuration.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템은 바이오가스의 막분리를 위한 인입압력을 맞추기 위한 압축부; 적정 압력의 바이오가스를 막분리하여 메탄과 이산화탄소로 분리시키는 정제부;를 포함하며, 상기 정제부는 고순도의 분리된 메탄을 생산할 수 있도록, 바이오가스를 일차로 막분리시키는 제1막분리부와, 상기 제1막분리부를 거치면서 분리된 메탄을 재차 막분리시키는 제2막분리부를 포함하는 다단 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. Multistage membrane separation system for biomethane production and carbon dioxide recovery according to an embodiment of the present invention comprises a compression unit for adjusting the inlet pressure for membrane separation of biogas; And a purification unit for separating the biogas at an appropriate pressure into membranes to separate methane and carbon dioxide, wherein the purification unit comprises a first membrane separation unit for separating membranes of biogas to produce high-purity methane; It characterized in that it has a multi-stage structure including a second membrane separator for separating the methane separated through the first membrane separator.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템에 있어서 상기 정제부는 상기 제1막분리부를 거치면서 회수된 이산화탄소를 재차 막분리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있도록 하는 제3막분리부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the system according to the present invention, the purification unit adds a third membrane separation unit to recover high purity carbon dioxide by membrane separation of the carbon dioxide recovered while passing through the first membrane separation unit. It characterized by including as.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템에 있어서 상기 정제부는 상기 제2막분리부를 거치면서 분리되는 이산화탄소에 포함된 미량의 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 상기 압축부 전단으로 피드백시키는 제1피드백라인과, 상기 제3막분리부를 거치면서 분리되는 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 상기 압축부 전단으로 피드백시키는 제2피드백라인을 추가로 포함하여, 메탄의 생산율을 높일 수 있게 하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, in the system according to the present invention, the refining unit is fed back to the front end of the compression unit to repurify the trace amount of methane contained in the carbon dioxide separated through the second membrane separation unit Further comprising a first feedback line and a second feedback line fed back to the compression section shear so as to purify the methane separated through the third membrane separation unit, it is possible to increase the production rate of methane It is done.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템은 상기 압축부 후단에서 바이오가스의 막분리를 위한 인입온도를 맞추기 위해 바이오가스를 가열하는 온도조절부를 추가로 포함하며, 상기 제3막분리부를 거치면서 회수된 이산화탄소를 액화회수하는 과정에서 발생하는 메탄을 상기 온도조절부에 공급하여 연소열원으로 재활용될 수 있게 하는 제3피드백라인을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, the system according to the present invention further comprises a temperature control unit for heating the biogas to adjust the inlet temperature for the membrane separation of the biogas at the rear end of the compression, the third membrane It characterized in that it comprises a third feedback line for supplying the methane generated in the process of liquefying the recovered carbon dioxide while passing through the separation unit to be recycled as a combustion heat source.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 방법은 바이오가스의 압력을 막분리를 위한 압력으로 맞추는 압축단계; 적정 압력의 바이오가스를 막분리하여 메탄과 이산화탄소로 분리시키는 정제단계;를 포함하며, 상기 정제단계는 바이오가스를 일차로 막분리시키는 제1막분리단계와, 상기 제1막분리단계를 거치면서 분리된 메탄을 재차 막분리시키는 제2막분리단계를 포함하는 다단 과정을 통해 고순도의 분리된 메탄을 생산할 수 있는 것을 특징으로 한다. Multistage membrane separation method for biomethane production and carbon dioxide recovery according to an embodiment of the present invention comprises the compression step of adjusting the pressure of the biogas to the pressure for membrane separation; And a purification step of separating the biogas at an appropriate pressure into membranes and methane and carbon dioxide. The purification step includes a first membrane separation step of firstly separating the biogas and a first membrane separation step. It is characterized in that it is possible to produce high-purity separated methane through a multi-stage process including a second membrane separation step of membrane separation of the separated methane.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법에 있어서 상기 정제단계는 상기 제1막분리단계를 거치면서 회수된 이산화탄소를 재차 막분리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있도록 하는 제3막분리단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, the purification step in the method according to the present invention is the third membrane separation to recover the high-purity carbon dioxide by membrane separation of the carbon dioxide recovered through the first membrane separation step again It further comprises a step.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 상기 정제단계를 거치면서 잔류하는 가스에 대해 재차 정제단계를 거칠 수 있도록 피드백시키는 피드백단계를 추가로 포함하며, 상기 피드백단계는 상기 제2막분리단계를 거치면서 분리되는 이산화탄소에 포함된 미량의 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 상기 압축단계 전으로 피드백시키는 제1피드백단계와, 상기 제3막분리단계를 거치면서 분리되는 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 상기 압축단계 전으로 피드백시키는 제2피드백단계를 포함하여, 메탄의 생산율을 높일 수 있게 하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, the method according to the present invention further comprises a feedback step of feeding back to the purification step for the remaining gas through the purification step, the feedback step is the first step Purifying the methane separated by the first feedback step and the third membrane separation step to feed back the compression step so that the small amount of methane contained in the carbon dioxide separated through the two membrane separation step can be purified again. Including a second feedback step of feeding back before the compression step, it is characterized in that to increase the production rate of methane.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 상기 압축단계 이후에 바이오가스의 막분리를 위한 인입온도를 맞추기 위해 바이오가스를 가열하는 온도조절단계를 추가로 포함하며, 상기 제3막분리단계를 거치면서 회수된 이산화탄소를 액화회수하는 과정에서 발생하는 메탄을 상기 온도조절단계에 공급하여 연소열원으로 재활용될 수 있게 하는 제3피드백단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the invention, the method according to the invention further comprises a temperature control step of heating the biogas to adjust the inlet temperature for membrane separation of the biogas after the compression step, the third And a third feedback step of supplying methane generated in the process of liquefying the recovered carbon dioxide through the membrane separation step to the temperature control step to be recycled as a combustion heat source.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. The present invention can obtain the following effects by the above-described embodiment, the constitution described below, the combination, and the use relationship.

본 발명은 바이오가스로부터 주성분인 메탄과 이산화탄소를 분리하는 막분리 구조를 다단으로 형성하며 특히, 바이오가스를 일차로 막분리시킨 이후 분리된 메탄을 재차 막분리시켜 고순도의 분리된 메탄을 생산할 수 있도록 하는 효과를 갖는다. The present invention forms a multi-layer membrane separation structure that separates the main components of methane and carbon dioxide from the biogas, and in particular, to separate the methane separated from the biogas after the first membrane to membrane separation to produce high-purity methane. Has the effect.

본 발명은 바이오가스로부터 주성분인 메탄과 이산화탄소를 분리하는 막분리 구조를 다단으로 형성하며 특히, 바이오가스를 일차로 막분리되어 회수된 이산화탄소 역시 재차 막분리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있도록 하는 효과를 갖는다. The present invention forms a multi-layered membrane separation structure that separates methane and carbon dioxide from biogas as a main component. In particular, the carbon dioxide recovered by membrane separation of biogas is also membrane-separated again to recover high-purity carbon dioxide. Has

본 발명은 다단의 막분리과정을 거치면서 잔류할 수 있는 미량의 메탄까지도 다시 정제시킬 수 있도록 피드백시킴으로써, 메탄의 생산율을 높일 수 있게 하는 효과를 갖는다. The present invention has an effect of increasing the production rate of methane by feeding back a small amount of methane that can remain during the multi-stage membrane separation process.

본 발명은 바이오가스의 막분리를 위한 적정 인입온도를 맞추기 위해 바이오가스를 가열하는 온도조절단계를 포함하고 특히, 이산화탄소를 액화회수하는 과정에서 발생하는 메탄(잔류가스에 포함된 메탄)을 상기 온도조절부에 공급하여 연소열원으로 재활용될 수 있게 함으로써 소비에너지를 절감시킬 있는 효과를 갖는다. The present invention includes a temperature control step of heating the biogas to meet the appropriate inlet temperature for membrane separation of the biogas, and in particular, the temperature of the methane (methane contained in the residual gas) generated in the process of liquefied carbon dioxide recovery Supply to the control unit to be recycled to the combustion heat source has the effect of reducing the energy consumption.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정제부의 다단 막분리 구조를 도시한 구조도
도 2는 제1 및 2막분리부를 거치면서 고순도의 메탄이 생산되는 과정을 도시한 참고도
도 3은 제1 및 3막분리부를 거치면서 고순도의 이산화탄소가 회수되는 과정을 도시한 참고도
도 4는 본 발명의 시스템에서 열원이 회수되어 재사용되는 과정을 도시한 참고도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 방법을 도시한 순서도1 is a structural diagram showing a multi-stage membrane separation structure of the purification unit according to an embodiment of the present invention
2 is a reference diagram showing a process of producing high-purity methane while passing through the first and second membrane separators.
3 is a reference diagram showing a process of recovering high-purity carbon dioxide while going through the first and third membrane separators.
4 is a reference diagram showing a process in which the heat source is recovered and reused in the system of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a multi-stage membrane separation method for biomethane production and carbon dioxide recovery according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명에 따른 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of a multi-stage membrane separation system and method for biomethane production and carbon dioxide recovery according to the present invention will be described in detail. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템은, 적정 압력과 온도의 바이오가스로부터 주성분인 메탄과 이산화탄소를 막분리를 통해 분리하는 정제부(50)의 막분리 구조를 다단으로 형성하여 일차 막분리로 분리된 메탄 및 이산화탄소를 각각 재차 막분리시킴으로써, 고순도의 메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 1 to 4, the multi-stage membrane separation system for biomethane production and carbon dioxide recovery according to an embodiment of the present invention, separating the main components methane and carbon dioxide from the biogas at a suitable pressure and temperature through membrane separation Forming a membrane separation structure of the purification unit 50 in a multi-stage to separate the methane and carbon dioxide separated by the primary membrane separation, respectively, characterized in that to enable high-purity methane production and carbon dioxide recovery.

상기 정제부(50)는 (후술할 압축부(20) 및 온도조절부(40)를 거친)적정 압력과 온도의 바이오가스를 막분리하여 메탄과 이산화탄소로 분리시키는 구성으로, 앞서 종래기술의 문제점으로 지적한 바와 같이, 종래에 사용되던 막분리 방법은 단순히 1단 막분리 구조로 바이오가스에 포함된 메탄의 회수율이 약 80% 정도에 지나지 않아 추가적인 메탄 회수공정이 별도로 필요할 정도로 효율이 떨어지는 문제가 있었던바, 이와 같은 종래의 문제를 구조적으로 개선시킬 수 있도록 본 발명의 상기 정제부(50)에서는 다단 구조를 통한 막분리 과정을 통해 메탄과 이산화탄소의 분리회수율을 높일 수 있게 한다. The purification unit 50 is configured to separate the biogas of the appropriate pressure and temperature (through the compression unit 20 and the temperature control unit 40 to be described later) to separate the methane and carbon dioxide, the problem of the prior art As pointed out, the conventional membrane separation method has a problem that the efficiency of methane contained in the biogas is only about 80% as a single-stage membrane separation structure, and the efficiency of the methane recovery process is low enough to require an additional methane recovery process. Bar, the purification unit 50 of the present invention to improve the separation problem of the methane and carbon dioxide through the membrane separation process through a multi-stage structure to improve such a conventional problem.

이를 위해 상기 정제부(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 바이오가스를 일차로 막분리시키는 제1막분리부(510)와, 상기 제1막분리부(510)를 거치면서 분리된 메탄을 재차 막분리시켜 고순도의 분리된 메탄을 생산할 수 있도록 하는 제2막분리부(520)와, 상기 제1막분리부(510)를 거치면서 회수된 이산화탄소를 재차 막분리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있도록 하는 제3막분리부(530)를 포함할 수 있다. 상기 제1막분리부(510) 내지 제3막분리부(530)를 통해 바이오가스가 막분리되는 원리는, 선택적인 기체 투과의 원리에 의해 작동하며, 바이오가스가 상기 제1막분리부(510) 내지 제3막분리부(530)의 분리막(분리막 소재로는 셀룰로스 아세테이트, 폴리술폰 등의 고분자 소재가 주로 이용되고 있으며, 세라믹 소재나 탄소분자체 소재 등이 이용될 수 있다)에 공급될 때 각 기체성분들 중 용해도와 확산도가 높은 특정 성분은 분리막 소재에 용해되고 확산되는 과정을 통해 분리막을 투과해 나가는 반면에 그렇지 않은 성분들은 분리막을 투과하지 못하고 농축되는 원리를 이용하게 된다. 바이오가스에 포함된 성분 중 이산화탄소는 쉽게 분리막을 투과하게 되는 반면에, 메탄은 분리막을 투과하는 속도가 현저히 낮아 투과하지 못하고 농축되게 된다. To this end, as shown in FIG. 1, the purification unit 50 includes a first membrane separation unit 510 for membrane separation of biogas and a methane separated through the first membrane separation unit 510. Second membrane separation unit 520 for producing high-purity methane by membrane separation again, and carbon dioxide recovered while passing through the first membrane separation unit 510 to membrane separation to recover high-purity carbon dioxide It may include a third membrane separation unit 530 to enable. The principle that the biogas is separated through the first membrane separator 510 to the third membrane separator 530 is operated by the principle of selective gas permeation, and the biogas is the first membrane separator ( 510) to a separator of the third membrane separator 530 (a polymer material such as cellulose acetate or polysulfone is mainly used as the separator material, and a ceramic material or a carbon molecular material may be used). Particularly, the high solubility and diffusivity of each gas component penetrate the membrane through the process of dissolving and diffusing into the membrane material, while the other components do not penetrate the membrane and are concentrated. Carbon dioxide among the components included in the biogas is easily permeable to the membrane, while methane is not so permeable due to the rate of permeation through the membrane is concentrated and concentrated.

먼저, 도 2를 참조하여 상기 제1막분리부(510)와 제2막분리부(520)의 다단 과정을 거치면서 고순도의 분리된 메탄이 생산,저장되는 과정을 설명하면, 바이오가스가 상기 제1막분리부(510)의 분리막에 공급되게 되면 바이오가스에 포함된 이산화탄소는 제1막분리부(510)의 분리막을 투과(①)하게 되는 반면에, 바이오가스에 포함된 메탄은 제1막분리부(510)의 분리막을 투과하지 못하고 농축(②)되게 된다. 이때, 제1막분리부(510)의 분리막을 투과하지 못하고 농축(②)되는 메탄에는 일정량의 이산화탄소가 포함되어 있어 메탄의 농축률(이는 메탄의 순도 및 회수율의 의미임)이 상대적으로 낮아지기 때문에, 이러한 메탄을 포함한 잔여가스를 다시 상기 제2막분리부(520)의 분리막에 공급하게 되면 메탄을 포함한 잔여가스에 잔존해 있던 이산화탄소는 재차 제2막분리부(520)의 분리막을 투과(③)하여 나가게 되고, 반면에 메탄은 제2막분리부(520)의 분리막을 역시 투과하지 못하고 재차 농축(④)되어 고순도(99% 이상)의 메탄만이 잔존하게 된다. 이와 같은 고순도(99% 이상)의 메탄만을 별도의 메탄저장탱크(70)에 저장시키게 되면 고순도 메탄 생산이 가능하게 된다. First, referring to FIG. 2, a multi-stage process of the first membrane separator 510 and the second membrane separator 520 is used to describe a process of producing and storing highly purified separated methane. When supplied to the separation membrane of the first membrane separation unit 510, the carbon dioxide included in the biogas is permeated (①) of the separation membrane of the first membrane separation unit 510, while the methane included in the biogas is first The membrane of the membrane separation unit 510 does not penetrate and is concentrated (②). At this time, since the methane that is not concentrated through the membrane of the first membrane separation unit 510 and is concentrated (②) contains a certain amount of carbon dioxide, the concentration of methane (which means purity and recovery of methane) is relatively low. When the residual gas containing methane is supplied to the separation membrane of the second membrane separation unit 520 again, the carbon dioxide remaining in the residual gas containing methane passes through the separation membrane of the second membrane separation unit 520 again. On the other hand, methane does not penetrate the separation membrane of the second membrane separation unit 520, but is concentrated again (④) so that only methane of high purity (more than 99%) remains. When only high methane (99% or more) of methane is stored in a separate methane storage tank 70, high purity methane can be produced.

또한, 도 3을 참조하여 상기 제1막분리부(510)와 제3막분리부(530)의 다단 과정을 거치면서 고순도의 이산화탄소를 회수하는 과정을 설명하면, 앞서 설명한 바와 같이 바이오가스가 상기 제1막분리부(510)에 공급되는 과정에서 바이오가스에 포함된 이산화탄소는 제1막분리부(510)의 분리막을 투과(①)하여 분리되게 되는데, 이때 분리된 이산화탄소에는 일정량의 메탄이 포함되어 있기 때문에, 이를 다시 상기 제3막분리부(530)의 분리막에 공급하게 되면 이산화탄소는 재차 제3막분리부(530)의 분리막을 투과(⑤)하면서 고순도(99% 이상)의 이산화탄소만이 분리되게 되고, 잔존해 있던 메탄은 제3막분리부(530)의 분리막을 투과하지 못하고 농축(⑥)되게 된다. 이와 같은 고순도(99% 이상)의 이산화탄소를 후술할 이산화탄소회수부(60)를 거쳐 액화회수하게 되면 고순도의 이산화탄소 회수가 가능하게 된다. In addition, referring to FIG. 3, a process of recovering carbon dioxide having high purity while going through a multi-stage process of the first membrane separator 510 and the third membrane separator 530 will be described. The carbon dioxide contained in the biogas in the process of being supplied to the first membrane separation unit 510 is separated by permeation (①) of the separation membrane of the first membrane separation unit 510, wherein the separated carbon dioxide includes a certain amount of methane. Therefore, when this is supplied to the separation membrane of the third membrane separation unit 530 again, carbon dioxide is permeated (⑤) again through the separation membrane of the third membrane separation unit 530 and only high-purity (99% or more) carbon dioxide is present. The remaining methane is concentrated (⑥) without passing through the separation membrane of the third membrane separation unit 530. When the high purity (99% or more) of carbon dioxide is liquefied through the carbon dioxide recovery unit 60 which will be described later, high purity carbon dioxide can be recovered.

본 발명에서는 상기 정제부(50)를 거치는 과정에서 분리회수되지 못한 미량의 메탄까지도 다시 정제시켜 메탄의 생산율을 높일 수 있도록 하는데, 이를 위해 상기 정제부(50)는 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2막분리부(520)를 거치면서 분리되는 이산화탄소에 포함된 미량의 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 후술할 압축부(20) 전단으로 피드백시키는 제1피드백라인(540)과, 상기 제3막분리부(530)를 거치면서 분리되는 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 후술할 압축부(20) 전단으로 피드백시키는 제2피드백라인(550)을 추가로 포함할 수 있다. In the present invention, to further refine the even amount of methane not recovered in the process of passing through the purification unit 50 to increase the production rate of methane, for this purpose, the purification unit 50 is shown in Figures 2 and 3 As described above, the first feedback line 540 which feeds back to the front of the compression unit 20 which will be described later to repurify the trace amount of methane contained in the carbon dioxide separated while passing through the second membrane separation unit 520, and the The second feedback line 550 may further include a feedback to the front end of the compression unit 20 to be refined so that the methane separated through the third membrane separation unit 530 may be purified again.

상기 제1피드백라인(540)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제1막분리부(510)의 분리막에서 농축(②)되는 메탄에 포함된 일정량의 이산화탄소를 분리시키기 위해 다시 상기 제2막분리부(520)의 분리막에 공급하여 잔존한 이산화탄소가 재차 제2막분리부(520)의 분리막을 투과(③)하여 분리되는 과정에서, 이때 분리된 이산화탄소 내에도 미량의 메탄이 포함되어 있기 때문에 이를 다시 후술할 압축부(20) 전단으로 피드백시키는 라인이다. 상기 제1피드백라인(540)을 통해 피드백된 미량의 메탄은 재차 정제부(50)를 거치게 되면서 분리,생산되게 된다. As shown in FIG. 2, the first feedback line 540 separates the second membrane to separate a certain amount of carbon dioxide contained in methane concentrated (②) in the separator of the first membrane separator 510. In the process of separating the remaining carbon dioxide supplied to the separator of the unit 520 by permeating (③) the separator of the second membrane separator 520 again, a small amount of methane is also contained in the separated carbon dioxide. It is a line fed back to the front end of the compression unit 20 to be described later. The trace amount of methane fed back through the first feedback line 540 is separated and produced while passing through the refining unit 50 again.

상기 제2피드백라인(550)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1막분리부(510)를 거치면서 분리된 이산화탄소에 포함된 일정량의 메탄을 분리시키기 위해 다시 상기 제3막분리부(530)의 분리막에 공급하여 잔존해 있던 메탄을 재차 농축(⑥)시키는 과정에서 농축된 메탄을 다시 후술할 압축부(20) 전단으로 피드백시키는 라인이다. 상기 제2피드백라인(550)을 통해 피드백된 메탄 역시 재차 상기 정제부(50)를 거치게 되면서 분리,생산되게 된다. As shown in FIG. 3, the second feedback line 550 again passes through the first membrane separator 510 to separate a predetermined amount of methane contained in the separated carbon dioxide. In the process of concentrating (m) the remaining methane again by feeding it to the separation membrane of ()) and feeding back the concentrated methane to the front end of the compression unit 20 to be described later. Methane fed back through the second feedback line 550 is also separated and produced as it passes through the refining unit 50 again.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템의 전체 구조를 살펴보면, 바이오가스에 포함된 황화합물을 제거하는 탈황부(10); 바이오가스의 막분리를 위한 인입압력을 맞추기 위해 승압하는 압축부(20); 바이오가스에 포함된 수분을 제거하는 제습부(30); 바이오가스의 막분리를 위한 인입온도를 맞추기 위해 바이오가스를 가열하는 온도조절부(40); 상기 정제부(50); 상기 정제부(50)를 거쳐 분리된 이산화탄소를 액화회수하는 이산화탄소회수부(60);를 순차적으로 포함하는 구조로 이루어진다. On the other hand, looking at the overall structure of the multi-stage membrane separation system for biomethane production and carbon dioxide recovery according to an embodiment of the present invention, the desulfurization unit 10 for removing sulfur compounds contained in the biogas; Compression unit 20 for boosting to match the inlet pressure for membrane separation of the biogas; Dehumidifying unit 30 for removing the water contained in the biogas; A temperature controller 40 for heating the biogas to match the inlet temperature for membrane separation of the biogas; The purification unit 50; The carbon dioxide recovery unit 60 for liquefying the carbon dioxide separated through the purification unit 50; consists of a structure comprising sequentially.

상기 탈황부(10)는 바이오가스에 포함된 황화합물을 제거하는 구성으로, 다양한 기상 탈황방법을 사용하여 바이오가스에 포함된 황화수소 등의 황화합물을 제거하게 된다. 특히, 상기 탈황부(10)에서는 활성탄 탈황 방법을 사용하여 황화합물을 제거할 수 있는데, 상기 탈황부(10)에서 사용되는 활성탄 탈황 방법은 바이오가스 중의 황화합물(황화수소, 아황산 가스 등)을 활성탄에 흡착시켜 제거하는 방법이다. 아황산 가스와 산소를 포함한 가스를 약 100℃로 유지하여 활성탄 층을 통하면 활성탄에 흡착된 SO2와 O2가 반응하여 SO3가 되며, 가스 중에 수증기가 있으면 황산이 된다. 따라서 활성탄에는 황산으로서 흡착되며, 이 활성탄을 물로 씻으면 황산이 회수되는 방식이다. 본 발명에서는 상기 탈황부(10)의 공정에서 사용되는 열은 후술할 압축부(20)에서 발생된 열을 회수하여 재활용함으로써 소모되는 에너지 효율을 높일 수 있도록 하는데, 이에 대한 구체적 설명은 후술하도록 한다. The desulfurization unit 10 is configured to remove sulfur compounds contained in biogas, and removes sulfur compounds such as hydrogen sulfide and the like contained in biogas using various gas phase desulfurization methods. In particular, in the desulfurization unit 10, sulfur compounds may be removed using an activated carbon desulfurization method. The activated carbon desulfurization method used in the desulfurization unit 10 adsorbs sulfur compounds (hydrogen sulfide, sulfurous acid gas, etc.) in biogas to activated carbon. To remove it. The gas containing sulfurous acid and oxygen is maintained at about 100 ° C., and through the activated carbon layer, SO 2 adsorbed on the activated carbon reacts with O 2 to become SO 3. Therefore, activated carbon is adsorbed as sulfuric acid, and the activated carbon is washed with water to recover sulfuric acid. In the present invention, the heat used in the process of the desulfurization unit 10 to improve the energy efficiency consumed by recovering and recycling the heat generated by the compression unit 20 to be described later, a detailed description thereof will be described later. .

상기 압축부(20)는 상기 탈황부(10)를 거친 바이오가스의 압력을 막분리를 위한 인입압력을 맞추기 위해 승압하는 구성으로, 상기 탈황부(10)를 거쳐 인입된 바이오가스에 가압하여 압축 후 압력을 앞서 설명한 막분리를 위한 적정 인입압력인 10~20bar로 맞추어 승압시키게 된다. 한편, 본 발명에서는 상기 압축부(20)에서 바이오가스를 막분리를 위한 인입압력으로 승압하는 과정에서 발생된 열을 상기 탈황부(10) 및/또는 후술할 온도조절부(40)에 전달하여 발생된 폐열을 재활용함으로써 시스템에서 소모되는 에너지 소비를 절감할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는데, 이를 위해 상기 압축부(20)에서 승압하는 과정에서 발생된 열을 상기 탈황부(10)에 전달하는 제1폐열회수라인(210)과, 상기 압축부(20)에서 승압하는 과정에서 발생된 열을 상기 온도조절부(40)에 전달하는 제2폐열회수라인(220)을 포함할 수 있다. The compression unit 20 is configured to boost the pressure of the biogas passed through the desulfurization unit 10 to match the inlet pressure for membrane separation, and pressurizes and compresses the biogas introduced through the desulfurization unit 10. After the pressure is increased to 10 ~ 20bar, the proper inlet pressure for the membrane separation described above. On the other hand, in the present invention by transferring the heat generated in the process of boosting the biogas to the inlet pressure for membrane separation in the compression unit 20 to the desulfurization unit 10 and / or temperature control unit 40 to be described later It is characterized in that to reduce the energy consumption consumed in the system by recycling the generated waste heat, for this purpose, to transfer the heat generated in the process of boosting in the compression unit 20 to the desulfurization unit (10) It may include a first waste heat recovery line 210, and a second waste heat recovery line 220 for transferring the heat generated in the step of increasing the pressure in the compression unit 20 to the temperature control unit (40).

상기 제1폐열회수라인(210)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압축부(20)에서 승압하는 과정에서 발생된 열을 상기 탈황부(10)에 전달할 수 있도록 상기 압축부(20)와 탈황부(10) 간을 연결하는 라인으로, 상기 압축부(20)에서 바이오가스를 막분리를 위한 적정 인입압력에 맞추어 승압하는 과정에서 발생된 열을 상기 탈황부(10)의 열원으로 재활용할 수 있도록 공급함으로써 상기 탈황부(10)에서 소모되는 에너지를 절감할 수 있게 된다. As shown in FIG. 4, the first waste heat recovery line 210 may include the compression unit 20 so as to transfer heat generated during the step-up of the compression unit 20 to the desulfurization unit 10. A line connecting the desulfurization units 10 to recycle heat generated in the process of boosting the biogas in accordance with an appropriate inlet pressure for membrane separation in the compression unit 20 as a heat source of the desulfurization unit 10. By supplying so that the energy consumed in the desulfurization unit 10 can be reduced.

상기 제2폐열회수라인(220)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압축부(20)에서 승압하는 과정에서 발생된 열을 후술할 온도조절부(40)에 전달할 수 있도록 상기 압축부(20)와 온도조절부(40) 간을 연결시키는 라인으로, 상기 압축부(20)에서 바이오가스를 막분리를 위한 적정 인입압력에 맞추어 승압하는 과정에서 발생된 열을 후술할 온도조절부(40)에서 바이오가스를 가열하는데 사용되는 열원으로 재활용할 수 있도록 공급함으로써 온도조절부(40)에서 소모되는 에너지를 절감할 수 있게 된다. The second waste heat recovery line 220, as shown in Figure 4, the compression unit 20 to transfer the heat generated in the process of boosting in the compression unit 20 to the temperature control unit 40 to be described later ) And a line connecting the temperature control unit 40, the temperature control unit 40 to be described later the heat generated in the process of boosting the biogas in accordance with the appropriate inlet pressure for membrane separation in the compression unit 20 By supplying so that it can be recycled to the heat source used to heat the biogas can be reduced energy consumed in the temperature control unit 40.

상기 제습부(30)는 바이오가스에 포함된 수분을 제거하는 구성으로, 다양한 기상 제습방식 중 어느 방식을 사용하여 수분을 제거하게 된다. 특히, 상기 제습부(30)에서는 수랭식 열교환기를 통한 냉각으로 응축수를 제거하는 형태의 제습방식을 사용할 수 있다. The dehumidifying unit 30 is configured to remove water contained in the biogas, and removes water by using any of various vapor dehumidification methods. In particular, the dehumidifying unit 30 may use a dehumidifying method of removing condensed water by cooling through a water-cooled heat exchanger.

상기 온도조절부(40)는 바이오가스의 막분리를 위한 인입온도를 맞추기 위해 바이오가스를 가열하는 구성으로, 특히 본 발명에서는 상기 정제부(50)에서의 막분리를 통한 메탄과 이산화탄소의 분리회수 효율을 높일 수 있도록 하기 위해(다른 표현으로는 막에 가해질 위해요소를 제거하기 위해), 상기 압축부(20)를 통한 바이오가스의 압력을 적정 압력으로 승압하는 것 이외에 추가로 온도조절부(40)를 통해 바이오가스의 온도까지 적정 온도(20~30℃)로 가열하는 과정을 거치게 한다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 제습부(30)에서의 제습과정에서 냉각(약 4℃ 정도)된 바이오가스의 온도를 상기 온도조절부(40)를 통해 적정 온도(20~30℃)로 승온시킴으로써 수분제거 후 응축수 발생을 방지할 수 있게 된다. 이때, 특히 상기 온도조절부(40)에서의 연소열원으로는 후술할 이산화탄소회수부(60)에서 이산화탄소를 액화회수하는 과정에서 발생하는 메탄을 재활용할 수 있게 하여 소비에너지를 절감시키는데, 이에 대한 구체적 설명은 후술하도록 한다. The temperature control unit 40 is configured to heat the biogas to match the inlet temperature for the membrane separation of the biogas, in particular in the present invention, the recovery of the separation of methane and carbon dioxide through the membrane separation in the purification unit 50 In order to increase the efficiency (in other words, to remove the detrimental element to be applied to the membrane), in addition to boosting the pressure of the biogas through the compression unit 20 to an appropriate pressure in addition to the temperature control unit 40 ) Through the process of heating to the appropriate temperature (20 ~ 30 ℃) to the temperature of the biogas. As described above, the temperature of the biogas cooled (about 4 ° C.) during the dehumidification process in the dehumidification unit 30 is removed by raising the temperature to an appropriate temperature (20 to 30 ° C.) through the temperature control unit 40. Afterwards it is possible to prevent the generation of condensate. In this case, in particular, as the heat source of combustion in the temperature control unit 40, it is possible to recycle the methane generated in the process of liquefied carbon dioxide recovery in the carbon dioxide recovery unit 60 to be described later to reduce the energy consumption, specific to this The description will be described later.

상기 이산화탄소회수부(60)는 상기 정제부(50), 보다 구체적으로는 상기 제1막분리부(510) 및 제3막분리부(530)를 순차적으로 거쳐 분리된 이산화탄소를 액화회수하는 구성이다. 상기 이산화탄소회수부(60)에서는 상기 정제부(50), 보다 구체적으로는 제3막분리부(530)에서 최종 투과된 고순도의 이산화탄소 가스에 대해 별도의 탈황, 제습 등의 불순물 제거와 같은 전처리 과정 이후 가압, 냉각을 통해 이산화탄소의 온도와 압력 조건을 액화조건(일 예로, 온도는 -15~ -20℃ 내외, 압력은 20~ 30bar 내외이며, 이에 한정하는 것은 아님)으로 조절하여 이산화탄소만을 액화시킨 이후 별도의 이산화탄소저장탱크(80)에 저장하여 이산화탄소를 회수하게 된다. The carbon dioxide recovery unit 60 is configured to liquefy the carbon dioxide separated through the purification unit 50, more specifically, the first membrane separator 510 and the third membrane separator 530. . The carbon dioxide recovery unit 60 is a pretreatment process such as the removal of impurities such as desulfurization, dehumidification, etc. for the high-purity carbon dioxide gas finally passed through the purification unit 50, more specifically, the third membrane separation unit 530. After pressurizing and cooling the temperature and pressure of the carbon dioxide is adjusted to the liquefaction conditions (for example, the temperature is around -15 ~ -20 ℃, the pressure is about 20 ~ 30bar, but not limited to) to liquefy only carbon dioxide After the carbon dioxide is stored in a separate carbon dioxide storage tank 80 to recover the carbon dioxide.

이때, 본 발명에서는 상기 이산화탄소회수부(60)를 통해 이산화탄소를 액화회수하는 과정에서 발생하는(액화회수하고 남은 잔류가스에 포함되어 있는) 메탄을 무의미하게 처리하지 않고, 이를 다시 상기 온도조절부(40)에 공급하여 연소열원으로 재활용될 수 있게 함으로써, 에너지 효율성을 높일 수 있게 한다. 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 이산화탄소회수부(60)와 온도조절부(40) 간에 별도의 제3피드백라인(610)을 형성하여, 상기 이산화탄소회수부(60)의 이산화탄소 액화회수 과정에서 발생된 메탄을 상기 제3피드백라인(610)을 통해 상기 온도조절부(40)로 피드백시켜, 상기 온도조절부(40)에서의 승온(가열)과정에서 피드백된 메탄이 가열을 위한 열원으로 재활용될 수 있게 된다.
At this time, in the present invention, the methane generated in the process of liquefying carbon dioxide through the carbon dioxide recovery unit 60 (included in the residual gas remaining in the liquefied recovery) does not process insignificantly, and again the temperature control unit ( 40 can be recycled as a combustion heat source, thereby increasing energy efficiency. To this end, as shown in Figure 4, by forming a separate third feedback line 610 between the carbon dioxide recovery unit 60 and the temperature control unit 40, the carbon dioxide liquefaction recovery process of the carbon dioxide recovery unit 60 Is fed back to the temperature control unit 40 through the third feedback line 610, the methane fed back during the temperature increase (heating) process in the temperature control unit 40 as a heat source for heating It can be recycled.

이하에서는, 도 5를 참조하여 상기 시스템을 이용한 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 방법에 대해 설명하도록 한다.
Hereinafter, a method for biomethane production and carbon dioxide recovery using the system will be described with reference to FIG. 5.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 방법은 바이오가스에 포함된 황화합물을 제거하는 탈황단계(S1); 바이오가스의 압력을 막분리를 위한 압력으로 맞추는 압축단계(S2); 바이오가스에 포함된 수분을 제거하는 제습단계(S3); 바이오가스의 온도를 막분리를 위한 온도로 맞추기 위해 바이오가스를 가열하는 온도조절단계(S4); 적정 압력과 온도의 바이오가스를 막분리하여 메탄과 이산화탄소로 분리시키는 정제단계(S5); 상기 정제단계(S5)를 거쳐 분리된 이산화탄소를 액화회수하는 이산화탄소회수단계(S6); 순으로 진행되게 된다. Multistage membrane separation method for biomethane production and carbon dioxide recovery according to an embodiment of the present invention comprises a desulfurization step (S1) for removing sulfur compounds contained in the biogas; Compression step of adjusting the pressure of the biogas to the pressure for membrane separation (S2); Dehumidification step (S3) for removing the water contained in the biogas; A temperature control step of heating the biogas to adjust the temperature of the biogas to a temperature for membrane separation (S4); Purifying step (S5) for separating the biogas of the appropriate pressure and temperature by separating the membrane into methane and carbon dioxide; A carbon dioxide recovery step (S6) of liquefying the carbon dioxide separated through the purification step (S5); In order to proceed.

상기 탈황단계(S1)는 바이오가스에 포함된 황화합물을 제거하는 과정으로, 상기 탈황부(10)를 통해 다양한 기상 탈황방법을 사용하여 바이오가스에 포함된 황화수소 등의 황화합물을 제거하게 된다. 특히, 상기 탈황단계(S1)에서는 활성탄 탈황 방법을 사용하여 황화합물을 제거할 수 있다. The desulfurization step (S1) is a process of removing the sulfur compound contained in the biogas, and removes sulfur compounds such as hydrogen sulfide and the like contained in the biogas by using various gas phase desulfurization methods through the desulfurization unit (10). In particular, in the desulfurization step (S1) it is possible to remove the sulfur compound using the activated carbon desulfurization method.

상기 압축단계(S2)는 상기 탈황단계(S1)를 거친 바이오가스의 압력을 막분리를 위한 인입압력을 맞추기 위해 승압하는 과정으로, 상기 압축부(20)를 통해 인입된 바이오가스에 가압하여 압축 후 압력을 후술할 막분리를 위한 적정 인입압력인 10~20bar로 맞추어 승압시키게 된다. 한편, 본 발명에서는 상기 압축부(20)에서 바이오가스를 막분리를 위한 인입압력으로 승압하는 과정에서 발생된 열을 상기 탈황단계(S1) 및/또는 후술할 온도조절단계(S4)에 전달하여 발생된 폐열을 재활용하도록 함으로써 시스템에서 소모되는 에너지 소비를 절감할 수 있게 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1폐열회수단계(S21)는 상기 압축부(20)에서 승압하는 과정에서 발생된 열을 상기 탈황부(10)에 전달하여 탈황단계(S1)에서의 열원으로 재활용할 수 있도록 하여 탈황부(10)에서 소모되는 에너지를 절감할 수 있게 한다. 또한, 제2폐열회수단계(S22)에서는 상기 압축부(20)에서 승압하는 과정에서 발생된 열을 상기 온도조절부(40)에 전달하여 후술할 온도조절단계(S4)에서의 바이오가스를 가열하는데 사용되는 열원으로 재활용할 수 있도록 하여 온도조절부(40)에서 소모되는 에너지를 절감할 수 있게 한다. The compression step (S2) is a process of boosting the pressure of the biogas passed through the desulfurization step (S1) to match the inlet pressure for membrane separation, pressurized by the pressurized biogas through the compression unit 20 and compressed After the pressure is increased to 10 ~ 20bar, the appropriate inlet pressure for membrane separation to be described later. On the other hand, in the present invention by transferring the heat generated in the process of boosting the biogas to the inlet pressure for membrane separation in the compression unit 20 to the desulfurization step (S1) and / or temperature control step (S4) to be described later By recycling the generated waste heat, it is possible to reduce the energy consumption of the system. As shown in FIG. 5, the first waste heat recovery step S21 transfers the heat generated in the process of increasing the pressure in the compression unit 20 to the desulfurization unit 10 as a heat source in the desulfurization step S1. By allowing to recycle it is possible to reduce the energy consumed in the desulfurization unit (10). In addition, in the second waste heat recovery step (S22) to transfer the heat generated in the step of increasing the pressure in the compression section 20 to the temperature control section 40 to heat the biogas in the temperature control step (S4) to be described later. It can be recycled to the heat source used to reduce the energy consumed by the temperature control unit 40.

상기 제습단계(S3)는 바이오가스에 포함된 수분을 제거하는 과정으로, 특히 상기 제습부(30)를 통해 수랭식 열교환기를 통한 냉각으로 응축수를 제거하는 형태의 제습방식을 사용할 수 있다. The dehumidification step (S3) is a process of removing moisture contained in the biogas, and in particular, a dehumidification method of removing condensed water by cooling through a water-cooled heat exchanger through the dehumidification unit 30 may be used.

상기 온도조절단계(S4)는 바이오가스의 막분리를 위한 인입온도를 맞추기 위해 바이오가스를 가열하는 과정으로, 특히 본 발명에서는 후술할 정제단계(S5)에서의 막분리를 통한 메탄과 이산화탄소의 분리회수 효율을 높일 수 있도록 하기 위해, 상기 압축단계(S2)를 통한 바이오가스의 압력을 적정 압력으로 승압하는 것 이외에 추가로 온도조절단계(S4)를 통해 바이오가스의 온도까지 적정 온도(20~30℃)로 가열하는 과정을 거치게 한다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 제습부(30)에서의 제습과정에서 냉각(약 4℃ 정도)된 바이오가스의 온도를 상기 온도조절부(40)를 통해 적정 온도(20~30℃)로 승온시킴으로써 수분제거 후 응축수 발생을 방지할 수 있게 된다. The temperature control step (S4) is a process of heating the biogas to match the inlet temperature for membrane separation of the biogas, in particular in the present invention is the separation of methane and carbon dioxide through the membrane separation in the purification step (S5) to be described later In order to increase the recovery efficiency, in addition to boosting the pressure of the biogas through the compression step (S2) to the appropriate pressure, further temperature control step (S4) to the temperature of the biogas through the appropriate temperature (20 ~ 30) Heating to). As described above, the temperature of the biogas cooled (about 4 ° C.) during the dehumidification process in the dehumidification unit 30 is removed by raising the temperature to an appropriate temperature (20 to 30 ° C.) through the temperature control unit 40. Afterwards it is possible to prevent the generation of condensate.

상기 정제단계(S5)는 적정 압력과 온도의 바이오가스를 막분리하여 메탄과 이산화탄소로 분리시키는 과정으로, 특히 상기 정제단계(S5)에서는 다단 구조를 통한 막분리 과정을 통해 메탄과 이산화탄소의 분리회수율을 높이게 된다. 구체적으로 도 2 및 도 5를 참조하여 제1막분리단계(S51)와 제2막분리단계(S52)의 다단 과정을 거치면서 고순도의 분리된 메탄이 생산,저장되는 과정을 보면, 바이오가스가 상기 제1막분리부(510)의 분리막에 공급되게 되면 바이오가스에 포함된 이산화탄소는 제1막분리부(510)의 분리막을 투과(①)하게 되는 반면에, 바이오가스에 포함된 메탄은 제1막분리부(510)의 분리막을 투과하지 못하고 농축(②)되게 된다(제1막분리단계(S51)). 이때, 제1막분리부(510)의 분리막을 투과하지 못하고 농축(②)되는 메탄에는 일정량의 이산화탄소가 포함되어 있어 메탄의 농축률이 상대적으로 낮아지기 때문에, 이러한 메탄을 포함한 잔여가스를 다시 상기 제2막분리부(520)의 분리막에 공급하게 되면 메탄을 포함한 잔여가스에 잔존해 있던 이산화탄소는 재차 제2막분리부(520)의 분리막을 투과(③)하여 나가게 되고, 반면에 메탄은 제2막분리부(520)의 분리막을 역시 투과하지 못하고 재차 농축(④)되어 고순도(99% 이상)의 메탄만이 잔존하게 된다(제2막분리단계(S52)). 이와 같은 과정을 거친 고순도(99% 이상)의 메탄만을 별도의 메탄저장탱크(70)에 저장시키게 되면 고순도 메탄 생산이 가능하게 된다. 또한, 도 3 및 도 5를 참조하여 상기 제1막분리단계(S51)와 제3막분리단계(S53)의 다단 과정을 거치면서 고순도의 이산화탄소가 회수하는 과정을 보면, 앞서 설명한 바와 같이 바이오가스가 상기 제1막분리부(510)에 공급되는 과정에서 바이오가스에 포함된 이산화탄소는 제1막분리부(510)의 분리막을 투과(①)하여 분리되게 되는데(제1막분리단계(S51)), 이때 분리된 이산화탄소에는 일정량의 메탄이 포함되어 있기 때문에, 이를 다시 상기 제3막분리부(530)의 분리막에 공급하게 되면 이산화탄소는 재차 제3막분리부(530)의 분리막을 투과(⑤)하면서 고순도(99% 이상)의 이산화탄소만이 분리되게 되고, 잔존해 있던 메탄은 제3막분리부(530)의 분리막을 투과하지 못하고 농축(⑥)되게 된다(제3막분리단계(S53)). 이와 같은 과정을 거친 고순도(99% 이상)의 이산화탄소를 후술할 이산화탄소회수단계(S6)를 거쳐 액화회수하게 되면 고순도의 이산화탄소 회수가 가능하게 된다. The purification step (S5) is a process of separating the biogas at a suitable pressure and temperature to separate the methane and carbon dioxide, in particular in the purification step (S5) the separation recovery rate of methane and carbon dioxide through a membrane separation process through a multi-stage structure Will increase. Specifically, referring to FIGS. 2 and 5, a process of producing and storing high-purity separated methane while undergoing the multi-stage process of the first membrane separation step S51 and the second membrane separation step S52, the biogas When supplied to the separation membrane of the first membrane separation unit 510, the carbon dioxide included in the biogas is permeated (①) of the separation membrane of the first membrane separation unit 510, while the methane included in the biogas is removed. 1 membrane separation unit 510 does not penetrate the separation membrane is concentrated (②) (first membrane separation step (S51)). At this time, the methane that is not concentrated (②) and cannot penetrate the separation membrane of the first membrane separation unit 510 contains a certain amount of carbon dioxide, so that the concentration of methane is relatively low. When supplied to the separation membrane of the second membrane separation unit 520, the carbon dioxide remaining in the residual gas including methane is passed through the separation membrane of the second membrane separation unit 520 again (③), while the methane is the second The membrane of the membrane separation unit 520 is also not permeable but is concentrated again (④) so that only methane of high purity (more than 99%) remains (second membrane separation step S52). If only methane of high purity (99% or more) through this process is stored in a separate methane storage tank 70, it is possible to produce high purity methane. In addition, referring to FIGS. 3 and 5, a process of recovering high-purity carbon dioxide while undergoing the multi-stage process of the first membrane separation step S51 and the third membrane separation step S53 is as described above. In the process of being supplied to the first membrane separation unit 510, the carbon dioxide contained in the biogas is separated by permeation (①) of the separation membrane of the first membrane separation unit 510 (first membrane separation step S51). At this time, since the separated carbon dioxide contains a certain amount of methane, when the carbon dioxide is supplied to the separator of the third membrane separator 530 again, the carbon dioxide is permeated through the separator of the third membrane separator 530 (⑤). Only high-purity (99% or more) carbon dioxide is separated, and the remaining methane does not penetrate the separation membrane of the third membrane separation unit 530 and is concentrated (⑥) (third membrane separation step (S53)). ). When the high purity (more than 99%) of the carbon dioxide undergoing the above process is liquefied through the carbon dioxide recovery step (S6) which will be described later, high purity carbon dioxide can be recovered.

한편, 상기 정제단계(S5)에서는 정제단계(S5)를 거치는 과정에서 분리회수되지 못한 미량의 메탄까지도 다시 정제시켜 메탄의 생산율을 높일 수 있도록 하는데, 이는 도 5에 도시된 바와 같이 제1피드백단계(S54) 및 제2피드백단계(S55)를 거쳐 이루어질 수 있다. 상기 제1피드백단계(S54)는 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1막분리부(510)의 분리막에서 농축(②)되는 메탄에 포함된 일정량의 이산화탄소를 분리시키기 위해 다시 상기 제2막분리부(520)의 분리막에 공급하여 잔존한 이산화탄소가 재차 제2막분리부(520)의 분리막을 투과(③)하여 분리되는 과정에서 분리된 이산화탄소 내의 미량의 메탄을 다시 상기 압축부(20) 전단으로 피드백시켜, 피드백된 미량의 메탄이 재차 상기 정제부(50)의 제1막분리부(510) 내지 제3막분리부(530)를 거치게 되면서 분리,생산되도록 하는 과정이다. 또한, 상기 제2피드백단계(S55)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1막분리부(510)를 거치면서 분리된 이산화탄소에 포함된 일정량의 메탄을 분리시키기 위해 다시 상기 제3막분리부(530)의 분리막에 공급하여 잔존해 있던 메탄을 재차 농축(⑥)시키는 과정에서 농축된 메탄을 다시 상기 압축부(20) 전단으로 피드백시켜, 피드백된 메탄 역시 재차 상기 정제부(50)의 제1막분리부(510) 내지 제3막분리부(530)를 거치게 되면서 분리,생산되도록 하는 과정이다. On the other hand, in the purification step (S5) it is possible to increase the production rate of methane by repurifying even a small amount of methane that is not separated and recovered in the purification step (S5), which is the first feedback step as shown in FIG. It may be made through (S54) and the second feedback step (S55). As shown in FIGS. 2 and 5, the first feedback step S54 is performed again to separate a predetermined amount of carbon dioxide contained in methane concentrated (②) in the separator of the first membrane separator 510. A small amount of methane in the carbon dioxide separated in the process of being separated by supplying to the separation membrane of the second membrane separation unit 520 and the remaining carbon dioxide permeates (③) the separation membrane of the second membrane separation unit 520 again to the compression unit ( 20) Feedback to the front end, so that a small amount of the methane fed back through the first membrane separation unit 510 to the third membrane separation unit 530 of the purification unit 50 is separated and produced. In addition, as shown in FIGS. 3 and 5, the second feedback step S55 is performed again to separate a predetermined amount of methane contained in the separated carbon dioxide through the first membrane separation unit 510. In the process of supplying the membrane of the membrane separator 530 and concentrating the remaining methane again (⑥), the concentrated methane is fed back to the front of the compression unit 20, and the fed back methane is also supplied to the purification unit 50 again. The first membrane separation unit 510 to the third membrane separation unit 530 through the process of separating and producing.

상기 이산화탄소회수단계(S6)는 상기 정제단계(S5), 보다 구체적으로는 상기 제1막분리단계(S51) 및 제3막분리단계(S53)를 순차적으로 거쳐 분리된 이산화탄소를 액화회수하는 과정이다. 구체적으로 상기 제3막분리단계(S53)에서 최종 투과된 고순도의 이산화탄소 가스에 대해 별도의 탈황, 제습 등의 불순물 제거와 같은 전처리 과정 이후 가압, 냉각을 통해 이산화탄소의 온도와 압력 조건을 액화조건으로 조절하여 이산화탄소만을 액화시킨 이후 별도의 이산화탄소저장탱크(80)에 저장하여 이산화탄소를 회수하게 된다. 한편, 본 발명에서는 상기 이산화탄소회수단계(S6)를 통해 이산화탄소를 액화회수하는 과정에서 발생하는 메탄을 무의미하게 처리하지 않고, 이를 다시 도 5에 도시된 바와 같이 제3피드백단계(S61)를 거쳐 상기 이산화탄소회수부(60)의 이산화탄소 액화회수 과정에서 발생된 메탄을 상기 온도조절부(40)로 피드백시켜, 상기 온도조절단계(S4)에서의 승온(가열)과정에서 제3피드백단계(S61)를 통해 피드백된 메탄이 가열을 위한 열원으로 재활용될 수 있게 된다.
The carbon dioxide recovery step (S6) is a process of liquefying the carbon dioxide separated through the purification step (S5), more specifically the first membrane separation step (S51) and the third membrane separation step (S53) sequentially. . Specifically, after the pretreatment process such as the removal of impurities such as desulfurization and dehumidification for the high-purity carbon dioxide gas finally transmitted in the third membrane separation step (S53), the temperature and pressure conditions of carbon dioxide are converted into liquefaction conditions through pressurization and cooling. After liquefying only carbon dioxide by adjusting, it is stored in a separate carbon dioxide storage tank 80 to recover carbon dioxide. Meanwhile, in the present invention, the methane generated in the process of liquefying carbon dioxide through the carbon dioxide recovery step S6 is not treated insignificantly, and this is again through the third feedback step S61 as shown in FIG. 5. By feeding back the methane generated during the carbon dioxide liquefaction recovery process of the carbon dioxide recovery unit 60 to the temperature control unit 40, the third feedback step (S61) during the temperature increase (heating) process in the temperature control step (S4) The feedback methane can then be recycled as a heat source for heating.

이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Should be interpreted as belonging to the scope.

10: 탈황부 20: 압축부
210: 제1폐열회수라인 220: 제2폐열회수라인
30: 제습부 40: 온도조절부
50: 정제부 510: 제1막분리부
520: 제2막분리부 530: 제3막분리부
540: 제1피드백라인 550: 제2피드백라인
60: 이산화탄소회수부 610: 제3피드백라인
70: 메탄저장탱크 80: 이산화탄소저장탱크10: desulfurization unit 20: compression unit
210: first waste heat recovery line 220: second waste heat recovery line
30: dehumidifying unit 40: temperature control unit
50: purification unit 510: first membrane separation unit
520: second membrane separator 530: third membrane separator
540: first feedback line 550: second feedback line
60: carbon dioxide recovery unit 610: third feedback line
70: methane storage tank 80: carbon dioxide storage tank

Claims (8)

바이오가스의 막분리를 위한 인입압력을 맞추기 위한 압축부;
상기 압축부를 거친 바이오가스를 막분리하여 메탄과 이산화탄소로 분리시키는 정제부;를 포함하며,
상기 정제부는 고순도의 분리된 메탄을 생산할 수 있도록, 바이오가스를 일차로 막분리시키는 제1막분리부와, 상기 제1막분리부를 거치면서 분리된 메탄을 재차 막분리시키는 제2막분리부와, 상기 제1막분리부를 거치면서 회수된 이산화탄소를 재차 막분리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있도록 하는 제3막분리부와, 상기 제2막분리부를 거치면서 분리되는 이산화탄소에 포함된 미량의 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 상기 압축부 전단으로 피드백시키는 제1피드백라인과, 상기 제3막분리부를 거치면서 분리되는 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 상기 압축부 전단으로 피드백시키는 제2피드백라인를 포함하는 다단 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 시스템. Compression unit for adjusting the inlet pressure for membrane separation of biogas;
And a purification unit for separating the biogas through the compression unit by membrane separation into methane and carbon dioxide.
The purification unit may include a first membrane separation unit for separating membranes of biogas in order to produce high-purity separated methane, and a second membrane separation unit for membrane separation of the methane separated through the first membrane separation unit; A small amount of methane contained in the carbon dioxide separated through the third membrane separation unit and the second membrane separation unit to recover the high-purity carbon dioxide by membrane separation of the carbon dioxide recovered while passing through the first membrane separation unit Multi-stage comprising a first feedback line for feeding back to the compression section so as to be purified again, and a second feedback line for feeding back to the compression section so that the methane separated through the third membrane separation unit can be purified again Multi-stage membrane separation system for biomethane production and carbon dioxide recovery, characterized in that having a structure. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 바이오가스의 압력을 막분리를 위한 압력으로 맞추는 압축단계;
상기 압축단계를 거친 바이오가스를 막분리하여 메탄과 이산화탄소로 분리시키는 정제단계;
상기 정제단계를 거치면서 잔류하는 가스에 대해 재차 정제단계를 거칠 수 있도록 피드백시키는 피드백단계;를 포함하며,
상기 정제단계는 바이오가스를 일차로 막분리시키는 제1막분리단계와, 상기 제1막분리단계를 거치면서 분리된 메탄을 재차 막분리시키는 제2막분리단계와, 상기 제1막분리단계를 거치면서 회수된 이산화탄소를 재차 막분리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있도록 하는 제3막분리단계를 포함하고,
상기 피드백단계는 상기 제2막분리단계를 거치면서 분리되는 이산화탄소에 포함된 미량의 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 상기 압축단계 전으로 피드백시키는 제1피드백단계와, 상기 제3막분리단계를 거치면서 분리되는 메탄을 다시 정제시킬 수 있도록 상기 압축단계 전으로 피드백시키는 제2피드백단계를 포함하여 고순도의 분리된 메탄을 생산할 수 있는 것을 특징으로 하는 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 다단 막분리 방법.A compression step of adjusting the pressure of the biogas to the pressure for membrane separation;
A purification step of separating the biogas undergoing the compression step into membrane and separating it into methane and carbon dioxide;
And a feedback step of feeding back the refining step to the remaining gas while undergoing the refining step.
The purification step includes a first membrane separation step of separating membranes of biogas first, a second membrane separation step of membrane separation of methane separated through the first membrane separation step, and the first membrane separation step. Including a third membrane separation step to recover the high-purity carbon dioxide by membrane separation of the recovered carbon dioxide while going through,
The feedback step includes a first feedback step of feeding back to the compression step and a third membrane separation step so as to repurify the trace amount of methane contained in the carbon dioxide separated through the second membrane separation step. A multi-stage membrane separation method for biomethane production and carbon dioxide recovery, characterized in that it can produce high-purity separated methane, including a second feedback step fed back before the compression step so as to purify the methane to be separated again. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101529129B1 (en) * 2014-09-18 2015-06-17 한국화학연구원 A multi-stage membrane process and an upgrading apparatus for the production of high purity methane gas
KR101531605B1 (en) * 2014-09-18 2015-06-26 한국화학연구원 A second-stage membrane process and an apparatus for the production of high purity methane gas using low operation pressure and temperature conditions
KR20160055653A (en) * 2014-11-10 2016-05-18 한영테크노켐(주) Apparatus for separating and collecting high purity methane and carbon dioxide from bio gas
KR101678502B1 (en) * 2015-05-29 2016-11-23 한국에너지기술연구원 Apparatus for post-combustion co2 capture using multi-stage membranes
KR101770286B1 (en) * 2016-11-30 2017-08-22 한밭대학교 산학협력단 Production method of high purity methane gas
WO2017206908A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 Evonik Specialty Chemicals (Shanghai) Co., Ltd. Process and apparatus for separating gases
KR101840337B1 (en) 2017-06-20 2018-03-20 한국화학연구원 Method and apparutus for purifying high purity biomethane and high purity carbon dioxide
US10047310B2 (en) 2014-09-18 2018-08-14 Korea Research Institute Of Chemical Technology Multistage membrane separation and purification process and apparatus for separating high purity methane gas
US10105638B2 (en) 2015-05-29 2018-10-23 Korea Institute Of Energy Research Apparatus for separating CO2 from combustion gas using multi-stage membranes
WO2024074673A1 (en) 2022-10-06 2024-04-11 Evonik Operations Gmbh A computer-implemented method, a computer program and a computer for generating a digital twin for a chemical process or an apparatus or a system of a chemical plant

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08500054A (en) * 1992-08-13 1996-01-09 ザ ダウ ケミカル カンパニー Gas separation method using glassy polymer membranes at subambient temperature
KR100985911B1 (en) 2010-02-02 2010-10-08 한솔이엠이(주) System for preprocessing of bio-gas
KR101059830B1 (en) * 2011-04-04 2011-08-29 주식회사 코아 에프앤티 Method for recovery of by-product gases of environmental facilities and system thereof
KR20120032744A (en) * 2010-09-29 2012-04-06 (주)유성 Recycling system of waste materials gas using hydratedes technology

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08500054A (en) * 1992-08-13 1996-01-09 ザ ダウ ケミカル カンパニー Gas separation method using glassy polymer membranes at subambient temperature
KR100985911B1 (en) 2010-02-02 2010-10-08 한솔이엠이(주) System for preprocessing of bio-gas
KR20120032744A (en) * 2010-09-29 2012-04-06 (주)유성 Recycling system of waste materials gas using hydratedes technology
KR101059830B1 (en) * 2011-04-04 2011-08-29 주식회사 코아 에프앤티 Method for recovery of by-product gases of environmental facilities and system thereof

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101529129B1 (en) * 2014-09-18 2015-06-17 한국화학연구원 A multi-stage membrane process and an upgrading apparatus for the production of high purity methane gas
KR101531605B1 (en) * 2014-09-18 2015-06-26 한국화학연구원 A second-stage membrane process and an apparatus for the production of high purity methane gas using low operation pressure and temperature conditions
US10047310B2 (en) 2014-09-18 2018-08-14 Korea Research Institute Of Chemical Technology Multistage membrane separation and purification process and apparatus for separating high purity methane gas
KR20160055653A (en) * 2014-11-10 2016-05-18 한영테크노켐(주) Apparatus for separating and collecting high purity methane and carbon dioxide from bio gas
KR101650877B1 (en) 2014-11-10 2016-08-25 한영테크노켐(주) Apparatus for separating and collecting high purity methane and carbon dioxide from bio gas
KR101678502B1 (en) * 2015-05-29 2016-11-23 한국에너지기술연구원 Apparatus for post-combustion co2 capture using multi-stage membranes
US10105638B2 (en) 2015-05-29 2018-10-23 Korea Institute Of Energy Research Apparatus for separating CO2 from combustion gas using multi-stage membranes
WO2017206908A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 Evonik Specialty Chemicals (Shanghai) Co., Ltd. Process and apparatus for separating gases
KR101770286B1 (en) * 2016-11-30 2017-08-22 한밭대학교 산학협력단 Production method of high purity methane gas
KR101840337B1 (en) 2017-06-20 2018-03-20 한국화학연구원 Method and apparutus for purifying high purity biomethane and high purity carbon dioxide
WO2024074673A1 (en) 2022-10-06 2024-04-11 Evonik Operations Gmbh A computer-implemented method, a computer program and a computer for generating a digital twin for a chemical process or an apparatus or a system of a chemical plant

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