KR100951367B1

KR100951367B1 - 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치 및 그 정제방법

Info

Publication number: KR100951367B1
Application number: KR1020090035505A
Authority: KR
Inventors: 정옥채; 조경수
Original assignee: 진명환경산업 주식회사; 조경수
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-04-08

Abstract

본 발명은 가스밀도 및 비중 차를 이용하여 바이오 메탄가스와 혼합된 여러 종류의 가스를 분리하여 순수한 메탄가스를 얻기 위한 정제장치 및 그 정제방법에 관한 것으로, 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록산 등을 포함하는 혼합 바이오 메탄가스를 포집하여 활성탄으로 1차 가스 상태의 황화합물을 탈취한 후 고압으로 압축한 혼합가스가 정제탑에 고압(6~10㎏/㎠)으로 분사되어 주입되는 제1압축실, 제1수막층, 제2압축실, 제2수막층, 물분사실, 제습층, 활성탄층이 형성된 정제탑을 통과하면서 고압실인 제1압축실과, 제2압축실에서 혼합 메탄가스의 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록산 등의 가스가 15℃이하의 냉각수에서 가스가 응축되고 흡수되어 물과 함께 하강하여 배출되고 밀도와 비중이 작은 메탄가스만이 정제탑의 최상부에 포집 되게 함으로써 순수한 메탄가스를 얻을 수 있도록 형성된 메탄가스의 정제장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

메탄가스, 비중 차, 수막 층, 물 층, 활성탄 층

Description

바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치 및 그 정제방법{The purification method and the purification device refining as bio-methane using cooling water and compressing both bio-methane gas and the mixed gas by density of gas and gravity difference}

본 발명은 비중 차를 이용한 바이오 메탄가스의 정제장치 및 그 정제방법에 관한 것으로, 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산 등을 포함하는 혼합가스를 포집하는 과정과, 포집한 혼합가스에서 황화합물을 제거하는 과정과, 황이 제거된 혼합가스를 압축하는 과정과, 압축된 혼합가스를 정제 탑에 주입하는 과정과, 정제 탑의 제1압축실에서 물과 함께 혼합가스를 압축(6~10㎏/㎠)하는 과정과, 제2압축실에서 물과 함께 혼합가스를 압축(3~5㎏/㎠)하는 과정과, 제2압축실에서 고압으로 물에 흡수되지 못한 상승 혼합가스가 압축되는 과정과, 압축된 혼합가스의 습기를 제거하는 과정과, 습기가 제거된 혼합가스의 악취와 혼합가스의 이질 가스를 증착시키는 과정과, 이질 가스가 증착되고 순수한 메탄가스를 포집하여 고압으로 저장하는 과정으로 구성되고, 상기 각 과정에서 물에 수용되어 배출된 가스 수용수의 압력을 해제 하여 발생하는 가스의 대기 방출을 방지하기 위해 가스를 비중별로 저장하는 과정으로 구성 되는 바이오 메탄가스의 정제방법에 관한 것이다.

본 발명은 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산 등을 포함하는 메탄가스의 혼합가스 정제과정에서 황화합물을 분리하는 탈황장치와, 탈황 된 혼합가스(60~64%)를 압축(10~15㎏/㎠)하는 장치와, 압축된 혼합가스가 주입되어 물에 흡수되는 제1압축실과, 제1압축실에서 물에 흡수되지 못한 혼합가스가 통과하는 제1수막층과, 제1수막층 위에 형성되어 고압(3~5㎏/㎠)을 형성하여 고압가스가 물에 흡수되도록 형성된 제2압축실과 상기 제2압축실 위에 형성되는 제2수막층과, 상기 제2수막층 위에 형성되는 물 분사 실과, 상기 제2압축실에서 물에 수용되지 못한 상태로 물과 혼합된 혼합가스의 습기를 제거하기 위한 필터층과, 상기 필터층에서 습기가 제거된 혼합가스에서 이질 가스를 제거하는 활성탄 층과, 활성탄 층을 통과한 순수(95~98%)한 메탄가스를 수용하여 고밀도로 농축 저장하는 장치와, 상기 제1압축실과 제2압축실에서 압축에 의해 물에 흡수된 혼합가스가 제1압축실의 수용 수에 수용되었다가 수용수배출저장탱크로 배출되고 수용수배출저장탱크에 유입된 이질 가스가 물에서 분리되어 수용수배출저장탱크 상부에 이질 가스의 비중별로 배치되는 것을 고려하여 수용수배출저장 탱크 외부에 상기 각 이질 가스를 배출시킬 수 있는 배관이 형성되어 이질 가스 종류별로 저장할 수 있는 장치로 구성되는 바이오 메탄가스 정제장치에 관한 것이다.

메탄가스를 정제하여 순수한 바이오 메탄가스를 얻기 위한 것은 자동차와 같은 기계에 동력으로 사용하기 위한 고 효율의 연료로 사용하기 위해서이다.

종래의 바이오 메탄가스의 정제방법에서 종류별로 고압에서 가스가 물에 흡수되는 것을 이용하여 압력 실의 높은 압력에서 혼합가스와 물이 같이 유입되어 혼합 가스의 이질 가스가 물에 흡수되도록 유도하는 방법이 공지되어 있다.

공지된 일본특개공 2008-255209(메탄가스 발효시설 등에서 발생하는 바이오가스로부터 메탄가스를 분리 회수하는 장치 및 농축하는 방법)호 및 다수개의 일본 기술에 의하면, 발효시설 등에서 발생하는 바이오가스를 포집 압축하여 물이 흡수된 흡수 탑에 혼합가스를 소정의 압력(약 2기압)으로 물밑에서부터 주입하면 흡수 탑 내의 압력이 상승하면서 혼합가스에서 발생하는 마이크로, 나노 크기의 기포들이 물밑에서 물 위로 상승하면서 물에 수용되는 방법을 이용한 것이고 특히 혼합 메탄가스에 비교하여 비중이 큰 이산화탄소와 황화수소가 압력과 비례하여 신속히 물에 흡수되고 흡수 탑의 저부에 하강하게 되어 배출할 수 있도록 형성되며 흡수 탑 상부에 응집되는 메탄가스를 포함하여 비중이 낮은 가스(소량의 질소, 암모니아, 산소, 황화물, 실록 산 등)를 압축저장하도록 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

물론 물에 수용된 이산화탄소 및 황화수소 등은 배출된 후 감압 되어 물에서 가스가 분리되어 별도로 저장관리되도록 구성되어 있는 것을 알 수 있다.

상기와 같은 흡수 탑의 경우 흡수 탑 내에서 압력의 변화를 억제하는 가운데 탑 내에서 물도 배출해야하고 가스도 배출해야 하기 때문에 흡수 탑에는 일정 이상 의 압력을 유지하기 어려운 문제점이 있고, 상기와 같이 압력을 운용하는데 한계가 있기 때문에 혼합가스에서 순수메탄가스를 분리하는데 한계가 있게 된다.

본 발명에서 실현하고자 하는 메탄가스의 이용은 궁극적으로 농축된 메탄가스를 고 열량이 필요로 하는 자동차 연료로 사용할 수 있는 정도로 순수한 메탄가스를 얻고자 하는 것이기 때문에 고 열량을 필요로 하는 자동차 등에는 사용할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 가스는 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소, 메탄가스의 혼합가스로 구성되고, 상기 이산화탄소의 비중은 1.529이고, 황화수소의 비중은 1.92이며, 산소의 비중은 1.102이며, 질소의 비중은 0.93이고, 암모니아의 비중은 0.59이며, 실록 산의 비중은 0.8이고, 메탄가스의 비중은 0.54이다.

상기 정제 탑을 이용하여 물 반응에 의한 흡수 분리 방법은 상대적으로 비중이 큰 가스가 물에 흡수가 용이하기 때문에 종래의 정제방법으로 정제할 때 이산화탄소, 황화수소 등의 낮은 압력에서 물 반응이 용이하여 1회의 물 반응으로도 많은 량의 이산화탄소 황화수소 등을 흡수할 수 있으나, 그 전체를 완전하게 흡수시킬 수 있는 것은 아니며, 특히 암모니아, 실록 산 등은 고압에서도 물 반응이 약하기 때문에 한 번의 물 반응으로 순수(95~98%)의 메탄가스를 정제하는데 문제점이 있다.

본 발명은 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 가스는 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 황화물, 산소, 메탄가스 등을 포함하는 혼합가스를 포집하는 과정과, 포집한 혼합가스에서 황화합물을 제거하는 과정과, 황화합물이 제거된 혼합가스를 압축하는 과정과, 압축된 혼합가스를 정제 탑에 주입하는 과정과, 정제 탑의 제1압축실에서 물과 함께 혼합가스를 1차 압축(6~10㎏/㎠)하는 과정과, 제2압축실에서 2차 물과 함께 혼합가스를 압축(3~5㎏/㎠)하는 과정과, 제2압축실에서 고압으로 물에 흡수되지 못한 상승 혼합가스가 감압 되는 과정과, 감압 된 혼합가스의 습기를 제거하는 과정과, 습기가 제거된 혼합가스의 악취와 혼합가스의 메탄가스를 제외한 가스를 증착시키는 여과 과정과, 여과된 메탄가스를 포집하여 고압으로 저장하는 과정으로 구성되고, 상기 각 과정에서 물에 흡수되어 배출된 가스 수용수의 압력을 해제하여 발생하는 가스의 대기 방출을 방지하기 위해 가스를 비중별로 저장하는 과정으로 구성되는 방법을 통하여 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 황화물, 산소 등을 포함하는 메탄가스(55~60%의 혼합물)의 혼합가스를 95~98%의 순수한 메탄가스를 분리할 수 있는 바이오 메탄가스의 정제방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산 등을 포함하는 메탄가스의 혼합가스의 정제과정에서 황을 분리하는 탈황장치와, 탈황 된 혼합가스(60~64%)를 압축(10~15㎏/㎠)하는 장치와, 압축된 혼합가스가 주입되는 제1압축실과, 제1압축실의 고압혼합가스가 통과하면서 흡수하는 제1수막층과, 상기 제1수막층과 소정의 간격으로 형성되고 고 압(3~5㎏/㎠)공간을 형성하는 제2압축실과, 상기 제2압축실 위에 형성되어 고압 혼합가스가 통과하면서 흡수되는 제2수막층과, 상기 제2수막층 위에 형성되는 물 분사실과, 상기 제2압축실에서 물에 흡수되지 못한 상태로 물과 혼합된 혼합가스의 습기를 제거하기 위한 필터층과, 상기 필터층에서 습기가 제거된 혼합가스에서 메탄가스를 제외한 이질 가스를 제거하는 활성탄으로 형성된 필터층과, 활성탄 층을 통과한 순수(95~98%)한 메탄가스를 수용하여 고밀도로 압축 저장하는 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 1개의 정제 탑에서 전체 정제 공정을 다 수행할 수 있도록 구성하여 협소한 장소에서 설치할 수 있는 메탄가스 정제장치를 제공하는데 목적이 있다.

종류	비중	밀도	혼합량(ℓ기준)
메탄가스(CH₄)	0.554	0.7167	45~55%
이산화탄소(CO₂)	1.529	1.9768	25~48%
황화수소(H₂S)	1.92	2.482	250~400ppm
산소 (O₂)	1.105	1.429	0.3~0.5%
질소 (N₂)	0.93	1.2505	0.5~0.8%
암모니아(NH₃)	0.59	0.7067	200~250ppm
실록산(H₃Si)₂O	0.8	1.011	12~14ppm

표-1

본 발명은 상기 표-1은 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발효하여 발생하는 혼합가스의 분포 사항을 기재한 것이다.

본 발명은 표-1에 기재된 혼합가스 중에서 순수한 메탄가스를 정제하기 위한 것으로, 상기 혼합가스를 정제 탑에서 고압으로 물과 반응하여 혼합가스에서 이질 가스를 물에 흡수시켜 이질 가스를 분리시키기 위한 것이다.

본 발명은 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 황화물, 산소 등을 포함하는 메탄가스의 혼합가스(60~64%의 메탄가스)를 포집하는 과정과, 포집한 혼합가스에서 황을 제거하는 과정과, 황이 제거된 혼합가스를 압축(10~15㎏/㎠)하는 과정과, 압축된 혼합가스를 정제 탑의 제1압축실에 주입하여 고압(6~10㎏/㎠)을 형성하는 과정과, 제1압축실의 고압혼합가스가 제1수막층과 제1물층을 통과하며 흡수되는 과정과, 제1수막층을 통과한 혼합가스가 제2압축실에서 고압(3~5㎏/㎠)을 형성하는 과정과, 제2압축실의 고압혼합가스가 제2수막층과 제2물층을 통과하면서 흡수되는 과정과, 상기 제2물층을 통과한 혼합가스가 물 분사실을 통과하고 스틸메쉬로 형성된 필터를 통과하면서 제습되는 과정과, 제습된 혼합가스가 활성탄을 통과하면서 순수(95~98%)한 메탄가스를 정제하는 방법으로 구성한다.

본 발명은 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 황화물, 산소 등을 포함하는 메탄가스의 혼합가스를 포집하여 저장하는 저장고와, 상기 저장고의 혼합가스를 탈황하는 장치와, 탈황 된 혼합가스를 고압(10~15㎏/㎠)으로 압축하여 저장하는 저장고와, 상기 압축저장고의 압축혼합가스를 정제하는 수직 정제 탑으로 구성한다.

상기와 같이 높은 암모니아, 실록 산 등과 같이 물 반응이 용이하지 않은 가스의 물 반응을 용이하게 하기 위해 최초 물 반응할 때 높은 압력으로 반응하게 하고 높은 압력에서 신속하게 이동하는 다량의 가스를 2차 강제 물 반응시킴으로써 순수한 메탄가스를 정제할 수 있다.

상기 정제 탑에서 정제할 때 분리되는 각 가스는 별도의 저장고에 저장할 수 있도록 한다.

본 발명에 의한 바이오 메탄가스 정제장치 및 그 방법은 바이오 메탄가스의 혼합가스(CH₄, CO₂, H₂S, N₂, NH₃, O₂, H₃Si)₂O)를 순수 메탄가스로 정제하고 농축하여 자동차 연료로 사용하기 위한 것으로, 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장에서 포집한 상기 혼합가스에서 이산화탄소 및 황화합물 등을 정제함으로 연료로 사용할 경우 대기 오염원의 배출을 방지할 수 있는 효과가 있다.

고압(10~15㎏/㎠)으로 농축된 혼합가스를 정제 탑의 제1압축실에 고압(6~10㎏/㎠)으로 유입될 때 물속으로 유입되지 않고 물 위 공간에 유입되기 때문에 쉽게 고압을 형성할 수 있고 고압 상태의 센싱이 용이하여 배출밸브를 신속히 작동하여 제1압축실의 공간과 공간의 압력을 일정하게 유지하게 되므로 고압을 형성한 가스가 수막 층을 쉬게 통과할 수 있어 고압 상태로 혼합가스가 물에 쉽게 흡수하여 가스의 흡수량을 크게 할 수 있다.

또한, 적어도 고압 실이 2개 이상으로 형성되고 수막 층이 2개 이상 형성되며 수막 층 위에는 물 층이 2개 이상 형성되어 수막 층과 수막 층 사이에 형성되는 고압을 지속적으로 유지할 수 있어 혼합가스의 흡수 수용을 효율적이고 지속적으로 작용할 수 있다.

본 발명은 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황화합물, 실록 산 등을 포함하는 혼합가스에서 순수(95~98%)한 메탄가스를 얻기 위한 정제장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황화합물, 실록 산 등을 포함하는 혼합가스(메탄가스혼합율 50~60%)를 포집하는 과정과, 포집한 혼합가스에서 황화합물을 제거하는 과정과, 황화합물이 제거된 혼합가스를 압축하는 과정과, 압축된 혼합가스를 정제 탑(11)에 주입하는 과정과, 정제 탑(11)의 제1압축실(12)에서 물(15℃)과 함께 혼합가스를 1차 압축(6~10㎏/㎠)하는 과정과, 제2압축실(13)에서 2차 물(15℃)과 함께 혼합가스를 압축(3~5㎏/㎠)하는 과정과, 제2압축실(13)에서 고압으로 물(15℃)에 흡수되지 못한 상승 혼합가스가 감압 되는 과정과, 감압 된 혼합가스의 습기를 제거하는 과정과, 습기가 제거된 혼합가스에서 이질 가스를 흡착하는 활성탄 층(21b)을 통과시켜 순수 메탄가스를 포집하는 과정으로 구성된다.

본 발명은 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아가스, 산소, 실록 산 등을 포함하는 혼합가스에서 메탄가스를 정제하는 정제과정에서 황화합물을 분리하는 탈황장치와, 탈황 된 혼합가스(60~64%)를 압축(10~15㎏/㎠)하는 장치와, 압축된 혼합가스가 주입되어 물(15℃)에 흡수되는 제1압축실(12)과, 제1압축실(12)에서 물(15℃)에 흡수되지 못한 혼합가스가 통과하는 제1수막층(14) 및 물 층(16)과, 제1수막층(14) 위 에 형성되어 고압(3~5㎏/㎠)을 형성하여 고압가스가 물에 흡수되도록 형성된 제2압축실(13)과 상기 제2압축실(13) 위에 형성되는 제2수막층(15) 및 물 층(17)과, 상기 제2수막층(15) 위에 형성되는 물(15℃) 분사 실(19)과, 상기 제2압축실(13)에서 물에 흡수되지 못한 상태로 물과 혼합된 혼합가스의 습기를 제거하기 위한 제습층(22)과, 상기 제습층(22)에서 습기가 제거된 혼합가스에서 메탄가스를 제외한 이질 가스를 제거하는 활성탄 층(21b)과, 활성탄 층(21b)을 통과한 순수(95~98%)한 메탄가스를 수용하여 고밀도로 압축 저장탱크(33)로 구성된다.

도 1은 본 발명에 의한 정제방법의 공정 과정을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 정제장치의 작용 과정을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 정제장치의 구조를 상세하게 도시한 것이다.

본 발명을 도면과 실시 예를 참고하여 설명하고자 한다.

도 3에 도시된 것과 같이 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장에서 발효하여 발생하는 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황화합물, 실록 산 등의 이질 가스와 메탄가스(50~60%)로 구성되는 혼합가스가 포집 저장되는 저장탱크(24)가 형성된다.

저장탱크(24)와 연계하여 저장탱크(24)에 저장된 혼합가스에서 이질 가스인 황화합물을 탈황할 수 있도록 유입되는 혼합가스가 활성탄 층(21a)을 통과하도록 형성된 탈황탱크(25)가 형성되어 있다.

탈황탱크(25)와 연계하여 탈황탱크(25)에서 탈황 된 혼합가스를 고압((10~15㎏/㎠)으로 압축하는 혼합가스 농축탱크(26)가 형성되어 있다.

상기 혼합가스 농축탱크(26)와 연계하여 농축탱크(26)의 고압가스가 주입되는 정제 탑(11)이 형성되어 있다.

상기 저장탱크(24)와 탈황탱크(25)와 농축탱크(26)는 배관으로 연결되고 밸브로 개폐하도록 형성되어 있으므로, 본 발명을 설명할 때, 배관과 밸브는 특징이 없는 한, 부호 없이 설명하고자 한다.

상기 농축탱크(26)에서 연계된 배관은 정제 탑(11)의 제1압축실(12)에 진출되어 그 단부에는 분사 노즐(29a)이 장착되어 있고 정제 탑(11) 외부에 형성된 밸브의 작동으로 고압가스가 정제 탑(11)의 제1압축실(12)로 유입되도록 형성되어 있다.

상기 정제 탑(11)의 최하부에는 보충 수 저장탱크(28)에서 유입되어 혼합가스를 흡수하는 수용수(18)가 수용되도록 형성되어 있다.

상기 제1압축실(12)에는 압력게이지(23a)와 수위센서(도시되지 않음)가 형성되어 있고 수용수배출저장탱크(27)의 밸브(101,102)와 연계하여 제1압축실(12)의 수용수(18) 수위가 높아지면 제1압축실(12)의 압력이 상승하게 되므로 수용수배출저장탱크(27)의 밸브(101,102)를 개방하고 수용수(18)를 배출하여 제1압축실(12)의 공간을 넓혀 제1압축실(12)의 압력을 조절하도록 형성되어 있다.

제1압축실(12) 위에는 여러겹으로 형성되고 200메시의 메시망(200㎜의 두께)으로 형성된 제1수막층(14)이 형성되어 있다.

상기 제1수막층(14) 위에는 제2압축실(13)이 형성되어 있다.

상기 제2압축실(13)에는 일정한 압력을 유지하는 것을 측정할 수 있는 압력 게이지(23b)가 형성되어 있다.

상기 제2압축실(13) 위에는 여러 겹으로 형성되고 200메시의 메시망(150㎜의 두께)으로 형성된 제2수막층(15)이 형성되어 있다.

제2수막층(15) 위에는 보충수탱크(28)에서 배관을 통하여 유입되고 보충수탱크(28)로 진입된 배관의 단부에는 물(15℃)을 분사하는 노즐이 형성되어 물(15℃)을 분사하는 물분사실(19)이 형성되고 분사된 물(15℃)이 제2수막층(15)을 통과하고 제1수막층(14)을 통과하여 수용수(18)에 수용되도록 형성되어 있다.

상기 분사되는 물의 온도는 압축실의 혼합가스의 밀도를 일정하게 유지하기 위해 15℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 물(15℃) 분사 실(19)의 물(15℃)은 제1압축실(12)의 압력에 의해 제1수막층(14)을 통과하는 물(15℃)의 속도를 조절할 수 있도록 구성하여 최초의 조절에 의해 제1수막 층(14)과 제2수막층(15) 위에는 소정의 두께로 물 층(16, 17)을 형성하고 소정의 물 층(16, 17)을 형성한 상태로 물이 수막 층(14, 15)을 통과하도록 형성되어 혼합가스가 물 층(16, 17)을 통과하여 흡수되면서 상승하도록 형성되어 있다.

상기 물분사실(19) 위에는 200메시의 메시망(200㎜의 두께)이 형성되어 물 분자와 혼합되어 상승하는 습기를 액화시켜 가스만 상승하도록 형성되어 있다.

상기 제습 층(22) 위에는 습기와 가스가 분리될 수 있도록 소정의 공간이 형성 되어 있다.

상기 공간 위에는 150~250㎜의 두께의 활성탄 층(21b)이 형성되어 있다.

상기 활성탄 층(21b)은 혼합가스가 습한 상태에서 가스 흡수 성능이 저하되므로 건조된 혼합가스가 활성탄 층(21b)을 통과하도록 하여 적은 량의 이질 가스까지 흡수하여 제거할 수 있도록 형성되어 있다.

상기 정제 탑(11)의 저부에는 배관이 연계되어 제1압축실(12)의 수용수(18)를 배출하기 위한 밸브(101,102)와 연계된 수위센서(도시되지 않음)에 의해 일정한 수위 이상이 되면 상기 밸브(101,102)가 개방되도록 형성되어 있다.

상기 정제 탑(11)은 수용수배출저장탱크(27)와 연결되어 있고 정제 탑(11)과 수용수배출저장탱크(27) 사이에 형성된 배관과 수위센서(도시되지않음)에 의해 개폐되는 자동밸브(101,102)에 의해 수용수배출저장탱크(27)에 유입되는 수용수(18)는 감압 되어 물에 흡수된 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황, 실록 산)가 물 위에 형성된 공간에 비중차별로 상하 배열 위치하게 된다.

상기와 같이 수용수배출저장탱크(27) 상부 외부에는 이질 가스가 상하로 배치되는 위치에 이질 가스 배출 배관을 설치하여 각 이질 가스를 별도로 저장하여 사용할 수 있도록 형성되어 있다.

상기 물분사실(19)에 제공되는 물은 물 보충수저장탱크(28)에서 제공되며 압축 펌프(32a)에 의해 고압으로 물을 분사할 수 있도록 형성되어 있다.

정제 탑(11)의 상부에는 정제된 메탄가스가 배관과 필터(34)를 통과하여 메탄가스 저장탱크(31)에 저장되고 저장된 메탄가스는 압축펌프(32b)의 작용으로 농축하여 농축탱크(33)에 저장된다.

실시 예

본 발명은 쓰레기 매립장, 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발효하여 발생하는 메탄가스와 이질가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황화합물, 실록 산)가 혼합된 혼합가스를 정제하여 순수(95~98%)한 바이오 메탄가스를 얻기 위한 것이며, 상기와 같은 순수한 메탄가스를 농축하여 자동차의 동력으로 사용하기 위한 메탄가스 정제장치와 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

종래의 바이오 메탄가스의 정제방법에서 종류별로 고압에서 가스가 물에 흡수되는 것을 이용하여 압력실의 높은 압력에서 혼합가스와 물이 같이 유입되어 혼합가스의 이질 가스가 물에 흡수되도록 유도하는 방법이 공지되어 있다.

상기와 같이 물이 충진된 압력 실에서 혼합가스를 상기 물속에서 분사되고 분사된 혼합가스가 작은 기포를 형성하면서 물 밖으로 상승하는 동안 상기 혼합가스는 물에 흡수 수용되는 과정을 가지면서 혼합가스에 메탄가스를 제외한 이질 가스를 분리할 수 있도록 형성되어 있다.

상기와 같이 형성된 혼합가스의 흡수 수용과정에서 압력을 높이게 되면 이질 가스가 물에 흡수 수용되는 비율은 높아지겠지만 혼합가스에 압력이 높아지면 혼합가스의 이동속도 역시 신속해지므로 가스가 물속을 통과하는 시간이 신속하기 때문에 높은 압력하의 가스는 흡수율이 높아지는 대신에 통과하는 시간 역시 높아져서 흡수되어 물에 흡수되지 못한 이질 가스량 역시 높아지게 되는 문제점이 있다.

도 3에 도시된 것과 같이 하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장 등에서 발효하여 발생하는 메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황화합물, 실록 산 등의 혼합가스를 저장탱크(24)에 저장하게 된다.

상기와 같이 저장탱크(24)에 저장된 혼합가스는 혼합가스 탈황탱크(25)의 활성탄층(21a)에서 탈황되고 탈황된 혼합가스는 혼합가스 압축탱크(26)에서 압축되어 정제탑(11)에 이송되도록 구성된 상태에서,

보충 수 저장탱크(28)에서 이송되는 물(15℃)이 배관을 통하여 정제 탑(11)의 물 분사 실(19)에서 분사하게 된다.

분사되는 물(15℃)은 제2수막층(15)을 통과하는 물의 량 보다 더 많이 제공하여 물이 제2수막층(15) 위에 설정한 두께로 제2물층(17)을 형성하도록 한다.

상기와 같이 제2수막층(15) 위에 설정된 두께로 제2물층(17)이 형성되면 노즐(29b)에서 분사되는 물의 량을 제2수막층(15)을 통과하는 물의 량 만큼 분사하도록 한다.

상기와 같이 제2수막층(15)을 통과한 물은 제2압축실(13)에 유입하게 된다.

제2압축실(13)에 유입된 물은 제1수막층(14)을 통과하여 제1압축실(12)로 유입하게 된다.

제1수막층(15)을 통과하는 물(15℃)의 량은 제2압축실(13)로 유입되는 물의 량과 동일한 량이 통과할 수 있도록 구성되어 있다.

상기와 같이 제2압축실(13)로 유입되는 물의 량에 의해 제1수막층(14)의 메시망 전체의 구멍에는 수막을 형성하게 된다.

제1수막층(14)을 통과한 물은 제1압축실(12)의 수용수(18)를 형성하게 된다.

상기와 같은 현상은 제1압축실(12)과 제2압축실(13)에 압력이 발생하지 않은 상태이다.

상기와 같은 정제 탑(11)의 작용 상태에서 혼합가스 농축탱크(26)로부터 유입되는 혼합가스에 의해 제1압축실(12)에 높은 압력이 형성된다.

상기와 같이 제1압축실(12)에 높은 압력(6~12㎏/㎠)이 형성되면 제1수막층(14)을 통과하는 물의 량이 줄어들게 된다.

상기와 같이 제1수막층(14)으로 통과하는 물의 량이 줄어들게 되면 제2압축실(13)에 유입되는 물의 량은 동일하므로 제1수막층(14) 위에 제1물층(16)이 형성된다.

상기와 같이 제1수막층(14)과 제2수막층(15) 위에 물 층(16.17)을 형성하는 것은 제1압축실(12)과 제2압축실(13)의 밀폐 성을 높이고 설정한 압력을 일정하게 지속적으로 유지하며 물 반응의 시간을 크게 할 수 있기 때문이다.

상기와 같이 제1압축실(12)의 높은 압력(6~12㎏/㎠)에 의해 제1수막층(14) 위에 설정된 제1물층(16)이 형성되면 제1압축실(12)의 압력을 설정 압력(6~10㎏/㎠)으로 환원시킨다.

상기 제1압축실(12)의 압력은 물 반응이 제일 어려운 암모니아, 실록 산의 물반응이 용이한 압력의 한계라 할 수 있다.

상기와 같이 제1압축실(12)의 압력이 6㎏/㎠보다 적으면 암모니아, 실록 산 등의 물 반응이 어렵고, 압력이 10㎏/㎠보다 크면 메탄가스를 응축할 수 있기 때문에 제1압축실(12)의 압력을 6~10㎏/㎠으로 설정한 것이다.

허나 상기 제1압축실(12)의 압력은 환경에 따라 혼합되는 가스의 량, 또는 질에 따라 가감할 수 있다.

상기 제1압축실(12)의 혼합가스 일부는 제1수막츨(14)과 물 층(16)을 통과하여 제2압축실(13)에 유입된다.

상기와 같이 제2압축실(13)에 유입된 가스의 량이 많게 되면 압력을 형성하게 된다.

상기와 같이 제1압축실(12)의 압력이 설정된 압력(6~10㎏/㎠ )상태가 되어 제1압축실(12)의 압축 혼합가스는 제1수막층(14)을 통과하고 제1수막층(14)의 물층(16)을 통과하면서 혼합가스의 이질가스(이산화탄소, 황화수소가스, 질소, 산소, 암모니아, 실록산)의 대부분은 물에 흡수되어 제1압축실(12)의 수용수(18)로 하강 수용된다.

상기와 같이 제2압축실(13)에 유입된 혼합가스에 의해 제2압축실(13)에 3~5㎏/㎠의 압력이 형성되면 제2수막층(15)에서 제2압축실(13)로 유입되는 물의 량에 영향을 주지않고 혼합가스가 제2수막층(15)과 제2물층(17)을 통과하면서 물과 반응하게 되고 혼합가스에서 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 산소, 암모니아, 실록산 등)가 물에 흡수되어 제1압축실(12)의 수용수(18)에 수용된다.

그러나 제2수막층(15)과 제2물층(127)에서 물에 흡수되지 못한 소량의 이질가스(암모니아, 실록산 등)와 메탄가스는 제2수막층(15)과 제2물층(17)을 통과하고 물분사실(19)을 통과하여 여러 겹의 200메시로 형성된 메시망의 제습층(22)을 통과하면서 건조된다.

건조된 소량의 이질 가스(암모니아, 실록 산 등)는 활성탄 층(21b)을 통과하면서 암모니아가스와 실록 산을 흡수하게 된다.

상기와 같은 구성과 작용으로 수용수(18)의 량이 커지면 제1압축실(12)의 공간이 작아져서 제1압축실(12)의 압력이 높아질 수 있으므로 제1압축실(12)의 압력게이지와 수용수(18)의 수위에 수위센서(도시되지않음)를 연계하여 설치하고 설정된 수위를 초과하면 수용 수(18)를 배출할 수 있도록 정제 탑(11)과 수용수배출저장탱크(27)에 연결된 배관에 형성된 밸브(101,102)를 자동으로 개폐하여 수용수(18)의 수위를 일정하게 유지할 수 있도록 하였다.

혼합가스의 이질 가스가 흡수된 수용수(18)가 수용수배출저장탱크(27)로 유입 되면 수용수(18)의 압력이 해제되기 때문에 높은 압력에 의해 물에 흡수된 이질 가스가 물에서 분리되어 수용수배출저장탱크(27) 상부에 형성되는 분리가스혼합분포실(35)에서 비중 차별로 위치하여 상하 배열하게 된다.

상기와 같이 이질 가스가 수용수배출저장탱크(27) 상부에 형성되는 분리가스혼합분포실(35)에서 비중 차별로 상하 배열하면 배열 위치에 배관(201,202,203,204)을 하여 각 이질 가스 별로 인출하고 저장하여 사용할 수 있도록 한다.

정제 탑(11) 상부에 포집된 순수(95~98%)메탄가스는 배관을 통하여 농축저장탱크(33)에 저장된다.

본 발명은 폐기물 처리장에서 자연적으로 발생하는 발효가스를 재활용하기 위한 장치이고 방법으로, 특히 대기 중에 폐기되어 환경을 오염시키는 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 산소, 암모니아, 실록 산 등)를 정제하여 얻어진 순수 메탄가스는 옥탄가가 높아 농축할 경우 중기계를 작동시킬 수 있는 연료로 사용할 수 있어, 자동차, 산업기계, 발전소 등에서 사용할 수 있기 때문에 화석연료가 고갈되고 있는 산업사회에서 대체연료가 될 수 있을 뿐 아니라 메탄가스가 연소될 때 유해가스가 발생하지 않기 때문에 환경을 보호할 수 있는 천연 연료로서 산업 전반에 걸쳐 유익하게 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 정제방법의 공정도.

도 2는 본 발명에 의한 정제장치의 작용도.

도 3은 본 발명에 의한 정제장치의 내부 구조도.

**도면의 중요부분에 대한 부호의 설명**

11 : 정제탑 12 : 제1압축실

13 : 제2압축실 14 : 제1수막층

15 : 제2수막층 16 : 제1물층

17 : 제2물층 18 : 수용수

19 : 물분사실 21 : 활성탄층(a, b)

22 : 제습층 23 : 압력게이지(a, b)

24: 혼합가스 저장탱크 25 : 혼합가스 탈황탱크

26 : 혼합가스 농축탱크 27 : 수용수 배출 저장탱크

28 : 보충수 저장탱크 29 : 분사노즐(a, b)

31 : 메탄가스 저장탱크 32 : 압축펌프(a, b, c)

33 : 메탄가스 농축탱크 34 : 필터

35 : 분리혼합가스분포실

Claims

하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장에서 발생하는 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 황, 산소)를 포집 저장하는 탱크와, 저장된 혼합가스를 고압으로 농축하는 압축펌프를 포함하는 혼합가스 농축탱크와, 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 황, 산소) 농축탱크에서 연계된 배관이 진입되어 혼합가스가 분사되어 압축을 구성하는 정제 탑과, 정제 탑에 일정한 량의 물을 제공하는 보충 수 저장탱크와, 보충 수가 정제 탑을 통과하여 정제 탑 하부에 수용되는 수용수를 배출저장하고 혼합가스 중 메탄가스를 제외한 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 황, 산소)를 수용하여 분리하는 수용수 배출저장탱크와, 정제 탑 상부에 연계하여 순수 메탄가스를 포집 농축하여 저장하는 저장탱크로 구성되는 메탄가스 정제장치에 있어서,

혼합가스의 황을 탈황하는 탈황탱크와, 정제 탑의 하부에서부터 순서대로 수용수가 저장되고 탈황된 혼합가스 고압저장탱크로부터 탈황된 혼합가스가 유입 분사되어 고압을 형성하는 제1압축실과, 고압을 형성하는 탈횡된 혼합가스가 통과하면서 메탄가스를 제외한 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소)일부가 흡수되는 제1수막층과, 제1수막층을 통과한 탈황된 혼합가스가 제2압축실과, 제2압축실에서 고압을 형성하고 통과하면서 이질가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소) 일부가 흡수되는 제2수막층과, 제2수막층부터 물을 제공하는 물분사실과, 물분사실을 통과한 혼합가스(메탄가스와 이질가스 일부)의 수분을 제거하는 제습층과, 제습되어 건조된 혼합가스(메탄가스와 이질가스 일부)에서 메탄가스를 제외하고 남아 있는 이질가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소)를 흡착하는 활성탄 층으로 형성되어 메탄가스 정제 탑으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치.
제1항에 있어서, 제1압축실은 탈황된 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소)중에서 메탄가스를 제외한 이질가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소)의 흡수가 용이한 압력(6~10㎏/㎠)으로 구성되고 제1압축실의 하부에는 제1수막층에서 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소)를 포집한 물이 저장되는 수용수가 형성되며 제1압축실 외부에는 압력게이지가 수용수를 배출하는 밸브와 연계되고 수용수 수위에는 수위센서가 형성되며 상기 밸브와 연계되어 제1압축실의 압력과 수용수의 수위가 초과 되면 수위센서가 자동으로 작동하여 밸브를 개방하고 수용수가 배출될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치.
제1항에 있어서, 제1수막층은 여러 겹의 메시망으로 구성되고 상기 메시망은 200메시로 형성되어 물이 통과할 때 수막을 형성하되 제1압축실의 내압(6~10㎏/㎠)을 유지할 수 있는 두께(200mm)로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치.
제1항에 있어서, 제1수막층 위에는 제1수막층을 통과하는 물이 막을 형성하여 제1압축실의 밀폐 성이 향상되고 제1압축실의 내압(6~10㎏/㎠)이 유지되며 혼합가스 중 이질가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소)의 흡수시간을 크게 할 수 있는 두께(200mm)로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치.
제1항에 있어서, 제1수막층 위에 형성되는 제2압축실은 제1수막층을 통과한 혼합가스가 지속적으로 유입되어 제2수막층을 통과할 수 있는 압력(3~5㎏/㎠)을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치.
제1항에 있어서, 제2수막층 위에는 물분사실이 형성되고 분사된 물이 제2수막층 위에 제2물층을 형성하여 제2압축실의 밀폐 성이 향상되고 제2압축실의 내압(3~5㎏/㎠)이 유지되며 제2압축실의 혼합가스가 제2수막실과 제2물층을 통과할 때 흡수를 쉽게 할 수 있는 두께(150mm)로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치.
제1항에 있어서, 제습 층은 여러 겹의 메시망으로 형성되어 제1,2수막층과 물분사실을 통과하면서 습기가 많아진 혼합가스의 습기를 완전하게 제거할 수 있도 록 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치.
제1항에 있어서, 활성탄 층을 통과하는 탈황된 혼합가스는 활성탄의 미세기공에 의해 제1, 2수막층과 제1,2물층을 통과하면서 흡수되지 못한 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 실록 산, 암모니아, 산소)를 흡착할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치.
하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장에서 발생하는 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황, 실록 산)를 포집하는 과정과, 포집한 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황, 실록 산)를 압축하는 과정과, 압축된 혼합가스를 정제 탑에 주입하는 과정과, 정제 탑에서 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황, 실록 산)중 메탄가스를 제외한 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황, 실록 산)를 흡수하는 과정과, 정제된 메탄가스를 포집 농축하여 저장하는 과정과, 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황, 실록 산)가 흡수된 물을 배출하는 과정과, 배출된 물에서 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황, 실록 산)를 분리하는 과정으로 구성되는 메탄가스 정제방법에 있어서,

하수종말처리장, 폐수처리장, 쓰레기처리장에서 발생하는 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 황, 실록 산)를 포집하여 탈황하는 과정과, 탈황된 혼합가스(메탄가스, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 실록 산)를 고압(10~15㎏/㎠)으로 압축하는 과정과, 상기 탈황된 혼합가스가 유입되는 정제 탑의 제1압축실에서 유입되는 탈황 혼합가스에 의해 고압(6~10㎏/㎠)으로 압축되는 과정과, 고압으로 압축된 탈황 혼합가스가 제1물층과 제1수막층을 통과하면서 메탄가스를 제외한 이질 가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 실록 산)가 1차 흡수되는 과정과, 제1물층과 제1수막층을 통과한 후 제2압축실에서 탈황 혼합가스가 압축(3~5㎏/㎠)되는 과정과, 제2압축실에서 제2물층과 제2수막층을 통과하면서 이질가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 실록 산)가 2차 흡수되는 과정과, 제2물층과 제2수막층을 통과하고 물분사실을 통과한 혼합가스의 습기를 제거하는 과정과, 습기가 제거 되어 건조된 이질가스(이산화탄소, 황화수소, 질소, 암모니아, 산소, 실록 산)가 활성탄층을 통과하면서 흡착되는 과정으로 구성되어 순수(95~98%)한 메탄가스를 정제할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제방법.