KR100962685B1 - Method and system for automatic control of greenhouse gases - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A greenhouse gas separating and controlling system and a method thereof are provided to separate methane and carbon dioxide created in a livestock industry or bio-industry and a wastewater treatment digestion tank to high concentration, and to collect gas influencing on global warming. CONSTITUTION: A greenhouse gas separating and controlling system comprises the following: a first and a second sampling filters(150,160) secluding dust or foreign materials produced in a greenhouse gas generating unit(100); the greenhouse gas generating unit equipped a 3-way valve(170) determining a greenhouse gas sampling direction according to a pollution level of the filter; a pressure gauge(210) sensing the pressure gradient of greenhouse gas provided from the 3-way valve; a vacuum pump(220) compressing a greenhouse gas with an oilless compressor; a first membrane(230) dividing a compacted greenhouse gas into water and air according to a film permeation rate of moisture and air; a receive tank(240) compressing air and storing; a filter(250) which is installed at the receive tank exhausting part, divides remaining dust and moisture; a greenhouse gas control unit(200) in which a second membrane(260) dividing compressed air flowing in through the filter into methane and carbon dioxide according to the film permeation rate is successively connected; a carbon dioxide storage tank(300); a methane storage tank(400).

Description

온실가스 분리 제어 저장시스템 및 방법{Method and system for automatic control of greenhouse gases}GHG separation control storage system and method {Method and system for automatic control of greenhouse gases}

본 발명은 온실가스 분리 제어 저장시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 축산분뇨처리시설과 혐기성 발효시설 및 소화조 등과 같은 곳에서 발생되는 대표적 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 분리 후 포집하여 재활용하는 온실가스 분리 제어 저장시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a greenhouse gas separation control storage system and method, and more specifically, a greenhouse for separating and collecting and recycling methane and carbon dioxide, which are representative greenhouse gases generated in a livestock waste treatment facility, an anaerobic fermentation facility, a digester, and the like. A gas separation control storage system and method.

축산분뇨처리시설과 혐기성 발효시설 및 소화조에서는 메탄과 이산화탄소 및 극소량의 황화수소 등의 온실가스가 발생되며, 이중 이산화탄소의 발생량이 가장 높으며, 상기 메탄과 이산화탄소 가스는 지구 온난화물질로 대표적인 대기 오염물질로 알려져 있다.Livestock manure treatment facilities, anaerobic fermentation plants, and digesters generate greenhouse gases such as methane, carbon dioxide, and very small amounts of hydrogen sulfide, with the highest generation of carbon dioxide, and methane and carbon dioxide are known as global warming substances as representative air pollutants. have.

상기와 같은 온실가스 발생장소 중 축산 가축사에서 배출되는 분뇨는 적절한 처리를 통하여 배출되고 있는데, 액비 저장조를 통한 발효 후 토양에 살포하는 방법과 분뇨를 발효처리하여 비료화시키는 방법이 사용되고 있다.The manure discharged from the livestock livestock company among the GHG generation places as described above is discharged through proper treatment, and a method of spraying on the soil after fermentation through a liquid fertilizer storage tank and fertilizing treatment of manure are used.

이러한 분야에 대한 종래 기술로는 대한민국 공개특허 특2002-0072384호의 “축산분뇨에서 발생한 가스를 이용한 분뇨건조장치”, 대한민국 공개특허 특2003- 0032439호의 “축산 분뇨를 이용한 바이오 가스 발생장치 및 그 방법” 등이 알려져 있다.Conventional technologies in this field include "manure drying device using gas generated from livestock manure" of the Republic of Korea Patent Publication No. 2002-0072384, "biogas generator using livestock manure and the method" of the Republic of Korea Patent Publication No. 2003- 0032439 Etc. are known.

그러나, 현재 대부분의 가축사에서는 도 1과 같이, 환기구(110)를 통해 온실가스를 대기중에 그대로 방출되고 있으며, 혐기성 발효시설이나 소화조 등에서 발생되는 메탄이나 이산화탄소의 온실가스 역시 거의 대부분이 대기중에 방출됨으로써 지구 온난화에 영향을 미치고 있는 실정이며, 일부 메탄가스는 농도가 낮은 관계로 상기 종래 기술과 같이 보일러 등의 에너지원으로 사용되고 있으나, 많은 양이 대기중에 방출되고 있다.However, at present, most livestock companies, as shown in Figure 1, through the vents 110, the greenhouse gas is emitted to the atmosphere as it is, almost also greenhouse gases of methane or carbon dioxide generated in the anaerobic fermentation plant or digester, etc. are released to the atmosphere. By doing so, it is affecting global warming, and some methane gas is used as an energy source such as a boiler as in the related art because of its low concentration, but a large amount is emitted into the atmosphere.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 축산분뇨처리시설이나 혐기성 발효시설 및 소화조에서 발생되는 대표적인 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 오일리스 컴프레서를 이용하여 압축한 후, 분리막 모듈을 이용하여 선택적 투과방식을 통하여 고농도로 분리 및 저장함으로써, 지구 온난화에 영향을 미치는 가스를 포집하여 재활용하는 온실가스 분리 제어 저장시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, in the present invention, methane and carbon dioxide, which are representative greenhouse gases generated in a livestock waste treatment plant, an anaerobic fermentation plant and a digester, are compressed using an oilless compressor, and then selectively selected using a membrane module. It is an object of the present invention to provide a greenhouse gas separation control storage system and method for collecting and recycling gases that affect global warming by separating and storing them at high concentration through a permeation method.

목적을 달성하기 위한 구성으로는 온실가스 발생부 내부에서 발생되는 분진이나 포자와 같은 이물질을 차단하는 제1,2샘플링 필터와, 상기 제1,2샘플링 필터 후단에 설치되어 필터의 오염도에 따라 온실가스 샘플링 방향을 결정하는 3웨이 밸브가 온실가스 발생부의 환기구 내측에 구비되고, 상기 3웨이 밸브로부터 공급되는 온실가스의 압력 변화를 감지하는 압력게이지와, 상기 온실가스를 오일리스 컴프레서(Oilless Compressor)로 압축시키는 진공펌프와, 상기 압축된 온실가스를 공기와 습윤의 막 투과속도에 따라 물(H2O)과 공기로 분리시키는 제1멤브레인과, 상기 습윤이 탈기된 공기를 압축하여 저장하는 리시브탱크와, 상기 리시브탱크 배출부에 구비되어, 잔류된 먼지나 습윤을 2차에 걸쳐 분리시키는 필터와, 상기 필터를 거쳐 유입되는 압축공기를 막 투과속도에 따라 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 분리시키는 제2멤브레인이 차례로 연결되는 온실가스 제어부가 상기 온실가스 발생부의 환기구에 연결되고, 상기 제2멤브레인 하단 일측으로 배출되는 이산화탄소(CO2)를 압축저장펌프로 저장하는 이산화탄소 저장탱크와, 상기 제2멤브레인 상부로 배출되는 메탄(CH4)을 압축저장펌프로 저장하는 메탄 저장탱크가 구비된다.In order to achieve the purpose, the first and second sampling filters for blocking foreign substances such as dust or spores generated inside the greenhouse gas generator and the first and second sampling filters are installed at the rear end of the greenhouse according to the degree of pollution of the filter. A three-way valve for determining a gas sampling direction is provided inside the ventilation hole of the greenhouse gas generator, a pressure gauge for detecting a pressure change of the greenhouse gas supplied from the three-way valve, and an oilless compressor for the greenhouse gas. A vacuum pump for compressing the gas, a first membrane for separating the compressed greenhouse gas into water (H 2 O) and air according to the membrane permeation rate of air and wet, and a receiver for compressing and storing the degassed air. A tank, a filter provided at the discharge tank discharge part to separate residual dust or wet at a secondary level, and compressed air introduced through the filter; Depending on the permeation rate of methane (CH 4) and carbon dioxide (CO 2) the second membrane to separate, and the greenhouse gas control unit which is connected in turn connected to a vent of said greenhouse gas emissions, the carbon dioxide is discharged to one side lower end of the second membrane ( CO 2 ) is provided with a carbon dioxide storage tank for storing the compressed storage pump, and a methane storage tank for storing the methane (CH 4 ) discharged to the upper portion of the second membrane as a compressed storage pump.

목적을 달성하기 위한 방법으로는 진공펌프를 작동시켜 온실가스 발생부 내부의 가스를 온실가스 제어부로 유입시키는 제10단계와; 상기 유입된 온실가스를 진공펌프에서 4~10kgf/㎠로 압축시키는 제20단계와; 상기 진공펌프에서 압축된 온실가스를 제1멤브레인에서의 막 투과속도에 따라 공기와 물(H2O)로 분리시키는 제30단계와; 상기 분리된 물(H2O)은 수거장치에 포집되며, 습윤이 탈기된 공기는 리시브탱크에서 압축되어 저장되는 제40단계와; 상기 리시브탱크의 압축공기를 2차에 걸쳐 필터링하여 잔류 먼지나 습윤을 분리시키는 제50단계와; 상기 필터링된 압축공기를 제2멤브레인에서의 막 투과속도에 따라 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 제60단계와; 상기 분리된 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)를 압축저장펌프를 이용하여 이산화탄소 저장탱크와 메탄 저장탱크에 각각 저장하는 제70단계를 포함한다.Method for achieving the object comprises the tenth step of operating the vacuum pump to introduce the gas inside the greenhouse gas generator into the greenhouse gas control unit; 20th step of compressing the introduced greenhouse gas to 4 ~ 10kgf / ㎠ in a vacuum pump; Separating the greenhouse gas compressed by the vacuum pump into air and water (H 2 O) according to the membrane permeation rate in the first membrane; The separated water (H 2 O) is collected in a collecting device, and step 40 in which wet degassed air is compressed and stored in a receiving tank; A fifty step of separating residual dust or wet by filtering compressed air of the receive tank over a second stage; Separating the methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ) according to the membrane permeation rate in the second membrane in the filtered compressed air; And a seventy step of storing the separated methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ) in a carbon dioxide storage tank and a methane storage tank, respectively, using a compression storage pump.

상기한 바와 같이, 본 발명은 축산 가축사나 생물산업 및 폐수처리 소화조에서 발생되는 대표적인 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 오일리스 컴프레서를 이용하여 압축하고, 분리막 모듈을 이용하여 선택적 투과방식을 통하여 고농도로 분리 저장함으로써, 지구 온난화에 영향을 미치는 가스를 포집하여 재활용하는 효과가 있다.As described above, the present invention compresses methane and carbon dioxide, which are representative greenhouse gases generated from livestock livestock companies, biological industries and wastewater treatment digesters, using an oilless compressor, and is separated at a high concentration through a selective permeation method using a membrane module. By storing, there is an effect of collecting and recycling gas that affects global warming.

도 2는 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장시스템의 구성을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장시스템의 전체 구성을 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장방법의 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 멤브레인의 기체 분리막 투과속도를 나타낸 참고도이고, 도 6은 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장시스템의 성능 실험을 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of the greenhouse gas separation control storage system according to the present invention, Figure 3 is a block diagram showing the overall configuration of the greenhouse gas separation control storage system according to the present invention, Figure 4 is a greenhouse according to the present invention Figure 5 is a flow chart of a gas separation control storage method, Figure 5 is a reference diagram showing the gas separation membrane permeation rate of the membrane according to the present invention, Figure 6 is a graph showing the performance experiment of the greenhouse gas separation control storage system according to the present invention.

이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the components will be described with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 온실가스 분리 제어 저장시스템의 구성을 나타낸 개략도로서, 축산분뇨처리시설이나 혐기성 발효시설 및 소화조와 같은 온실가스 발생부(100)와, 상기 온실가스 발생부(100)에서 발생되는 이산화탄소 및 메탄을 포함하는 온실가스를 처리하는 온실가스 제어부(200) 및 상기 온실가스 제어부(200)에서 분리된 이산화탄소와 메탄을 분리 포집하는 이산화탄소 저장탱크(300)와 메탄 저장탱크(400)로 구성된다.Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of the greenhouse gas separation control storage system of the present invention, the greenhouse gas generator 100, such as livestock waste treatment facility or anaerobic fermentation plant and digester, and generated in the greenhouse gas generator 100 Greenhouse gas control unit 200 for processing the greenhouse gas containing carbon dioxide and methane to be and the carbon dioxide storage tank 300 and methane storage tank 400 to separate and collect the carbon dioxide and methane separated from the greenhouse gas control unit 200 It is composed.

상기 온실가스 발생부(100)와 온실가스 제어부(200) 및 이산화탄소 및 메탄 저장탱크(300,400)의 구체적인 구성을 도 3을 참고하여 설명한다.A detailed configuration of the greenhouse gas generator 100, the greenhouse gas controller 200, and the carbon dioxide and methane storage tanks 300 and 400 will be described with reference to FIG. 3.

상기 온실가스 발생부(100)에는 내부공기 환기를 위한 환기구(110)가 구비되는데, 상기 환기구(110)에 온실가스 제어부(200)가 호스나 배관과 같은 내부공기를 이송할 수 있는 연결장치로 연결되어, 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2) 등으로 구성되는 온실가스 발생부(100) 내부의 온실가스를 포집하게 되며, 상기 포집된 온실가스는 온실가스 제어부(200)에서 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 분리되어, 이산화탄소 저장탱크(300)와 메탄 저장탱크(400)에 각각 저장된다.The greenhouse gas generating unit 100 is provided with a ventilation opening 110 for ventilation of the internal air, the greenhouse gas control unit 200 to the ventilation opening 110 as a connection device for transferring the internal air, such as a hose or pipe. Connected to collect the greenhouse gas inside the greenhouse gas generator 100 including methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ), and the collected greenhouse gas is methane (CH) in the greenhouse gas controller 200. 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ) is separated, and stored in the carbon dioxide storage tank 300 and methane storage tank 400, respectively.

상기 온실가스 발생부(100)의 환기구(110) 입구에는 제1,2샘플링 필터(150,160)와 3웨이 밸브(170)가 구비되는데, 상기 제1,2샘플링 필터(150,160)는 온실가스 발생부(100) 내부의 분진이나 포자와 같은 이물질이 온실가스 제어부(200) 내부로 유입되는 것을 차단하기 위함이며, 상기 제1,2샘플링 필터(150,160) 후단에는 3웨이 밸브(170)가 연결되어 필터의 오염도에 따른 온실가스 발생부(100) 내부의 온실가스 샘플링 방향을 결정하게 된다.Ventilation opening 110 of the greenhouse gas generator 100 includes first and second sampling filters 150 and 160 and a three-way valve 170. The first and second sampling filters 150 and 160 are greenhouse gas generators. In order to prevent foreign substances such as dust or spores from being introduced into the greenhouse gas control unit 200, the three-way valve 170 is connected to the rear end of the first and second sampling filters 150 and 160. The GHG sampling direction inside the GHG generator 100 is determined according to the pollution degree of the GHG.

상기 필터를 복수개로 사용하는 것은 샘플링 필터의 막힘으로 인한 시스템 장애를 예방하기 위하여, 제1,2샘플링 필터(150,160) 중 오염도가 심하지 않는 필터를 선택하여 사용하기 위함이며, 상기 필터는 이물질을 걸러낼 수 있도록 부직포 등을 이용하여 접촉 면적이 넓은 형태로 제작하여 손쉽게 교환할 수 있도록 사용한다.In order to prevent a system failure due to clogging of the sampling filter, the plurality of filters are used to select and use the non-contaminated filter among the first and second sampling filters 150 and 160, and the filter filters out foreign substances. Non-woven fabrics are used to make a wide contact area, so they can be easily replaced.

상기 3웨이 밸브(170)를 통해 공급되는 온실가스 발생부(100) 내부 온실가스는 온실가스 제어부(200)의 진공펌프(220)로 공급되는데, 진공펌프(220)로의 연결라인에는 압력게이지(210)가 구비되어, 상기 3웨이 밸브(170)로부터 공급되는 온실가스의 압력 변화를 감지하게 된다.The greenhouse gas inside the greenhouse gas generator 100 supplied through the three-way valve 170 is supplied to the vacuum pump 220 of the greenhouse gas controller 200, and the pressure gauge is connected to the vacuum pump 220. 210 is provided to detect the change in the pressure of the greenhouse gas supplied from the three-way valve 170.

만약, 현재 제1샘플링 필터(150)가 개방되어 진공펌프(220)로 온실가스 발생부(100) 내부 온실가스가 공급되고 있는 상태에서 압력이 일정 값(시스템에 무리가 가는 정도의 값) 이상일 경우에는 상기 3웨이 밸브(170)에 전압을 인가하여 샘플링 위치를 제1샘플링 필터(150)에서 제2샘플링 필터(160)로 변경하도록 한다.If the first sampling filter 150 is open and the greenhouse gas is being supplied to the vacuum pump 220 inside the greenhouse gas generator 100, the pressure is equal to or greater than a predetermined value (a value that causes excessive pressure in the system). In this case, a voltage is applied to the three-way valve 170 to change the sampling position from the first sampling filter 150 to the second sampling filter 160.

상기 온실가스 발생부(100)에서 공급되는 온실가스는 진공펌프(220)에서 오일리스 컴프레서(Oilless Compressor)를 이용하여 4~10kgf/㎠ 범위로 압축시킨 다음, 제1멤브레인(230)으로 압축가스를 이송시키게 된다.The greenhouse gas supplied from the greenhouse gas generator 100 is compressed to a range of 4 to 10 kgf / cm 2 using an oilless compressor in the vacuum pump 220, and then compressed to the first membrane 230. Will be transferred.

상기 제1멤브레인(230)은 폴리설폰산계 중공사막으로 구성되는 습윤 리싸이클링 멤브레인(H2O Recycling Membrane)으로, 온실가스 발생부(100) 가스의 특성상 다습조건을 가지고 있으므로, 상기 압축가스를 공기와 습윤의 막 투과속도에 따라 물(H2O)과 공기로 분리시켜, 분리된 물(H2O)은 수거장치(232)에 집진시키며, 공기는 상부로 배출하되, 배출부에 구비되는 압력조절밸브(231)에 의해 압력이 제어된다.The first membrane 230 is a wet recycling membrane (H 2 O Recycling Membrane) composed of a polysulfonic acid-based hollow fiber membrane, and has a high humidity condition in the nature of the greenhouse gas generating unit 100, the compressed gas and the air According to the membrane permeation rate of the water is separated into water (H 2 O) and air, the separated water (H 2 O) is collected in the collecting device 232, the air is discharged to the upper, the pressure provided in the discharge portion The pressure is controlled by the control valve 231.

상기 제1멤브레인(230)에서 습윤이 탈기된 공기는 리시브탱크(Receive Tank)(240)에서 4~10kgf/㎠ 범위로 압축되어 저장되며, 압축시 발생되는 소량의 물(H2O)은 하단에 구비되는 수거장치(242)로 집진되며, 압축공기는 상부로 배출하되, 배출부에는 압력게이지(241)가 구비되어 리시브탱크(240) 내부 압력상태를 표시하게 된다.The air dehumidified in the first membrane 230 is compressed and stored in a range of 4 to 10 kgf / cm 2 in a receive tank 240, and a small amount of water (H 2 O) generated during compression is lowered. Collected by the collection device 242 provided in, the compressed air is discharged to the top, the discharge portion is provided with a pressure gauge 241 is to display the internal pressure state of the receive tank 240.

상기 압축공기는 리시브탱크(240) 배출부에 구비되는 필터(250)를 통과하게 되며, 상기 필터(250)는 2개로 구비되어 잔류된 먼지나 습윤을 2차에 걸쳐 분리시 키게 된다.The compressed air passes through the filter 250 provided in the discharge portion of the receiving tank 240, and the filter 250 is provided in two to separate the remaining dust or wet over two times.

상기 필터(250)를 통과한 압축공기는 제2멤브레인(260)으로 이송되는데, 상기 제2멤브레인(260)는 폴리설폰산계 중공사막으로 구성되는 분리 농축 모듈로, 상기 4~10kgf/㎠ 범위의 압축공기를 막 투과속도에 따라 상부측으로는 95% 이상의 메탄(CH4)이 농축되어 배출되고, 하단부 측면으로는 70% 이상의 이산화탄소(CO2)가 농축되어 배출되며, 상기 메탄(CH4)이 배출되는 상부에는 압력조절밸브(261)가 구비되어, 제2멤브레인(260)의 내부압력이 제어된다.The compressed air passing through the filter 250 is transferred to the second membrane 260, the second membrane 260 is a separation enrichment module composed of a polysulfonic acid-based hollow fiber membrane, the 4 ~ 10kgf / ㎠ the upper side along the compressed air to the membrane permeation rate is 95% or more methane (CH 4) is a concentrated discharge, and the lower end side in the discharge is concentrated to 70% or more of carbon dioxide (CO 2), the methane (CH 4) A pressure control valve 261 is provided at an upper portion of the discharged portion, and the internal pressure of the second membrane 260 is controlled.

상기 제2멤브레인(260) 하단 일측에는 배출되는 이산화탄소(CO2)를 피스톤 방식의 압축저장펌프(310)로 이산화탄소 저장탱크(300)에 일정압력으로 공급하여 저장하고, 상기 제2멤브레인(260) 상부로 배출되는 메탄(CH4)을 피스톤 방식의 압축저장펌프(410)로 메탄 저장탱크(400)에 일정압력으로 공급하여 저장한다.The lower side of the second membrane 260 is supplied with carbon dioxide (CO 2 ) discharged to the carbon dioxide storage tank 300 at a constant pressure by a piston type compression storage pump 310 and stored therein, and the second membrane 260 The methane (CH 4 ) discharged to the upper side is supplied to the methane storage tank 400 at a constant pressure by a piston type compression storage pump 410 and stored.

또한, 상기 이산화탄소 저장탱크(300)와 메탄 저장탱크(400) 상단에는 압력게이지(320,420)를 각각 구비하여 압력을 제어하게 되며, 상기 이산화탄소 저장탱크(300)에는 필요에 따라 이산화탄소 농도를 고농도 저장하기 위하여 이산화탄소 분리모듈을 부착하여 이산화탄소 농도를 85% 이상으로 농축할 수 있다.In addition, the carbon dioxide storage tank 300 and the top of the methane storage tank 400 is provided with pressure gauges (320,420) respectively to control the pressure, the carbon dioxide storage tank 300 to store a high concentration of carbon dioxide as needed In order to attach a carbon dioxide separation module it can be concentrated to more than 85% carbon dioxide concentration.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 온실가스 분리 제어 저장방법을 도 4의 순서도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.The greenhouse gas separation control storage method of the present invention configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. 4.

진공펌프(220)를 작동시켜 온실가스 발생부(100) 내부의 가스를 온실가스 제어부(200)로 유입시키게 되는데(S10 단계), 상기 온실가스의 유입시 온실가스 제어 부(200)의 압력게이지(210)에서 제1,2샘플링 필터(150,160)의 압력을 측정하는 S11 단계와, 3웨이 밸브(170)에 의해 상기 1,2샘플링 필터(150,160) 중 압력이 높지 않는 필터를 선택하여, 온실가스 발생부(100) 내부의 공기를 유입시키는 S12 단계를 포함한다.By operating the vacuum pump 220 to introduce the gas inside the greenhouse gas generator 100 into the greenhouse gas control unit 200 (step S10), the pressure gauge of the greenhouse gas control unit 200 when the greenhouse gas is introduced. In step S11, the pressure of the first and second sampling filters 150 and 160 is measured at 210, and the three-way valve 170 selects a filter whose pressure is not high among the first and second sampling filters 150 and 160, thereby selecting a greenhouse. And a step S12 of introducing air into the gas generator 100.

상기 유입된 온실가스 발생부(100) 내부의 온실가스를 진공펌프(220)에서 4~10kgf/㎠로 압축시킨 후(S20 단계), 제1멤브레인(230)으로 이송되어 막 투과속도에 따라 공기와 물(H2O)로 분리시키는데, 상기 공기와 물(H2O)의 분리는 도 5와 같이, 멤브레인 내부에서 상대적인 투과속도를 이용하여 공기와 물(H2O)로 각각 분리 배출시키게 된다(S30 단계).After compressing the introduced greenhouse gas inside the greenhouse gas generating unit 100 to 4 ~ 10kgf / ㎠ in the vacuum pump 220 (step S20), the air is transferred to the first membrane 230 and according to the membrane permeation rate And water (H 2 O), the separation of air and water (H 2 O) is separated into the air and water (H 2 O) by using a relative permeation rate inside the membrane as shown in FIG. (Step S30).

참고로, 도 5는 멤브레인의 기체 분리막 투과속도를 나타낸 참고도로서, 상대적인 투과속도는 물(H2O), 수소(H2), 헬륨(He), 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 산소(O2), 공기(AIR), 일산화탄소(CO), 질소(N2), 메탄(CH4) 순으로 느리게 투과되는데, 공기분리의 경우 일정 압력하에서 압축공기를 중공사막 내부로 공급하고, 다른 한쪽부분이 더 낮은 압력으로 유지될 때 산소(O2)같이 질소(N2)에 비하여 상대적인 투과속도가 빠른 기체는 막을 빠르게 투과하고, 질소(N2)같이 상대투과속도가 느린 기체는 중공사막 내부에 남게 됨으로서 고농도의 질소(N2)와 산소(O2)를 얻게 된다.For reference, Figure 5 is a reference diagram showing the gas separation membrane permeation rate of the membrane, the relative permeation rate is water (H 2 O), hydrogen (H 2 ), helium (He), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S), oxygen (O 2 ), air (AIR), carbon monoxide (CO), nitrogen (N 2 ), methane (CH 4 ) in order to slowly penetrate.In the case of air separation, compressed air is introduced into the hollow fiber membrane under a certain pressure. When the other side is kept at a lower pressure, gas having a higher relative permeation rate than nitrogen (N 2 ), such as oxygen (O 2 ), permeates the membrane quickly, and has a slower relative permeation rate such as nitrogen (N 2 ). The gas remains inside the hollow fiber membrane to obtain high concentrations of nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ).

상기와 같이 분리된 물(H2O)은 수거장치(232)에 포집되며, 습윤이 탈기된 공 기는 리시브탱크(240)에서 4~10kgf/㎠로 압축되어 저장되며(S40 단계), 상기 리시브탱크(240)의 압축공기는 2단으로 구성되는 필터(250)에서 2차에 걸쳐 필터링하여 잔류 먼지나 습윤을 분리시킨다(S50 단계).The separated water (H 2 O) as described above is collected in the collecting device 232, the air dehumidified air is compressed and stored in 4 ~ 10kgf / ㎠ in the receive tank 240 (step S40) Compressed air of the tank 240 is filtered through the filter 250 consisting of two stages to separate residual dust or wet (step S50).

상기 필터링된 압축공기는 제2멤브레인(260)에서의 막 투과속도에 따라 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)으로 분리시키는데, 상기 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)의 분리는 상기 도 5의 설명과 같이, 멤브레인 내부에서 상대적인 투과속도를 이용하여 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)으로 각각 분리 배출시키게 된다(S60 단계).The filtered compressed air is separated into carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) according to the membrane permeation rate in the second membrane 260. The separation of the carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) is As illustrated in FIG. 5, each of the membranes is separated and discharged into carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) using relative permeation rates (step S60).

상기와 같이 분리된 이산화탄소(CO2)는 압축저장펌프(310)를 이용하여 제2멤브레인(260) 하단 일측으로 연결되는 이산화탄소 저장탱크(300)에 저장되며, 메탄(CH4)은 압축저장펌프(410)를 이용하여 제2멤브레인(260) 상부로 연결되는 메탄 저장탱크(400)에 저장된다(S70 단계).The separated carbon dioxide (CO 2 ) is stored in the carbon dioxide storage tank 300 connected to the lower side of the second membrane 260 by using the compression storage pump 310, methane (CH 4 ) is a compression storage pump. 410 is stored in the methane storage tank 400 is connected to the upper portion of the second membrane 260 (step S70).

도 6은 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장시스템의 성능 실험을 나타낸 그래프로서, 제2멤브레인(260)에서 분리되는 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)의 농도를 압력에 따라 변동되는 값을 측정한 것이다.FIG. 6 is a graph illustrating a performance test of the greenhouse gas separation control storage system according to the present invention, in which concentrations of carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ) separated from the second membrane 260 are changed according to pressure. It is measured.

따라서, 본 발명은 축산분뇨처리시설이나 혐기성 발효시설 및 소화조에서 발생되는 대표적인 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 오일리스 컴프레서를 이용하여 압축한 후, 분리막 모듈을 이용하여 선택적 투과방식을 통하여 고농도로 분리 및 저장함으로써, 지구 온난화에 영향을 미치는 가스를 포집하여 재활용할 수 있다.Therefore, the present invention compresses methane and carbon dioxide, which are representative greenhouse gases generated from a livestock waste treatment facility, an anaerobic fermentation facility, and a digester, using an oilless compressor, and then separates them at a high concentration through a selective permeation method using a membrane module. By storing, it is possible to capture and recycle gases that affect global warming.

본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone who can afford it will know.

도 1은 종래의 축산 가축사 구성을 나타낸 개략도.1 is a schematic view showing a conventional livestock livestock company configuration.

도 2는 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장시스템의 구성을 나타낸 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of the greenhouse gas separation control storage system according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장시스템의 전체 구성을 나타낸 구성도.Figure 3 is a block diagram showing the overall configuration of the greenhouse gas separation control storage system according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장방법의 순서도.Figure 4 is a flow chart of the greenhouse gas separation control storage method according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 멤브레인의 기체 분리막 투과속도를 나타낸 참고도.5 is a reference diagram showing the gas separation membrane permeation rate of the membrane according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 온실가스 분리 제어 저장시스템의 성능 실험을 나타낸 그래프.Figure 6 is a graph showing the performance experiment of the greenhouse gas separation control storage system according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 온실가스 발생부 110 : 환기구100: greenhouse gas generating unit 110: ventilation opening

150 : 제1샘플링 필터 160 : 제2샘플링 필터150: first sampling filter 160: second sampling filter

170 : 3웨이 밸브 200 : 온실가스 제어부170: 3-way valve 200: greenhouse gas control unit

210 : 압력게이지 220 : 진공펌프210: pressure gauge 220: vacuum pump

230 : 제1멤브레인 231 : 압력조절밸브230: first membrane 231: pressure regulating valve

232 : 수거장치 240 : 리시브탱크232: collection device 240: receive tank

241 : 압력게이지 242 : 수거장치241: pressure gauge 242: collection device

250 : 필터 260 : 제2멤브레인250: filter 260: second membrane

261 : 압력조절밸브 300 : 이산화탄소 저장탱크261: pressure control valve 300: carbon dioxide storage tank

310 : 압축저장펌프 320 : 압력게이지310: compression storage pump 320: pressure gauge

400 : 메탄 저장탱크 410 : 압축저장펌프400: methane storage tank 410: compressed storage pump

420 : 압력게이지420: pressure gauge

Claims (4)

온실가스 발생부(100)에서 발생되는 온실가스를 처리하는 온실가스 분리 제어 저장시스템에 있어서,In the greenhouse gas separation control storage system for processing the greenhouse gas generated by the greenhouse gas generator 100, 상기 온실가스 발생부(100) 내부에서 발생되는 분진이나 포자와 같은 이물질을 차단하는 제1,2샘플링 필터(150,160)와, 상기 제1,2샘플링 필터(150,160) 후단에 설치되어 필터의 오염도에 따라 온실가스 샘플링 방향을 결정하는 3웨이 밸브(170)가 온실가스 발생부(100)의 환기구(110) 내측에 구비되고,The first and second sampling filters 150 and 160 to block foreign substances such as dust or spores generated inside the greenhouse gas generator 100 and the first and second sampling filters 150 and 160 are installed at the rear end of the greenhouse gas generator 100 to prevent contamination of the filter. According to the three-way valve 170 for determining the greenhouse gas sampling direction is provided inside the ventilation port 110 of the greenhouse gas generator 100, 상기 3웨이 밸브(170)로부터 공급되는 온실가스의 압력 변화를 감지하는 압력게이지(210)와, 상기 온실가스를 오일리스 컴프레서(Oilless Compressor)로 압축시키는 진공펌프(220)와, 상기 압축된 온실가스를 공기와 습윤의 막 투과속도에 따라 물(H2O)과 공기로 분리시키는 제1멤브레인(230)과, 상기 습윤이 탈기된 공기를 압축하여 저장하는 리시브탱크(240)와, 상기 리시브탱크(240) 배출부에 구비되어, 잔류된 먼지나 습윤을 2차에 걸쳐 분리시키는 필터(250)와, 상기 필터(250)를 거쳐 유입되는 압축공기를 막 투과속도에 따라 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 분리시키는 제2멤브레인(260)이 차례로 연결되는 온실가스 제어부(200)가 상기 온실가스 발생부(100)의 환기구(110)에 연결되고,A pressure gauge 210 for detecting a pressure change of the greenhouse gas supplied from the three-way valve 170, a vacuum pump 220 for compressing the greenhouse gas with an oilless compressor, and the compressed greenhouse A first membrane 230 for separating a gas into water (H 2 O) and air according to the membrane permeation rate of air and wet, and a receive tank 240 for compressing and storing the degassed air, and the receive It is provided in the outlet of the tank 240, the filter 250 for separating the residual dust or wet over a second, and the compressed air flowing through the filter 250 according to the membrane permeation rate of methane (CH 4 ) And the second membrane 260 which is separated into a carbon dioxide (CO 2 ) is connected to the ventilation hole 110 of the greenhouse gas control unit 200, which is connected to the greenhouse gas control unit 100, 상기 제2멤브레인(260) 하단 일측으로 배출되는 이산화탄소(CO2)를 압축저장펌프(310)로 저장하는 이산화탄소 저장탱크(300)와, 상기 제2멤브레인(260) 상부로 배출되는 메탄(CH4)을 압축저장펌프(410)로 저장하는 메탄 저장탱크(400)가 구비되는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리 제어 저장시스템.Carbon dioxide storage tank 300 for storing the carbon dioxide (CO 2 ) discharged to one side of the lower side of the second membrane 260 as a compression storage pump 310, and the methane (CH 4 ) discharged to the upper portion of the second membrane 260. Greenhouse gas separation control storage system, characterized in that the methane storage tank 400 for storing the compressed storage pump (410) is provided. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1,2멤브레인(230,260)은 폴리설폰산계 중공사막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리 제어 저장시스템.The first and second membranes (230,260) is a greenhouse gas separation control storage system, characterized in that consisting of polysulfonic acid-based hollow fiber membrane. 온실가스 분리 제어 저장방법에 있어서,In the greenhouse gas separation control storage method, 진공펌프(220)를 작동시켜 온실가스 발생부(100) 내부의 가스를 온실가스 제어부(200)로 유입시키는 제10단계(S10)와;A tenth step (S10) of operating the vacuum pump 220 to introduce the gas inside the greenhouse gas generator 100 into the greenhouse gas controller 200; 상기 유입된 온실가스를 진공펌프(220)에서 4~10kgf/㎠로 압축시키는 제20단계(S20)와;A 20 th step (S20) of compressing the introduced greenhouse gas into a vacuum pump 220 at 4 to 10 kgf / cm 2; 상기 진공펌프(220)에서 압축된 온실가스를 제1멤브레인(230)에서의 막 투과속도에 따라 공기와 물(H2O)로 분리시키는 제30단계(S30)와;A thirtieth step (S30) of separating the greenhouse gas compressed by the vacuum pump 220 into air and water (H 2 O) according to the membrane permeation rate in the first membrane 230; 상기 분리된 물(H2O)은 수거장치(232)에 포집되며, 습윤이 탈기된 공기는 리시브탱크(240)에서 압축되어 저장되는 제40단계(S40)와;The separated water (H 2 O) is collected in the collecting device 232, the 40 step (S40) in which the wet degassed air is compressed and stored in the receive tank 240; 상기 리시브탱크(240)의 압축공기를 2차에 걸쳐 필터링하여 잔류 먼지나 습윤을 분리시키는 제50단계(S50)와;A 50th step (S50) of separating the residual dust or the wet by filtering the compressed air of the receive tank 240 over a second stage; 상기 필터링된 압축공기를 제2멤브레인(260)에서의 막 투과속도에 따라 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 제60단계(S60)와;A 60th step (S60) of separating the methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ) according to the membrane permeation rate in the second compressed membrane (260); 상기 분리된 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)를 압축저장펌프(310,410)를 이용하여 이산화탄소 저장탱크(300)와 메탄 저장탱크(400)에 각각 저장하는 제70단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리 제어 저장방법.Comprising a step (70) (S70) for storing the separated methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ) in the carbon dioxide storage tank 300 and the methane storage tank 400, respectively, using a compression storage pump (310,410) Greenhouse gas separation control storage method. 제 3항에 있어서, 상기 제10단계(S10)는The method of claim 3, wherein the tenth step (S10) 온실가스 제어부(200)의 압력게이지(210)에서 제1,2샘플링 필터(150,160)의 압력을 측정하는 제11단계(S11)와;An eleventh step (S11) of measuring the pressure of the first and second sampling filters 150 and 160 in the pressure gauge 210 of the greenhouse gas control unit 200; 3웨이 밸브(170)에 의해 상기 1,2샘플링 필터(150,160) 중 압력이 높지 않는 필터를 선택하여, 온실가스 발생부(100) 내부의 공기를 유입시키는 제12단계(S12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리 제어 저장방법.And a twelfth step S12 of selecting a filter having a high pressure from the first and second sampling filters 150 and 160 by the three-way valve 170 and introducing air into the greenhouse gas generator 100. Greenhouse gas separation control storage method.
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