KR101059830B1 - 환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스의 유용성분 회수 방법 및 그 시스템 - Google Patents

환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스의 유용성분 회수 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 환경기초시설에서 발생되는 부생가스를 심냉분리법과 막분리법을 혼용하여 액화 이산화탄소와 메탄 가스를 분리해 냄으로써 유용성분 회수에 따른 비용을 절감하여 환경기초시설에서 발생되는 부생가스의 효율적인 자원화를 가능하게 한다. 또한 본 발명은 심냉분리부를 1차 냉각기, 이산화탄소 액화기, 액화분리탑을 포함하여 이루어지도록 구성하며, 아울러 액화분리탑을 지나는 가스상 이산화탄소가 1차 기액 접촉부 및 2차 기액 접촉부를 통하여 액화 이산화탄소와 접촉함으로써 이산화탄소의 회수율을 높이게 된다.

Description

환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스의 유용성분 회수 방법 및 그 시스템{METHOD FOR RECOVERY OF BY-PRODUCT GASES OF ENVIRONMENTAL FACILITIES AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은 하수처리장, 폐수처리장, 매립장 등의 환경기초시설에서 발생되는 부생가스의 성분 분리에 의하여 유용한 성분, 즉 메탄과 이산화탄소를 회수 처리하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
하수처리장, 폐수처리장, 매립장 등에서는 소화가스가 발생하게 된다.
예컨대, 환경기초시설 중 쓰레기 매립지에서는 유기성 폐기물이 썩으면서 침출수와 더불어 악취를 유발하는 다량의 매립가스가 발생하여 주변 지역의 자연 및 생활에 커다란 악영향을 미친다. 매립가스의 성분은 메탄(CH4)이 45~60%, 이산화탄소(CO2)가 40~60%를 차지하고 있고, 기타 미량의 성분들을 포함하고 있다. 매립가스의 주성분인 메탄과 이산화탄소는 지구온난화의 원인물질이며, 특히 메탄은 지구온난화에 미치는 영향이 이산화탄소보다 21배에 달한다.
또한 환경기초시설 중 하나인 하수처리장의 경우 슬러지 처리과정인 소화조에서 발생되는 소화가스는 메탄(CH4)이 55~60%, 이산화탄소(CO2)가 40~45%, 기타 2%의 혼합 기체로 구성되어 있다.
이와 같은 소화가스는 대부분 소화조 가온에 이용되며 일부는 처리장 냉난방 등에 이용되고, 나머지는 잉여가스로 연소되거나 대기로 방출되고 있다.
이와 같은 매립가스 내지 소화가스는 환경기초시설에서 발생된다는 점과, 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한다는 점에서 공통점이 있으며, 본 명세서에서는 이러한 가스들을 환경기초시설에서 발생되는 부생가스라 통칭한다.
상기와 같은 부생가스에서 유용성분을 회수하기 위한 기술로서, 국내 공개특허 특1998-075841호 "소화가스로부터의 유용가스 회수방법 및 그 장치"가 제안된 바 있다.
상기 종래 기술은 부생가스를 심냉분리법에 의하여 이산화탄소를 액화 이산화탄소로 분리해낼 수 있음을 개시하고 있다.
심냉분리법(Cryogenic Air Seperation)은 가스 중 저온에서 액화되는 이산화탄소와 액화되지 않은 기타 가스를 기액분리하는 고전적 방법이다.
심냉분리법은 대량의 액화 이산화탄소를 생산할 수 있다는 장점이 있지만, 냉각에 많은 에너지가 필요하다는 단점을 가진다.
따라서 상기 종래 기술을 이용하여 환경기초시설에서 부생가스를 직접 심냉분리법을 이용하여 유용성분을 회수하려고 할 경우 유용성분 회수율 대비 매우 높은 에너지가 필요하여 실용화의 면에서 적절하지 못하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 환경기초시설에서 발생되는 부생가스를 심냉분리법과 막분리법을 혼용하여 액화 이산화탄소와 메탄 가스를 분리해 냄으로써 유용성분 회수에 따른 비용을 절감하여 환경기초시설에서 발생되는 부생가스의 효율적인 이용을 도모하고자 한다.
또한 본 발명은 심냉분리법의 효율을 높이기 위하여 심냉분리부를 1차 냉각기, 이산화탄소 액화기, 액화분리탑을 포함하여 이루어지도록 구성하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스가 저장되는 부생가스저장탱크 ; 상기 부생가스저장탱크로부터 부생가스가 유입되는 부생가스 유입구와 상기 부생가스 유입구로 유입된 부생가스가 유출되는 부생가스 유출구가 형성되며, 상기 유입된 부생가스를 냉각하기 위한 부생가스 냉각용 배관이 내부에 마련되며, 상기 부생가스가 냉각되어 발생되는 수분을 배출하기 위한 수분 배출구가 형성되는 제습챔버 ; 상기 제습챔버의 부생가스 유출구로부터 유출되는 부생가스를 가압 이송하는 막분리용 가압펌프 ; 상기 막분리용 가압펌프에 의하여 가압된 부생가스를 받아 이산화탄소 성분을 선택적으로 막분리하는 막분리챔버 ; 상기 막분리챔버에서 막분리처리후 잔여 부생가스인 메탄가스를 받아 저장하는 메탄저장탱크 ; 상기 막분리챔버에서 선택적으로 막분리된 막분리 부생가스를 가압 이송하는 심냉분리용 가압펌프 ; 상기 심냉분리용 가압펌프에 의하여 가압된 막분리 부생가스를 이산화탄소의 액화 온도보다 낮으며 메탄가스의 액화온도보다는 높은 온도로 냉각하여 액화 이산화탄소를 심냉분리해내는 심냉분리부 ; 상기 심냉분리부에서 심냉분리된 액화 이산화탄소를 저장하는 액화 이산화탄소 저장탱크 ; 상기 심냉분리부에서 냉각되었지만 액화되지 않은 메탄 가스를 상기 제습챔버의 부생가스 냉각용 배관으로 이송하는 제1냉각 메탄가스 이송 배관 ; 상기 부생가스 냉각용 배관을 거친 메탄 가스를 상기 메탄저장탱크로 이송하는 제2냉각 메탄가스 이송 배관 ; 을 포함하여 이루어지며, 상기 심냉분리부는, 상기 심냉분리용 가압펌프에 의하여 가압된 막분리 부생가스를 냉각하여 이산화탄소를 액화시키는 이산화탄소 액화기, 상기 이산화탄소 액화기의 후단에 마련되어 잔여 가스상 이산화탄소를 액화시키는 액화분리탑을 포함하여 이루어지는 것 ; 을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 사상으로, 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스를 제습챔버에서 -10 ~ 5℃로 냉각하여 부생가스의 습기를 제거하는 제습 단계 ; 상기 제습 단계를 거친 부생가스를 5 ~ 10bar로 가압하는 막분리용 가압 단계 ; 상기 막분리용 가압 단계를 거친 부생가스에서 이산화탄소 성분을 선택적으로 막분리하는 막분리 단계 ; 상기 막분리단계에서 막분리처리후 잔여 부생가스인 메탄가스를 메탄저장탱크에 저장하는 제1메탄 저장 단계 ; 상기 막분리단계에서 선택적으로 막분리된 막분리 부생가스를 15 ~ 35bar로 가압하는 심냉분리용 가압 단계 ; 상기 심냉분리용 가압 단계에서 가압된 막분리 부생가스를 -15 ~ -35℃로 냉각하여 액화이산화탄소를 분리하는 심냉분리 단계 ; 상기 심냉분리된 액화이산화탄소를 저장하는 액화이산화탄소 저장 단계 ; 상기 심냉분리 단계에서 냉각되었지만 액화되지 않은 메탄 가스를 상기 제습 단계에서 부생가스를 냉각하기 위한 냉열원으로 이용한 후 상기 메탄저장탱크에 저장하는 제2메탄 저장 단계 ; 를 포함하여 이루어지며, 상기 심냉분리 단계는, 상기 심냉분리용 가압 단계에서 가압된 막분리 부생가스를 냉각하여 이산화탄소를 액화시키며, 상기 냉각된 막분리 부생가스와 액화 이산화탄소를 액화분리탑으로 이송하여 상기 액화분리탑에서 잔여 가스상 이산화탄소를 액화시키는 것인 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 액화분리탑은, 액화 이산화탄소가 임시 저장되기 위하여 하단부에 마련되는 액화 이산화탄소 저장조, 상기 액화 이산화탄소 저장조의 상부에 마련되는 1차 기액 접촉부, 상기 1차 기액 접촉부의 상부에 마련되는 2차 기액 접촉부, 상기 2차 기액 접촉부의 상부에 마련되는 최종 냉각부, 상기 최종 냉각부의 상부에 마련되는 메탄 가스 배출구, 상기 액화분리탑으로 유입되는 상기 냉각된 막분리 부생가스와 액화 이산화탄소를 상기 1차 기액 접촉부의 상부에서 상기 1차 기액 접촉부를 향하여 분사하는 기액 분사구, 상기 액화 이산화탄소 저장조와 연결되어 상기 2차 기액 접촉부의 상부에서 상기 2차 기액 접촉부를 향하여 액화 이산화탄소를 분사하는 액화 이산화탄소 분사구, 상기 액화 이산화탄소 저장조에서 상기 액화 이산화탄소 분사구로 액화 이산화탄소를 이송시키는 액화 이산화탄소 이송용 펌프를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 환경기초시설에서 발생되는 부생가스를 심냉분리법과 막분리법을 혼용하여 액화 이산화탄소와 메탄 가스를 분리해 냄으로써 유용성분 회수에 따른 비용을 절감하여 환경기초시설에서 발생되는 부생가스의 효율적인 자원화를 가능하게 한다.
또한 본 발명은 심냉분리부를 1차 냉각기, 이산화탄소 액화기, 액화분리탑을 포함하여 이루어지도록 구성하며, 아울러 액화분리탑을 지나는 가스상 이산화탄소가 1차 기액 접촉부 및 2차 기액 접촉부를 통하여 액화 이산화탄소와 접촉함으로써 이산화탄소의 회수율을 높이게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 부생가스 처리 공정도,
도 2는 도 1의 심냉분리부의 구성도,
도 3은 도 2의 액화분리탑의 개략도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 부생가스 처리 공정도이며, 도 2는 도 1의 심냉분리부의 구성도이며, 도 3은 도 2의 액화분리탑의 개략도이다.
본 실시예에서는 부생가스로서 하수처리장의 소화가스를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
소화조(10)에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스는 탈황설비(20)에서 황화수소(H2S)가 제거된 후 부생가스저장탱크(100)에 저장된다. 미설명 부호 30은 이송펌프이다.
부생가스저장탱크(100)에 저장된 0 ~ 30℃의 부생가스는 제습챔버(110)를 지나면서 -10 ~ 5 ℃로 냉각되어 부생가스의 습기가 제거된다(제습 단계).
이를 위하여 제습챔버(110)는 부생가스가 유입되는 부생가스 유입구(111)와, 부생가스 유입구(111)로부터 유입된 부생가스가 냉각된 후 유출되는 부생가스 유출구(112)가 형성되며, 아울러 유입된 부생가스를 냉각하기 위한 부생가스 냉각용 배관(113)이 내부에 마련되며, 또한 부생가스가 냉각되어 발생하는 수분을 배출하기 위한 수분 배출구(114)가 형성되어 있다.
부생가스 냉각용 배관을 지나는 냉열원은 심냉분리부(160)에서 냉각된 메탄 가스를 이용하게 되며, 이는 후술한다.
제습챔버(110)의 부생가스 유출구(112)로부터 유출된 부생가스는 막분리용 가압펌프(120)에 의하여 5 ~ 10 bar로 가압 이송되며, 아울러 가압에 의하여 약 20~50℃로 승온된다(막분리용 가압 단계).
막분리용 가압펌프(120)에 의하여 가압 이송된 부생가스는 막분리챔버(130)에서 이산화탄소 성분이 선택적으로 막분리된다(막분리 단계).
막분리법은 분리하고자 하는 대상 기체를 선택적으로 분리할 수 있는 성질을 가지는 분리막을 이용하여 대상 기체를 선택적으로 분리하는 기법이다.
일반적으로 막분리는 선택적인 기체투과의 원리에 의하여 작동하며, 기체 혼합물이 분리막에 공급될 때 용해도와 확산도가 높은 특정 기체 성분이 막소재에 용해되고 확산되는 과정을 통하여 분리막을 투과해나가게 되는 것이다.
용해도와 확산도는 기체의 종류에 따라 차이가 나며, 이산화탄소, 수증기, 황화수소는 쉽게 막에 용해되어 투과될 수 있는 반면, 질소, 메탄, 에탄 및 다른 탄화수소들은 막을 투과하는 속도가 매우 낮다.
현재 분리막으로는 셀룰로스 아세테이트, 폴리술폰 등의 고분자 소재가 주로 이용되고 있지만, 신규 고분자 소재, 세라믹 소재나 탄소분자체 소재 등을 이용하여 분리막을 제조하기 위한 기술들이 개발되고 있다.
아울러 본 실시예에서는 분리막으로서 중공사 막을 사용하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
이와 같은 막분리법을 이용하여 이산화탄소를 분리할 경우 상변화를 동반하지 않기 때문에 에너지 효율을 높일 수 있다는 장점이 있지만, 이산화탄소의 순도가 높지 않다는 문제가 있다.
즉, 막분리챔버(130)에서 선택적으로 막분리된 막분리 부생가스는 여전히 이산화탄소의 함량이 높은 상태이다.
그러나 막분리챔버(130)에서 막분리처리후 잔여 부생가스는 메탄가스의 순도가 매우 높으므로 이를 메탄저장탱크(140)에 저장하게 된다(제1메탄 저장 단계).
막분리 부생가스는 심냉분리법에 의하여 다시 액화 이산화탄소와 메탄가스로 분리된다.
이를 위하여 먼저 막분리 부생가스를 심냉분리용 가압펌프(150)를 이용하여 15 ~ 35bar로 가압 이송하게 된다(심냉분리용 가압 단계). 막분리 부생가스는 막분리용 가압펌프(120)에서 1차로 가압된 상태이므로 심냉분리용 가압펌프(150)는 비교적 적은 에너지를 소모하면서 막분리 부생가스를 가압할 수 있다.
심냉분리용 가압펌프(150)에 의하여 가압된 막분리 부생가스는 그 가압에 의하여 약 50~80℃로 승온된다.
이와 같이 가압 승온된 막분리 부생가스는 심냉분리부(160)에서 냉각되어 액화 이산화탄소와 메탄가스로 분리된다(심냉분리 단계).
즉 심냉분리부(160)에서는 막분리 부생가스를 이산화탄소의 액화 온도보다는 낮으며 메탄가스의 액화온도보다는 높은 온도로 냉각하여 액화 이산화탄소를 심냉분리해낸다.
본 실시예에서는 막분리 부생가스를 -15 ~ -35℃로 냉각하여 액화 이산화탄소와 메탄 가스를 분리하게 된다.
본 심냉분리부(160)는 도 2에서 도시된 바와 같이, 1차 냉각기(161), 이산화탄소 액화기(162), 액화분리탑(163)으로 이루어진다.
심냉분리용 가압펌프(150)에 의하여 가압된 막분리 부생가스는 먼저 1차 냉각기(161)를 지나면서 냉각된다. 1차 냉각기(161)에서 냉각된 막분리 부생가스는 이산화탄소 액화기(162)를 지나면서 더욱 냉각되어 가스상 이산화탄소가 액화된다.
그러나 이산화탄소 액화기(162)를 지난 막분리 부생가스에는 여전히 가스상 이산화탄소가 다량 함유되어 있다.
이와 같은 잔여 가스상 이산화탄소를 액화시키기 위하여 이산화탄소 액화기(162)의 후단에 액화분리탑(163)이 마련된다.
액화분리탑(163)의 기액 접촉에 의하여 잔여 가스상 이산화탄소를 메탄가스로부터 분리하여 액화시키기 위한 것으로, 증류탑과 유사한 기능을 수행한다.
도 3은 액화분리탑(163)의 개략도이다.
액화분리탑(163)은 크게 하부의 액화 이산화탄소 저장조(163a), 1차 기액 접촉부(163b), 2차 기액 접촉부(163c), 최종 냉각부(163d), 액화 이산화탄소 이송용 펌프(163e)로 이루어진다.
액화 이산화탄소 저장조(163a)는 본 액화분리탑(163)의 하단부에 마련되며, 이산화탄소 액화기(162)에서 이미 액화된 이산화탄소와 본 액화분리탑(163)에서 액화된 이산화탄소가 임시 저장되어 있다.
아울러 액화 이산화탄소 저장조(163a)는 액화 이산화탄소 저장탱크(170)와 연결되어 임시 저장된 액화 이산화탄소를 액화 이산화탄소 저장탱크(170)로 이송할 수 있다.
액화 이산화탄소 저장조(163a)의 상부에 1차 기액 접촉부(163b)가 마련되며, 1차 기액 접촉부(163b)의 상부에 2차 기액 접촉부(163c)가 마련된다.
1차 기액(기체 및 액체) 접촉부(163b) 및 2차 기액(기체 및 액체) 접촉부(163c)는 상하로 적층된 다공성 트레이이거나, 혹은 기체와 액체간의 접촉에 의하여 기체를 액체에 흡수시키는 흡수탑에 이용되는 규칙 또는 불규칙한 형상의 충진물이 충진된 것일 수 있다.
최종 냉각부(163d)는 가스를 다시 한번 더 냉각시키기 위한 것으로, 차가운 냉매 가스가 최종 냉각부(163d)를 지나면서 이를 지나는 부생가스와의 열교환을 통하여 부생가스를 냉각시킨다.
기액(기체 및 액체) 분사구(163f)는 이산화탄소 액화기(162)의 후단과 연결되어 1차 기액 접촉부(163b)의 상부에서 1차 기액 접촉부(163b)를 향하여 이산화탄소 액화기(162)를 거친 막분리 부생가스와 액화 이산화탄소를 분사하게 된다.
아울러 최종 냉각부(163d)의 상부에는 메탄 가스 배출구(163g)가 마련되어 있다.
또한 1차 기액 접촉부(163b)와 2차 기액 접촉부(163c) 사이에는 액화 이산화탄소 저장조(163a)와 연결되어 2차 기액 접촉부(163c)를 향하여 액화 이산화탄소를 분사하는 액화 이산화탄소 분사구(163h)가 마련되어 있다.
또한 액화 이산화탄소 분사구(163h)에서 액화 이산화탄소가 분사되기 위하여 액화 이산화탄소 저장조(163a)에서 액화 이산화탄소 분사구(163h)로 액화 이산화탄소를 이송시키는 액화 이산화탄소 이송용 펌프(163e)가 마련되어 있다.
따라서 기액 분사구(163f)로 유입된 가스와 액화 이산화탄소는 먼저 1차 기액 접촉부(163b)와 만나며, 이때 액화 이산화탄소는 액화 이산화탄소 저장조(163a)로 모이는 한편 가스는 상승하여 2차 기액 접촉부(163c)를 통과한 후 최종 냉각부(163d)에서 다시 냉각된 후 메탄 가스 배출구(163g)로 배출된다.
아울러 액화 이산화탄소 저장조(163a)에 모인 액화 이산화탄소는 액화 이산화탄소 이송용 펌프(163e)에 의하여 액화 이산화탄소 분사구(163h)로 분사되며, 분사된 액화 이산화탄소는 2차 기액 접촉부(163c)를 거치면서 가스와 접촉하며, 아울러 1차 기액 접촉부(163b)를 거친 후 다시 액화 이산화탄소 저장조(163a)에 모이게 된다.
이와 같은 작동에 의하여 1차 기액 접촉부(163b)에서 회수되지 않은 기상의 이산화탄소가 2차 기액 접촉부(163c)에서 흡수 회수되며, 아울러 일부 기상의 이산화탄소를 함유하는 가스가 최종 냉각부(163d)에서 다시 한번 냉각됨으로써 이산화탄소가 액화되어 이산화탄소의 회수율을 높이게 된다.
아울러 액화 이산화탄소의 분사는 본 액화분리탑(163)의 온도를 낮게 유지시키는 역할도 한다.
상기와 같이 심냉분리된 액화 이산화탄소, 즉 액화 이산화탄소 저장조(163a)에 임시로 저장된 액화 이산화탄소는 액화 이산화탄소 저장탱크(170)에 최종 저장된다(액화 이산화탄소 저장 단계).
액화 이산화탄소 저장탱크(170)에 저장된 액화 이산화탄소는 용접 공정, 소방설비, 드라이아이스 등을 위하여 이용될 수 있다.
아울러 막분리 부생가스에서 액화 이산화탄소가 분리된 메탄 가스, 즉 메탄 가스 배출구(163g)를 통과한 메탄 가스는 -15 ~ -35℃로 냉각된 상태이므로, 냉각된 메탄 가스의 냉열을 이용하여 제습챔버(110)를 지나는 부생가스를 제습하도록 한다.
이를 위하여 심냉분리부(160)와 제습챔버(110)의 부생가스 냉각용 배관(113)을 연결하는 제1냉각 메탄가스 이송 배관(180)이 마련되어, 냉각된 메탄 가스가 부생가스 냉각용 배관(113)을 지나면서 0~30℃의 부생가스를 -10 ~ 5℃로 냉각시켜 습기를 제거한다.
아울러 부생가스 냉각용 배관(113)을 지난 메탄 가스는 제2냉각 메탄가스 이송 배관(190)을 통하여 이동하여 메탄저장탱크(140)에 저장된다(제2메탄 저장 단계).
따라서 메탄저장탱크(140)는 막분리(130)에서 막분리된 메탄 가스와, 심냉분리부(160)에서 심냉분리된 메탄 가스가 저장되게 되는 것이다.
메탄저장탱크(140)에 저장된 메탄 가스는 발전설비, 도시가스, 연료전지 등을 위하여 이용될 수 있다.
이와 같은 환경기초시설의 부생가스 회수 시스템 내지 회수 방법은 다음과 같은 점에서 장점을 가진다.
(1) 본 시스템은 저에너지를 필요로 하나 고순도를 보장하기 어려운 막분리법과 에너지 다량 소비적인 심냉분리법을 혼용함으로써, 먼저 막분리법으로 이산화탄소의 함유율이 비교적 높은 부생가스를 분리(즉 순도가 높은 메탄 가스를 일차 분리)한 후, 이산화탄소 함유율이 비교적 높은 부생가스에서 심냉분리법으로 액화 이산화탄소를 분리해내게 되어, 고순도의 메탄 가스와 고순도의 액화 이산화탄소를 분리해낼 수 있을 뿐만 아니라 그 에너지 효율성이 매우 높다.
(2) 본 시스템은 제습챔버(110)을 위한 냉열원으로서 심냉분리부(160)에서 냉각된 메탄 가스를 이용함으로써 에너지를 절감할 수 있다.
(3) 본 시스템은 막분리용 가압펌프(120)가 막분리를 위한 압력을 제공할 뿐만 아니라, 심냉분리를 위한 고압을 얻기 위하여 막분리용 가압펌프(120)와 심냉분리용 가압펌프(150)가 조합되는 형태이므로, 실질적으로 막분리용 가압펌프(120)는 심냉분리를 위한 가압 공정의 역할을 하기 때문에 에너지 효율성이 매우 높다.
(4) 본 시스템은 심냉분리부를 1차 냉각기, 이산화탄소 액화기, 액화분리탑을 포함하여 이루어지도록 구성하며, 아울러 액화분리탑을 지나는 가스상 이산화탄소가 1차 기액 접촉부 및 2차 기액 접촉부를 통하여 액화 이산화탄소와 접촉함으로써 이산화탄소의 회수율을 더욱 높이게 된다.
본 발명은 소화가스의 회수를 위한 목적은 물론이며, 매립가스의 유용성분 회수를 위하여도 이용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 제습챔버 113 : 부생가스 냉각용 배관
120 : 막분리용 가압펌프 130 : 막분리챔버
140 : 메탄저장탱크 150 : 심냉분리용 가압펌프
160 : 심냉분리부 161 : 1차 냉각기
162 : 이산화탄소 액화기 163 : 액화분리탑
163a : 액화 이산화탄소 저장조 163b : 1차 기액 접촉부
163c : 2차 기액 접촉부 163d : 최종 냉각부
163e : 액화 이산화탄소 이송용 펌프
170 : 액화이산화탄소 저장탱크
180 : 제1냉각 메탄가스 이송 배관 190 : 제2냉각 메탄가스 이송 배관

Claims (4)

  1. 환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스가 저장되는 부생가스저장탱크 ;
    상기 부생가스저장탱크로부터 부생가스가 유입되는 부생가스 유입구와 상기 부생가스 유입구로 유입된 부생가스가 유출되는 부생가스 유출구가 형성되며, 상기 유입된 부생가스를 냉각하기 위한 부생가스 냉각용 배관이 내부에 마련되며, 상기 부생가스가 냉각되어 발생되는 수분을 배출하기 위한 수분 배출구가 형성되는 제습챔버 ;
    상기 제습챔버의 부생가스 유출구로부터 유출되는 부생가스를 가압 이송하는 막분리용 가압펌프 ;
    상기 막분리용 가압펌프에 의하여 가압된 부생가스를 받아 이산화탄소 성분을 선택적으로 막분리하는 막분리챔버 ;
    상기 막분리챔버에서 막분리처리후 잔여 부생가스인 메탄가스를 받아 저장하는 메탄저장탱크 ;
    상기 막분리챔버에서 선택적으로 막분리된 막분리 부생가스를 가압 이송하는 심냉분리용 가압펌프 ;
    상기 심냉분리용 가압펌프에 의하여 가압된 막분리 부생가스를 이산화탄소의 액화 온도보다 낮으며 메탄가스의 액화온도보다는 높은 온도로 냉각하여 액화 이산화탄소를 심냉분리해내는 심냉분리부 ;
    상기 심냉분리부에서 심냉분리된 액화 이산화탄소를 저장하는 액화 이산화탄소 저장탱크 ;
    상기 심냉분리부에서 냉각되었지만 액화되지 않은 메탄 가스를 상기 제습챔버의 부생가스 냉각용 배관으로 이송하는 제1냉각 메탄가스 이송 배관 ;
    상기 부생가스 냉각용 배관을 거친 메탄 가스를 상기 메탄저장탱크로 이송하는 제2냉각 메탄가스 이송 배관 ;
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 심냉분리부는, 상기 심냉분리용 가압펌프에 의하여 가압된 막분리 부생가스를 냉각하여 이산화탄소를 액화시키는 이산화탄소 액화기, 상기 이산화탄소 액화기의 후단에 마련되어 잔여 가스상 이산화탄소를 액화시키는 액화분리탑을 포함하여 이루어지는 것 ;
    을 특징으로 하는 환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스의 유용성분 회수 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화분리탑은,
    액화 이산화탄소가 임시 저장되기 위하여 하단부에 마련되되 상기 액화 이산화탄소 저장탱크와 연결되는 액화 이산화탄소 저장조, 상기 액화 이산화탄소 저장조의 상부에 마련되는 1차 기액 접촉부, 상기 1차 기액 접촉부의 상부에 마련되는 2차 기액 접촉부, 상기 2차 기액 접촉부의 상부에 마련되는 최종 냉각부, 상기 최종 냉각부의 상부에 마련되는 메탄 가스 배출구, 상기 이산화탄소 액화기의 후단과 연결되어 상기 1차 기액 접촉부의 상부에서 상기 1차 기액 접촉부를 향하여 상기 이산화탄소 액화기를 거친 막분리 부생가스와 액화 이산화탄소를 분사하는 기액 분사구, 상기 액화 이산화탄소 저장조와 연결되어 상기 2차 기액 접촉부의 상부에서 상기 2차 기액 접촉부를 향하여 액화 이산화탄소를 분사하는 액화 이산화탄소 분사구, 상기 액화 이산화탄소 저장조에서 상기 액화 이산화탄소 분사구로 액화 이산화탄소를 이송시키는 액화 이산화탄소 이송용 펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스의 유용성분 회수 시스템.
  3. 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스를 제습챔버에서 -10 ~ 5℃로 냉각하여 부생가스의 습기를 제거하는 제습 단계 ;
    상기 제습 단계를 거친 부생가스를 5 ~ 10bar로 가압하는 막분리용 가압 단계 ;
    상기 막분리용 가압 단계를 거친 부생가스에서 이산화탄소 성분을 선택적으로 막분리하는 막분리 단계 ;
    상기 막분리단계에서 막분리처리후 잔여 부생가스인 메탄가스를 메탄저장탱크에 저장하는 제1메탄 저장 단계 ;
    상기 막분리단계에서 선택적으로 막분리된 막분리 부생가스를 15 ~ 35bar로 가압하는 심냉분리용 가압 단계 ;
    상기 심냉분리용 가압 단계에서 가압된 막분리 부생가스를 -15 ~ -35℃로 냉각하여 액화이산화탄소를 분리하는 심냉분리 단계 ;
    상기 심냉분리된 액화이산화탄소를 저장하는 액화이산화탄소 저장 단계 ;
    상기 심냉분리 단계에서 냉각되었지만 액화되지 않은 메탄 가스를 상기 제습 단계에서 부생가스를 냉각하기 위한 냉열원으로 이용한 후 상기 메탄저장탱크에 저장하는 제2메탄 저장 단계 ;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 심냉분리 단계는, 상기 심냉분리용 가압 단계에서 가압된 막분리 부생가스를 냉각하여 이산화탄소를 액화시키며, 상기 냉각된 막분리 부생가스와 액화 이산화탄소를 액화분리탑으로 이송하여 상기 액화분리탑에서 잔여 가스상 이산화탄소를 액화시키는 것인 것을 특징으로 하는 환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스의 유용성분 회수 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 액화분리탑은,
    액화 이산화탄소가 임시 저장되기 위하여 하단부에 마련되는 액화 이산화탄소 저장조, 상기 액화 이산화탄소 저장조의 상부에 마련되는 1차 기액 접촉부, 상기 1차 기액 접촉부의 상부에 마련되는 2차 기액 접촉부, 상기 2차 기액 접촉부의 상부에 마련되는 최종 냉각부, 상기 최종 냉각부의 상부에 마련되는 메탄 가스 배출구, 상기 액화분리탑으로 유입되는 상기 냉각된 막분리 부생가스와 액화 이산화탄소를 상기 1차 기액 접촉부의 상부에서 상기 1차 기액 접촉부를 향하여 분사하는 기액 분사구, 상기 액화 이산화탄소 저장조와 연결되어 상기 2차 기액 접촉부의 상부에서 상기 2차 기액 접촉부를 향하여 액화 이산화탄소를 분사하는 액화 이산화탄소 분사구, 상기 액화 이산화탄소 저장조에서 상기 액화 이산화탄소 분사구로 액화 이산화탄소를 이송시키는 액화 이산화탄소 이송용 펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 환경기초시설에서 발생되어 메탄과 이산화탄소를 다량 함유한 부생가스의 유용성분 회수 방법.
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