KR101149420B1 - 메탄가스 고질화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 제거하여 바이오가스를 고질화하는 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은, 초음파에 의해 발생되는 수증기를 활용하여 바이오가스 생산시 발생하는 이산화탄소를 흡수할 수 있는, 메탄가스 고질화 장치를 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명은, 공급수가 담겨져 있으며 혐기성 소화조로부터 이산화탄소 포함 바이오가스를 유입받는 반응조; 및 상기 공급수에 초음파를 가하여 상기 반응조 내부에 수증기를 발생시키기 위한 초음파 발생부를 포함한다.
바이오가스, 메탄가스, 초음파

Description

메탄가스 고질화 장치{METHANE GAS PURIFYING APPARATUS}
본 발명은 바이오가스를 생산하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 바이오가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 제거하여 바이오가스를 고질화하는 장치에 관한 것이다.
최근, 정부의 축산진흥정책과 국민소득 증가로 인해 유제품과 육류의 소비가 증가하면서, 농촌지역에서의 가축분뇨 발생량이 증가되고 있다. 즉, 1990년대 이후, 가축사육두수의 증가로 사육규모가 전업화 및 대규모화되고 있으며, 이에 따라 환경오염을 유발하는 폐단이 증가하고 있다.
한편, 2012년부터 런던협약에 따른 가축분뇨의 해양배출 금지 등 가축분뇨에 대한 환경규제가 심해짐에 따라, 가축분뇨를 활용한 바이오가스 회수 및 에너지화에 대한 관심이 급증하고 있다.
국내의 경우에도, 바이오가스를 에너지화하는 것이, 장기적으로 온실가스를 감축하는 등 환경문제를 해소하는 방안으로서 부각되고 있다. 이에 따라, 지자체 및 일부 기업을 중심으로 가축분뇨 적정처리의 일환으로, 선진국 바이오가스 플랜트(Biogas plant) 도입 및 성능 검정에 돌입하고 있다.
혐기소화 공정에서 생산되는 바이오가스 중 메탄이 55-80%, 이산화탄소가 20-25%, 황화수소가 1-1.3%, 암모니아가스가 0-0.5%를 차지하고 있다.
한편, 상기한 바와 같은 바이오가스를 구성하는 혼합물들 중, 이산화탄소를 제거하는 종래의 기술은, NaOH 등의 화학용매를 활용한 흡수제를 이용하는 것으로서, 2차 용매 발생으로 인한 후처리의 어려움이 있다는 문제점을 가지고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 초음파에 의해 발생되는 수증기를 활용하여 바이오가스 생산시 발생하는 이산화탄소를 흡수할 수 있는, 메탄가스 고질화 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공급수가 담겨져 있으며 혐기성 소화조로부터 이산화탄소 포함 바이오가스를 유입받는 반응조; 및 상기 공급수에 초음파를 가하여 상기 반응조 내부에 수증기를 발생시키기 위한 초음파 발생부를 포함한다.
본 발명은 초음파에 의해 발생되는 수증기를 활용하여 바이오가스 생산시 발생하는 이산화탄소를 흡수함으로써, 혐기소화조를 이용하여 바이오가스 생산시 메탄과 함께 발생되는 이산화탄소를 포집 및 제거하여 메탄가스 함량을 증대시킬 수 있으며, 바이오가스 생산 시스템을 최적의 운전조건으로 유지시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 혐기소화조를 이용한 바이오가스 생산시, 초음파 발생 수증기를 활용하여 이산화탄소를 흡수하는 방식을 이용함으로써, 바이오가스를 고질화시킬 수 있다는 우수한 효과를 가지고 있다.
또한, 본 발명은 유기성 폐기물로부터 생산된 바이오가스로부터 이산화탄소를 분리하여 에너지 생산효율을 증대하고, 포집된 이산화탄소를 재이용하여 온실가스 배출을 최대한 억제할 수 있어, 기후변화에 대응하기 위해, 대표적인 온실가스인 CO2를 전량 회수할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 바이오가스 중 이산화탄소 제거로 메탄가스 순도를 증대함으로써, 에너지 전환 효율을 극대화시킬 수 있는데,
즉, 유기성 폐기물로부터 생산된 바이오가스로부터 이산화탄소를 분리하여 에너지 생산효율을 증대시키고, 포집된 이산화탄소를 재이용하여 온실가스 배출을 최대한 억제할 수 있다는 우수한 효과를 가지고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 바이오가스 생산 시스템의 일실시예 구성도이다.
본 발명은 농업유래 발생하는 유기성 자원을 활용한 자원순환형 신재생에너지 생산 시스템에 적용되는 것으로서, 본 발명에 따른 메탄가스 고질화 장치를 이용하여 유기성 폐기물을 이용하여 생산된 바이오가스로부터 이산화탄소를 포집 및 분리함으로써, 에너지 생산효율을 증대시키고, 온실가스 배출을 최대한 억제할 수 있다
우선, 본 발명이 적용되는 바이오가스 생산 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 저장조(100), 분리조(200), 파쇄조(300), 혐기성 소화조(400), 메탄가스 고질화 장치(700) 및 바이오가스 저장조(600)를 포함한다.
저장조(100)에는 유기성 폐기물이 유입되어 저장된다. 유기성 폐기물은 유기성 고상 폐기물 및 유기성 액상 폐기물을 포함한다. 저장조(100)에 저장된 유기성 폐기물은 분리조(200)에 유입된다.
분리조(200)는 유기성 폐기물로부터 주로 수분으로 이루어진 유기성 액상 폐기물과, 주로 고형물로 이루어진 유기성 고상 폐기물을 분리하는 기능을 수행한다. 분리조(200)에서 분리된 유기성 고상 폐기물은 파쇄조(300)에 유입된다.
파쇄조(300)는 유기성 고상 폐기물을 잘게 파쇄하여 미생물과의 접촉이 용이하도록 하는 기능을 수행한다.
혐기성 소화조(400)는 파쇄조(300)로부터 유입된 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생산하는 장치로서, 상기 파쇄조(300)에서 파쇄된 유기성 폐기물은 투입관을 통하여 혐기성 소화조(400)로 유입된다.
메탄가스 고질화 장치(700)는 혐기성 소화조(400)에서 생성된 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거하는 기능을 수행하는 것으로서, 메탄가스 고질화 장치를 통해 이산화탄소가 제거된 바이오가스는 바이오가스 저장조(600)로 유입된다. 메탄가스 고질화 장치에 대한 상세한 내용은 도 2를 참조하여 상세히 설명된다.
바이오가스 저장조(600)는 메탄가스 고질화 장치(700)로부터 이송되어온 바이오가스를 저장하는 기능을 수행한다. 즉, 혐기성 소화조(400)로부터 생성된 침전물은 침전물 처리장으로 유입되며, 혐기성 소화조(400)로부터 생성된 이산화탄소 포함 바이오가스는 메탄가스 고질화 장치에서 이산회탄소가 제거된 후, 바이오가스 저장조로 유입되어 저장된다.
한편, 바이오가스 저장조(600)에 저장된 고온의 바이오가스는 다양한 방법에 의해 에너지로 변화되어 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 메탄가스 고질화 장치의 일실시예 구성도이다.
본 발명은 혐기성 소화조(400) 및 바이오가스 저장조(600)의 중간에 구비되어, 상기 혐기성 소화조(400)에서 생성된 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거시킨 후, 이산화탄소가 제거된 바이오가스를 바이오가스 저장소(600)로 배출하기 위한 것으로서,
본 발명에 따른 메탄가스 고질화 장치(700)는 도 2에 도시된 바와 같이, 공급수를 정화시키기 위한 정화부(720), 상기 정화부(720)로부터 유입된 정화수가 담겨져 있으며 혐기성 소화조(400)로부터 이산화탄소 포함 바이오가스를 유입받는 반응조(710), 정화수에 초음파를 가하여 상기 반응조(710) 내부에 수증기를 발생시키기 위한 초음파 발생부(730) 및 상기 반응조(710) 내부에 장착되어 이산화탄소 포함 바이오가스의 이동 경로를 형성하기 위한 격벽(740)을 포함하여 구성되어 있다.
정화부(720)는 반응조(710)로 유입되는 공급수를 정화시키기 위한 것으로서, 멤브레인 필터(MF)로 구성될 수 있다. 즉, 멤브레인 필터는 0.0001 미크론의 중금속과 바이러스, 이온성분, 미생물 등의 오염물질을 제거하는 기능을 수행하는 것으로서, 정화부(720)를 이용한 공급수의 정화 처리를 통하여, 수증기의 이산화탄소 흡수효율을 증대시킬 수 있다.
반응조(710)는 정화부(720)로부터 정화수를 유입받아 저장하고 있으며, 혐기성 소화조(400)로부터 이산화탄소 포함 바이오가스를 유입받기 위한 가스 유입관, 이산화탄소가 제거된 바이오가스를 배출하기 위한 가스 배출관, 일정 기간 동안 사용된 정화수를 배출하기 위한 정화수 배출관을 포함하고 있으며, 정화수가 담겨져 있는 부분에는 초음파 발생부(730)가 장착되어 있다. 또한, 상기 반응조(710)의 상단 및 하단에는 다수의 격벽이(740) 지그재그 형태로 부착되어 있어서, 이산화탄소 포함 바이오가스가 상기 반응조(710) 내부를 흐르는 동안, 수증기와 보다 많이 접촉될 수 있다.
초음파 발생부(730)는 정화수에 초음파를 가하여 반응조(710) 내부에 수증기를 발생시키는 기능을 수행한다. 즉, 본 발명은 상기 반응조(710) 내의 정화수(수증기)의 표면적을 증대하기 위하여, 초음파 발생부(730)로, 판형 초음파 발생장치를 이용하고 있다는 특징을 가지고 있다. 부연하여 설명하면, 본 발명은 상기 초음파 발생부(730)를 이용하여 정화수를 수증기로 변환시킴으로써, 상기 반응조(710) 내부로 유입된 이산화탄소 포함 바이오가스가 수증기에 보다 많이 포집될 수 있도록 하고 있다. 즉, 본 발명은 판형 초음파 장치를 이용하여 상기 반응조(710) 내부의 정화수의 표면적을 증대시킴으로써, 이산화탄소의 포집율을 향상시킬 수 있다. 한편, 본 발명에서 초음파 발생부(730)로 이용되는 초음파 발생장치는, 현재 일반적으로 이용되고 있는 초음파 발생장치가 적용될 수 있기 때문에 초기 투자비용이 낮고, 연속운전이 가능하다는 특징을 가지고 있으며, 특히, 초음파를 이용함으로써, 실온(상온)에서도(15~20℃) 수증기를 발생시켜 이산화탄소를 용해시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 초음파 발생부(730)는 공급수의 온도(20℃)(상온) 부근에서 동작되어 수증기를 발생시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. 즉, 본 발명은 판형 초음파 발생장치를 이용함으로써, 상기 반응조(710) 내에 공급되는 정화수의 표면적 확대를 위한 수증기 발생 온도 조건을 15~20℃로 유지할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
격벽(740)은 반응조(710) 내부에 장착되어 이산화탄소 포함 바이오가스의 이동 경로를 형성하기 위한 것으로서, 상기한 바와 같이, 상기 반응조(710)의 상단 및 하단에 지그재그 형태로 부착되어 있어서, 이산화탄소 포함 바이오가스가 상기 반응조(710) 내부를 흐르는 동안, 수증기와 보다 많이 접촉될 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 격벽(740)은 상기 반응조(710)로 유입되는 이산화탄소 포함 바이오가스와 정화수(수증기)의 접촉을 원활하게 하고, 이산화탄소 포함 바이오가스의 반응조 내부에서의 체류시간을 증대시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 메탄가스 고질화 장치(700)에 의하면, 이산화탄소 포함 바이오가스에서 이산화탄소를 제거시킴으로써, 바이오가스에 함유된 메탄의 함량을 95% 이상으로 유지할 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 초음파 발생부를 이용하여 정화수를 수증기로 변환시킴으로써, 정화수의 표면적을 증대시켜 이산화탄소의 포집율을 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여, 바이오가스의 메탄가스 함량을 증대시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. 또한, 본 발명은 향상된 에너지 생산효율을 도출시킬 수 있으며, 포집된 이산화탄 소를 재활용할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 바이오가스 생산 시스템의 일실시예 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 메탄가스 고질화 장치의 일실시예 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
700 : 메탄가스 고질화 장치 710 : 반응조
720 : 정화부(MF) 730 : 초음파 발생부
740 : 격벽

Claims (5)

  1. 공급수가 담겨져 있으며 혐기성 소화조로부터 이산화탄소 포함 바이오가스를 유입받는 반응조;
    상기 공급수에 초음파를 가하여 상기 반응조 내부에 수증기를 발생시키며, 상온에서 동작하는 초음파 발생부; 및
    상기 반응조로 유입되는 상기 공급수를 정화시키기 위한 정화부를 포함하며;
    상기 반응조 내에 공급되는 정화된 공급수의 표면적 확대를 위한 수증기 발생 온도 조건을 15~20℃로 유지하며;
    상기 이산화탄소 포함 바이오가스의 이동 경로를 형성하여, 상기 이산화탄소 포함 바이오가스와 상기 수증기의 접촉시간을 증대시키기 위한 격벽이 상기 반응조 내부에 지그재그 형태로 장착되는 것을 특징으로 하는 메탄가스 고질화 장치.
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