KR101203986B1 - Liquefying and recycling Ssystem and method of carbon dioxide comprised in refining gas of bio gas - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A liquefying and collecting system of carbon dioxide and a method for the same are provided to prevent carbon dioxide from exhausting to the atmosphere and to reduce the volume of the carbon dioxide. CONSTITUTION: A liquefying and collecting method of carbon dioxide includes the following steps: exhaust gas from a biogas refining process is cooled from a first temperature to a second temperature, and impurities are removed from the exhaust gas in a pre-treatment part(S1010); the exhaust gas is compressed in a compressing part(S1020); the exhaust gas is cooled to a third temperature, and impurities are further removed from the exhaust gas in a refining part(S1030); the exhaust gas is cooled to a fourth temperature and is condensed to become liquefied gas in a liquefying part(S1040); and the liquefied gas is heated to the storage temperature of carbon dioxide, and other gas except for the carbon dioxide is degassed from the liquefied gas to increase the purity of liquefied carbon dioxide in a post treatment part(S1050). [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S1010) Pre-treatment; (S1020) Compression; (S1030) Refinement; (S1040) Liquefied gas formation; (S1050) Post-treatment

Description

바이오가스의 정제가스에 포함된 이산화탄소 액화 회수 시스템 및 그 방법{Liquefying and recycling Ssystem and method of carbon dioxide comprised in refining gas of bio gas}Liquefying and recycling Ssystem and method of carbon dioxide contained in refining gas of bio gas

본 발명은 바이오가스의 정제가스에 포함된 이산화탄소 액화 회수 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에 포함된 이산화탄소를 액화, 회수 및 저장하여 재활용하는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템과 이산화탄소 액화 및 회수 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a carbon dioxide liquefaction recovery system and method included in the purification gas of the biogas, and more particularly, to carbon dioxide liquefied, recovered, stored and recycled in the exhaust gas discharged during the nitrification process of biogas A liquefaction and recovery system and a method of liquefying and recovering carbon dioxide.

폐기물, 음식물 쓰레기, 분뇨의 처리 방법으로는 매립, 소각 그리고 재활용 등이 있다. 이들 중 매립은 혐기성 발효에 의한 바이오가스(biogas)를 발생시키는데, 일반적으로 매립지에서 폐기물의 분해에 의해 발생하는 바이오가스는 55 ~ 60부피% 또는 50 ~ 75 부피%의 메탄가스와 35 ~ 39부피%의 이산화탄소로 조성되어 있으며, 열량이 5,815㎾h/㎥로 신재생에너지로 각광받고 있다. 현재 국내에서 바이오가스는 전력발전, 보일러 연료 등으로 활용되고 있다. 또한, 바이오가스는 매립지에서 발생되는 가스이외에 소화가스도 포함할 수 있다.Waste, food waste and manure treatment methods include landfilling, incineration and recycling. Among them, landfill generates biogas from anaerobic fermentation. In general, biogas generated by decomposition of waste in landfill is 55 to 60% by volume or 50 to 75% by volume of methane and 35 to 39%. It is composed of% carbon dioxide, and the amount of heat is 5,815㎾h / ㎥, which is attracting attention as a renewable energy. Currently, biogas is used for power generation and boiler fuel in Korea. In addition, the biogas may include digestion gas in addition to the gas generated in the landfill.

한편, 유럽, 미국 등의 선진국에서는 바이오가스를 전력발전, 보일러 연료 등으로 활용하는 외에도 바이오가스를 여러 가지 방법을 통하여 에너지화하는 사업을 실시하고 있는데, 최근에는 바이오가스를 고질화하여 자동차연료, 연료전지의 연료 등으로 활용하는 연구 및 사업이 활발히 진행되고 있다. 이에 국내에서도 바이오가스를 고질화하여 자동차연료, 연료전지의 연료 등으로 활용하는 사업이 시행되고 있다. 또한, 고질화된 바이오가스는 도시가스 배관망에 주입되어 각 가정에서 연료로 사용될 수 있고, 열병합 발전에도 사용될 수 있다.Meanwhile, in developed countries such as Europe and the United States, in addition to utilizing biogas as power generation and boiler fuel, biogas is being energized through various methods. Researches and projects utilizing fuel cells as fuels are being actively conducted. In Korea, biogas is being upgraded and used as a fuel for automobile fuels and fuel cells. In addition, the solidified biogas can be injected into the city gas pipeline network to be used as fuel in homes and cogeneration.

그러나, 바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에 이산화탄소등이 포함되어 있어 고질화 공정후 이산화탄소가 대기중에 배출될 수 있어, 바이오가스에 의한 친환경적인 에너지 활용이라는 본래의 취지가 무색해질 수 있었다. 특히, 선진국이 시행하고 있는 탄소배출권과 관련하여 통상적으로도 문제가 될 수 있었다. 또한, 배가스에 포함된 이산화탄소에 의해 온실효과가 유발될 수도 있다.
However, since carbon dioxide is included in the exhaust gas emitted during the nitrification process of biogas, carbon dioxide may be emitted into the atmosphere after the nitrification process, and the original purpose of eco-friendly energy utilization by biogas may be discolored. . In particular, the issue of carbon credits in developed countries has usually been a problem. In addition, the greenhouse effect may be caused by the carbon dioxide contained in the exhaust gas.

1. 한국특허출원 제2010-0009579호
2. 한국특허출원 제2009-0053423호
3. 한국특허출원 제2008-0092518호
4. 한국특허출원 제2003-313964호
1. Korean Patent Application No. 2010-0009579
2. Korean Patent Application No. 2009-0053423
3. Korean Patent Application No. 2008-0092518
4. Korean Patent Application No. 2003-313964

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, The present invention is to solve the above problems,

본 발명이 해결하려는 과제는, 바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에 이산화탄소등이 포함되어 있어 고질화 공정후 이산화탄소가 대기중에 배출되는 것을 방지하고, 상기 이산화탄소를 재활용할 수 있는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention, carbon dioxide is contained in the exhaust gas discharged during the nitrification process of the biogas prevents carbon dioxide is discharged to the atmosphere after the nitrification process, and the carbon dioxide liquefaction that can recycle the carbon dioxide and It is to provide a recovery system.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에 이산화탄소등이 포함되어 있어 고질화 공정후 이산화탄소가 대기중에 배출되는 것을 방지하고, 상기 이산화탄소를 재활용할 수 있는 이산화탄소 액화 및 회수 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention, carbon dioxide is contained in the exhaust gas discharged during the nitrification process of biogas prevents carbon dioxide is discharged into the atmosphere after the nitrification process, the carbon dioxide liquefaction that can recycle the carbon dioxide And a recovery method.

본 발명의 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problem to be solved of the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 해결하려는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 시스템은, 바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에서 이산화탄소를 회수하고 액화시키는 시스템으로써, 상기 배출 가스를 제1 온도에서 제2온도로 냉각시키고, 상기 배출가스에 포함된 불순물을 제거하는 전처리 공정부와, 상기 전처리부를 통과한 상기 배출 가스를 압축시켜 승압시키는 압축 공정부와, 상기 압축 공정부를 통과한 상기 배출 가스를 제3 온도로 냉각시키고, 탈황 및 수분제거 공정에 부적합한 불순물을 재차 제거하는 정제 공정부와, 상기 정제 공정부를 통과한 상기 배출 가스를 액화시키기 위해 상기 배출가스를 제4 온도로 냉각시키고 응축시켜 액화 가스를 형성하는 액화 공정부와, 상기 액화 공정부를 통과한 상기 액화 가스를 액화 이산화탄소의 저장 온도로 승온시키고 상기 액화 가스에 포함된 상기 이산화탄소 이외의 기체를 탈기 시켜 액화된 상기 이산화탄소의 순도를 높이는 후처리 공정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The carbon dioxide liquefaction and recovery system according to an embodiment of the present invention for achieving the problem to be solved, as a system for recovering and liquefying carbon dioxide from the exhaust gas discharged during the nitrification process of biogas, the first discharge gas A pretreatment process unit for cooling the temperature to a second temperature and removing impurities contained in the exhaust gas, a compression process unit for compressing and boosting the exhaust gas having passed through the pretreatment unit, and the discharged through the compression process unit The purification process unit cools the gas to a third temperature, removes impurities which are not suitable for the desulfurization and water removal process, and the exhaust gas is cooled to a fourth temperature and condensed to liquefy the exhaust gas that has passed through the purification process unit. A liquefaction process unit for forming a liquefied gas and the liquefied gas that has passed through the liquefaction process unit Raising the temperature to the storage temperature of the sum of carbon dioxide and is characterized in that it comprises a treatment step after increasing the purity of the carbon dioxide of the degassed liquid carbon dioxide, a gas other than the above included in the liquefied gas.

상기 해결하려는 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 방법은, 바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에서 이산화탄소를 회수하고 액화시키는 방법으로써, 상기 배출 가스를 제1 온도에서 제2온도로 냉각시키고, 상기 배출가스에 포함된 불순물을 제거하는 전처리 단계와, 전처리된 상기 배출 가스를 압축시켜 승압시키는 압축 단계와, 압축된 상기 배출 가스를 제3 온도로 냉각시키고, 탈황 및 수분제거 공정에 부적합한 불순물을 재차 제거하는 정제 단계와, 정제된 상기 배출 가스를 액화시키기 위해 상기 배출 가스를 제4 온도로 냉각시키고 응축시켜 액화 가스를 형성하는 액화 가스 형성 단계와, 상기 액화 가스를 액화 이산화탄소의 저장 온도로 승온시키고 상기 액화 가스에 포함된 상기 이산화탄소 이외의 기체를 탈기 시켜 액화된 상기 이산화탄소의 순도를 높이는 후처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Carbon liquefaction and recovery method according to an embodiment of the present invention for achieving another object to be solved is a method for recovering and liquefying carbon dioxide from the exhaust gas discharged during the bionitrification process, the exhaust gas is removed A pre-treatment step of cooling from one temperature to a second temperature, removing impurities contained in the exhaust gas, a compression step of compressing and boosting the pre-treated exhaust gas, and cooling the compressed exhaust gas to a third temperature Purifying the impurities unsuitable for the desulfurization and water removal process again; forming a liquefied gas for cooling and condensing the exhaust gas to a fourth temperature to form a liquefied gas to liquefy the purified exhaust gas; The liquefied gas is raised to the storage temperature of the liquefied carbon dioxide and the discrete contained in the liquefied gas It degassed a gas other than carbon characterized by comprising a process step after increasing the purity of the liquefied carbon dioxide.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.

본 발명에 의할 경우, 바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에 이산화탄소등이 포함되어 있어 고질화 공정후 이산화탄소가 대기중에 배출되는 것을 방지하고, 상기 이산화탄소를 재활용할 수 있는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템과 방법이 제공된다. 한편, 이산화탄소를 액화시키면 이산화탄소의 부피가 기체 상태일 때 보다 1/1000로 줄어들어, 운송 및 보관 상의 장점이 있다.
According to the present invention, carbon dioxide is included in the exhaust gas discharged during the nitrification process of biogas, thereby preventing carbon dioxide from being released into the atmosphere after the nitrification step, and liquefying and recovering carbon dioxide that can recycle the carbon dioxide. Systems and methods are provided. Meanwhile, liquefying carbon dioxide reduces the volume of carbon dioxide to 1/1000 than in a gaseous state, which has advantages in transportation and storage.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 시스템의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a schematic diagram of a carbon dioxide liquefaction and recovery system according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed view of a carbon dioxide liquefaction and recovery system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart showing a carbon dioxide liquefaction and recovery method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. The size and relative size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 시스템과 이산화탄소 액화 및 회수 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a carbon dioxide liquefaction and recovery system and a carbon dioxide liquefaction and recovery method according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 시스템의 상세도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a schematic diagram of a carbon dioxide liquefaction and recovery system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a detailed view of a carbon dioxide liquefaction and recovery system according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an embodiment of the present invention Flow chart showing the carbon dioxide liquefaction and recovery method according to.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 시스템과 이산화탄소 액화 및 회수 방법은 전처리 공정부(20), 압축 공정부(30), 정제 공정부(40), 액화 공정부(50), 후처리 공정부(60), 저장 공정부(70)를 포함할 수 있다.First, referring to FIGS. 1 to 3, a carbon dioxide liquefaction and recovery system and a carbon dioxide liquefaction and recovery method according to an embodiment of the present invention may include a pretreatment process unit 20, a compression process unit 30, and a purification process unit 40. ), A liquefaction process unit 50, a post-treatment process unit 60, and a storage process unit 70 may be included.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 액화 및 회수 시스템에는 바이오가스 고질화 공정부(10)에서 배출된 배출 가스가 인입된다. 바이오가스 고질화 공정은 바이오가스에 포함된 메탄 가스의 순도를 높이는 것으로 순도가 높은 메탄 가스등은 자동차 연료나 도시가스로 활용될 수 있다. 예를 들어, 바이오가스에는 55 내지 65%의 메탄 가스가 포함될 수 있는데, 고질화 공정을 통해 메탄가스의 순도를 95%이상 높일 수 있다. 이때, 바이오가스에 포함된 황화수소가스, 수분 및 이산화탄소는 배출 가스로 외부에 배출된다. 이러한 배출 가스에 포함된 이산화탄소는 90%이상의 농도를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 배출 가스는 가스 총 부피를 기준으로 CH4 3 내지 5%, CO2 91.1 내지 95%, N2 0.1 내지 1.0%, H2O 1.5 내지 3.0% 및 H2S 2 내지 6ppm을 포함할 수 있다. 고질화 공정은 흡착법, 흡수법, 막분리법, 심냉법 또는 이들의 혼합으로 구성될 수 있다.In the carbon dioxide liquefaction and recovery system according to an embodiment of the present invention, the exhaust gas discharged from the biogas nitriding process unit 10 is introduced. The biogas nitriding process increases the purity of methane gas contained in biogas, and high-purity methane gas can be used as automobile fuel or city gas. For example, the biogas may include 55 to 65% of methane gas, and the purity of the methane gas may be increased by 95% or more through a high nitriding process. At this time, the hydrogen sulfide gas, water and carbon dioxide contained in the biogas is discharged to the outside as the discharge gas. Carbon dioxide contained in such exhaust gas may have a concentration of 90% or more. More specifically, for example, the exhaust gas may be CH 4 3 to 5%, CO 2 91.1 to 95%, N 2 0.1 to 1.0%, H 2 O 1.5 to 3.0% and H 2 S 2 based on the total gas volume. To 6 ppm. The solidification process may consist of adsorption, absorption, membrane separation, deep cooling, or a mixture thereof.

바이오가스 고질화 공정부(10)에서 배출된 배출 가스는 전처리 공정부(20)에 인입된다. 이에 의해, 배출 가스를 냉각시키고 배출 가스에 포함된 먼지등의 불순물을 전처리한다(S1010).The exhaust gas discharged from the biogas nitriding process unit 10 is introduced into the pretreatment process unit 20. As a result, the exhaust gas is cooled, and impurities such as dust contained in the exhaust gas are pretreated (S1010).

전처리 공정부(20)는 인입된 배출 가스의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 냉각시킨다. 이를 위해, 전처리 공정부(20)는 제1 냉각기(21)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각기(21)는 115℃(제1 온도)의 배출 가스를 40℃(제2 온도)로 냉각시킬 수 있다. 이에 의해, 이후의 공정에서 배출 가스를 보다 용이하게 냉각시킬 수 있다.The pretreatment process unit 20 cools the temperature of the introduced exhaust gas from the first temperature to the second temperature. To this end, the pretreatment process unit 20 may include a first cooler 21. For example, the first cooler 21 may cool the exhaust gas at 115 ° C. (first temperature) to 40 ° C. (second temperature). Thereby, exhaust gas can be cooled more easily in a later process.

한편, 전처리 공정부(20)는 배출 가스에 포함된 먼지나 기타 불순물 또는 응축된 수분을 제거하기 위하여 제1 불순물 제거기(23)를 포함할 수 있다. 제1 불순물 제거기(23)는 예를 들어 녹-아웃 드럼(Knock-out Drum)일 수 있다. 제1 불순물 제거기(23)에는 먼지나 불순물을 흡착하기 위한 흡착제가 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 냉각기(21)에 의해 낮아진 기체 온도에 따라 응축된 수분을 제거함과 동시에 일부의 먼지를 제거할 수 있는 수단이면 어느 것이라도 사용될 수 있다. 한편, 상기 흡착제로는 제올라이트나 다수의 미세 다공막을 포함하는 탄소봉등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 먼지나 불순물을 흡착시켜 제거할 수 있는 재질의 물질이면 어느 것이든 사용될 수 있다.Meanwhile, the pretreatment process unit 20 may include a first impurity remover 23 to remove dust or other impurities or condensed water included in the exhaust gas. The first impurity remover 23 may be, for example, a knock-out drum. The first impurity remover 23 may include, but is not limited to, an adsorbent for adsorbing dust or impurities. The first impurity remover 23 removes condensed water according to a gas temperature lowered by the first cooler 21 and at the same time removes some dust. Any means that can be removed can be used. On the other hand, as the adsorbent, a zeolite or a carbon rod including a plurality of microporous membranes may be used, but the present invention is not limited thereto, and any adsorbent may be used as long as it is a material of a material capable of absorbing dust or impurities.

다음으로, 전처리 공정부(20)를 통과한 배출 가스는 압축 공정부(30)에 인입된다. 이에 의해, 배출 가스를 압축시킨다(S1020). 이를 위해, 압축 공정부(30)는 압축기(31)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 압축기(31)는 2단 왕복동 압축기로써, 배출 가스를 2.5MPaG로 압축시킬 수 있다. 배출 가스가 압축됨으로써, 이후의 공정에서 배출 가스를 비교적 용이하게 냉각시킬 수 있다. 즉, 일반적인 기체의 액화 온도보다 비교적 높은 온도에서 액화가 될 수 있다.Next, the exhaust gas which has passed through the pretreatment process unit 20 is introduced into the compression process unit 30. As a result, the exhaust gas is compressed (S1020). To this end, the compression process unit 30 may include a compressor (31). For example, the compressor 31 is a two-stage reciprocating compressor, which can compress the exhaust gas to 2.5 MPaG. By compressing the exhaust gas, the exhaust gas can be cooled relatively easily in a subsequent process. That is, liquefaction may be performed at a temperature relatively higher than the liquefaction temperature of a general gas.

다음으로, 압축 공정부(30)를 통과한 배출 가스는 정제 공정부(40)에 인입된다. 이에 의해, 배출 가스는 재차 냉각되고, 배출 가스에 포함된 불순물이 재차 제거되며, 배출 가스에 포함된 수분을 제거하고, 배출 가스를 탈황시켜 배출 가스를 정제한다(S1030).Next, the exhaust gas which has passed through the compression process part 30 is introduced into the purification process part 40. Thus, the exhaust gas is cooled again, impurities contained in the exhaust gas are removed again, water contained in the exhaust gas is removed, and the exhaust gas is desulfurized to purify the exhaust gas (S1030).

정제 공정부(40)는 인입된 배출 가스의 온도를 제2 온도에서 제3 온도로 냉각시킨다. 이를 위해, 정제 공정부(40)는 제2 냉각기(41)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 냉각기(41)는 40℃(제2 온도)의 배출 가스를 10℃(제3 온도)로 냉각시킬 수 있다. 이에 의해, 이후의 공정에서 배출 가스를 보다 용이하게 응축시킬 수 있다.The purification process unit 40 cools the temperature of the introduced exhaust gas from the second temperature to the third temperature. To this end, the purification process unit 40 may include a second cooler 41. For example, the 2nd cooler 41 can cool 40 degreeC (2nd temperature) exhaust gas to 10 degreeC (3rd temperature). Thereby, the exhaust gas can be condensed more easily in a later step.

또한, 정제 공정부(40)는 배출 가스에 포함된 먼지나 기타 불순물을 제거하기 위하여 제2 불순물 제거기(43)를 포함할 수 있다. 제2 불순물 제거기(43)는 예를 들어 녹-아웃 드럼(Knock-out Drum)일 수 있다. 제2 불순물 제거기(43)에는 먼지나 불순물을 흡착하기 위한 흡착제가 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 냉각기(41)에 의해 낮아진 기체 온도에 따라 응축된 수분을 제거함과 동시에 일부의 먼지를 제거할 수 있는 수단이면 어느 것이라도 사용될 수 있다. 한편, 상기 흡착제로는 제올라이트나 다수의 미세 다공막을 포함하는 탄소봉등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 먼지나 불순물을 흡착시켜 제거할 수 있는 재질의 물질이면 어느 것이든 사용될 수 있다.In addition, the purification process unit 40 may include a second impurity remover 43 to remove dust or other impurities contained in the exhaust gas. The second impurity remover 43 may be, for example, a knock-out drum. The second impurity remover 43 may include an adsorbent for adsorbing dust or impurities, but is not limited thereto. The second impurity remover 43 may remove some of the condensed water at the same time as the gas temperature lowered by the second cooler 41. Any means that can be removed can be used. On the other hand, as the adsorbent, a zeolite or a carbon rod including a plurality of microporous membranes may be used, but the present invention is not limited thereto, and any adsorbent may be used as long as it is a material of a material capable of absorbing dust or impurities.

한편, 냉각 공정에 의해 배출 가스에는 수분이 포함될 수 있다. 이러한 수분은 제거되어야 최종적으로 이산화탄소의 농도가 높아질 수 있다. 이를 위해 정제 공정부(40)는 수분을 제거하기 위한 건조기(45)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 건조기(45)는 수분을 제거할 수 있는 활성을 갖는 산화철을 포함할 수 있다. 제2 불순물 제거기(43)를 통과한 배출 가스는 산화철을 포함하는 건조기(45)를 통과함으로써, 배출 가스에 포함된 수분이 제거될 수 있다.On the other hand, the exhaust gas may include moisture by the cooling process. This moisture must be removed so that the concentration of carbon dioxide can finally be increased. To this end, the purification process unit 40 may include a dryer 45 for removing moisture. For example, the dryer 45 may include iron oxide having an activity capable of removing moisture. The exhaust gas passing through the second impurity remover 43 passes through the dryer 45 including iron oxide, thereby removing moisture contained in the exhaust gas.

한편, 배출 가스에는 H2S의 황화수소 형태의 황성분이 포함될 수 있다. 이러한 황성분은 제거(탈황)되어야 최종적으로 이산화탄소의 농도가 높아질 수 있다. 또한, 이산화탄소의 농도가 높아질 수 있음은 물론, 식용 수준(food grade)으로 이산화탄소가 사용될 수 있을 정도로 황화수소가 제거될 수 있다. 즉, 이산화탄소 농도가 높아져, 이산화탄소의 품질이 제고될 수 있다.On the other hand, the exhaust gas may include a sulfur component in the form of hydrogen sulfide of H 2 S. These sulfur components must be removed (desulfurized) to finally increase the concentration of carbon dioxide. In addition, the concentration of carbon dioxide can be increased, as well as hydrogen sulfide can be removed to the extent that carbon dioxide can be used as food grade. That is, the carbon dioxide concentration is high, the quality of the carbon dioxide can be improved.

이를 위해 정제 공정부(40)는 황성분을 제거하기 위한 탈황장치(47)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탈황장치(47)는 황성분을 제거할 수 있는 활성을 갖는 활성탄을 포함할 수 있다. 건조기(45)를 통과한 배출 가스는 활성탄을 포함하는 탈황장치(47)를 통과함으로써, 배출 가스에 포함된 황성분이 제거될 수 있다. 즉, 흡착법에 의해 황화수소 가스를 제거시킬 수 있다.To this end, the purification process unit 40 may include a desulfurization apparatus 47 for removing sulfur components. For example, the desulfurization apparatus 47 may include activated carbon having an activity capable of removing sulfur components. The exhaust gas passing through the dryer 45 passes through the desulfurization unit 47 including activated carbon, whereby the sulfur component included in the exhaust gas may be removed. That is, the hydrogen sulfide gas can be removed by the adsorption method.

한편, 탈황공정으로는 FeCl2, FeCl3, FeSO4등을 이용한 침전법, 물 또는 액상 분말 활성탄을 이용한 흡수법등의 물리적 방법이 있다. 또한, 직접산화 또는 촉매산화를 이용한 산화법, Na2CO3 또는 NaOH 용액을 이용한 흡수법, Fe(OH)3 또는 Fe2O3를 중간 매개물로 활용한 흡착법등의 화화적 방법이 있다. 또한, 바이오필터나 토양제거법등의 생물학적 방법이 있다.On the other hand, as the desulfurization process, there are physical methods such as precipitation using FeCl 2 , FeCl 3 , FeSO 4 , and absorption using water or liquid powder activated carbon. In addition, there are chemical conversion methods such as oxidation using direct oxidation or catalytic oxidation, absorption using Na 2 CO 3 or NaOH solution, and adsorption using Fe (OH) 3 or Fe 2 O 3 as an intermediate medium. There are also biological methods such as biofilters and soil removal methods.

다음으로, 정제 공정부(40)를 통과한 배출 가스는 액화 공정부(50)에 인입된다. 이에 의해, 배출 가스는 액화되어 액화 가스로 형성된다(S1040). 배출 가스를 액화 시키기 위하여 액화 공정부(50)는 응축기(51)를 포함할 수 있다.Next, the exhaust gas which has passed through the purification process part 40 is introduced into the liquefaction process part 50. As a result, the exhaust gas is liquefied to form a liquefied gas (S1040). The liquefaction process unit 50 may include a condenser 51 to liquefy the exhaust gas.

액화 공정부(50)는 정제 공정부(40)를 통과한 배출 가스를 액화시키기 위하여 배출 가스를 제3 온도에서 제4 온도로 냉각시킨다. 이때, 제4 온도는 배출 가스에 포함된 가스들의 이슬점 이하의 온도로 설정될 수 있다. 즉, 압축공정에서 압축시킨 배출가스에 포함된 이산화탄소의 압력에 따라, 이산화탄소의 P-T 물성선도상 액화되는 온도로 설정될 수 있다. 예를 들어, 응축기(51)는 10℃(제3 온도)의 배출 가스를 -30℃(제4 온도)로 냉각시켜, 배출 가스를 액화시킬 수 있다.The liquefaction process unit 50 cools the exhaust gas from the third temperature to the fourth temperature in order to liquefy the exhaust gas that has passed through the purification process unit 40. In this case, the fourth temperature may be set to a temperature below the dew point of the gases included in the exhaust gas. That is, according to the pressure of the carbon dioxide contained in the exhaust gas compressed in the compression process, it can be set to a temperature liquefied on the P-T physical property diagram of the carbon dioxide. For example, the condenser 51 can cool 10 degreeC (3rd temperature) exhaust gas to -30 degreeC (4th temperature), and can liquefy exhaust gas.

다음으로, 액화 공정부(50)를 통과하여 액화된 배출 가스는 후처리 공정부(60)에 인입된다. 이에 의해, 액화된 이산화탄소의 순도를 높이는 후처리 공정이 수행된다(S1050). 이를 위해, 후처리 공정부(60)는 제3 불순물 제거기(61), 스트립핑 컬럼(63), 배출구(65) 및 서브쿨러(67)를 포함할 수 있다.Next, the exhaust gas liquefied through the liquefaction process unit 50 is introduced into the post-treatment process unit 60. As a result, a post-treatment process of increasing the purity of the liquefied carbon dioxide is performed (S1050). To this end, the aftertreatment process unit 60 may include a third impurity remover 61, a stripping column 63, an outlet 65, and a subcooler 67.

이산화탄소의 순도를 높이기 위해 액화된 배출 가스를 후처리 공정부(60)의 제3 불순물 제거기(61)에 통과시킨다. 이에 의해, 액화된 배출 가스에 포함된 먼지나 불순물이 최종적으로 제거될 수 있다. 제3 불순물 제거기(61)는 예를 들어 녹-아웃 드럼(Knock-out Drum)일 수 있다. 제3 불순물 제거기(61)에는 먼지나 불순물을 흡착하기 위한 흡착제가 포함될 수 있다. 이러한 흡착제로는 제올라이트나 다수의 미세 다공막을 포함하는 탄소봉등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 먼지나 불순물을 흡착시켜 제거할 수 있는 재질의 물질이면 어느 것이든 사용될 수 있다.In order to increase the purity of the carbon dioxide, the liquefied exhaust gas is passed through the third impurity remover 61 of the aftertreatment process unit 60. As a result, dust or impurities contained in the liquefied exhaust gas can be finally removed. The third impurity remover 61 may be, for example, a knock-out drum. The third impurity remover 61 may include an adsorbent for adsorbing dust or impurities. As the adsorbent, a zeolite or a carbon rod including a plurality of microporous membranes may be used. However, the adsorbent is not limited thereto, and any adsorbent may be used as long as it is a material having a material capable of adsorbing dust or impurities.

계속해서, 제3 불순물 제거기(61)를 통과한 액화 배출 가스를 스트립핑 컬럼(63)에 인입시킨다. 스트립핑 컬럼(63)에서 액화 배출 가스의 온도를 제5 온도로 승온시킨다. 이때 제5 온도는 이산화탄소의 액화 온도이자 저장온도인 -15℃인 것이 바람직하다. 액화 배출 가스를 제5 온도로 승온시킴으로써, 액화 배출 가스에 액화되고 액화 이산화탄소에 용해된 이산화탄소 이외의 가스를 액체상태에서 기체상태로 변화시킨다. 이에 의해, 이산화탄소 이외의 가스는 기체 상태로 탈기되어 배출구(65)를 통해 외부로 배출된다. 이러한 과정에 의해 액화 배출 가스에 포함된 이산화탄소의 순도가 높아질 수 있다. 예를 들어, 후처리 공정부(60)의 스트립핑 컬럼(63)은 이산화탄소의 순도를 99.5%이상으로 높일 수 있다. 한편, 액화 배출 가스를 승온시키기 위하여 스트립핑 컬럼(63)은 예를 들어 1KW로 작동하는 전기히터를 포함할 수 있다. 즉, 스트립핑 컬럼(63)의 하단에 전기히터(reboiler)를 위치시켜, 스트립핑 컬럼(63) 내부를 가열하여 액화 배출 가스를 제5 온도로 승온시킬 수 있다.Subsequently, the liquefied discharge gas which has passed through the third impurity remover 61 is introduced into the stripping column 63. In the stripping column 63, the temperature of the liquefied exhaust gas is raised to the fifth temperature. In this case, the fifth temperature is preferably -15 ° C, which is a liquefaction temperature of carbon dioxide and a storage temperature. By raising the liquefied exhaust gas to the fifth temperature, gases other than carbon dioxide liquefied in the liquefied exhaust gas and dissolved in liquefied carbon dioxide are changed from the liquid state to the gaseous state. As a result, gases other than carbon dioxide are degassed in a gaseous state and discharged to the outside through the discharge port 65. By this process, the purity of carbon dioxide contained in the liquefied exhaust gas may be increased. For example, the stripping column 63 of the post treatment unit 60 may increase the purity of carbon dioxide to 99.5% or more. On the other hand, the stripping column 63 may include an electric heater operating at 1 KW, for example, to raise the temperature of the liquefied discharge gas. That is, by placing an electric heater at the bottom of the stripping column 63, the inside of the stripping column 63 can be heated to raise the liquefied discharge gas to the fifth temperature.

계속해서, 스트립핑 컬럼(63)을 거친 액화 배출 가스를 다시 한번 냉각시키기 위하여 상기 배출 가스를 서브 쿨러(67)에 통과시킨다. 서브 쿨러(67)에 의해 액체 배출 가스의 온도는 액화 이산화탄소를 저장하기 위해 필요한 온도로 조절될 수 있다. 예를 들어, 서브 쿨러(67)에 의해 배출 가스의 온도는 -20℃로 유지될 수 있다. 한편, 이때의 액화 배출 가스는 가스 부피기준 순도 99.5% 이상의 액화 이산화탄소일 수 있다.Subsequently, the exhaust gas is passed through the sub cooler 67 to once again cool the liquefied exhaust gas that has passed through the stripping column 63. The temperature of the liquid exhaust gas by the sub cooler 67 can be adjusted to the temperature necessary for storing the liquefied carbon dioxide. For example, the temperature of the exhaust gas may be maintained at −20 ° C. by the sub cooler 67. Meanwhile, the liquefied exhaust gas at this time may be liquefied carbon dioxide having a gas volume purity of 99.5% or more.

다음으로, 후처리 공정부(60)를 통과한 액화 배출 가스(순도 99.5%의 이산화탄소)는 저장 공정부(70)에 인입된다. 저장 공정부(70)는 액화 이산화탄소를 저장하기 위해 이산화탄소 저장탱크(71)를 포함할 수 있다. 이때, 이산화탄소 저장 탱크(71)의 온도는 예를 들어, -20℃로 유지될 수 있다. 이에 의해, 순도 99.5%이상의 액화 이산화탄소가 저장된다. Next, the liquefied discharge gas (carbon dioxide having a purity of 99.5%) that has passed through the post-processing step 60 is introduced into the storage step 70. The storage process unit 70 may include a carbon dioxide storage tank 71 to store liquefied carbon dioxide. At this time, the temperature of the carbon dioxide storage tank 71 may be maintained at, for example, -20 ℃. As a result, liquefied carbon dioxide having a purity of 99.5% or more is stored.

액화된 이산화탄소는 산업용 액화 탄산등으로 활용될 수 있다. 이에 의해 본 발명의 일 실시에에 의할 경우, 바이오가스의 고질화 공정시 수반되는 배출가스에 포함된 이산화탄소를 자연친화적으로 재활용할 수 있어 바이오가스 산업의 고부가가치를 제공할 수 있다.Liquefied carbon dioxide can be utilized as industrial liquefied carbonic acid. As a result, according to one embodiment of the present invention, carbon dioxide contained in the exhaust gas accompanying the nitrification process of biogas can be recycled in nature, thereby providing high added value of the biogas industry.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments but may be manufactured in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

10: 바이오가스 고질화 공정부 20: 전처리 공정부
30: 압축 공정부 40: 정제 공정부
50: 액화 공정부 60: 후처리 공정부
70: 저장 공정부10: biogas nitriding process part 20: pretreatment process part
30: compression process part 40: purification process part
50: liquefaction process unit 60: post-processing process unit
70: storage process unit

Claims (9)

바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에서 이산화탄소를 회수하고 액화시키는 시스템에 있어서,
상기 배출 가스를 제1 온도에서 제2온도로 냉각시키고, 상기 배출가스에 포함된 불순물을 제거하는 전처리 공정부;
상기 전처리 공정부를 통과한 상기 배출 가스를 압축시켜 승압시키는 압축 공정부;
상기 압축 공정부를 통과한 상기 배출 가스를 제3 온도로 냉각시키고, 탈황 및 수분제거 공정에 부적합한 불순물을 재차 제거하는 정제 공정부;
상기 정제 공정부를 통과한 상기 배출 가스를 액화시키기 위해 상기 배출가스를 제4 온도로 냉각시키고 응축시켜 액화 가스를 형성하는 액화 공정부; 및
상기 액화 공정부를 통과한 상기 액화 가스를 액화 이산화탄소의 저장 온도로 승온시키고 상기 액화 가스에 포함된 상기 이산화탄소 이외의 기체를 탈기 시켜 액화된 상기 이산화탄소의 순도를 높이는 후처리 공정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템.In the system for recovering and liquefying carbon dioxide from the exhaust gas discharged during the nitrification process of biogas,
A pre-processing step of cooling the exhaust gas from the first temperature to the second temperature and removing impurities contained in the exhaust gas;
A compression process unit configured to compress and boost the exhaust gas passing through the pretreatment process unit;
A purification step of cooling the discharge gas passing through the compression step to a third temperature, and removing impurities which are not suitable for the desulfurization and water removal process again;
A liquefaction process unit for cooling and condensing the exhaust gas to a fourth temperature to form a liquefied gas to liquefy the exhaust gas that has passed through the purification process unit; And
And a post-processing step of raising the purity of the liquefied carbon dioxide by raising the liquefied gas passed through the liquefaction process to a storage temperature of liquefied carbon dioxide and degassing gas other than the carbon dioxide contained in the liquefied gas. CO2 liquefaction and recovery system. 제1 항에 있어서,
상기 액화 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템.The method according to claim 1,
Carbon dioxide liquefaction and recovery system further comprises a carbon dioxide storage tank for storing the liquefied carbon dioxide. 제1 항에 있어서,
상기 정제 공정부는 수분제거를 위해 산화철을 포함하는 건조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템The method according to claim 1,
The purification process unit carbon dioxide liquefaction and recovery system comprising a dryer containing iron oxide for water removal 제1 항에 있어서,
상기 정제 공정부는 상기 배출가스에 포함된 황성분을 제거하기 위한 탈황장치를 포함하되,
상기 탈황장치는 흡착법, 침전법, 흡수법 및 산화법을 포함하는 군으로부터 선택된 방법으로 상기 황성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템.The method according to claim 1,
The purification process unit includes a desulfurization apparatus for removing the sulfur component contained in the exhaust gas,
The desulfurization apparatus is a carbon dioxide liquefaction and recovery system, characterized in that for removing the sulfur component by a method selected from the group comprising adsorption, precipitation, absorption and oxidation. 제1 항에 있어서,
상기 후처리 공정부는 상기 액화 이산화탄소의 순도를 전체 가스 부피 기준 99.5% 이상으로 높이는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템.The method according to claim 1,
The post-treatment process unit carbon dioxide liquefaction and recovery system, characterized in that to increase the purity of the liquefied carbon dioxide to 99.5% or more based on the total gas volume. 제1 항에 있어서,
상기 후처리 공정부는 승온된 상기 액화 이산화탄소를 재차 냉각시키는 서브 쿨러를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화 및 회수 시스템.The method according to claim 1,
The post-treatment process unit carbon dioxide liquefaction and recovery system, characterized in that it comprises a sub-cooler for cooling the liquefied carbon dioxide heated up again. 삭제delete 바이오가스의 고질화 공정시 배출되는 배출 가스에서 이산화탄소를 회수하고 액화시키는 방법에 있어서,
상기 배출 가스를 제1 온도에서 제2온도로 냉각시키고, 상기 배출가스에 포함된 불순물을 제거하는 전처리 단계;
전처리된 상기 배출 가스를 압축시켜 승압시키는 압축 단계;
압축된 상기 배출 가스를 제3 온도로 냉각시키고, 탈황 및 수분제거 공정에 부적합한 불순물을 재차 제거하는 정제 단계;
정제된 상기 배출 가스를 액화시키기 위해 상기 배출 가스를 제4 온도로 냉각시키고 응축시켜 액화 가스를 형성하는 액화 가스 형성 단계; 및
상기 액화 가스를 액화 이산화탄소의 저장 온도로 승온시키고 상기 액화 가스에 포함된 상기 이산화탄소 이외의 기체를 탈기 시켜 액화된 상기 이산화탄소의 순도를 높이는 후처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 액화 및 회수 방법.In the method for recovering and liquefying carbon dioxide from the exhaust gas discharged during the bionitrification process of biogas,
A pretreatment step of cooling the exhaust gas from the first temperature to the second temperature and removing impurities contained in the exhaust gas;
A compression step of compressing and boosting the pretreated exhaust gas;
A purification step of cooling the compressed exhaust gas to a third temperature and again removing impurities not suitable for the desulfurization and water removal process;
A liquefied gas forming step of cooling and condensing the exhaust gas to a fourth temperature to form a liquefied gas to liquefy the purified exhaust gas; And
A post-treatment step of raising the purity of the liquefied carbon dioxide by raising the liquefied gas to a storage temperature of the liquefied carbon dioxide and degassing gas other than the carbon dioxide contained in the liquefied gas. . 삭제delete
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