KR101207532B1 - Apparatus for performing drying and removing impurities process of bio-methane at high purity bio-methane purification system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거 공정을 수행하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정수에 대한 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S) 등과 같은 용해도 차이를 이용하여 바이오가스 내 메탄(CH4)을 고순도로 정제할 수 있는 고순도 바이오메탄 정제시설에서 제습 및 재생공정을 수행하는 건조장치 및 활성탄을 이용하여 바이오메탄 생산 기준인 32㎎/N㎥ 이하 조건을 충족하기 위한 건조 공정을 수행하고 잔존하는 황분을 10ppm 이하로 최대한 제거함과 아울러 기타 불순물을 제거하여 안정적으로 고순도 바이오메탄을 생산하여 차량 연료화 및 도시가스 연료 등과 같은 신재생 에너지 연료로 사용할 수 있도록 한 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거 공정을 수행하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for performing the drying and impurity removal process of biomethane in a high-purity biomethane purification plant, more specifically methane (CH 4 ), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S) for the process water 32 mg of biomethane production standard using a drying device and activated carbon that perform dehumidification and regeneration process in a high-purity biomethane refining facility that can purify methane (CH 4 ) in biogas with high purity Renewable energy fuels such as vehicle fuels and city gas fuels by carrying out a drying process to meet the conditions of / Nm3 and removing residual sulfur as much as 10ppm or less and stably producing high purity biomethane by removing other impurities. The present invention relates to an apparatus for performing a drying and impurity removal process of biomethane.
주지하는 바와 같이 에너지는 국가경제의 지속적인 발전을 위해서는 안정적인 공급이 필수적이다.As is well known, stable supply of energy is essential for the sustainable development of the national economy.
그러나 우리나라와 같이 에너지 공급의 해외 의존도가 높은 나라에서는 에너지 수급의 불안정에 대비하여 국내에서 조달할 수 있는 신재생 에너지원의 개발이 매우 절실한 상황이다. 이를 위하여 우리나라에서는 지난 십 수년간 막대한 재원을 투자하여 신재생 에너지의 개발에 힘을 쏟고 있는 실정이다.However, in countries with high dependence on overseas energy supply, such as Korea, the development of renewable energy sources that can be procured domestically is very urgent for the instability of energy supply and demand. To this end, Korea has invested enormous resources over the past decades to develop renewable energy.
이처럼, 신재생 에너지원의 개발 필요성이 증대되고 있는 상황 하에서 국제적으로 유기성 폐자원의 에너지화에 대한 관심이 증대되고 있는 바, 그 중에서 유기성폐기물의 바이오가스화에 대한 관심이 증대되고 있다.As the necessity of development of renewable energy sources is increasing, the interest in the energyization of organic waste resources is increasing internationally. Among them, the interest in biogasification of organic wastes is increasing.
특히, 우리나라는 전국적으로 음식물류 폐기물, 가축분뇨 및 하수슬러지 등 다양한 유기성 폐기물이 다량 배출되고 있으나, 그 간의 폐기물 정책은 발생된 폐기물의 처리에 초점을 맞추어 왔고, 처리시설의 부적절한 관리는 악취 및 공해 물질 발생이라는 공해 및 환경문제를 야기시킴에 따라 지역주민의 부정적인 인식을 유발하게 되면서 환경기초시설을 혐오시설로 인식하게 되는 악순환이 되풀이되어 "님비(NIMBY)현상"과 같은 지역 이기주의를 가져와 사회적인 이슈 및 정책적 갈등요소로 나타나는 문제점이 있었다.In particular, Korea has a large amount of various organic wastes such as food waste, livestock manure and sewage sludge nationwide, but the waste policy has been focused on the treatment of the generated waste, and improper management of treatment facilities is odor and pollution. As it causes pollution and environmental problems, it causes a negative perception of local residents, and a vicious cycle of recognizing environmental infrastructure as a hate facility is repeated, bringing local selfishness such as "NIMBY phenomenon" to bring social issues and There was a problem that appeared as a factor of policy conflict.
이에 우리나라의 정부에서는 그동안 단순 처리 및 물리적 재활용 개념에서 유기성 폐자원을 에너지화하는 정책으로 패러다임을 전환하고, 효과적이고 효율적인 폐기물 처리 및 에너지화 사업을 추진함으로써, 국가경제 및 환경보전에 기여할 수 있도록 하면서 유기성 폐자원을 포함한 폐자원의 에너지화 기술 개발에 많은 투자를 하고 있는 실정이다.In this regard, the Korean government has shifted the paradigm from the concept of simple treatment and physical recycling to the energyization of organic waste resources and promoted effective and efficient waste treatment and energy projects, thereby contributing to the national economy and environmental conservation. Many investments are being made in developing energy-efficient technologies for waste resources, including organic waste resources.
그러나, 우리나라의 경우, 최근까지도 하수처리장 등 혐기성 소화조에서 발생되는 혐기성 바이오가스의 자원화 현황을 살펴보면, 대부분 소화조 가온에 사용하고 있으며, 바이오가스를 이용한 단순 소각 처리하거나 보일러, 발전 연료로 활용되고 있는 수준에 머무르고 있는 실정이다.However, in Korea, the current status of anaerobic biogas generated from anaerobic digesters such as sewage treatment plants is mostly used for heating of digesters, and the level of simple incineration using biogas, boilers, and power generation fuels. I'm staying at.
이는 하수처리장, 축산분뇨, 음식물쓰레기, 도축 잔재물 등과 같은 유기성 폐기물은 산소가 존재하지 않는 상태인 혐기성(Anaerobic)소화를 통해 메탄(CH4) 45~60%, 이산화탄소(CO2) 25~50%, 질소(N2) 0~10% 및 미량의 황화수소(H2S)와 암모니아(NH3)로 바이오가스가 구성되어 있고, 이처럼, 상기 바이오가스의 주성분인 메탄(CH4) 이외에 악취 유발물질인 황화수소(H2S) 등 각종 휘발성 유기화합물(VOC) 및 불순물을 포함하고 있는 관계로, 주변 환경 영향과 연료로 활용 시 기기의 부식, 효율저하 등의 문제점으로 인해서 이에 대한 적정 처리가 요구되고 있다.This means that organic waste such as sewage treatment plant, livestock manure, food waste, slaughter residues, etc. is 45 ~ 60% of methane (CH 4 ) and 25 ~ 50% of carbon dioxide (CO 2 ) through anaerobic digestion in the absence of oxygen. Biogas is composed of 0-10% of nitrogen (N 2 ) and trace amounts of hydrogen sulfide (H 2 S) and ammonia (NH 3 ). Thus, in addition to methane (CH 4 ), which is a main component of the biogas, odor causing substances As it contains various volatile organic compounds (VOC) and impurities such as hydrogen sulfide (H 2 S), due to the effects of the surrounding environment and problems such as corrosion of the device and deterioration of efficiency when used as fuel, proper treatment is required. have.
따라서, 혐기성 바이오가스를 천연가스 자동차 대체연료, 도시가스 대체연료, 신재생 에너지 사업, 연료전지 사업 등에 공급되는 천연가스 대체연료로서 사용이 가능하도록 하기 위해서는 바이오가스 내 메탄(CH4)을 95%이상의 고순도로 생산해야 하며, 이를 위한 고순도 바이오메탄 생산할 수 있는 고순도 바이오메탄 정제시설을 갖추고, 그에 따른 기술력을 확보해야만 하는 것이다.Therefore, in order to be able to use anaerobic biogas as a natural gas alternative fuel supplied to natural gas automobile alternative fuel, urban gas alternative fuel, renewable energy business, and fuel cell business, 95% of methane (CH 4 ) in biogas is used. It must be produced with the above high purity, and for this purpose, the high purity biomethane refining facility capable of producing high purity biomethane must be secured, and the technical skills must be secured accordingly.
최근 전 세계적으로 신재생 에너지에 대한 관심의 증가로 바이오가스의 이용에 대한 외국의 기술은 고순도 메탄 생산 기술을 확보하고 있으며, 고순도 메탄을 이용한 개질 통한 신재생 에너지 산업에 들어가 있는 실정이나, 국내 실정은 전술한 바와 같이 아직까지 단순히 바이오가스를 이용한 소각, 보일러연료 등 단순 이용 수준에 머물러 있기 때문에, 고순도 메탄 생산 기술을 확보하고 고순도 바이오메탄 정제시설에 대한 투자가 절실하다 할 수 있다.In recent years, due to the increasing interest in renewable energy in the world, foreign technologies for the use of biogas have secured high-purity methane production technology and are entering the renewable energy industry through reforming using high-purity methane. As described above, since it still remains at a simple level of use such as incineration and boiler fuel using biogas, it is necessary to secure high-purity methane production technology and to invest in high-purity biomethane purification facilities.
이에 본 발명은 바이오가스 내 메탄(CH4)을 95%이상의 고순도로 생산할 수 있는 정제 방법 중에서 워터스크러빙 공법을 이용한 고순도 바이오메탄 정제 공정 및 정제시설과 관련하여 국내 실정에 적합한 워터스크러빙 공법을 이용한 고순도 바이오메탄 정제 공정 및 정제시설을 제공하고자 연구 개발된 발명으로서, 본 발명의 목적은 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거를 위한 제습 및 재생공정을 수행하는 건조장치를 개선함과 아울러 활성탄을 이용하여 환경부령 제407호 대기환경보전법 시행규칙 일부 개정령에 따른 자동차 연료 제조 기준에 충족하기 위한 바이오메탄 생산 기준인 95%이상의 메탄에 수분 32㎎/㎥(표준조건 0℃, 1기압 하) 이하 조건을 충족하면서 잔존하는 황분을 10ppm 이하로 최대한 제거함과 아울러 기타 불순물을 제거하여 안정적으로 고순도 바이오메탄을 생산하여 차량 연료화 및 도시가스 연료 등과 같은 신재생 에너지 연료로 사용할 수 있도록 한 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거 공정을 수행하는 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention relates to a high-purity biomethane purification process using a water scrubbing method and a purification facility capable of producing methane (CH 4 ) in biogas at a high purity of 95% or higher using a water scrubbing method suitable for domestic conditions. As an invention researched and developed to provide a biomethane purification process and a purification facility, an object of the present invention is to improve a drying apparatus for performing a dehumidification and regeneration process for drying and removing impurities from biomethane in a high purity biomethane purification facility. Using activated carbon, water 32mg / m3 (
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유기성 폐기물에서 발생한 혐기성 바이오가스를 분리 포집하여 고압으로 압축하는 바이오가스 압축공정을 수행하는 압축기와, 상기 압축기를 거쳐 고압으로 압축된 바이오가스를 공급받아 흡수공정을 통해서 공정수로 바이오가스 내 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)를 흡수하여 고순도 바이오메탄(CH4)을 생산하는 바이오가스 정제탑과, 상기 바이오가스 정제탑에서 배출되는 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)가 흡수된 공정수를 받아 바이오가스 회수공정을 통해서 공정수에 포함된 바이오메탄을 회수하는 바이오가스 회수탑과, 이 바이오가스 회수탑을 거쳐 온 공정수와 별도 공급되는 공기를 교차시켜 공정수 회수공정을 통해 공정수내 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)를 탈기하여 공정수를 재생하는 공정수 회수탑과, 상기 바이오가스 정제탑에서 생산되어 상부로 배출되는 포화수분이 함유된 바이오메탄에서 수분 및 불순물을 제거하기 위하여 바이오메탄 건조공정을 수행하는 건조기와, 상기 바이오가스 정제탑에 공급되는 공정수를 냉각시킬 수 있는 공정수 냉각기와 상기 공정수를 순환 공급하는 공정수 순환펌프를 갖춘 고순도 바이오메탄 정제시설에 있어서, 상기 건조기는 2개로 구성되어 운영되고, 상기 건조기 내부의 충진물은 상부부터 자갈층, 건조제인 활성 알루미나층(Activated Alumina), 다른 건조제인 몰레큐라 시브층(Molecular Sieve), 자갈층 순으로 충전되며, 상기 건조기내 충진물 중 몰레큐라 시브(Molecular Sieve)층과 활성 알루미나(Activated Alumina)층의 혼합비는 몰레큐라 시브(Molecular Sieve) 70~80wt%, 활성 알루미나(Activated Alumina) 20~30wt% 질량비로 구성된 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거 공정을 수행하는 장치를 제공함에 그 특징을 갖는다.In order to achieve the above object, the present invention provides a compressor for performing a biogas compression process for separating and collecting anaerobic biogas generated from organic waste and compressing it at high pressure, and receiving and absorbing the biogas compressed at high pressure through the compressor. Biogas purification tower that absorbs carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) in biogas through the process water to produce high purity biomethane (CH 4 ), and carbon dioxide discharged from the biogas purification tower ( A biogas recovery tower that receives the process water absorbed by CO 2 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) and recovers the biomethane contained in the process water through a biogas recovery process, and the process water that has passed through the biogas recovery tower, separate by intersecting the air supplied to the processing water stripping carbon dioxide (CO 2), hydrogen sulfide (H 2 S) through the process water recovery step of playing a number of steps A water purification recovery tower, a dryer for performing a biomethane drying process to remove moisture and impurities from biomethane containing saturated water discharged from the biogas purification tower and discharged to the upper portion, and supplied to the biogas purification tower In a high purity biomethane purification facility having a process water cooler capable of cooling process water and a process water circulation pump for circulating and supplying the process water, the dryer consists of two, and the filling inside the dryer is operated from the top. Filled in the order of gravel layer, activated alumina (drying agent), molecular sieve (drying agent), and gravel layer (drying agent), followed by Molecular Sieve layer and activated alumina of the fillers in the dryer. The mixing ratio of the layers is 70 to 80 wt% of Molecular Sieve and 20 to 30 wt% mass ratio of activated alumina It is characterized by providing an apparatus for performing the drying and impurity removal process of biomethane in a high purity biomethane purification plant consisting of.
여기서, 본 발명에 따르면, 상기 건조기를 거쳐 수분 및 불순물이 제거된 고순도 바이오메탄을 저장하기 위한 완충탱크가 더 구비되고, 상기 완충탱크의 하단에는 고순도 바이오메탄에 포함된 황화수소(H2S)를 1ppm 이하로 제거하고 기타 불순물을 제거하기 위한 활성탄이 구비되는 것이 바람직하다.According to the present invention, a buffer tank for storing high purity biomethane from which moisture and impurities are removed through the dryer is further provided, and hydrogen sulfide (H 2 S) contained in the high purity biomethane is disposed at the lower end of the buffer tank. It is preferred to have activated carbon for removal below 1 ppm and for removal of other impurities.
본 발명에 따르면, 워터스크러빙 공법을 이용한 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거를 위한 제습 및 재생공정을 수행하는 건조장치를 개선함과 아울러 고순도 바이오메탄을 저장하는 완충탱크 하단에 활성탄을 구비함으로써, 환경부령 제407호 대기환경보전법 시행규칙 일부 개정령에 따른 자동차 연료 제조 기준에 충족하기 위한 바이오메탄 생산 기준인 95%이상의 메탄에 수분 32㎎/㎥(표준조건 0℃, 1기압 하) 이하 조건을 충족하면서 잔존하는 황화수소(H2S)를 1ppm 이하로 최대한 제거함과 아울러 기타 불순물을 제거하여 안정적으로 고순도 바이오메탄을 생산하여 차량 연료화 및 도시가스 연료 등과 같은 신재생 에너지 연료로 사용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the activated carbon at the bottom of the buffer tank for storing the high-purity biomethane while improving the drying apparatus for performing the dehumidification and regeneration process for drying and removing the impurities of the biomethane in the high-purity biomethane purification facility using the water scrubbing method 32 mg / m3 of water in 95% or more of methane, the standard for biomethane production, in order to meet the standards for automobile fuel production in accordance with some amendments to the Enforcement Regulations of the Environmental Regulations No.407 of the Environmental Regulations. ) It satisfies the following conditions and removes remaining hydrogen sulfide (H 2 S) to 1ppm or less as well as other impurities to stably produce high purity biomethane, which can be used as renewable energy fuel such as vehicle fuel and city gas fuel. It has an effect.
특히, 본 발명에 따르면, 바이오메탄을 건조하여 수분 및 불순물을 제거하는 과정에서 건조기 내 건조제(혹은 흡착제)의 재생성을 크게 향상시킬 수 있으며, 건조기 내의 오염시 건조제의 교체작업을 원활히 할 수 있으며, 이와 같은 건조기 내의 건조제와 별도로 활성탄을 분리 배치함으로써, 황화수소 및 기타 불순물을 최대한 제거하는 역할을 수행함과 아울러 재생성이 떨어지는 활성탄 자체의 오염 시 이에 대한 교체 작업을 원활히 할 수 있는 효과가 있다.In particular, according to the present invention, it is possible to greatly improve the regeneration of the desiccant (or adsorbent) in the dryer in the process of drying the biomethane to remove moisture and impurities, it is possible to facilitate the replacement of the desiccant during contamination in the dryer, By separating and arranging activated carbon separately from the desiccant in such a dryer, it serves to remove hydrogen sulfide and other impurities as much as possible, and also has an effect of smoothly replacing the activated carbon itself when the regeneration is poor.
그리고, 본 발명에 따른 고순도 바이오메탄 정제시설 내 바이오가스 정제탑에서는 바이오가스 내 황화수소(H2S)를 최대 3500ppm 까지도 처리 가능하게 되고, 바이오가스 정제탑에서 정제된 고순도 바이오메탄 내 황화수소(H2S) 농도는 10ppm 이하로 정제 가능한 효과를 갖는다.Then, in the pure bio-methane refinery within biogas purification tower according to the invention is within the biogas hydrogen sulfide (H 2 S) to enable handling even up to 3500ppm, the highly pure bio methane in hydrogen sulfide purified from biogas purifying column (H 2 S) concentration has the effect of purifying to 10 ppm or less.
도 1은 본 발명이 적용되는 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄 정제 공정을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명이 적용되는 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오가스 압축공정에 사용되는 후단 처리시설을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 도 2에 도시된 후단 처리시설의 A 부분인 응축물 제거장치의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 고순도 바이오메탄 정제시설에서 흡수공정을 수행하는 바이오가스 정제탑에 적용되는 물에 대한 이산화탄소(CO2) 용해도를 온도, 압력 변화의 상관관계로 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조공정을 수행하는 건조기의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 도면.1 is a view schematically showing a biomethane purification process in a high purity biomethane purification plant to which the present invention is applied.
2 is a view schematically showing a post-treatment plant used in a biogas compression process in a high purity biomethane purification plant to which the present invention is applied.
Figure 3 is a schematic view showing the internal configuration of the condensate removal device that is part A of the after-treatment treatment facility shown in Figure 2 according to the present invention.
Figure 4 is a graph showing the correlation of carbon dioxide (CO 2 ) solubility in water applied to the biogas purification tower performing the absorption process in the high-purity biomethane purification plant of the present invention as a correlation between temperature and pressure.
Figure 5 schematically shows the internal configuration of the dryer for performing a drying process of the biomethane in the high purity biomethane purification plant of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이때, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되거나 생략될 수 있으며, 도면에 병기된 도면부호에 따라 부여되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.At this time, the thickness of the lines or the size of the components shown in the accompanying drawings for explaining the preferred embodiment of the present invention may be exaggerated or omitted for clarity and convenience of description, according to the reference numerals written in the drawings Terms given are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or convention of a user or an operator.
도 1은 본 발명이 적용되는 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄 정제 공정을 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a view schematically showing a biomethane purification process in a high purity biomethane purification plant to which the present invention is applied.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 고순도 바이오메탄 정제시설의 기초공법은 워터스크러빙(Water Scrubbing) 공법을 이용하여 공정수(혹은 시상수, H2O)에 대한 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S) 등의 용해도 차이를 이용하여 바이오가스 내 메탄을 고순도로 정제할 수 있도록 하고 있다.As shown in Figure 1, the basic method of the high-purity biomethane purification plant to which the present invention is applied is methane (CH 4 ) for the process water (or time constant, H 2 O), using a water scrubbing (Water Scrubbing) method, The solubility difference of carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) is used to purify methane in biogas with high purity.
즉, 상기 워터스크러빙 공법을 이용한 고순도 바이오메탄 정제시설의 공정을 크게 구분하여 살펴보면, 바이오가스 압축공정(S1), 흡수공정(S2), 바이오가스 회수공정(S3), 공정수 회수공정(S4), 바이오메탄 건조공정(S5)으로 크게 구분할 수 있다.
In other words, the process of the high-purity biomethane purification plant using the water scrubbing method is divided into biogas compression process (S1), absorption process (S2), biogas recovery process (S3), and process water recovery process (S4). , Biomethane drying process (S5) can be largely divided.
1. 바이오가스 압축공정(S1)1. Biogas Compression Process (S1)
상기 바이오가스 압축공정(S1)은 바이오가스 압축기(1)를 통해서 이루어진다. 이렇게 압축기(1)를 통한 바이오가스 압축은 흡수법으로 제거하기 위한 1차 운전 압력 조건을 형성하게 된다.The biogas compression process S1 is performed through the
즉, 후술하는 바이오가스 정제탑(2)에 유입되는 바이오가스는 고압으로 공급해야 하므로 바이오가스 압축공정에서 압축기(1)를 통해 고압으로 압축하게 되는 바, 도시되지 않았지만 통상 2단 압축기를 거쳐 바이오가스를 압축하게 된다.That is, since the biogas flowing into the
이때, 상기 압축기(1)로는 왕복동 압축기 및 로터리 베인(Rotary Vane) 압축기 등을 사용할 수 있으나, 바이오가스 압축은 바이오가스 성상 및 바이오가스 처리 용량에 따라 압축기(1)를 다양하게 선정할 수 있도록 구성하여 현장 운영 조건에 맞게 운영할 수 있도록 구성되었다.In this case, the
예를 들어, 바이오가스 내 황화수소(H2S)가 10ppm이하 및 바이오가스 유량 300 m3/hr(표준조건 0℃, 1기압 하에서)이하 인 조건에서는 왕복동 압축기를 사용하는 것이 바람직하고, 바이오가스 내 존재하는 포화수분은 압축기 전단에 설치된 코우레스 필터링 시스템(Coalesce Filtering System)을 통해 포화수분 및 입자성 물질을 제거하도록 구성하는 것이 바람직하다.For example, it is preferable to use a reciprocating compressor under conditions where hydrogen sulfide (H 2 S) in biogas is 10 ppm or less and biogas flow rate 300 m 3 / hr (under
그리고, 왕복동 압축기 후단에는 버퍼탱크를 설치하여 압축 후 발생하는 응축수 제거 및 피스톤 압축으로 발생하는 맥동 현상을 제어할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to install a buffer tank at the rear end of the reciprocating compressor so as to control the pulsation phenomenon caused by condensate removal and piston compression generated after compression.
한편, 바이오가스 내 황화수소(H2S)가 10ppm이상인 조건에서는 로터리 베인(Rotary Vane) 압축기를 사용하는 것이 바람직하다. On the other hand, it is preferable to use a rotary vane compressor under conditions in which hydrogen sulfide (H 2 S) in biogas is 10 ppm or more.
이는 압축기 몸체는 철로 제작되어 있기 때문에 바이오가스 내 황화수소(H2S) 농도가 높으면, 아래와 같은 화학반응식을 통해 철에 대한 부식이 발생하여 압축기 파손이 발생할 우려가 높기 때문이다.This is because, since the compressor body is made of iron, if the concentration of hydrogen sulfide (H 2 S) in the biogas is high, there is a high risk of damage to the compressor due to corrosion of iron through the following chemical reaction formula.
H2S→H+ + HS-H 2 S → H + + HS-
Fe + HS- + H+ → FeS + 2H+ 2e- (NH3 가 존재한다면) Fe + HS - + H + → FeS + 2H + 2e - ( if the NH 3 present)
H2S + NH3 → NH4 + + HS- (HS- 양이 증가를 한다.) (- to increase the amount of HS -.) H 2 S + NH 3 →
이처럼 상기 조건의 경우, 압축기(1) 보호를 위해 황화수소(H2S) 제거 설비가 필요하지만, 황화수소(H2S) 제거 설비의 운영에 따른 운영비가 발생하게 된다. In this case, the hydrogen sulfide (H 2 S) removal equipment is required to protect the compressor (1), but the operating cost of operating the hydrogen sulfide (H 2 S) removal equipment is generated.
일반적으로 사용되는 건식공정은 황화수소(H2S) 제거제로 사용되는 활성탄이 재생이 불가능하여 이에 대한 교체 및 운영비의 상승이 발생하고, 바이오가스 처리 유량 및 황화수소(H2S) 농도가 증가할수록 이에 대한 교체 작업과 사용되는 활성탄 양이 증가를 하여 시스템 운영비 상승이 발생하게 되는 것이다.In general, the dry process used is the activated carbon used as a hydrogen sulfide (H 2 S) remover is not regenerated, the replacement and operation cost rises, and as the biogas treatment flow rate and hydrogen sulfide (H 2 S) concentration increases, The replacement operation and the amount of activated carbon used increases, leading to an increase in system operating costs.
따라서, 상기 문제를 해결하기 위해서는 윤활유(lube oil)를 공급하여 압축기 몸체에 대한 부식가스에 의한 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 왕복동 압축기의 단점인 맥동현상이 없는 로터리 베인(Rotary Vane) 압축기의 사용을 통해 이러한 문제를 해결할 수 있게 되는 것이다.Therefore, in order to solve the above problem, it is possible to prevent the occurrence of corrosion by the corrosive gas to the compressor body by supplying a lubricating oil (lube oil), a rotary vane compressor without the pulsation phenomenon which is a disadvantage of the reciprocating compressor This can be solved through the use of.
이때, 로터리 베인(Rotary Vane) 압축기에 공급되는 윤활유는 열교환기 형태의 후단 처리시설(10)에서 분리되어 처리가 된다. At this time, the lubricating oil supplied to the rotary vane compressor is separated and processed in the rear
여기서, 후단 처리시설(10)은 도 2에 도시된 바와 같다.Here, the rear
상기 후단 처리시설(10)은 바이오가스 압축 후 발생하는 압축열을 제거할 수 있는 냉각기와 온도 저감으로 응축된 응축물을 제거할 수 있는 응축물 분리조를 중간 배관 연결없이 일체형으로 제작하여 기액분리 효율을 증대시킬 수 있는 구조를 갖추고 있다.The rear
도 3은 도 2의 후단 처리시설(10)에 포함되는 응축물 제거장치 내부를 나타낸 것이다.3 shows the inside of the condensate removal apparatus included in the rear
즉, 상기 응축물은 윤활유 및 수분의 혼합물로 구성되어 있어 비중차이에 의해 윤활유가 수분과 분리되어 배출될 수 있도록 도 3과 같이 구성되어 있고, 레벨센서(LS)를 통해 솔레노이드 밸브(S: Solenoid Valve)를 통해 배출될 수 있도록 구성되어 있으며, 운전원이 매뉴얼 밸브를 통해 응축물이 배출될 수 있도록 구성하여 응축물 제거장치 내 응축물 누적으로 인한 문제점 발생을 최소화시킬 수 있도록 되어 있다.
That is, the condensate is composed of a mixture of lubricating oil and water, and is configured as shown in FIG. 3 so that the lubricating oil can be separated from the water by the specific gravity difference and discharged. The solenoid valve S is provided through the level sensor LS. It is configured to be discharged through the valve, and the operator is configured to discharge the condensate through the manual valve to minimize the problem caused by the accumulation of condensate in the condensate removal device.
2. 흡수공정(S2)2. Absorption process (S2)
상기 바이오가스 압축공정(S1)을 통해서 바이오가스가 압축 공급되게 되면 바이오가스 정제탑(2)에서 흡수공정(S2)이 이루어지게 된다.When the biogas is compressed and supplied through the biogas compression process S1, the absorption process S2 is performed in the
상기 흡수공정(S2)은 바이오가스 정제탑(2)에서 바이오가스 내 이산화탄소, 황화수소가 공정수(혹은 시상수, H2O)에 의해서 물리적으로 흡수시켜 고순도 바이오메탄을 생산하는 공정이다.The absorption step (S2) is a process for producing high-purity biomethane by physically absorbing carbon dioxide and hydrogen sulfide in the biogas by the process water (or time constant, H 2 O) in the biogas purification tower (2).
즉, 상기 바이오가스 정제탑(2)에서는 공정수를 사용하여 바이오가스 내 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)를 흡수하여 혐기성 바이오가스 내 메탄(CH4) 순도를 95% 이상 고순도로 생산하게 되는 것이다.In other words, the
예를 들어, 본 발명이 적용되는 고순도 바이오메탄 정제시설 내 바이오가스 정제탑(2)에서는 바이오가스 내 황화수소(H2S)를 최대 3500ppm 까지도 처리 가능하게 되고, 바이오가스 정제탑(2)에서 정제된 고순도 바이오메탄 내 황화수소(H2S) 농도는 10ppm 이하를 나타내게 된다.For example, in the
여기서, 상기 바이오가스 정제탑(2) 내에는 충진제가 충진되어 공정수와 바이오가스와의 접촉면적 및 접촉 시간을 확대하여 흡수 효율을 증대시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Here, the
통상 이산화탄소 흡수는 기본적으로 이산화탄소를 함유하는 가스가 액체 흡수용액에 접촉할 때 일어나기 때문에 흡수과정은 정제탑(혹은 흡수탑)에서 제공되는 기체-액체 접촉의 정도에 크게 좌우된다. 현재는 분리를 목적으로 개발된 많은 여러 가지 형태의 칼럼이 있다.Absorption is largely dependent on the degree of gas-liquid contact provided in the purification column (or absorption tower) because carbon dioxide absorption usually occurs when a gas containing carbon dioxide comes into contact with a liquid absorption solution. Currently there are many different types of columns developed for the purpose of separation.
즉, 상기 바이오가스 정제탑(2)에 충진되는 충진제는 가장 일반적으로 사용되는 임의의 충전물(Random Packing)이나 규칙 충전물(Structured Packing)을 사용하게 되는 것이다.That is, the filler filled in the
상기 바이오가스 정제탑(2)에 충진되는 충진제는 높은 탑고를 나타내어 기계적 강도 및 내마성에 우수한 제품을 선택하는 것이 바람직함으로, 충진제의 선택은 바이오가스 처리량 및 현장 여건에 맞게 구성하여 적용할 수 있도록 되어 있다.Filler filled in the biogas purification tower (2) exhibits a high top height, it is preferable to select a product excellent in mechanical strength and wear resistance, the selection of the filler can be configured and applied according to the biogas throughput and site conditions It is.
더욱이, 상기 충진제는 이산화탄소 흡수율과 밀접한 관계를 가지고 있어 바이오가스 처리량 및 현장 여건에 맞게 구성하여 적용하는 것이 바람직한 것이다. In addition, the filler has a close relationship with the carbon dioxide absorption rate, it is preferable to configure and apply according to the biogas throughput and site conditions.
한편, 워터스크러빙 공법은 공정수를 물로 하는 물리적인 흡수반응으로서 고압을 필요로 하지만, 무엇보다 중요한 공정인자는 대기온도 및 물의 온도이다.On the other hand, the water scrubbing method requires a high pressure as a physical absorption reaction of the process water to water, but the most important process factors are the air temperature and the water temperature.
특히, 후술하는 온도와 압력에 따라 바이오가스 중 이산화탄소의 흡수율이 크게 달라지는 것에서 알 수 있는 바와 같이 운전압력 및 운전온도를 적정하게 조절하는 것이 필요하다.In particular, it is necessary to appropriately adjust the operating pressure and the operating temperature as can be seen that the absorption rate of carbon dioxide in the biogas greatly varies depending on the temperature and pressure to be described later.
이때, 압력은 전술한 압축공정에서의 압축기(1)와 같은 시설을 통해 기계적으로 충분히 낮출 수 있고, 물의 온도는 별도의 냉각시스템을 통해 조절하는 것이 바람직하다. 이에 본 발명이 적용되는 워터스크러빙 공법을 이용한 고순도 바이오메탄 정제시설에는 공정수 냉각기(6)를 갖추고 있다.At this time, the pressure can be sufficiently lowered mechanically through the same facility as the compressor (1) in the aforementioned compression process, it is preferable to control the temperature of the water through a separate cooling system. Therefore, the high purity biomethane purification facility using the water scrubbing method to which the present invention is applied has a
즉, 우리나라는 사계절을 가지고 있어 동절기에는 필요로 하는 공정수의 온도를 유지하는데 양호한 성능을 보장할 수 있지만, 하절기에는 40℃에 가까운 온도를 보이기 때문에 공정수의 성능을 유지하는데 문제가 발생할 수 있는 관계로, 바이오가스 정제탑(2)의 온도 문제를 해결하기 위해서는 바이오가스 정제탑(2)을 단열 및 보온처리를 해야하고, 추가적인 냉각공정을 위해 냉각시스템을 갖추는 것이 바람직하다 할 수 있다.In other words, Korea has four seasons, so we can guarantee good performance in maintaining the temperature of the process water that is needed in the winter season, but since it shows a temperature close to 40 ℃ in the summer season, it may cause problems in maintaining the performance of the process water. In this regard, in order to solve the temperature problem of the
이와 같이 공정수의 온도를 조절할 수 있는 냉각 시스템과 연계되어 설계된 상기 바이오가스 정제탑(2, Scrubber)은 상부에 분배기가 배치되어 이 분배기를 통해서 공정수를 하부로 골고루 분배할 수 있도록 구성되어 있다.The biogas purification tower (2, Scrubber) designed in connection with the cooling system that can control the temperature of the process water is configured to distribute the process water evenly through the distributor having a distributor disposed at the top. .
여기서, 바이오가스 정제탑(2) 운전은 소요되는 동력비와 제작비를 고려하여 다음과 같은 운전 조건에서 조작이 되는 것이 바람직하다.Here, the operation of the
상기 바이오가스 정제탑(2)의 운전 압력은 6~9barg, 운전 온도(공정수 온도)는 5~8℃인 것이 바람직하며, 운전 온도는 공정수 냉각기(6)를 이용하여 공정수 온도를 조절하게 되고, 공정수 순환은 공정수 순환펌프(5)를 통해서 이루어지게 된다.It is preferable that the operating pressure of the
이때, 상기 공정수 냉각기(6)에 의해서 온도가 조절된 공정수는 공정수 순환펌프(5)를 통해 바이오가스 정제탑(2) 상부로 공급된다.In this case, the process water whose temperature is controlled by the
그리고, 상기 바이오가스 정제탑(2) 상부에는 분배기가 설치되어 분배기를 통해 바이오가스 정제탑(2) 하부로 골고루 분배가 이루어진다.In addition, a distributor is installed at the upper portion of the
상기 공정수에 의한 흡수공정(S2)을 통해서 이산화탄소(CO2)와 황화수소(H2S)가 용해가 된 공정수는 바이오가스 정제탑(2) 하부로 배출이 되고, 상기 바이오가스 정제탑(2)에서 정제된 바이오메탄은 바이오가스 정제탑(2) 상부에 설치되어 있는 데미스터를 통해 바이오메탄 내 수분을 제거 후 포화수분 상태로 생산이 되게 된다.Process water in which carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) are dissolved through the absorption process (S2) by the process water is discharged to the
이때, 상기 바이오가스 정제탑(2)에서 배출된 공정수는 바이오가스 회수공정(S3) 및 공정수 회수공정(S4)을 거쳐 회수되게 되고, 바이오가스 정제탑(2) 상부로 배출된 95%이상의 고순도 바이오메탄 내에 포화수분이 함유되어 있는 관계로 건조기(7)를 통해서 수분을 건조시키는 바이오메탄 건조공정(S5)을 수행하게 된다.At this time, the process water discharged from the
이와 같은 바이오가스 회수공정(S3), 공정수 회수공정(S4) 및 바이오메탄 건조공정(S5)에 대한 자세한 설명은 각각 후술하기로 한다.Detailed description of the biogas recovery step (S3), the process water recovery step (S4) and the biomethane drying step (S5) will be described later.
한편, 도 4는 바이오가스 정제탑(2)에서 이루어지는 흡수공정(S2)과 관련하여 물에 대한 이산화탄소(CO2) 용해도를 온도, 압력 변화의 상관관계로 나타낸 것이다.On the other hand, Figure 4 shows the solubility of carbon dioxide (CO 2 ) in water in relation to the absorption process (S2) made in the biogas purification tower (2) as a correlation between the temperature, pressure change.
물에 대한 기체의 용해도는 압력이 증가하고, 온도가 낮을수록 증가를 하며, 도 4에서 알 수 있듯이 낮은 압력 범위에는 온도변화에 따른 용해도의 차이가 크게 나타나지 않지만, 압력이 상승할수록 온도 변화에 따른 기체 용해도의 범위는 크게 차이를 나타내고 있어 대기 압력 조건 이상에서의 조건이 바이오가스 정제탑(2) 운전에 있어 효율적임을 알 수 있다.
The solubility of gas in water increases as the pressure increases, and as temperature decreases, as shown in FIG. 4, the difference in solubility according to temperature change does not appear much in the low pressure range, but as the pressure increases, The range of gas solubility shows a big difference, and it turns out that the conditions above atmospheric pressure conditions are efficient in the operation of the
3. 바이오가스 회수공정(S3)3. Biogas recovery process (S3)
상기 바이오가스 정제탑(2)에서 배출된 공정수는 바이오가수 회수공정(S3) 및 후술하는 공정수 회수공정(S4)을 통해서 회수되어 순환되게 된다.The process water discharged from the
여기서, 상기 바이오가스 회수공정(S3)은 바이오가스 회수탑(3)에 의한 바이오메탄의 회수율을 높이는 공정이다.Here, the biogas recovery step (S3) is a step of increasing the recovery rate of the biomethane by the biogas recovery tower (3).
즉, 상기 바이오가스 정제탑(2)에서 배출된 공정수는 공정수 회수탑(4)에 공급 전 바이오가스 회수탑(3)으로 공급된다.That is, the process water discharged from the
상기 바이오가스 회수탑(3)은, 일명, 플래쉬 탱크(Flash Tank)라 불리우는 것으로, 바이오가스 정제탑(2) 보다는 낮고 공정수 회수탑(4) 보다는 높은 중간 압력으로 운전이 된다.The biogas recovery tower 3, also called a flash tank, is operated at a lower pressure than the
상기 바이오가스 회수탑(3)에서의 공정은 공정수내 흡수된 메탄(CH4)을 감압을 통해 회수하여 메탄(CH4) 손실을 최소화할 수 있도록 구성되어 메탄 회수율을 97% 이상으로 향상시킬 수 있는 역할을 하게 된다.The bio-gas recovery container (3) of the process is recovered through the reduced pressure processing water absorbed methane (CH 4), methane (CH 4) is configured to minimize the loss to improve the methane recovery rate of more than 97% from It will play a role.
상기 바이오가스 회수탑(3)에서 회수된 가스(메탄)는 바이오가스 압축기(1) 입구로 공급되어 다시 압축된 후 바이오가스 정제탑(2)으로 보내지게 된다.
The gas (methane) recovered from the biogas recovery tower 3 is supplied to the inlet of the
4. 공정수 회수공정(S4)4. Process water recovery process (S4)
그리고, 상기 바이오가스 회수탑(3)에서 배출되는 공정수는 공정수 회수공정(S4)을 수행하기 위해서 공정수 회수탑(4)의 상부로 공급되게 된다.In addition, the process water discharged from the biogas recovery tower 3 is supplied to the upper portion of the process
즉, 공정수 회수공정(S4)은 공정수 회수탑(4)에 의한 공정수를 회수하는 공정이다. That is, the process water recovery process S4 is a process of recovering process water by the process
상기 공정수 회수탑(4)은 일명, 에어-스트립퍼(Air-Stripper)라 불리우는 것으로, 공정수를 재생하여 회수하는 역할을 하게 된다.The process water recovery tower (4), also known as an air-stripper, serves to recover and recover process water.
즉, 상기 공정수 회수탑(4)의 상부쪽으로 공급된 공정수가 상부에 설치된 분배기를 통해 공정수 회수탑(4)내로 골고루 분배되어 공정수 회수탑(4) 하부로 공급이 된다.That is, the process water supplied to the upper portion of the process
상기 공정수 회수탑(4)은 대기압에서 운전이 이루어지며, 공정수 회수탑(4)의 하부쪽에서 흡입되어 공급되는 공기(Air)와 상부에서 공급되는 공정수가 서로 교차되어 공정수내 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)가 탈기되게 되고, 탈기된 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S)는 공기 흐름을 통해 방출되며, 공정수 내 재생 공정이 진행되어 공정수가 회수되는 것이다.The process
이때, 상기 바이오가스 충전탑(2)에 충진제가 충진되는 것처럼 상기 공정수 회수탑(4)내에도 충전물이 충진되어 이 충진된 충전물은 공정수와 공기의 접촉 면적 증대를 통한 탈기 효율을 증대시키게 된다.At this time, as the filler is filled in the
이렇게 재생이 완료가 된 공정수는 공정수 회수탑(4)에서 배출되어 공정수 순환펌프(5)로 공급됨에 따라 연속적인 순환 공정이 이루어진다.
The process water, which has been regenerated in this way, is discharged from the process
5. 바이오메탄 건조공정(S5)5. Biomethane Drying Process (S5)
상기 바이오가스 정제탑(2)에서 정제된 바이오메탄은 바이오가스 정제탑(2) 상부에 설치되어 있는 데미스터(도시안됨)를 통해 바이오메탄 내 수분을 제거 후 포화수분 상태로 생산되게 되는바, 이때, 바이오가스 정제탑(2)의 운전 온도 5~8℃, 운전 압력 6~9barg 조건에서 포화수분 상태인 바이오메탄은 필터(Coalescer Filter)를 통해 바이오메탄 내 포화수분 중 90% 이상이 제거되게 된다.The biomethane purified from the
하지만, 바이오메탄 생산 기준인 수분 32㎎/㎥ 이하(표준기준 0℃, 1기압 하) 조건을 충족하기 위해서는 바이오메탄 건조공정(S5)이 추가되는 것이다.However, the biomethane drying step (S5) is added to meet the conditions of 32 mg / m3 or less (standard standard 0 ° C., 1 atm) of biomethane production standards.
즉, 통상 고순도 메탄가스에 포화되어 있는 수분을 제거하기 위하여 압력을 운전 변수로 한 압력순환공정(PSA: Pressure swing adsorption) 혹은 온도를 운전 변수로 한 온도순환공정(TSA: Temperature swing adsorption)으로 구분되는 가스분리기술이 적용된 건조기(7)를 통한 바이오메탄 건조공정(S5)을 진행하게 되는 것이다.That is, it is classified into a pressure swing adsorption (PSA) using pressure as an operating variable or a temperature swing adsorption (TSA) using temperature as an operating variable to remove water saturated in high purity methane gas. The biomethane drying process (S5) through the dryer (7) to which the gas separation technology is applied.
여기서, 본 발명에 적용되는 건조기(7)는 압력순환공정(PSA)가 적용된 건조기로써, 흡착제와 혼합가스로 이루어진 계내에서 계내의 압력순환에 의해서 생기는 흡착평형량의 차이를 이용하여 혼합가스 중 특성성분을 선택적으로 분리하는 가스분리기술을 적용하고 있는 건조장치이다.Here, the
특히, 본 발명이 적용되는 건조기(7) 내에는 수분 흡수율이 좋은 건조제(혹은 흡착제)인 활성 알루미나(Activated Alumina)와 제올라이트계열인 몰레큐라 시브(Molecular Sieve, 상품명)가 충전되어 있다.In particular, the
즉, 본 발명이 적용되는 보다 구체적인 바이오메탄 건조기 내 충진물 구조를 살펴보면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 건조기(7)의 상부부터 자갈층(11), 건조제인 활성 알루미나층(12, Activated Alumina), 다른 건조제인 몰레큐라 시브층(13, Molecular Sieve), 자갈층(11) 순으로 충전되어 있다.That is, when looking at the structure of the filler in a more specific biomethane dryer to which the present invention is applied, as shown in Figure 5, from the top of the dryer (7), the gravel layer (11), the active alumina layer (12, Activated Alumina) as a drying agent, The other desiccant is filled in the order of Molecular Sieve (13) and Gravel (11).
이때, 상기 건조기(7)내 충진물의 혼합비는 몰레큐라 시브(Molecular Sieve) 70~80wt%, 활성 알루미나(Activated Alumina) 20~30wt% 질량비로 구성하는 것이 바람직하다. At this time, the mixing ratio of the filler in the
그리고, 상기 충진물의 충전은 서로 혼합이 되지 않게 층을 이루게 하여 구성된다.In addition, the filling of the filling is configured to form a layer not to be mixed with each other.
여기서, 상기 자갈층(11)은 건조기(7)의 상부 및 하부에 각각 충진되어 건조기(7) 내 편류 현상 억제와 기류에 의한 건조제의 뒤섞임 현상 및 배관 내 누출 현상을 방지하는 역할을 하게 된다.Here, the
그리고, 상기 활성 알루미나(Activated Alumina)층(12)은 바이오가스 정제탑(2)을 통해 생산된 바이오메탄 내 잔여 오일 미스트 제거 및 1차 수분 제거를 수행하는 역할을 하게 되고, 상기 몰레큐라 시브(Molecular Sieve)층(13)은 2차 수분제거 및 이산화탄소의 흡착 제거를 통해서 연료화에 적합한 수분 함량을 가진 고순도 바이오메탄을 생산하는 역할을 하게 된다.In addition, the activated
여기서, 상기 제올라이트 계열인 몰레큐라 시브(Molecular Sieve)층(13)으로 제습하기 앞서서 활성 알루미나(Activated Alumina)층(12)으로 1차 제습을 수행하는 이유는, 상기 제올라이트는 흡착량은 높으나 수분의 영향이 큰 것이 단점이기 때문에 수분이 많이 존재할 경우 수분의 흡착에 따라 이산화탄소의 흡착량이 감소함은 물론 건조제의 재생성도 저하시키게 되므로, 수분의 영향을 최소화하면서 건조기(7) 내의 건조제(흡착제)의 재생성을 향상시키기 위함이다.Here, prior to dehumidification with the zeolite-based
이때, 상기 건조기(7)는 2개로 운영이 되며, 한 개 칼럼이 제습 운전 시 다른 칼럼은 운전을 위한 건조제의 재생 과정을 통해 운전 준비 단계에 있게 된다.At this time, the
이처럼, 건조기(7)를 통한 바이오메탄 건조공정(S5)은 건조제(혹은 흡착제)의 제습을 통해 이루어지는바, 제습 과정은 건조기(7)내 건조제(흡착제)를 통해 바이오메탄 내 제습이 진행되는 것이다.As such, the biomethane drying process S5 through the
상기 제습은 고순도 바이오메탄 생산 시설의 운전압력을 제어함에 따라 진행되어 제습 효율을 극대화할 수 있도록 구성되어 있다.The dehumidification is carried out by controlling the operating pressure of the high-purity biomethane production facility is configured to maximize the dehumidification efficiency.
특히, 본 발명에 따르면, 상기 건조기(7)를 거친 바이오메탄 내 이슬점(Dew Point)은 -80℃ 이하(수분 함량 0.6㎎/㎥, 표준기준 0℃, 1기압 하)를 나타내게 된다.In particular, according to the present invention, the dew point in the biomethane passed through the
그리고, 2개로 운영된 건조기(7)에서의 건조제 재생 과정은 건조기(7)를 통해 생산된 이슬점(Dew Point) -80℃ 이하를 가지는 바이오메탄 중 일부를 회수하여 바이오메탄 건조기(7)내 재생가스로 사용하게 된다. In addition, the desiccant regeneration process in the two-dried
이때, 재생 가스는 건조기에 공급 전 히터를 통해 120~200℃까지 가열되어 바이오메탄 건조기(7) 내 재생가스로 공급이 된다. At this time, the regeneration gas is heated to 120 ~ 200 ℃ through a heater before supply to the dryer is supplied as a regeneration gas in the biomethane dryer (7).
그리고, 상기 재생 과정은 고온 감압 운전 조건에서 진행이 되도록 구성함으로써, 건조기(7)내 충진된 건조제 표면에 흡착된 수분을 감압을 통해서 탈착을 원활히 할 수 있도록 구성되어 있다. In addition, the regeneration process is configured to proceed under high temperature and depressurization operation conditions, and is configured to facilitate desorption of moisture adsorbed on the desiccant surface filled in the
물론, 바이오메탄 건조기(7) 운전 및 재생 시간은 6~12시간이 일반적이며, 운전자 및 현장여건에 따라 결정되게 된다.Of course, the operation and regeneration time of the
이렇게 건조기(7)를 통해 생산된 바이오메탄은 후단 정제 바이오메탄 완충탱크(8)에 저장이 된다.The biomethane produced through the
상기 완충탱크(8)를 구비하는 목적은 바이오가스 차량 연료화 및 도시가스 혼합연료 사용에 필요한 완충탱크(8)의 역할을 수행하기 위함이다.The purpose of having the buffer tank (8) is to perform the role of the buffer tank (8) required for fueling the biogas vehicle and the use of city gas mixed fuel.
특히, 상기 완충탱크(8) 하단에는 활성탄(9)을 추가 설치하는 것이 바람직하다.In particular, it is preferable to further install activated carbon 9 at the lower end of the buffer tank (8).
상기 완충탱크(8) 하단에 설치된 활성탄(9)은 바이오메탄 내 잔존하는 황화수소(1ppm 이하) 및 기타 불순물을 제거하는 기능을 수행함으로써, 보다 안정적인 고순도 바이오메탄을 생산할 수 있도록 하기 위함이다.The activated carbon 9 installed at the bottom of the
특히, 상기 활성탄(9)을 건조기(7)의 건조제와 분리 배치함으로써, 건조기 운영 중 이상 상황 발생으로 인하여 바이오메탄 건조기(7) 내 건조제(Desiccant) 오염 시 이에 대한 교체 작업을 원활히 할 수 있도록 구성하고 있는 것이다.In particular, by arranging the activated carbon (9) separately from the desiccant of the dryer (7), when the desiccant contamination in the biomethane dryer (7) due to the occurrence of abnormal conditions during operation of the dryer is configured to facilitate the replacement operation thereof I'm doing it.
또한, 상기 활성탄(9)은 소수성의 특성이 있어서 낮은 상대압(게이지압)에서 수분의 흡착량이 적어 수분의 영향을 받지 않는다는 장점이 있으나, 건조기(7) 내에 포함될 경우에는 재생 과정을 통해서 재생되지 못한다는 단점을 가지고 있는 관계로, 별도 분리하여 완충탱크(8) 하단에서 황화수소 및 기타 불순물을 최대한 제거하는 역할을 하도록 배치하고 있으며, 활성탄(9) 자체의 오염 시 이에 대한 교체 작업을 원활히 할 수 있도록 하고 있는 것이다.In addition, the activated carbon 9 has a hydrophobic property, so that the adsorption amount of moisture is low at low relative pressure (gauge pressure), and thus it is not affected by moisture. As it has a disadvantage of not being able to be separated, it is separated and arranged to remove hydrogen sulfide and other impurities from the bottom of the buffer tank (8) as much as possible, and when the activated carbon 9 is contaminated, it can be smoothly replaced. I'm doing it.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 특허청구범위 내에 있게 된다.Although the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, it is usually in the field to which the present invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such modifications that fall within the scope of the appended claims.
1 : 압축기 2 : 바이오가스 정제탑
3 : 바이오가스 회수탑 4 : 공정수 회수탑
5 : 공정수 순환펌프 6 : 공정수 냉각기
7 : 건조기 8 : 완충탱크
9 : 활성탄 10 : 후단 처리시설
11 : 자갈 12 : 활성 알루미나
13 : 몰레큐라 시브 S : 솔레노이드 밸브
LS : 레벨센서 S1 : 바이오가스 압축공정
S2 : 흡수공정 S3 : 바이오가스 회수공정
S4 : 공정수 회수공정 S5 : 바이오메탄 건조공정1: compressor 2: biogas purification tower
3: biogas recovery tower 4: process water recovery tower
5: process water circulation pump 6: process water cooler
7: dryer 8: buffer tank
9: activated carbon 10: back end treatment facility
11: gravel 12: activated alumina
13: Molecular Sheave S: Solenoid Valve
LS: Level Sensor S1: Biogas Compression Process
S2: Absorption Process S3: Biogas Recovery Process
S4: process water recovery process S5: biomethane drying process
Claims (2)
상기 건조기(7)는 2개로 구성되어 운영되고, 상기 건조기(7) 내부의 충진물은 상부부터 자갈층(11), 건조제인 활성 알루미나층(12, Activated Alumina), 다른 건조제인 몰레큐라 시브층(13, Molecular Sieve), 자갈층(11) 순으로 충전되며, 상기 건조기(7)내 충진물 중 몰레큐라 시브(Molecular Sieve)층(13)과 활성 알루미나(Activated Alumina)층(12)의 혼합비는 몰레큐라 시브(Molecular Sieve) 70~80wt%, 활성 알루미나(Activated Alumina) 20~30wt% 질량비로 구성된 것을 특징으로 하는 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거 공정을 수행하는 장치.Compressor (1) to perform the biogas compression process (S1) for separating and collecting the anaerobic biogas generated from the organic waste and compressed to high pressure, and receives the biogas compressed at high pressure through the compressor (1) Biogas purification tower (2) for absorbing carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S) in the biogas as a process water through S2) to produce high purity biomethane (CH 4 ), and the biogas purification tower ( 2) A biogas recovery tower (3) for recovering biomethane contained in process water through a biogas recovery process (S3) by receiving process water absorbed from carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) emitted from 2 ). And cross-process water supplied through the biogas recovery tower 3 and air supplied separately to degas carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen sulfide (H 2 S) in the process water through the process water recovery process (S4). A process water recovery tower 4 for regenerating water, Dryer 7 for performing a biomethane drying step (S5) to remove moisture and impurities from the biomethane containing saturated water discharged to the upper portion produced in the biogas purification tower (2), and the biogas purification In the high-purity biomethane purification facility having a process water cooler (6) capable of cooling the process water supplied to the tower (2) and a process water circulation pump (5) for circulating and supplying the process water,
The dryer 7 is composed of two, and the filler inside the dryer (7) from the top of the gravel layer 11, the active alumina layer (12, Activated Alumina) as a drying agent, the Molecular Sheave layer (13) as another drying agent , Molecular Sieve, and gravel layer 11 are filled in this order, and the mixing ratio of the Molecular Sieve layer 13 and the activated alumina layer 12 among the fillers in the dryer 7 is Molecular Sieve. (Molecular Sieve) A device for performing the drying and impurity removal process of biomethane in a high-purity biomethane refining plant, characterized in that consisting of 70 ~ 80wt%, 20-30wt% mass ratio of activated alumina (Activated Alumina).
상기 건조기(7)를 거쳐 수분 및 불순물이 제거된 고순도 바이오메탄을 저장하기 위한 완충탱크(8)가 더 구비되고, 상기 완충탱크(8)의 하단에는 고순도 바이오메탄에 포함된 황화수소(H2S)를 1ppm 이하로 제거하고 기타 불순물을 제거하기 위한 활성탄(9)이 구비된 것을 특징으로 하는 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거 공정을 수행하는 장치.The method of claim 1,
A buffer tank 8 for storing high purity biomethane from which moisture and impurities are removed through the dryer 7 is further provided, and at the bottom of the buffer tank 8, hydrogen sulfide (H 2 S) contained in the high purity biomethane. ) Is a device for performing the drying and impurity removal process of biomethane in a high-purity biomethane refining facility, characterized in that the activated carbon (9) for removing less than 1ppm and other impurities.
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