KR101598818B1 - Psa 및 멤브레인을 이용한 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PSA 및 멤브레인을 이용한 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오가스를 연료로 활용하기 위한 것으로, 병렬구성으로 이루어진 복수개의 메탄 정제부를 통해, 유입되는 바이오가스의 유량에 맞춰 동시구동 및 개별구동되면서 정제효율이 일정하게 유지될 수 있도록 하고, 이때 발생되는 1차 배기가스의 경우 회수 후 이산화탄소를 기액분리하여 액체 이산화탄소를 저장사용할 수 있도록 함과 동시에, 이산화탄소 정제(기액분리)시 발생되는 2차 배가스는 복수개의 메탄 정제부로 유입시켜 재순환시켜 사용할 수 있도록 함으로서, 에너지 손실 방지 및 온실가스 방출 억제를 동시에 달성할 수 있는 PSA 및 멤브레인을 이용한 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치에 관한 것이다.

Description

PSA 및 멤브레인을 이용한 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치{PARALLEL TYPE GAS PURIFICATION APPARATUS FOR PRODUCTION OF METHANE AND LIQUID CARBON DIOXIDE USING PRESSURE SWING ADSORPTION AND MEMBRANE SEPARATION}
본 발명은 상이한 처리용량을 가지는 병렬 구성된 복수개의 가스정제부를 통해, 바이오가스에서 메탄을 정제하여 연료로 활용하되, 발생되는 배가스를 회수하여 이산화탄소를 산업용으로 활용할 수 있도록 함으로써, 에너지손실 방지 및 온실가스 방출을 억제 할 수 있도록 한 정제장치에 관한 것이다.
바이오가스는 슬러지류 및 음식물쓰레기, 가축분뇨 등의 유기성 폐자원이 미생물에 의해 분해하면서 생성되는 메탄과 이산화탄소 등을 포함하는 혼합가스를 일컫고, 이러한 바이오가스 중에서 이산화탄소 및 기타 다른 가스가 제거된 고순도 메탄을 바이오메탄이라고 하는데, 최근에는 천연가스와 같이 청정연료로 사용될 수 있어 에너지원으로 각광받고 있다.
이에, 최근에는 바이오가스 중의 대부분을 차지하고 있는 이산화탄소/메탄 혼합가스를 분리하는 공정을 적용하여, 발전, 보일러, 공장 및 자동차 연료 또는 도시가스주입 등으로 사용할 수 있도록 하고 있다.
상기 바이오가스 중에서 메탄은 가연성 물질로 도시가스나 차량 연료 등의 에너지원으로 사용이 가능하다. 따라서, 상기 바이오가스 중에 포함된 메탄 이외의 불순물을 제거하기 위한 바이오가스의 정제기술에 대한 관심이 증가되고 있는 실정인데, 상기 바이오가스의 정제기술은, 상기 바이오가스에 함유된 황화수소(H2S), 실록산, 수분, 미세입자등 불순물을 제거하고, 메탄 함량이 높은 고품질의 연료로 전환하여 차량 연료 및 도시가스주입 등으로 활용하는 기술이다.
그러나, 종래의 바이오가스 정제장치는 원료가스의 처리용량이 일정하게 설계되므로 계절별 온도변화에 따른 가스 공급량 변화 또는 플랜트 운전환경 변화에 따른 생산량의 적절한 조절이 용이하지 않다. 따라서, 원료가스가 일정 처리용량 기준에 미달되어 공급되는 경우에는 최종 생산물 품질저하와 주요기기들의 과잉 운전에 따른 에너지 손실 및 수명 단축 등의 문제가 초래되고 있는 실정이다.
더불어, 이러한 바이오가스메탄 정제공정으로부터 대기중으로 배출되는 가스의 주성분이 지구온난화의 주요 원인인 이산화탄소가 되어, 바이오가스에 의한 친환경적인 에너지 활용이라는 본래의 취지가 퇴색되고 세계적으로 강화되는 환경규제에 탄소배출권 확보 등 적절한 대응을 하지 못하게 된다.
현재까지 알려진 바이오가스 중의 이산화탄소 정제기술로는 흡착법(pressure swing adsorption), 흡수법(water scrubbing, methanol scrubbing, polyethylene glycol scrubbing 등), 막분리법(membrane separation), 초저온 액화기술, 가스하이드레이트 기술 등이 있다.
흡착법은 흡착제와 혼합가스의 압력순환에 의해서 생기는 흡착 평형량의 차이를 이용하여 혼합가스 중 특정 성분을 선택적으로 분리하는 기술로 주로 고압에서 이산화탄소를 흡착하고 메탄을 정제하며 저압에서 흡착성분을 탈착하는 방식이다.
흡수법으로는 주로 water scrubbing process가 적용되는데, 이 공정은 흡수액의 종류, 기액 접촉면적, 가스와 물의 온도에 따라 성능이 좌우된다. 그렇지만 정제된 메탄가스에 다량의 수분이 포화되어 이를 제거하기 위한 후처리 공정의 추가 또는 용량이 증가되는 문제점을 안고 있다.
막분리법은 분리막을 이용한 정제기술로서 플랜트 공정이 간단해진다. 흡착법, 흡수법 같은 경우 전처리 과정이 복잡하거나 폐수처리 등 다양한 공정이 필요한데 비해 분리막을 이용한 방법(막 분리법)은 설비를 기존 플랜트의 1/3 크기로 소형화할 수 있어 초기투자비용이 저렴하다. 이산화탄소의 분자 크기는 0.330nm이며 메탄가스의 분자 크기는 0.380nm인데, 이 크기와 투과속도 차이를 이용해 메탄과 이산화탄소를 분리하는 것이며, 상변화를 동반하지 않아 에너지 소모가 적고, 설치면적이 작아 유지 보수가 용이하다는 장점이 있어 근래에 기체분리 및 정제기술로 주목받고 있다.
이에, 바이오가스에서 메탄을 정제분리함과 동시에, 이러한 공정에서 발생되어 대기중으로 배출되는 이산화탄소 또한 회수하여 사용할 수 있도록 하는 효율적인 장치의 개발이 대두되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 10-2014-0014905호(2014.02.06.공개) 대한민국 공개특허 10-2015-0027967호(2015.03.13.공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 음식물 및 가축분뇨 등의 폐기물을 소화하여 발생한 바이오가스를 연료로 활용할 수 있도록 고품질로 정제하는 장치를 구성하되, 유입되는 바이오가스 유입용량에 대응하여, 복수개의 메탄 정제부가 개별적 또는 동시에 작동시킴으로서, 부하변동에 대한 원활한 유량 제어가 가능토록 하여 효율적인 정제성능을 유지할 수 있도록 하고, 정제과정에서 대기로 방출되는 가스 중, 지구 온난화의 주요 원인인 이산화탄소 또한 회수/저장하여 산업용으로 사용할 수 있도록 하고 나머지 분리된 가스는 다시 전처리부로 되돌려 보내는 사이클을 형성하여 에너지 손실 방지 및 온실가스 방출 억제를 동시에 달성할 수 있는 PSA 및 멤브레인을 이용한 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 음식물 및 가축분뇨의 폐기물 소화 시 발생되는 바이오가스가 유입되며, 사전에 상호간 상이한 처리용량으로 PSA(pressure swing adsorption) 및 멤브레인(membrane separation)이 병렬설치되어, 유입되는 바이오가스의 유량변동에 대응하여, 상호간 동시작동 또는 개별작동의 작동여부가 결정되어 사용됨으로써, 바이오가스의 유입량에 따라 바이오 메탄을 효율적으로 정제하여 사용할 수 있도록 하는 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이,본 발명은 상호간 처리용량이 상이한 복수개의 메탄 정제부를 병렬로 구성하여, 유입되는 바이오가스의 유량에 대응하여 구동시킴으로써, 유량이 변하여도 정제성능은 변화되지 않고 일정한 효율을 유지할 수 있도록 한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 복수개의 메탄 정제부를 통해, 바이오가스에서 고품질의 메탄을 정제하여 사용할 수 있도록 하되, 정제공정에서 배출되는 배가스 중 이산화탄소를 분리, 회수하여 사용할 수 있도록 함으로써, 온실가스 방출을 억제하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플랜트 운전조건 변화 등, 유량 변동에도 안정적인 생산품 품질 유지가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 생산품 사용목적 변화에 따른 유동적인 생산품 품질 조정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 대부분의 CH4를 회수하며, 온실가스인 CO2 방출 최소화를 달성하게 되므로, 무배출(Near-zero emission) 에너지 생산시스템이 가능하며, 이는 Trade-off 관계인 순도와 회수율 향상 동시 달성 또한 가능해지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사용목적에 따른 다양한 품질의 생산품을 생산하기 위해서는 각각의 플랜트 건설이 필요하나, 이에 따른 CAPEX & OPEX 비용 증가 수반을 최소화하기 위해, 하나의 다목적 플랜트 건설로 저비용, 고효율 에너지 생산체계를 달성하여, CAPEX & OPEX를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 단순한 단위공정의 통합으로는 기대하기 어려운 효용성을 극대화 하기 위해서, 설비의 통합보다 한 단계 상위 개념인 시스템 통합공정설계/제어를 완료가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치를 나타낸 일실시예의 계통도.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면, 음식물 및 가축분뇨의 폐기물 소화 시 발생되는 바이오가스가 유입되며, 사전에 상호간 상이한 처리용량으로 PSA(pressure swing adsorption) 및 멤브레인(membrane separation)이 병렬설치되어, 유입되는 바이오가스의 유입유량변동에 대응하여, 상호간 동시작동 및 개별작동의 작동여부가 결정되어 사용됨으로써, 바이오가스의 유입량에 따라 바이오 메탄을 효율적으로 정제하여 사용할 수 있도록 하는 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30); 상기 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)의 PSA 및 멤브레인 각각에서 배출되는 1차 배가스를 회수하여, 액화 및 기액분리를 통해 액체 이산화탄소를 저장 및 생산하는 액체 이산화탄소 분리부(50);를 포함하여 이루어지며, 액체 이산화탄소를 기액분리로 1차 배기가스에서 분리정제하되, 기액정제부(55)의 기액분리시 배출되는 2차 배기가스는 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)로 회수되어, 최초 유입되는 바이오가스와 함께 재유입되어, 외부로 배출되지 않고 재사용되도록 하는 것을 특징으로 한다.
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이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치를 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 PSA 및 멤브레인을 이용한 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치는 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30), 액체 이산화탄소 분리부(50)를 포함한다.
우선, 발명에서는 음식물 및 가축분뇨 등의 폐기물을 소화하여 발생하는 바이오가스를 연료로 활용하기 위한 것으로서, 최초 공급되는 바이오가스는 상호간 병렬구조를 이루는 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)를 거치면서, 메탄이 정제되도록 하고, 이를 저장하여 차량연료 또는 도시가스 주입등의 사용처에 사용될 수 있도록 한다.
연료로 활용될 바이오가스는 혐기성 소화조(10)에 저장이 되고, 이는 블로워 등의 가스 송풍부(11)를 통해 제 1전처리부(12)로 이송하게 되어, 제 1전처리부(12)에 구성되어 있는 냉각기를 통해 냉각된 후, 탈황탑을 통과하여 바이오가스 내 함유되어 있는 황성분이 제거되어진다.
상기 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)는 전술된 제 1전처리부(12)를 거친 바이오가스가 유입되어 메탄이 정제되도록 하는 것으로, 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30) 모두, 유입되는 바이오가스가 압축부(ex: 압축기)(21, 31), 제 2 또는 제 3전처리부(냉각기(압축기로 인해 상승된 바이오가스의 온도를 낮추기 위한), 불순물 제거기(내부 불순물 제거), 건조기(냉각기의 응축으로 발생된 수분제거), 실록산 제거탑)(22, 32)를 순차적으로 거치되도록 하되, 본 발명에서는 PSA(pressure swing adsorption,(PSA), 흡착 정제부)(23)과 멤브레인(membrane separation, 분리막 정제부)(33)을 각각 사용하여 메탄이 정제분리될 수 있도록 한다.(이러한 PSA 및 멤브레인 공법은 공지된 기술로서 상세한 설명은 생략한다.)
이후, 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)를 통해 정제된 메탄은 제 1저장부(ex: 저장탱크, 40)에 저장되어 차량연료 또는 도시가스 배관망으로 주입시켜 사용한다.
이때, 메탄 정제에 사용되는 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)의 경우, 각각의 처리용량은 상호간 상이하게 사전설정되어 있도록 하여, 최초 유입되는 바이오가스의 유입용량에 따라, 그에 대응하여 각각 개별구동 또는 동시구동 등이 될 수 있도록 함으로써, 기존에 한가지 정제방식만을 사용하여 정제시 유량(유량변동, 계절별 온도차에 의해 바이오가스의 생산량이 겨울철에는 260에서 여름철에는 350Nm3/hr로 약 30%이상 차이가 남)에 따라 정제성능이 변동되는 문제가 발생되지 않도록 한 것이다.
상기의 개별구동 또는 동시구동을 설명하면, 예를들어 PSA의 처리유량을 200N㎥/hr ~ 250N㎥/hr, 멤브레인의 처리유량을 PSA보다 작은 50N㎥/hr ~ 150N㎥/hr이라 가정할 경우,
최초 공급되어져 공급되는 바이오 가스의 메인유량이 PSA와 멤브레인 중, 처리유량이 작은 PSA의 최초 처리유량인 50N㎥/hr보다 작은 경우(FLOW RATE < 50N㎥/hr), PSA와 멤브레인 모두 구동하지 않고 OFF시키고, 이러한 바이오 가스를 소화조로 바이패스(Bypass)시킬 수 있고,
처리대상이 되는 바이오가스의 메인유량이, PSA와 멤브레인 중 처리유량이 작은 멤브레인의 유량범위(처리유량범위)에 해당되는 경우(50N㎥/hr < FLOW RATE < 150N㎥/hr), 멤브레인만을 구동시키고, PSA는 OFF시켜 바이오 메탄을 정제 생산하고,
처리대상이 되는 바이오가스의 메인유량이, PSA와 멤브레인 중 처리유량이 작은 멤브레인의 유량범위(처리유량범위)의 최대값보다는 크지만, PSA의 최저처리유량에는 미치지 못하는 경우(150㎥/hr ≤ FLOW RATE ≤ 200N㎥/hr), 멤브레인만을 구동시키고, PSA는 OFF시켜 바이오 메탄을 정제하되, 처리하지 못하고 남는 미량의 바이오 가스는 소화조로 바이패스 시킬 수 있고,
처리대상이 되는 바이오 가스의 메인유량이, PSA와 멤브레인 중 처리유량이 상대적으로 더 큰 PSA의 유량범위(처리유량범위)에 해당되는 경우(200N㎥/hr ≤ FLOW RATE < 300N㎥/hr), PSA만을 구동시키고, 멤브레인는 OFF시켜 바이오 메탄을 정제 생산하고,
처리대상이 되는 바이오 가스의 메인유량이, PSA와 멤브레인 2개의 정제장치를 모두 구동했을시 처리할 수 있는 처리유량범위에 해당되는 경우로, PSA와 멤브레인을 동시에 구동시켜 바이오 메탄을 정제 생산하면 되고,
처리대상이 되는 바이오 가스의 메인유량이 PSA와 멤브레인 두개의 정제장치 처리유량 이상이 되는 경우, PSA와 멤브레인은 동시에 작동되며, 처리되지 못하는 나머지 바이오 가스는 소화조로 바이패스시키면 되는 것이다.
상기 액체 이산화탄소 분리부(50)는 전술된 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)를 통해 메탄이 정제된 후 외부로 방출되는 1차 배기가스가 회수되는 부분이다.
즉, 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30) 중 흡착 정제부(PSA, 23)에서 발생되는 1차 배기가스와, 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30) 중 나머지 분리막 정제부(Membrane, 33)에서 발생되는 1차 배기가스 각각을 액화시키고 기액분리하여 액체 이산화탄소가 생산될 수 있도록 하는 것이다.
이를 자세히 살펴보면,
제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)를 통해 배출된 1차 배기가스(A)는 냉각기 및 미세입자 제거를 위한 불순물 제거기가 설치된 제 4전처리부(51)를 거친 후, 압축부(ex: 압축기, 52)를 통해 압축되어 온도가 상승되며, 냉각기, 불순물 제거기, 건조기, 탈황탑으로 이루어진 제 5전처리부(53)를 거치게 된다.
이후, 1차 배기가스는 액화부(ex: 응축기, 54)로 유입되어 열교환을 통해 1차 액화가 되고, 기액 정제부(55)(기액분리기 및 스트리핑 컬럼(액화 1차 배출가스를 이산화탄소 액화온도이자 사전설정 저장온도(ex: -15℃)로 승온시켜, 이산화탄소 이외의 가스를 액체상태에서 기체상태로 변화시킴))를 거치면서 액체 이산화탄소와 기체 배가스로 기액분리시키고, 이 중 액체 이산화탄소 는 서브쿨러(액체 이산화탄소를 저장하기 위한 사전설정온도로 냉각 조절함) 등이 사용되는 재냉각부(56)를 거치면서 2차 액화된 후, 제 2저장부(저장탱크, 57)에 저장되어 용접 또는 농업용 등 다양한 분야에 사용이 되어진다.
더불어, 본 발명에서는 전술된 액체 이산화탄소 분리부(50)에서 발생되는(더욱 자세히는, 기액 정제부(55)에서 분리된) 2차 배기가스(정제된 배기가스, B)는, 그대로 외부배출하지 않고, 혐기성 소화조(10)와 가스 송풍부(11) 사이에 재순환 유입시켜, 바이오가스가 최초 유입시 이러한 2차 배가스(B)가 함께 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)에 유입되며 재사용될 수 있도록 하여, 바이오가스에서 고품질의 메탄을 정제하여 사용할 수 있도록 하되, 정제공정에서 배출되는 배가스 중 이산화탄소를 분리, 회수하여 사용할 수 있도록 함으로써, 온실가스 방출을 억제하는 효과가 있도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 혐기성 소화조 11: 가스 송풍부
12: 제 1전처리부 21, 31, 52: 압축부
22: 제 2전처리부 23: 흡착 정제부
32: 제 3전처리부 33: 분리막 정제부
40: 제 1저장부 50: 액체 이산화탄소 분리부
51: 제 4전처리부 53: 제 5전처리부
54: 액화부 55: 기액 정제부
56: 재냉각부 57: 제 2저장부
A: 1차 배기가스 B: 2차 배기가스

Claims (3)

  1. 음식물 및 가축분뇨의 폐기물 소화 시 발생되는 바이오가스가 유입되며,
    사전에 상호간 상이한 처리용량으로 PSA(pressure swing adsorption) 및 멤브레인(membrane separation)이 병렬설치되어, 유입되는 바이오가스의 유입유량변동에 대응하여, 상호간 동시작동 및 개별작동의 작동여부가 결정되어 사용됨으로써, 바이오가스의 유입량에 따라 바이오 메탄을 효율적으로 정제하여 사용할 수 있도록 하는 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30);
    상기 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)의 PSA 및 멤브레인 각각에서 배출되는 1차 배가스를 회수하여, 액화 및 기액분리를 통해 액체 이산화탄소를 저장 및 생산하는 액체 이산화탄소 분리부(50);를 포함하여 이루어지며,
    액체 이산화탄소를 기액분리로 1차 배기가스에서 분리정제하되, 기액정제부(55)의 기액분리시 배출되는 2차 배기가스는 제 1, 2 메탄 정제부(20, 30)로 회수되어, 최초 유입되는 바이오가스와 함께 재유입되어, 외부로 배출되지 않고 재사용되도록 하는 것을 특징으로 하는 PSA 및 멤브레인을 이용한 바이오 메탄 및 액체 이산화탄소 생산용 병렬식 가스 정제장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101203986B1 (ko) * 2012-03-29 2012-11-22 한라산업개발 주식회사 바이오가스의 정제가스에 포함된 이산화탄소 액화 회수 시스템 및 그 방법
KR101327338B1 (ko) * 2013-05-24 2013-11-11 주식회사 삼천리이에스 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 시스템 및 그 방법
KR20140014905A (ko) 2012-07-27 2014-02-06 (주)에어레인 바이오가스 정제공정의 이산화탄소/메탄 분리용 중공사 복합막, 이를 포함하는 막모듈 및 그 제조방법
KR20150027967A (ko) 2013-09-05 2015-03-13 한국산업기술시험원 바이오가스의 이산화탄소 회수장치
JP2015067504A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 大陽日酸株式会社 二酸化炭素製造方法、二酸化炭素製造装置、及び二酸化炭素製造システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101203986B1 (ko) * 2012-03-29 2012-11-22 한라산업개발 주식회사 바이오가스의 정제가스에 포함된 이산화탄소 액화 회수 시스템 및 그 방법
KR20140014905A (ko) 2012-07-27 2014-02-06 (주)에어레인 바이오가스 정제공정의 이산화탄소/메탄 분리용 중공사 복합막, 이를 포함하는 막모듈 및 그 제조방법
KR101327338B1 (ko) * 2013-05-24 2013-11-11 주식회사 삼천리이에스 바이오메탄 생산 및 이산화탄소 회수를 위한 시스템 및 그 방법
KR20150027967A (ko) 2013-09-05 2015-03-13 한국산업기술시험원 바이오가스의 이산화탄소 회수장치
JP2015067504A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 大陽日酸株式会社 二酸化炭素製造方法、二酸化炭素製造装置、及び二酸化炭素製造システム

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