KR101874195B1 - 바이오가스로부터 실록산을 제거하는 장치 - Google Patents

바이오가스로부터 실록산을 제거하는 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101874195B1
KR101874195B1 KR1020160149838A KR20160149838A KR101874195B1 KR 101874195 B1 KR101874195 B1 KR 101874195B1 KR 1020160149838 A KR1020160149838 A KR 1020160149838A KR 20160149838 A KR20160149838 A KR 20160149838A KR 101874195 B1 KR101874195 B1 KR 101874195B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
siloxane
tank
gas
water removal
main body
Prior art date
Application number
KR1020160149838A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180052480A (ko
Inventor
정종수
정현덕
이영행
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020160149838A priority Critical patent/KR101874195B1/ko
Publication of KR20180052480A publication Critical patent/KR20180052480A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101874195B1 publication Critical patent/KR101874195B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/005—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/20—Sludge processing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

본 발명은 혐기성소화공정에서 발생하는 바이오가스에 포함된 수분을 제거하고, 바이오가스 내에 존재하는 불순물인 실록산 화합물을 제거하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정형상의 크기를 갖는 수분 제거조 본체부, 수분 제거조 본체부 일측의 수분 제거조 가스 유입구, 수분 제거조 본체부 타측의 수분 제거조 가스 유출구 및 수분 제거조 본체부 바닥부의 물 배출구를 포함하여 가스에 포함된 수분을 제거하는 수분 제거조 및, 소정형상의 크기를 갖는 실록산 제거조 본체부, 실록산 제거조 본체부 일측의 실록산 제거조 가스 유입구, 실록산 제거조 본체부 타측의 실록산 제거조 가스 유출구 및 실록산 제거조 본체부에 구비되는 실록산 흡착제를 포함하는 실록산 제거조를 포함하는 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치에 관한 것이다.

Description

바이오가스로부터 실록산을 제거하는 장치 {Instrument for removing Siloxane from BIOGAS}
본 발명은 바이오가스에 포함된 실록산을 제거하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혐기성소화공정에서 발생하는 바이오가스에 포함된 수분을 제거하고, 아울러 바이오가스 내에 존재하는 불순물인 실록산 화합물을 제거하는 장치에 관한 것이다.
바이오가스는 볏집, 옥수수, 사탕수수 또는 폐목재 등과 같은 바이오매스 (Biomass)를 이용하거나 음식물 쓰레기, 가축분뇨 또는 하수슬러지와 같은 유기성 폐기물을 이용하여 미생물을 통한 혐기소화 공정을 통하거나 열화학적 공정을 통하여 얻어지는 대표적인 신재생 연료로서 메탄이 주성분인 가스를 말한다.
화석연료를 대체하고자 하는 신재생 에너지원으로서 그 이용이 늘어나고 있는 바이오가스는 예를 들어 차량의 연료로 사용하는 경우, 휘발유 차량에 비해 이산화탄소 배출이 약 80% 가량 적고, 미세먼지의 배출과 질소화합물 그리고 매연 배출도 현저히 낮다. 또한 바이오가스는 구성 성분이 유사한 천연가스와 비슷한 정도의 이산화탄소를 배출하기는 하지만 전체 이산화탄소 발생과정과 소멸과정이 자연계 내에서 순환적이면서 탄소배출이 중립적이기 때문에 비가역적으로 대기 중에 이산화탄소를 배출하는 어떠한 화석연료에 비해서도 총 이산화탄소 배출을 크게 줄이는 것이라 할 수 있다. 따라서 온실가스에 의한 지구온난화 문제를 대응하려는 유엔기후변화협약에 따라 제정된 파리협정으로 인하여 이산화탄소 배출량을 급격하게 줄여야 하는 우리나라를 비롯한 여러 선진국에서 많은 관심을 기울여 개발이 이루어지고 있다.
바이오가스의 생산과 이용은 추가적인 노력이 필요 없이 단지 식량자원의 생산과 함께 자연스럽게 발생하는 유기성 폐기물을 활용할 수 있고, 자국 내에서 발생하여 토지나 해양에 투기함으로써 환경 문제를 발생시키는 폐자원으로부터 에너지원을 얻는 친환경 프로세스라는 점과 기존 천연가스와 물성이 유사해 이미 대규모로 투자되어 있던 발전소 등과 같은 천연가스 인프라를 큰 변경 없이 활용할 수 있다는 점에서 큰 장점이 있다.
하지만 바이오가스 중에 포함된 실록산(siloxane) 등의 불순물은 가스터빈 발전 시 엔진 마모 등의 문제를 야기할 수 있기 때문에 이를 효과적으로 제거하는 기술이 개발되어야만 발전용 또는 수송용 연료로 활용할 수 있다는 문제점도 있다.
이러한 바이오가스 중 실록산을 제거하는 방법으로는 예를 들어 대한민국 등록특허 10-0964633호에 개시되어 있는 탄소계 활성탄 흡착제와 같이 일반적으로 첨착 활성탄에 의한 흡착방식의 기술이 개발되어 왔지만, 연간 사용될 흡착제를 보유하는 방식의 흡착탑 처리시설의 규모가 지나치게 커지고, 흡착제의 교체 등에 소요되는 유지보수비용이 바이오가스의 경제성에 크게 영향을 준다.
또한 탄소계 활성탄 흡착제의 제반 문제를 해결하기 위해, 예를 들어 국제 공개특허공보 2006/045561호에 개시된 개질된 실리카겔과 미국 등록특허 7,306,652호에 개시된 활성 알루미나를 이용한 흡탈착기술도 개발되고 있지만, 그 재생이 용이하지 않다는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점 외에도, 흡착과 탈착시의 온도조절이 용이하지 않아 운전 중에 탈착이 일어나는 경우가 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 바이오가스에 포함된 수분으로 인하여 흡착제가 충분한 기능을 수행할 수 없는 경우가 빈번하다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0964633호 국제 공개특허공보 2006/045561호 미국 등록특허 7,306,652호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 혐기성소화공정에서 발생하는 가스에 포함된 수분을 효과적으로 제거하여 실록산 흡착제의 흡착효율을 향상시키고 나아가 불순물 함량이 적은 고순도 메탄가스를 생산할 수 있는 실록산 제거장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 수분제거, 실록산 흡착 및 실록산 탈착이 가능하면서도 콤팩트한 실록산 제거장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
더욱이 본 발명에서는 흡착 및 탈착공정시 온도조절이 용이하면서도 정밀하게 제어할 수 있는 실록산 제거장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치는, 소정형상의 크기를 갖는 수분 제거조 본체부, 상기 수분 제거조 본체부 일측의 수분 제거조 가스 유입구, 상기 수분 제거조 본체부 타측의 수분 제거조 가스 유출구 및 수분 제거조 본체부 바닥부의 물 배출구를 포함하여 가스에 포함된 수분을 제거하는 수분 제거조 및 소정형상의 크기를 갖는 실록산 제거조 본체부, 상기 실록산 제거조 본체부 일측의 실록산 제거조 가스 유입구, 상기 실록산 제거조 본체부 타측의 실록산 제거조 가스 유출구 및 상기 실록산 제거조 본체부에 구비되는 실록산 흡착제를 포함하는 실록산 제거조를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수분 제거조로 유입된 가스의 온도를 조절하기 위한 상기 수분 제거조 본체부 외측 저부의 수분 제거조 냉각부재가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 수분 제거조 냉각부재는 수분 제거조로 유입된 가스의 온도를 5℃ 이하로 유지시키고, 상기 수분 제거조 본체부에는 항상 소정 수위의 물이 고여 있는 것이 더욱 바람직하다.
게다가 상기 실록산 흡착제는 활성탄 또는 실리카겔 중 어느 하나 이상이며, 상기 담체에 부착되어 있는 것이 바람직하고, 상기 담체는 금속망상체인 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 금속망상체에는 소수성 물질이 더 코팅될 수 있다.
또한 상기 담체 저부에는 도체가 구비되고, 상기 도체 저부에는 실록산 제거조 냉각부재와 실록산 제거조 가열부재가 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 실록산 제거조 냉각부재는 상기 실록산 제거조 가스유입구와 인접하여 배치되고, 상기 실록산 제거조 가열부재는 상기 실록산 제거조 가스유츨구와 인접하여 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치는 실록산 흡착제에 흡착된 실록산을 탈착시키기 위한 가스 공급조 및 실록산 제거조 가스유입구와 인접하여 구비되되 실록산 제거조 본체부 상부에 형성된 실록산 가스배출구를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 수분제거조 냉각부재, 실록산 제거조 냉각부재 및 실록산 제거조 가열부재는 열전소자로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치에 의하면, 실록산 제거조 본체부와 수분제거조가 함께 구비되어 있어 혐기성소화공정에서 발생한 가스에 포함된 수분을 효과적으로 제거할 수 있고, 이는 흡착제의 흡착효율을 향상시켜 불순물 함량이 적은 고순도 메탄가스의 생산을 가능하게 한다는 장점이 있다.
또한 본 발명의 장치에 의하면, 수분제거조가 실록산 제거조 본체부와 인접하도록 배치되어 있어 콤팩트한 실록산 제거장치를 제공할 수 있다는 효과가 있다.
더욱이 본 발명의 장치에 따르면, 실록산 제거조 본체부 내에 냉각부재와 가온부재가 구비되어 있어, 실록산의 흡착과 탈착이 가능할 뿐만 아니라 실록산 제거조 본체부 내부의 온도 조절이 용이하여 흡착과 탈착을 안정적으로 수행할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실록산 제거장치가 적용된 개념도이다.
도 2는 수분제거조의 확대단면도이다.
도 3은 실록산제거조의 확대단면도이다.
도 4는 실록산제거조에 충진되는 담체, 도체, 냉각면 및 가열면의 분해사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실록산 제거장치가 적용된 개념도이다.
혐기성 소화조(100)에서는 하수나 음식물쓰레기 등을 정화하는 과정에서 발생하는 농축슬러지에 혐기성 미생물을 증식시켜 유기물을 분해시키며, 그 부산물로서 상징액, 소화오니, 그리고 메탄, 이산화탄소, 실록산 등과 같은 가스가 발생한다. 혐기성 소화조(100) 후단에 위치하는 실록산 제거장치(200)는 전술한 혐기성 소화조(100)로부터 배출되는 가스에 포함되어 있는 실록산을 제거하여 순도가 높은 메탄가스를 회수하는 것을 가능하게 하고, 또 제거한 실록산을 회수하는 기능을 수행한다.
상기와 같은 기능을 수행하는 실록산 제거장치(200)는 수분 제거조(210), 실록산 제거조(220), 가스 공급조(230) 및 실록산 회수조(240)를 포함하여 이루어지며, 이들의 구체적인 구성에 관해서는 후술하기로 한다.
실록산 제거장치(200) 후단에 구비되는 메탄가스 저장용기(300)는 실록산 제거장치(200)에서 실록산이 제거되어 순도가 높은 메탄가스를 수집하는 용기이며, 본 발명에서는 구체적으로 설명하지 않지만 미량으로 포함될 수 있는 이산화탄소, 황화수소 등 불순물을 제거하는 장치를 실록산 제거장치(200)와 메탄가스 저장용기(300) 사이에 더 구비할 수도 있다.
도 2는 실록산 제거장치의 일 구성인 수분 제거조(210)의 확대단면도이다. 상기 수분 제거조(210)는 수분 제거조 본체부(211), 수분 제거조 가스 유입구(212), 수분 제거조 가스 유출구(213), 수분 제거조 냉각부재(214) 및 물 배출구(215)를 포함하여 이루어진다.
상기 수분 제거조 본체부(211)는 소정의 형상과 크기를 가질 수 있으며, 일측에는 혐기성 소화조(100)로부터 배출되는 가스가 유입되는 수분 제거조 가스 유입구(212), 타측에는 수분이 제거된 가스가 배출되는 수분 제거조 가스 유출구(213)가 구비된다.
여기서, 상기 수분 제거조 가스 유출구(213)는 후술할 실록산 제거조(220)의 실록산 제거조 가스유입구(222)와 직접적으로 연결된다.
한편, 상기 수분 제거조 본체부(211) 바닥부에는 물 배출구(215)가 구비되고, 수분 제거조 본체부(211) 외측 저부에는 유입된 가스의 온도를 조절하기 위한 수분 제거조 냉각부재(214)가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 구성들에 관해 좀 더 구체적으로 설명하면, 혐기성 소화조(100)로부터 유입되는 가스는 전술한 바와 같이 메탄가스 외에도 실록산, 수분 등이 포함되어 있고, 또 비교적 고온이기 때문에 가스에 포함된 수분의 상당량은 미세한 수증기형태로 존재한다.
상기 수분 제거조 냉각부재(214)는 유입되는 가스의 온도를 낮추어 수증기 형태로 존재하는 수분을 응축시키는 기능을 수행하고, 이렇게 응축된 수분은 수분 제거조 본체부(211)에 고이게 된다.
여기서, 상기 수분 제거조 냉각부재(214)에 의한 냉각온도는 수증기 형태로 존재하는 수분을 응축시킬 수 있는 정도인 것이 바람직하고, 응축효율과 응축에 소요되는 전력을 고려하여 5℃ 이하로 유지시키는 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 수분 제거조 본체부(211)에 유입된 가스가 외부로 누출되지 않고 실록산 제거조(220)로 전부 공급될 수 있도록, 상기 수분 제거조 본체부(211)에 고여지는 물은 항상 소정 수위를 유지하도록 조절하는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 수분 제거조 본체부(211) 바닥부에 물 배출구(215)를 형성하고 항상 일정한 수위를 유지시키면, 물은 물 배출구(215)로 배출되고, 수분 제거조 본체부(211)에 유입된 가스는 실록산 제거조(220)로 이동하게 되는 것이다.
상기 수분 제거조 본체부(211)에 고이는 물의 수위는 공지의 방법을 사용하여 조절할 수 있으며, 일 예로 수분 제거조 본체부(211) 내부 벽면에 수위센서(미도시)를 설치하고, 소정 수위까지 도달한 경우에는 물 배출구(215)를 개방하여 물을 배출시키고, 소정 수위미만인 경우에는 물 배출구(215)를 폐쇄하여 수위를 조절할 수 있는 제어부(미도시)를 구비함으로써 구현이 가능하다.
상기 수분 제거조 냉각부재(214)는 동일한 기능을 수행할 수 있다면 특별히 제한하지 않지만, 온도제어가 간편하면서도 신속한 제어가 가능한 열전소자인 것이 바람직하다. 열전소자는 열전효과(펠티에 효과, feltier Effect)를 일으켜 냉기 또는 온기를 발생시키기 위한 것으로, 열을 잘 통과시키지 않지만 전류를 잘 통과시키는 N형과 P형 반도체를 이용해 서로 다른 종류의 금속이나 반도체를 연결하여 직류전류를 흐르게 하면, 한쪽 접점은 고온이 되고, 다른 한쪽 접점은 저온이 되도록 하는 기술을 이용한 것으로, 이러한 열전소자에 의한 가열 또는 냉각기술은 공지된 기술에 해당되므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 실록산제거조의 확대단면도이고, 도 4는 실록산제거조에 충진되는 담체, 도체, 냉각면 및 가열면의 분해사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 수분 제거조(210) 일측면에는 실록산을 제거하기 위한 실록산 제거조(220)가 구비된다.
상기 실록산 제거조(220)는 실록산 제거조 본체부(221), 실록산 제거조 가스 유입구(222), 실록산 제거조 가스 유출구(223), 담체(224), 도체(225), 실록산 제거조 냉각부재(226), 실록산 제거조 가열부재(227) 및 실록산 가스배출구를 포함하여 이루어진다.
실록산 제거조 본체부(221)는 소정의 형상과 크기를 가지며, 담체(224), 도체(225), 실록산 제거조 냉각부재(226) 및 실록산 제거조 가열부재(227)를 모두 수용할 수 있도록 그 내부는 소정의 공간부를 갖는다.
실록산 제거조 본체부(221) 일측에 구비된 실록산 제거조 가스 유입구(222)는 전술한 실록산 제거조 가스유출구(223)와 연통되어 수분이 제거된 가스가 유입되고, 실록산 제거조 본체부(221) 타측에는 실록산이 제거된 가스가 배출되는 실록산 제거조 가스 유출구(223)가 구비되어 있다.
상기 실록산 제거조 본체부(221) 내부 공간부에 구비되는 담체(224)는 실록산을 흡착하여 제거할 수 있는 흡착제가 부착되어 있으며, 바람직하게는 상기 담체(224)는 금속망상체인 것이 바람직하다.
상기와 같은 다수의 공극이 형성된 금속망상체로 이루어진 담체(224)에 흡착제를 부착시키면, 실록산이 함유된 기체가 금속망상체의 공극사이를 통과하면서 흡착제와 접촉하기 때문에 실록산의 흡착효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 기체의 이동을 원활하게 할 수 있다는 장점이 있다. 게다가 담체가 금속성분이기 때문에 흡착된 실록산을 탈착시키기 위하여 가온하는 경우에도 충분한 내구성을 가질 수 있다는 이점이 있다.
상기 담체(224)인 금속망상체는 소정의 강도와 내구성을 갖는 금속이라면 특별히 제한하지 않으며, 아울러 망상체 형성방법은 공지된 기술에 해당되므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 담체(224)에 부착되는 흡착제는 실록산을 흡착할 수 있는 물질이라면 특별히 제한하지 않으며, 일예로 활성탄, 실리카겔 및/또는 폴리아크릴산일 수 있다.
아울러 상기 흡착제는 바인더를 이용하여 상기 담체(224)에 도포 및 부착시킬 수 있다.
한편, 상기 담체(224)인 금속망상체는 흡착제를 도포하기 전, 도포한 이후 또는 함께 소수성 물질로 코팅하는 것이 더욱 바람직하다. 전술한 바와 같이, 혐기성 소화조(100)로부터의 가스에 포함된 수분은 수분 제거조(210)를 통과하면서 제거되지만, 완벽하게 제거되지 않는 경우 이들 잔류 수분이 흡착제에 흡수되어 실록산의 흡착효율이 저하될 수 있다. 따라서 제거되지 못한 잔류수분이 흡착제 및/또는 담체(224)에 흡수되거나 부착되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 소수성 물질로 코팅하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기와 같은 동일한 효과를 구현할 수 있는 소수성 물질이라면 특별히 제한하지 않는다.
한편, 수분 제거조(210)를 통과한 실록산 함유 가스를 실록산 제거조(220)로 공급하면, 가스에 포함된 실록산은 흡착제에 흡착되어 실록산이 포함되지 않거나 소정 농도 이하로 포함된 고순도 메탄가스가 배출된다. 그러나 소정시간 또는 소정용량의 실록산이 흡착되면, 흡착공간이 점차 줄어들어 실록산 흡착효율이 저하되므로 흡착제를 교체하거나, 주기적 또는 비주기적으로 흡착제에 흡착된 실록산을 탈착시킬 필요가 있다.
본 발명의 장치는 흡착제의 교체비용을 절약하기 위하여, 실록산 제거조 가스유출구(223)로부터 유출되는 실록산의 농도를 측정하여 소정범위를 초과하는 경우에는 흡착제를 탈착하는 공정을 수행할 수 있다.
상기와 같은 기능을 수행할 수 있도록, 도체(225)는 담체(224) 저부에 담체(224)와 밀착된 상태로 구비되고, 또 상기 도체(225) 저부에는 실록산 제거조 냉각부재(226)와 실록산 제거조 가열부재(227)가 밀착된 상태로 형성된다.
특히, 상기 실록산 제거조 냉각부재(226)는 실록산 제거조 가스유입구(222)와 인접하여 배치되는 반면, 실록산 제거조 가열부재(227)는 실록산 제거조 가스유출구(223)와 인접하여 배치되고, 탈착된 실록산 함유 가스를 배출시키기 위한 실록산 가스배출구(228)는 실록산 제거조 가스유입구(222)와 인접하여 구비되되 실록산 제거조 본체부(221) 상부에 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 아울러 탈착된 실록산을 외부로 배출시키기 위하여, 실록산 제거조 가스유출구(223)로 가스를 공급하는 가스 공급조(230)가 더 구비되어 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 실록산 제거조(220)에서 탈착과정을 설명하면, 실록산 제거조 가스유입구(222)를 폐쇄하고, 실록산 제거조(220)와 메탄가스 저장용기(300)를 연결하는 관로 상에 구비된 3방향 밸브(229)의 개폐각도를 조절하여 메탄가스 저장용기(300)와 연통된 관로를 폐쇄한다. 이어서 실록산 제거조 가열부재(227)에 전원을 인가하고, 실록산 제거조 본체부(221)와 연결된 가스 공급조(230)의 탈착용 가스 공급관로를 개방한다.
그러면 실록산 제거조 가열부재(227)에서 발생한 열은 도체(225)를 경유하면서 실록산 제거조 본체부(221) 바닥면 전체를 가열하게 되고 결과적으로 도체(225) 상부에 위치하는 담체(224)와 담체(224)에 부착된 흡착제도 함께 승온하게 된다.
이때 실록산 제거조 가열부재(227)가 실록산 제거조 가스유출구(223), 즉 탈착용 가스 공급구와 인접하여 배치되어 있어 탈착용 가스가 더욱 빨리 가온되고, 이렇게 가온된 탈착용 가스는 담체(224)의 공극부를 경유하여 실록산 제거조 가스유입구(222)와 인접한 실록산 제거조 본체부(221) 상부에 형성되며 실록산 회수조(240)와 연통된 실록산 가스배출구(228)로 배출되므로 담체(224)에 부착된 흡착제를 더욱 빨리 가온시킬 수 있다.
한편, 소정 시간동안 탈착공정을 실시한 이후에는 다시 수분 제거조(210)로부터 가스를 공급하여 실록산을 흡착시키며, 이때 실록산 제거조 가스유입구(222)와 인접하여 배치된 실록산 제거조 냉각부재(226)에 전원을 인가하여 흡착제가 부착된 담체(224)를 포함하는 실록산 제거조 본체부(221)를 냉각시킨다.
이는 전술한 바와 같이, 실록산은 소정 온도 이하에서는 흡착되지만 소정 온도 이상이 되면 탈착되기 때문에, 탈착공정시 가온된 담체(224)의 온도를 낮추기 위함이며, 실록산 제거조 냉각부재(226)를 실록산 제거조 가스유입구(222)와 인접하게 배치함으로써 담체(224)를 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실록산 제거조(220)는 실록산 제거조 가스유입구(222)와 인접하도록 실록산 제거조 냉각부재(226)를 설치하고, 아울러 실록산 제거조 가열부재(227)는 실록산 제거조 가스유출구(223)에 인접하게 배치함으로써 실록산 탈착이 가능할 뿐만 아니라 탈착공정에 소요되는 시간을 절약할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 실록산 제거조 본체부(221) 내부에 실록산 제거조 냉각부재(226)와 실록산 제거조 가열부재(227)를 함께 구비하고 있기 때문에, 실록산 제거조 본체부(221) 내부의 온도 조절이 용이하여 흡착과 탈착을 안정적으로 수행할 수 있다는 이점이 있다.
한편, 상기 담체(224), 도체(225), 실록산 제거조 냉각부재(226) 및 실록산 제거조 가열부재(227)는 상호 밀착을 유지할 수 있다면 특별히 제한하지 않지만 필요에 따라서는 바인더나 별도의 고정부재를 사용하여 견고하게 고정시킬 수 있음은 자명하다.
또한 상기 탈착용 가스는 흡착제 및 실록산과 반응하지 않는 가스라면 특별히 제한하지 않으며, 일예로 질소 또는 공기일 수 있다.
아울러 상기 실록산 제거조 냉각부재(226)와 실록산 제거조 가열부재(227)는 수분제거조 냉각부재(214)와 동일한 열전소자일 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100 : 혐기성 소화조
200 : 실록산 제거장치
210 : 수분 제거조
211 : 수분 제거조 본체부 212 : 수분 제거조 가스유입구
213 : 수분 제거조 가스유출구 214 : 수분제거조 냉각부재
215 : 물 배출구
220 : 실록산 제거조
221 : 실록산 제거조 본체부 222 : 실록산 제거조 가스유입구
223 : 실록산 제거조 가스유출구 224 : 담체
225 : 도체 226 : 실록산 제거조 냉각부재
227 : 실록산 제거조 가열부재 228 : 실록산 가스배출구
229 : 3방향 밸브
230 : 가스 공급조
240 : 실록산 회수조
300 : 메탄가스 저장용기

Claims (10)

  1. 소정형상의 크기를 갖는 수분 제거조 본체부(211), 상기 수분 제거조 본체부(211) 일측의 수분 제거조 가스 유입구(212), 상기 수분 제거조 본체부(211) 타측의 수분 제거조 가스 유출구(213) 및 수분 제거조 본체부(211) 바닥부의 물 배출구(215)를 포함하여 가스에 포함된 수분을 제거하는 수분 제거조(210); 및
    소정형상의 크기를 갖는 실록산 제거조 본체부(221), 상기 실록산 제거조 본체부(221) 일측의 실록산 제거조 가스 유입구(222), 상기 실록산 제거조 본체부(221) 타측의 실록산 제거조 가스 유출구(223) 및 상기 실록산 제거조 본체부(221)에 구비되는 실록산 흡착제를 포함하는 실록산 제거조(220)를 포함하고,
    상기 실록산 흡착제는 담체(224)에 부착되고, 상기 담체(224) 저부에는 도체(225)가 구비되고, 상기 도체(225) 저부에는 실록산 제거조 냉각부재(226)와 실록산 제거조 가열부재(227)가 구비되고,
    상기 수분 제거조(210)로 유입된 가스의 온도를 조절하기 위한 상기 수분 제거조 본체부(211) 외측 저부의 수분 제거조 냉각부재(214)가 구비되며,
    상기 수분 제거조 냉각부재(214)는 수분 제거조(210)로 유입된 가스의 온도를 5℃ 이하로 유지시키고, 상기 수분 제거조 본체부(211)에는 항상 소정 수위의 물이 고여 있으며,
    상기 실록산 제거조 냉각부재(226)는 상기 실록산 제거조 가스유입구(222)와 인접하여 배치되고, 상기 실록산 제거조 가열부재(227)는 상기 실록산 제거조 가스유출구(223)와 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실록산 흡착제는 활성탄 또는 실리카겔 중 어느 하나 이상이며, 상기 실록산 흡착제는 담체(224)에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 담체(224)는 금속망상체인 것을 특징으로 하는 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속망상체에는 소수성 물질이 더 코팅된 것을 특징으로 하는 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    실록산 흡착제에 흡착된 실록산을 탈착시키기 위한 가스 공급조(230); 및 실록산 제거조 가스유입구(222)와 인접하여 구비되되 실록산 제거조 본체부(221) 상부에 형성된 실록산 가스배출구(228)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치.
  10. 제4항, 제5항, 제6항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수분제거조 냉각부재(214), 실록산 제거조 냉각부재(226) 및 실록산 제거조 가열부재(227)는 열전소자인 것을 특징으로 하는 혐기성소화공정에서 발생하는 가스로부터 실록산을 제거하는 장치.
KR1020160149838A 2016-11-10 2016-11-10 바이오가스로부터 실록산을 제거하는 장치 KR101874195B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160149838A KR101874195B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 바이오가스로부터 실록산을 제거하는 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160149838A KR101874195B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 바이오가스로부터 실록산을 제거하는 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180052480A KR20180052480A (ko) 2018-05-18
KR101874195B1 true KR101874195B1 (ko) 2018-07-03

Family

ID=62453882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160149838A KR101874195B1 (ko) 2016-11-10 2016-11-10 바이오가스로부터 실록산을 제거하는 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101874195B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3489136B2 (ja) * 1993-06-18 2004-01-19 株式会社デンソー 脱臭剤の製造方法
JP2009291675A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Shimizu Corp ケミカルフィルタ及びクリーンルーム
KR101560805B1 (ko) * 2014-09-03 2015-10-15 성균관대학교산학협력단 기체 분리 장치
KR101597322B1 (ko) * 2014-11-18 2016-02-24 (주)케이에프 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3489136B2 (ja) * 1993-06-18 2004-01-19 株式会社デンソー 脱臭剤の製造方法
JP2009291675A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Shimizu Corp ケミカルフィルタ及びクリーンルーム
KR101560805B1 (ko) * 2014-09-03 2015-10-15 성균관대학교산학협력단 기체 분리 장치
KR101597322B1 (ko) * 2014-11-18 2016-02-24 (주)케이에프 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180052480A (ko) 2018-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Läntelä et al. Landfill gas upgrading with pilot-scale water scrubber: Performance assessment with absorption water recycling
Al Mamun et al. Enhancement of methane concentration by removing contaminants from biogas mixtures using combined method of absorption and adsorption
Farghali et al. Integration of biogas systems into a carbon zero and hydrogen economy: a review
Awe et al. A review of biogas utilisation, purification and upgrading technologies
US20180221817A1 (en) Integrated Biogas Cleaning System to Remove Water, Siloxanes, Sulfur, Oxygen, Chlorides and Volatile Organic Compounds
KR100985911B1 (ko) 바이오가스 전처리 시스템
KR101100321B1 (ko) 바이오가스의 정제／고질화 및 압축 시스템
JP2006036849A (ja) バイオガスの処理利用システム及びバイオガスの処理利用方法
KR101442730B1 (ko) 연료전지용 바이오가스 전처리 장치
JP5269426B2 (ja) 水素生成システム
CA3032787C (en) Method and device for biogas upgrading and hydrogen production from anaerobic fermentation of biological material
Salihu et al. Upgrading strategies for effective utilization of biogas
DK2963107T3 (en) PROCESS OF REFINING A BIOMETHAN BIOGAS CIRCUIT AND ACCOMPANYING IMPLEMENTATION THEREOF
Karne et al. A review on biogas upgradation systems
Cardoso et al. A critical overview of development and innovations in biogas upgrading
KR101874195B1 (ko) 바이오가스로부터 실록산을 제거하는 장치
KR20120119755A (ko) 저온 바이오가스 분리방법
KR100964633B1 (ko) 실록산 제거용 탄소계 활성탄 흡착제
KR100985912B1 (ko) 바이오가스 수분 제거장치
KR101832072B1 (ko) 바이오가스 정제 시스템
KR20120074078A (ko) 활성탄 제조방법
Kim et al. Analysis of cause of engine failure during power generation using biogas in sewage treatment plant
Deng et al. Biogas cleaning and upgrading
JP2008208268A (ja) メタンガス精製装置及びメタンガス精製装置システム
JP4573519B2 (ja) バイオガス発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant