KR102050061B1 - 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치 및 방법에 관한 것으로, 미생물을 이용하여 일산화탄소를 포함하는 원료가스로부터 수소를 생산하고 수소 가스의 생산 과정 중에 원료가스의 공급 상태(유량, 압력), 반응기의 차압, 매질의 상태(염도, 탁도, pH) 등을 모니터링하고 이 모니터링 결과를 근거로 하여 운전 조건을 변경하도록 안내하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법은, 반응기에 미생물과 원료가스와 해수 및 영양분을 채워 상기 미생물에 의해 수소를 생산하는 중에 상기 반응기에 공급되는 원료가스의 공급 유량, 상기 원료가스의 공급 압력, 상기 반응기 안에 설치되어 원료가스를 분사하는 분사기의 유입측과 토출측의 차압, 상기 반응기의 유입측과 토출측의 차압, 상기 반응기 내부 매질의 염도, 상기 반응기 내부 매질의 탁도, 상기 반응기 내부 매질의 pH, 상기 반응기의 토출측과 상기 반응기의 토출측에 연결되는 거품 제거기의 토출측의 차압, 상기 거품 제거기를 통과하여 생산된 수소 가스의 농도 중 하나 이상의 데이터를 계측하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 계측한 데이터와 기준 데이터의 비교를 통해 상기 분사기의 막힘, 상기 분사기의 손상, 매질의 배출과 보충 제어, 영양분 공급, 거품의 누출, pH 조절 중 하나 이상의 운전 변경을 판단하는 제2단계와; 상기 제1단계에 의한 모니터링 상황과 상기 제2단계의 판단에 따른 운전 변경 사항을 안내하는 제3단계를 포함한다.

Description

미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치 및 방법{Monitoring and Driving Apparatus of An Hydrogen Manufacturing Plant using micro organisms}

본 발명은 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 운전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 플랜트의 운전 시 발생하는 다양한 데이터를 모니터링하고 모니터링을 근거로 하여 최적의 운전 상태로 운전하도록 안내하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치 및 방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

수소에너지는 중량당 발열량이 석유보다 3배 이상 높으면서도, 이산화탄소, NOx, SOx 등 환경에 악영향을 미칠 수 있는 물질들을 배출하지 않아, 장차 화석에너지를 대체할 에너지로써 각광받고 있다.

종래부터 사용된 수소 생산 방법에는 물의 전기분해, 천연가스나 나프타의 열분해(thermal-cracking) 또는 수증기 개질법(steam reforming) 등이 있다. 그러나 이러한 방법들은 다시 화석연료를 사용하여 고온, 고압 조건을 만들어야 하는 문제가 있으며, 일산화탄소를 포함한 혼합가스를 발생하므로 그러한 가스로부터 일산화탄소를 제거하여야 하는 어려운 문제를 발생한다.

이러한 종래의 수소생산방법에 비하여, 미생물을 이용한 생물학적 수소 생산 방법은 별도의 에너지를 투입하여 고온, 고압 조건을 만들 필요가 없고, 생성된 가스에 일산화탄소를 포함하지 않는다는 장점이 있다. 이러한 생물학적 수소생산방법은 크게 광합성 미생물을 이용하는 것과 비-광합성 미생물(주로 혐기성 미생물)을 이용하는 것으로 나눠볼 수 있다. 그러나, 전자는 빛을 에너지원으로 사용하는 광합성 세균들의 고농도 반응기술이 아직 충분히 개발되어 있지 않으며, 종래의 광합성 세균들은 높은 분압의 기질이 있을 경우 기질저해가 심하다는 단점이 있다. 또한, 이들은 빛이 존재하는 경우에만 수소생성능이 지속 될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서, 유기 탄소를 이용하여 수소를 생산할 수 있는 미생물들을 이용하여 수소를 생산하려는 시도가 지속적으로 이루어지고 있다.

특허문헌 1(대한민국 등록특허 제10-1833975호)을 통해 Thermococcus 속균주를 이용하여 일산화탄소로부터 수소를 생산할 수 있음을 밝힌바 있다.

또한 특허문헌 2(대한민국 공개특허공보 제10-2018-0124348호)를 통해 미생물을 이용하여 수소가스를 연속 생산하는 장치와 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2는 미생물의 반응 시 거품이 발생하는 것을 해결하지 못하여 수소가스의 생산성이 약한 단점, 반응기의 유지 보수 시 반응기 안에 있는 배양액의 처리가 어려운 단점, 원료가스의 공급이상 시 반응을 정지시켜야 하는 단점이 있다.

종래 기술에 의한 수소 생산 플랜트는 생산 장비(원료가스 분사기 등)의 고장, 매질의 상태(염도, 탁도, pH 등)를 고려하지 않고 단순히 미생물에 의한 수소의 생산만을 고려하였기 때문에 장비의 고장을 확인할 방법이 없어 고장 장비를 확인하는데 오랜 시간이 소요되고 결과적으로 플랜트의 가동 정지가 길어지게 되므로 생산성이 떨어지고 큰 손실을 유발하고 또한 수소가스의 생산성이 낮고 품질도 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1833975호 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0124348호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미생물을 이용하여 일산화탄소를 포함하는 원료가스로부터 수소를 생산하고 수소 가스의 생산 과정 중에 원료가스의 공급 상태(유량, 압력), 반응기의 차압, 매질의 상태(염도, 탁도, pH) 등을 모니터링하고 이 모니터링 결과를 근거로 하여 운전 조건을 변경하도록 안내하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법은, 반응기에 미생물과 원료가스와 해수 및 영양분을 채워 상기 미생물에 의해 수소를 생산하는 중에 상기 반응기에 공급되는 원료가스의 공급 유량, 상기 원료가스의 공급 압력, 상기 반응기 안에 설치되어 원료가스를 분사하는 분사기의 유입측과 토출측의 차압, 상기 반응기의 유입측과 토출측의 차압, 상기 반응기 내부 매질의 염도, 상기 반응기 내부 매질의 탁도, 상기 반응기 내부 매질의 pH, 상기 반응기의 토출측과 상기 반응기의 토출측에 연결되는 거품 제거기의 토출측의 차압, 상기 거품 제거기를 통과하여 생산된 수소 가스의 농도 중 하나 이상의 데이터를 계측하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 계측한 데이터와 기준 데이터의 비교를 통해 상기 분사기의 막힘, 상기 분사기의 손상, 매질의 배출과 보충 제어, 영양분 공급, 거품의 누출, pH 조절 중 하나 이상의 운전 변경을 판단하는 제2단계와; 상기 제1단계에 의한 모니터링 상황과 상기 제2단계의 판단에 따른 운전 변경 사항을 안내하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치 및 방법에 의하면, 미생물을 이용하여 일산화탄소를 포함하는 원료가스로부터 수소를 생산하는 중에 원료가스의 공급 상태(유량, 압력), 반응기의 차압, 매질의 상태(염도, 탁도, pH) 등을 모니터링하고 이 모니터링 결과를 근거로 하여 운전 조건을 변경하도록 안내함으로써 분사기의 신속한 보수를 통해 플랜트의 가동 중지 시간을 줄여줌으로써 생산성을 향상하는 효과가 있고, 매질의 염도와 탁도 및 pH의 계측으로 반응기를 수소 가스를 생산하는 최적의 환경으로 조성함으로써 고품질의 수소 가스를 생산하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치의 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명에 의한 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치에 적용된 계측기와 컨트롤러를 보인 블록도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치는, 수소 생산 상황을 모니터링하기 위한 계측기, 상기 계측기에 의해 검출된 데이터를 근거로 하여 운전 상태를 판단하고 운전 변경을 결정하는 컨트롤러(100), 컨트롤러(100)의 결정을 보여주는 운전 알림부(200)로 이루어지며, 본 발명이 적용되는 수소 가스 연속 생산 플랜트는, 수소 생산을 위한 미생물을 함유하는 매질(배양액)을 저장하며 상기 매질의 반응을 통해 수소 가스를 생성하는 하나 이상의 반응기(10), 반응기(10)에 수소 생산을 위한 원료가스(일산화탄소가 포함된 가스)를 공급하는 원료가스 공급부(20), 반응기(10)에 미생물의 배양을 위한 해수와 영양분을 각각 공급하는 해수 공급부(30) 및 영양분 공급부(40), 반응기(10) 내부의 폐매질을 폐기하기 위한 폐기 처리부(50), 반응기(10)에서 수소 가스와 함께 배출되는 거품을 제거하는 거품 제거기(60)로 이루어지며, 각 구성을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

반응기(10)는 내부에 매질(미생물, 원료가스, 해수, 영양분의 혼합)이 저장(전체 부피의 50~70% 정도)되고 배양 환경을 유지하기 위한 밀폐형의 탱크 구조이면서 원료가스 공급부(20), 해수 공급부(30), 영양분 공급부(40), 거품 제거기(60)와 연결되는 유입 포트가 구성되는 한편 거품 제거기(60)와 연결되는 출구 포트가 구성된다. 상기 입구 포트와 출구 포트(또는 이들의 포트와 연결되는 관로)에는 개도 조절을 위한 밸브가 구성될 수 있다.

미생물은 일산화탄소로부터 수소를 생산하는 것으로서 예컨대, 써모코커스속 균이다. 써모코커스속 균은 써모코커스속에 속하는 미생물로, 써모코커스속 균주(cellline)를 포함하는 의미이나, 이에 제한되는 것은 아니며, 일례로서 써모코커스 온뉴리뉴스(Thermococcus onnurineus)일 수 있다.

반응기(10)의 배양 조건은 미생물의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 상기 써모코커스 온뉴리뉴스의 미생물의 경우 80℃ ~ 90℃의 온도 바람직하게 82℃ ~ 88℃의 온도이며, 왜냐하면 80℃ 미만에서는 미생물에 의한 수성가스 전환반응이 원활하게 이루어지지 않고, 90℃ 초과에서는 미생물의 사멸이 발생할 수 있기 때문이다.

따라서, 반응기(10)는 미생물에 의한 수소가스 전환반응이 일어나는 영역의 온도를 상기 온도로 유지하도록 스팀관 및 상기 스팀관에서 연장되는 방열핀을 포함할 수 있다.

매질은 해수에 효모추출물, 혐기성 소화여액(anaerobic liquid, AL), 비타민 등 미생물의 영양분 역할을 하는 물질이 적정 농도로 포함되며, 상기 영양분은 영양분 공급부(40)를 통해 반응기(10)에 공급된다.

반응기(10)는 내부에 원료가스 공급부(20)에서 공급되는 원료가스를 분사하는 분사기(11)(sparger)가 설치된다.

원료가스 공급부(20)는 수소 가스의 생산을 위한 일산화탄소를 반응기(10)에 공급하는 것으로, 일산화탄소가 포함된 원료가스를 공급받아 저장하는 원료가스 공급탱크, 원료가스를 운전압력 10기압 이상 바람직하게는 70 내지 80기압으로 압축하여 반응기(10)에 공급하는 원료가스 압축기를 포함한다.

원료가스는 석탄가스화 또는 천연가스 개질 공정을 통해 생산된 합성가스와 제철소 또는 석유화학공정에서 부산물로 발생되는 부생가스 등 일산화탄소가 다량으로 함유된 원료가스이다.

해수 공급부(30)는 반응기(10) 내부를 미생물이 서식하는 환경으로 맞추기 위한 것으로 해수(또는 민물에 소금을 혼합한 혼합수)를 공급한다.

해수 공급부(30)는 해수의 온도를 조절하는 온도조절기(히터 또는 냉각기)를 포함한다.

영양분 공급부(40)는 전술한 바와 같이 미생물의 에너지원(먹이)을 공급하는 것으로, 예를 들어, 효모추출물 공급탱크, 효모추출액 공급탱크, 혐기성 소화여액 공급탱크 및 상기 영양분(효모추출액과 혐기성 소화여액 및 해수)을 혼합하는 혼합 탱크를 포함한다.

반응기(10)에서 생성되는 수소가스는 수소가스 포집부를 통해 포집될 수 있으며, 상기 수소가스 포집부는 거품제거기(60)를 통해 거품이 제거된 수소 가스를 포집하는 것으로, 예를 들어 냉각기, 응축 분리기 및 폐액체 배출탱크로 구성된다.

폐매질 처리부(50)는 반응기(10)에서 생성되는 폐매질을 저장하는 폐매질 저장탱크, 상기 폐매질 저장탱크로 공급받은 폐매질을 폐고체 및 폐액체로 분리하는 고액 분리기, 상기 고액 분리기로부터 공급받은 폐고체를 배출하기 위해 보관하는 폐고체 배출탱크로 구성될 수 있다.

거품 제거기(60)는 내부에 거품 제거를 위한 공간이 구비된 탱크 구조이면서 반응기(10)와 유입관으로 연결되는 한편 상기 수소가스 포집부의 냉각기와 가스 배출관으로 연결되어, 반응기(10)에서 배출되는 가스가 통과하도록 하며, 이 과정에서 가스에 포함된 거품을 제거하여 가스와 액체로 분리하고 가스를 상측의 가스 배출관을 통해 수소 포집부에 공급한다.

이상의 구성은 미생물을 이용하여 수소가스를 생산하는 플랜트의 기본 구성이며, 여기에 추가로 구성되는 계측기와 컨트롤러(100) 및 운전 알림부(200)는 운전 상황의 모니터링과 운전을 위하여 본 발명을 통해 신규하게 구성되는 것이다.

1. 계측기.

상기 계측기는 원료가스 공급 유량계(F), 원료가스 공급 압력계(P), 분사기 차압계(DP1), 반응기 차압계(DP2), 배양약의 염도계(C1)와 탁도계(C2) 및 pH 미터(C3), 반응기와 거품제거기 차압계(DP3), 수소 농도계(C4)로 구성되며 각 계측기의 기능은 다음과 같다.

가. 원료가스 공급 유량계(F) : 반응기(10)로 공급되는 원료가스의 공급 유량 측정(예를 들어 차압을 측정하여 유량으로 환산). 원료가스 공급부(20)와 분사기(11)를 연결하는 관로에 설치.

나. 원료가스 공급 압력계(P) : 반응기(10)에 공급되는 원료가스의 공급 압력 측정. 원료가스 공급 압력계는 원료가스 공급 유량계의 하류측에 설치되어 원료가스 공급 유량계를 통과한 원료가스의 압력을 측정한다.

다. 분사기 차압계(DP1) : 분사기(11)의 유입측과 토출측의 압력차를 측정.

라. 반응기 차압계(DP2) : 반응기(10)의 하부(매질이 채워진 부분)와 상부(가스가 있는 부분)의 압력차 측정.

마. 매질의 염도계(C1) : 반응기 내부의 매질의 염도 측정.

바. 매질의 탁도계(C2) : 반응기 내부 매질의 농도 측정.

사. 매질의 pH 미터(C3) : 반응기 내부 매질의 pH 측정.

아. 반응기와 거품제거기 차압계(DP3) : 반응기의 출구와 거품 제거기의 출구 간의 차압을 측정.

자. 수소 농도계(C4) ; 반응기에서 생산된 수소의 농도를 측정.

전술한 계측기는 실시간(예를 들어 매분 또는 매시간 등)으로 데이터를 계측한다.

2. 컨트롤러.

컨트롤러(100)는 상기 계측기에서 계측한 각각의 데이터와 비교하는 기준 데이터가 저장되어 있으며, 기준 데이터를 기준으로 하여 현재 계측 데이터를 근거로 하여 다음과 같은 운전 조건을 판단한다(표 1참고). 여기서 기준 데이터는 현재 계측 데이터의 높고 낮음을 확인하기 위한 특정의 데이터일 수도 있고 또는 현재 계측 데이터의 증가와 감소를 확인하기 위한 데이터일 수도 있다.

F	P	DP1	DP2	C1	C2	C3	DP3	C3	운전 조치
-	증가	증가	-	-	-	-	-	-	가.분사기 막힘
-	감소	감소	-	-	-	-	-	낮아짐	나.분사기 손상
-	-	-	감소	증가	-	감소	-	-	다.매질배출,매질보충
-	-	-	증가	감소	-	증가	-	-	라.매질보충중단
-	-	-	-	-	감소	-	-	감소	마.영양분 공급증가
-	-	-	-	-	-	-	증가	-	바.거품 배출
-	-	-	-	-	-	상이	-	감소	사. pH 조절

"-"는 변화없음, "상이"는 기준을 벗어남.

3. 운전 알림부.

운전 알림부(200)는 컨트롤러(100)의 판단에 의해 결정되는 운전 조치 내용을 관리자에게 알려주는 것으로, 통제실의 모니터, 관리자의 휴대용 단말기(스마트폰) 등이 가능하고, 예를 들어 상기 표 1의 운전 조치 내용(예를 들어 "분사기 막힘")을 문자로 출력한다.

운전 알림부(200)는 문자의 출력과 함께 인디케이터(LED)가 구성될 수 있다.

상기 인디케이터는 운전 조치 사항을 조명으로 알리고자 하는 것으로 예를 들어 도 1과 같은 상황판을 구성하여 상기 상황판에 있는 분사기 등을 조명하는 방식이다.

운전자는 운전 알림부(200)의 내용을 확인하여 운전을 변경한다.

본 발명에 의한 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법은 다음과 같다.

1. 계측.

전술한 계측기는 각각의 데이터를 계측하여 컨트롤러(100)에 입력한다.

2. 운전 상태 판단.

컨트롤러(100)는 계측기에서 계측한 현재 데이터와 기 저장된 기준 데이터의 비교(또는 이전 계측 데이터)를 통해 다음과 같은 운전 상태를 판단한다.

또한, 컨트롤러(100)는 전술한 운전 상태로 판단한 경우 운전 알람부(200)를 통해 다음과 같이 운전 조치를 안내한다.

가. 분사기 막힘.

유량 변화 없고, 원료가스 공급 압력(P)이 증가하면서 분사기(11)의 유입측과 토출측의 차압(DP1)이 증가하는 경우 분사기(11)의 막힘으로 판단한다.

분사기(11)의 막힘 정도에 따라 원료가스 공급 압력(P) 증가 및 분사기(11)의 유입측과 토출측의 차압(DP1) 증가외의 다른 계측기의 값은 달라질 수 있다. 즉, 막힘의 정도(완전 막힘, 일부 막힘), 막힘 지속 기간(수초에서 수분동안 막힌 경우, 수시간 이상 막힌 경우 등) 등에 따라 후단의 계기값이 다르게 나타나며, 예를 들어 다음과 같다.

- 완전 막힘이 수초 지속된 경우 : DP3 감소, C4 감소, C1/C2/C3 변화없음

- 완전 막힘이 수시간 지속된 경우 : DP3 감소, C2/C4 감소, C1/C3 변화없음

따라서, 분사기(11)의 막힘 정도에 상관없이 분사기(11)의 막힘 시 분사기(11)의 막힘 정도에 따라 원료가스 공급 압력(P) 증가 및 분사기(11)의 유입측과 토출측의 차압(DP1) 증가가 일어나므로 그 외의 계측 값은 상황에 따라 세부적으로 관리하는 것으로 운전이 가능하다.

분사기의 막힘을 판단한 경우 운전 알림부(200)를 통해 "분사기 막힘"의 운전 조치 멘트를 화면 출력한다.

나. 분사기 손상.

원료가스의 공급압력(P)이 낮아지고 분사기의 유입측과 토출측의 차압(DP1)이 감소하며 수소 농도(C3)가 낮아지는 경우를 분사기의 손상으로 판단한다.

분사기의 손상을 판단한 경우 운전 알림부(200)를 통해 "분사기 손상"의 운전 조치 멘트를 화면 출력한다.

분사기(11)의 막힘과 손상으로 판단한 경우 분사기(11)의 보수 또는 교체가 진행된다.

다. 매질 배출 및 매질 보충.

반응기 차압(DP2) 감소, 매질 염도(C1) 증가, 매질 pH(C3) 감소의 경우 반응기(10) 내부의 매질을 하부로 배출하면서 반응기(10) 안에 새로운 매질을 보충하는 것으로 판단한다.

이 판단을 근거로 하여 운전 알림부(200)를 통해 "매질 교체"의 운전 조치 멘트를 화면 출력한다.

운전자는 상기 판단에 따라 반응기(10) 내부에 매질을 교체(배출 및 보충)하도록 제어한다.

라. 매질 보충 중단.

반응기 차압(DP2) 증가, 매질 염도(C1) 감소, 매질 pH(C2) 증가의 경우는 매질의 수위가 높아지는 것으로 매질의 보충을 중단으로 판단한다.

컨트롤러(100)는 운전 알림부(200)를 통해 "매질 보충 중단"을 화면 출력한다.

운전자는 매질의 보충 중단에 따라 반응기(10) 내부를 외부와 차단하여 매질의 보충을 차단한다.

마. 영양분 공급 증가.

매질의 탁도(C2) 감소와 수소 농도(C3) 감소의 경우 영양분의 부족으로 판단.

컨트롤러는 운전 알림부(200)를 통해 "영양분 부족" 또는 "영양분 공급 조치"의 운전 조치 사항을 화면 출력한다.

운전 조치 사항 : 운전자는 영양분 공급부(40)의 영양분을 반응기(10)에 공급 제어.

바. 거품 배출.

반응기(10)에서 거품의 이월이 발생하여 반응기 출구와 거품 제거기 출구의 차압이 증가(DP3)하는 경우 반응기(10)에서 거품 배출을 판단하고, 운전 알림부(200)를 통해 "거품 배출"을 화면 출력한다.

운전 조치 사항 : 운전자는 반응기(10)의 토출측에서 거품을 드레인하도록 밸브 제어.

사. pH 조절.

pH 가 기준 범위(pH 6.2~6.8)를 벗어난 경우 pH를 조절하며, 기준 범위 이하인 경우 pH 증가로 판단하여 운전 알림부(200)를 통해 "pH 증가"를 안내하고, 기준 범위 이상인 경우 pH 감소로 판단하여 "pH 감소"를 안내한다.

운전자는 상기 판단을 근거로 하여 pH 증가 시 해수를 공급하여 pH를 높이고 pH 감소 시 NaOH 수용액(NaOH 수용액을 포함하는 군 중 하나 이상)을 공급하여 pH를 낮춘다.

지금까지는 운전 조치를 운전자에 의해 이루어지는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 아니하고 원료가스 공급부(20) 등이 컨트롤러(100)와 연결되어 컨트롤러(100)가 직접 운전 조치를 위한 제어를 하는 것도 가능하다.

10 : 반응기, 20 : 원료가스 공급부
30 : 해수 공급부, 40 : 영양분 공급부
50 : 폐기 처리부, 60 : 거품 제거기
60 : 거품 제거기, 100 : 컨트롤러
200 : 운전 알림부,
F : 원료가스 공급 유량계, P : 원료가스 공급 압력계
DP1 : 분사기 차압계, DP2 : 반응기 차압계
DP3 : 반응기와 거품제거기 차압계,
C1 : 매질의 염도계, C2 : 매질의 탁도계
C3 : pH 미터(C3), C4 : 수소 농도계

Claims (9)

1. 원료가스의 공급 유량(F)과 공급 압력(P), 일산화탄소로부터 수소를 생산하는 미생물과 원료가스와 해수 및 영양분이 반응하는 반응기에 원료가스를 분사하는 분사기의 유입과 토출측 차압(DP1), 상기 반응기의 차압(DP2), 상기 반응기의 출구와 상기 반응기의 토출측에 연결되는 거품 제거기의 출구측 차압(DP3), 상기 반응기 내 매질의 염도(C1)와 탁도(C2) 및 pH(C3), 생성된 수소 가스의 농도(C4)를 검출하는 계측기와;
   상기 계측기에 의해 검출된 데이터를 근거로 하여 분사기의 상태로 막힘과 손상, 매질의 보충과 보충중단, pH 조절을 판단하는 컨트롤러와;
   상기 컨트롤러의 판단에 의한 운전 변경 사항을 알려주는 운전 알림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 장치.
2. 반응기에 일산화탄소로부터 수소를 생산하는 미생물과 원료가스와 해수 및 영양분을 채워 상기 미생물에 의해 수소를 생산하는 중에 상기 반응기에 공급되는 원료가스의 공급 유량, 상기 원료가스의 공급 압력, 상기 반응기 안에 설치되어 원료가스를 분사하는 분사기의 유입측과 토출측의 차압, 상기 반응기의 유입측과 토출측의 차압, 상기 반응기 내부 매질의 염도, 상기 반응기 내부 매질의 탁도, 상기 반응기 내부 매질의 pH, 상기 반응기의 토출측과 상기 반응기의 토출측에 연결되는 거품 제거기의 토출측의 차압, 상기 거품 제거기를 통과하여 생산된 수소 가스의 농도 중 하나 이상의 데이터를 계측하는 제1단계와;
   상기 제1단계에서 계측한 데이터와 기준 데이터의 비교를 통해 상기 분사기의 막힘, 상기 분사기의 손상, 매질의 배출과 보충 제어, 영양분 공급, 거품의 누출, pH 조절 중 하나 이상의 운전 변경을 판단하는 제2단계와;
   상기 제1단계에 의한 모니터링 상황과 상기 제2단계의 판단에 따른 운전 변경 사항을 안내하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링에 의해 운전하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제2단계는 원료가스의 공급 유량이 정상 범위이면서 공급 압력 및 상기 분사기의 유입측과 토출측의 차압이 증가하는 것을 상기 분사기의 막힘으로 판단하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 제2단계는 원료가스의 공급 유량이 정상 범위이면서 공급 압력 및 상기 분사기의 유입측과 토출측의 차압이 감소함과 아울러 수소 농도가 낮아지는 것을 상기 분사기의 손상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 제2단계는 상기 반응기의 유입측과 토출측의 차압 감소, 매질의 염도 증가 및 매질의 pH 감소의 조건이 만족될 때 상기 반응기 내부의 매질을 드레인하는 한편 새로운 매질의 보충으로 판단하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법.
6. 청구항 2에 있어서, 상기 제2단계는 상기 반응기의 유입측과 토출측의 차압 증가, 매질의 염도 감소 및 매질의 pH 증가의 조건이 만족될 때 상기 반응기 내부에 대한 새로운 매질의 보충 중단으로 판단하는 특징으로 하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법.
7. 청구항 2에 있어서, 상기 제2단계는 상기 반응기 내부 매질의 탁도 감소 및 생성된 수소가스 농도의 감소가 만족될 때 영양분의 공급량 증가로 판단하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법.
8. 청구항 2에 있어서, 상기 반응기의 토출측과 상기 거품 제거기의 토출측 차압이 증가하는 것을 상기 반응기에서 거품을 배출하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법.
9. 청구항 2에 있어서, 상기 반응기 내부 매질의 pH가 기준 pH보다 낮은 경우 해수 공급으로 판단하고 기준 pH보다 높은 경우 NaOH 수용액 공급을 판단하는 것을 특징으로 하는 미생물을 이용한 수소 가스 연속 생산 플랜트의 모니터링과 운전 안내 방법.
   
   
   
   
   
   
   

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