KR102662479B1 - 저탄소 배출형 수소 추출 시스템 - Google Patents

저탄소 배출형 수소 추출 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저탄소 배출형 수소 추출 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템은 바이오가스를 저장 및 공급하는 바이오가스 공급부; 바이오가스 공급부와 연결되고, 바이오가스를 고질화하며, 이산화탄소를 메탄화하는 메탄화부; 메탄화부와 연결되고, 메탄화부로부터 배출되는 메탄을 공급받아 개질하는 개질부; 개질부와 연결되고, 개질부로부터 개질가스를 공급받으며, 개질부로부터 공급된 개질가스로부터 수소를 분리하는 제1 분리부; 및 제1 분리부와 연결되어 제1 분리부로부터 오프가스를 공급받고, 제1 분리부로부터 공급된 오프가스로부터 이산화탄소를 분리하는 제2 분리부를 포함하고, 제1 분리부에서 분리된 수소 중 적어도 일부 및 제2 분리부에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 일부는 메탄화부로 공급되어 이산화탄소 메탄화 공정에 이용된다.

Description

저탄소 배출형 수소 추출 시스템{LOW CARBON DIOXIDE EMISSION TYPE SYSTEM FOR EXTRACTING HYDROGEN}
본 발명은 저탄소 배출형 수소 추출 시스템에 대한 것이다.
일반적으로, 우리나라는 소비 에너지의 약 97%를 수입에 의존하고 있으며, 에너지 소비 증가율 또한 매우 높다. 현재 대부분의 에너지는 화석연료를 통해 생산되고 있으나, 화석연료의 매장량은 한정되어 있기 때문에, 화석연료의 영구사용이 불가능하며, 화석연료의 가격 역시 지속적으로 올라가고 있다.
또한, 화석연료를 사용하면서 배출되는 배출가스는 지구 온난화와 미세먼지와 같은 여러 가지 환경 문제를 일으키고 있다. 나아가, 대체 에너지로 주목을 받았던 원자력 에너지도 후쿠시마 원전사고 이후 탈원전 시대가 도래하면서 화석연료와 원자력 에너지를 대체할 에너지로 재생가능에너지(Renewable energy)가 주목받고 있다.
한편, 재생가능에너지는 태양, 풍력, 조력, 지열 등 다양하지만 전기에너지로만 변환이 가능하여 저장과 운송에 어려움이 있다. 따라서, 이러한 문제들을 해결함과 동시에 지역적 편재가 없으면서, 고갈되지 않고, 지속적으로 사용 가능한 친환경적 에너지가 필요하다.
이러한 관점에서, 수소는 우주 물질의 75%를 차지할 정도로 풍부하며, 지역적 편중이 없는 보편적 에너지원으로서 장기간ㆍ대용량 저장이 가능하고, 산소와 반응하여 열ㆍ전기에너지를 생산할 수 있으며, 부산물은 물 밖에 없어 환경 친화적인 에너지이다. 또한, 다른 재생에너지의 단점을 P2G(Power to gas) 기술을 이용하여 수소로 전환하면 저장 및 운송이 쉬운 에너지 저장소처럼 활용할 수 있다. 이렇게 수소를 활용하면 에너지원의 다각화, 해외 에너지 의존도 감소 등을 통해서 에너지 공급 리스크를 완화하고 에너지 자립이 가능하다.
현재 가장 많이 이용되는 수소 생산방법은 도시가스를 이용한 스팀개질 방법을 들 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 화석연료인 도시가스를 이용하기 때문에 온실가스 배출과 도시가스의 가격 상승으로 인해 경제성이 낮은 문제가 있다.
또한, 현재 수소 모빌리티 중심의 수소 인프라에서 수소차의 수소부하가 매우 불균일함으로써, 생산된 수소를 수소의 수요 부하에 맞게 안정적으로 조절하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
게다가, 수소 생산시 발생하는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 안정적으로 포집하기 위해서는 약 150℃의 고온의 배기가스를 약 40℃까지 냉각시켜야 하고, 배기가스에 포함된 수분, 질소산화물 등을 제거하여야 하는 번거로움이 있다.
뿐만 아니라, 종래에는 수소 생산에만 초점이 맞춰져 있는 바, 배기가스로부터 포집된 이산화탄소가 별도로 활용되는 것이 아니라 그대로 대기로 배출됨에 따라, 이산화탄소 배출 저감이 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 수소의 수요 부하에 능동적으로 대응할 수 있고, 이산화탄소 배출을 저감할 수 있는 저탄소 배출형 수소 추출 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예들은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 바이오가스로부터 수소를 추출하고, 추출된 수소를 바이오가스 내 이산화탄소와 메탄화 반응시켜서 수소와 메탄을 동시에 생산함에 따라, 수소의 수요 부하에 능동적으로 대응할 수 있고, 이산화탄소 배출을 저감할 수 있는 저탄소 배출형 수소 추출 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 바이오가스를 저장 및 공급하는 바이오가스 공급부; 상기 바이오가스 공급부와 연결되고, 바이오가스를 고질화하며, 이산화탄소를 메탄화하는 메탄화부; 상기 메탄화부와 연결되고, 상기 메탄화부로부터 배출되는 메탄을 공급받아 개질하는 개질부; 상기 개질부와 연결되고, 상기 개질부로부터 개질가스를 공급받으며, 상기 개질부로부터 공급된 개질가스로부터 수소를 분리하는 제1 분리부; 및 상기 제1 분리부와 연결되어 상기 제1 분리부로부터 오프가스를 공급받고, 상기 제1 분리부로부터 공급된 오프가스로부터 이산화탄소를 분리하는 제2 분리부를 포함하고, 상기 제1 분리부에서 분리된 수소 중 적어도 일부 및 상기 제2 분리부에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 일부는 상기 메탄화부로 공급되어 이산화탄소 메탄화 공정에 이용되는, 저탄소 배출형 수소 추출 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 메탄화부는, 상기 바이오가스 공급부로부터 공급된 바이오가스 내 이산화탄소 및 상기 제2 분리부에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 하나와 상기 제1 분리부에서 분리된 수소를 반응시켜서 이산화탄소를 메탄화하는 생물학적 메탄화 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 분리부와 연결되고, 상기 제2 분리부로부터 이산화탄소가 분리된 오프가스를 공급받아 연소시키는 연소부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연소부에서 연소 과정 중 발생되는 폐열은 상기 개질부로 공급되고, 상기 개질부로 공급된 폐열은 개질 공정에 이용될 수 있다.
또한, 상기 메탄화부에서 생산된 메탄은 상기 개질부 및 상기 연소부 중 적어도 하나로 전달될 수 있다.
또한, 상기 바이오가스 공급부 및 상기 메탄화부 사이에 연결되는 전처리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메탄화부는, 상기 전처리부와 연결되는 열화학적 메탄화 장치를 포함하고, 상기 열화학적 메탄화 장치는, 상기 전처리부에서 전처리된 바이오가스 내 이산화탄소 및 상기 제2 분리부에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 하나와 상기 제1 분리부에서 분리된 수소를 반응시켜서 이산화탄소를 메탄화할 수 있다.
또한, 상기 열화학적 메탄화 장치와 연결되는 열교환부를 더 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 열화학적 메탄화 장치의 반응열을 공급받아 고질화된 메탄을 예열할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 바이오가스로부터 수소를 추출하고, 추출된 수소를 바이오가스 내 이산화탄소와 메탄화 반응시켜서 수소와 메탄을 동시에 생산함에 따라, 수소의 수요 부하에 능동적으로 대응할 수 있고, 이산화탄소 배출을 저감할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 공정 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 메탄화부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4의 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 공정 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4의 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 메탄화부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 운전 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 일측, 타측, 상측, 하측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 저장수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 저장수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 공정 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 1의 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 메탄화부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템(1)은 바이오가스 공급부(10), 전처리부(20), 메탄화부(30), 개질부(40), 제1 분리부(50), 제2 분리부(60) 및 연소부(70)를 포함할 수 있다.
바이오가스 공급부(10)는 바이오가스를 저장 및 공급하기 위해 제공될 수 있다. 바이오가스 공급부(10)는 유기성폐기물을 이용하여 혐기소화 공정을 통해 바이오가스를 발생시킨 후, 이를 저장하도록 구비될 수 있다. 이렇게 생성된 바이오가스는 약 60% 메탄과 약 40%의 이산화탄소로 구성될 수 있다.
전처리부(20)는 바이오가스 공급부(10)로부터 공급되는 바이오가스에 포함되는 황화수소, 실록산, 수분 등을 제거할 수 있다. 이를 위해, 전처리부(20)는 바이오가스 공급부(10)와 메탄화부(30) 사이에 연결될 수 있다.
메탄화부(30)는 바이오가스 공급부(10)로부터 공급되는 바이오가스에 포함된 이산화탄소를 메탄화하면서 메탄을 고질화 할 수 있다. 구체적으로, 메탄화부(30)는 바이오가스를 고질화하는 공정에서 제1 분리부(50)로부터 수소를 별도로 공급받을 수 있다. 이에, 바이오가스 내 이산화탄소가 제1 분리부(50)로부터 공급되는 수소와 반응함에 따라, 이산화탄소가 메탄화될 수 있다.
한편, 메탄화부(30)는 바이오가스 공급부(10)로부터 공급된 바이오가스 내 이산화탄소 및 제2 분리부(60)에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 하나와 제1 분리부(50)에서 분리된 수소를 반응시키는 생물학적 메탄화 장치(31)를 포함할 수 있다.
생물학적 메탄화 장치(31)는 이산화탄소와 수소를 이용하여 메탄을 생성하는 미생물을 생촉매로 활용함으로써, 메탄을 생산할 수 있다. 생물학적 메탄화 장치(31)는 니켈 기반의 촉매를 활용하여 메탄을 생성하는 열화학적 메탄화 장치에 비해 시스템 구성이 단순하고, 상대적으로 낮은 온도, 예컨대, 약 30℃ 내지 약 70℃에서 운전될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 생물학적 메탄화 장치(31)에서 생산된 메탄은 메탄 수요처(35)로 공급되어 도시가스 등의 연료로 이용될 수 있다. 또한, 생물학적 메탄화 장치(31)에서 생산된 메탄은 개질부(40) 및 연소부(70) 중 적어도 하나로 전달될 수 있다. 생물학적 메탄화 장치(31)에서 생산된 메탄이 개질부(40)로 공급되는 경우, 생물학적 메탄화 장치(31)로부터 공급되는 메탄은 개질부(40)로 공급되어 개질될 수 있다. 반면, 생물학적 메탄화 장치(31)에서 생산된 메탄이 연소부(70)로 공급되는 경우, 생물학적 메탄화 장치(31)로부터 공급되는 메탄은 연소부(70)의 연료로 이용될 수 있다.
개질부(40)는 메탄화부(30)와 연결되어 메탄화부(30)로부터 배출되는 메탄을 공급받아 개질할 수 있다. 이를 위해, 개질부(40)는 일 예로 스팀 메탄 개질 반응을 이용하여 메탄을 개질함으로써 수소를 생산할 수 있다. 개질부(40)에서 스팀 메탄 개질 반응이 완료되면, 고농도 수소를 포함한 합성가스가 제1 분리부(50)로 공급될 수 있다. 또한, 개질부(40)의 스팀 메탄 개질 과정에서 발생하는 배기가스는 외부로 배출될 수 있다.
개질부(40)는 도 3의 점선 화살표로 도시된 바와 같이, 연소부(70)로부터 스팀 메탄 개질 반응을 위해 필요한 열량, 예컨대, 개질열을 제공받을 수 있다. 또한, 연소부(70)에서 오프가스가 연소될 때, 개질부(40)의 개질열이 부족한 경우, 개질부(40)는 생물학적 메탄화 장치(31)에서 생산된 메탄을 공급받아 스팀 메탄 개질 반응에 필요한 열량을 충당할 수 있다.
제1 분리부(50)는 개질부(40)와 연결되어 개질부(40)로부터 개질가스를 공급받으며, 개질부(40)로부터 공급된 개질가스로부터 수소를 분리할 수 있다. 제1 분리부(50)에서 분리된 수소는 수소 저장부(55)에 저장되었다가 필요시 수소 수요처(57)에 공급될 수 있다. 또한, 수소 저장부(55)에 저장된 수소는 생물학적 메탄화 장치(31)로 공급되어 이산화탄소와 반응될 수 있다.
한편, 제1 분리부(50)에서 수소가 분리되고 난 개질가스, 예컨대, 오프가스는 제2 분리부(60)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 제1 분리부(50)는 복수의 PSA(pressure swing adsorption)로 구비될 수 있다.
제2 분리부(60)는 제1 분리부(50)와 연결되어 제1 분리부(50)로부터 오프가스를 공급받고, 제1 분리부(50)로부터 공급된 오프가스로부터 이산화탄소를 분리할 수 있다. 이렇게 제2 분리부(60)를 통해 오프가스로부터 이산화탄소가 분리되면, 제2 분리부(60)로부터 배출되는 오프가스의 부피가 종래에 비해 감소될 수 있고, 단위 부피당 열량이 종래에 비해 증가될 수 있다.
이때, 제2 분리부(60)에서 분리된 이산화탄소는 이산화탄소 회수부(65)에 저장되었다가 이산화탄소 수요처(67), 예컨대, 온실로 공급되어 이산화탄소 시비용으로 이용될 수 있다. 이렇게 이산화탄소 회수부(65)에 저장된 이산화탄소는 생물학적 메탄화 장치(31)로 공급되어 수소와 반응될 수 있다. 제2 분리부(60)에서 이산화탄소가 분리되고 난 오프가스(이하, '이산화탄소 분리 오프가스'라고 함.)는 연소부(70)로 공급된 다음 대기로 배출될 수 있다. 예를 들어, 제2 분리부(50)는 복수의 PSA로 구비될 수 있다.
연소부(70)는 제2 분리부(60)와 연결되어 제2 분리부(60)로부터 이산화탄소 분리 오프가스를 공급받아 연소시킬 수 있다. 제2 분리부(60)로부터 연소부(70)로 공급되는 가스에는 이산화탄소가 포함되어 있지 않으므로, 연소부(70)의 연소 성능이 종래에 비해 향상될 수 있다.
한편, 제2 분리부(60)로부터 연소부(70)로 공급되는 이산화탄소 분리 오프가스는 연소부(70)에서 연소되고, 이산화탄소 분리 오프가스의 연소 과정 중 발생되는 폐열은 개질부(40)로 공급될 수 있다. 이렇게 연소부(70)로부터 개질부(40)로 공급된 폐열은 개질 공정에 이용될 수 있다. 연소부(70)에 반응열을 전달한 이산화탄소 분리 오프가스는 대기로 배출될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 저탄소 배출형 수소 추출 시스템(1)은 바이오가스로부터 수소를 추출하고, 추출된 수소를 바이오가스로 내 이산화탄소와 메탄화 반응시켜서 수소와 메탄을 동시에 생산함에 따라, 수소의 수요 부하에 능동적으로 대응할 수 있고, 이산화탄소 배출이 저감된다는 효과가 있다.
또한, 수소를 생산할 때 발생하는 오프가스로부터 불연가스인 이산화탄소를 분리함에 따라, 연료로서 오프가스의 품질이 향상될 수 있고, 오프가스의 연소 성능이 향상됨에 따라, 저탄소 배출형 수소 추출 시스템(1)의 운전 안정성이 확보될 수 있다는 효과가 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 5는 도 4의 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 공정 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 4의 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 메탄화부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템(1')은 바이오가스 공급부(10), 전처리부(20), 메탄화부(30'), 개질부(40), 제1 분리부(50), 제2 분리부(60), 연소부(70), 열교환부(80) 및 압축부(90)를 포함할 수 있다. 다만, 도 4 내지 도 6에 도시한 저탄소 배출형 수소 추출 시스템(1')은 메탄화부(30'), 열교환부(80) 및 압축부(90)를 제외하면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 저탄소 배출형 수소 추출 시스템(1)과 동일하므로, 이하에서는 차이점에 해당하는 메탄화부(30'), 열교환부(80) 및 압축부(90)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
메탄화부(30')는 바이오가스 공급부(10)로부터 공급되는 바이오가스에 포함된 이산화탄소를 메탄화하여 메탄을 고질화 할 수 있다. 이를 위해, 메탄화부(30')는 열화학적 메탄화 장치(33)를 포함할 수 있다.
열화학적 메탄화 장치(33)는 니켈 기반의 촉매를 이용하여 이산화탄소와 수소를 반응시켜서 메탄을 생성할 수 있다. 이러한 열화학적 메탄화 장치(33)는 바이오가스 내 이산화탄소 및 제2 분리부(60)에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 하나와 제1 분리부(50)에서 분리된 수소를 반응시켜서 이산화탄소를 메탄화할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 열화학적 메탄화 장치(33)에서 생산된 메탄은 메탄 수요처(35)로 공급되어 도시가스 등의 연료로 이용될 수 있다. 또한, 열화학적 메탄화 장치(33)에서 생산된 메탄은 필요에 따라 연소부(70)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 개질부(40)의 반응열이 부족한 경우, 열화학적 메탄화 장치(33)에서 생산된 메탄이 연소부(70)로 공급될 수 있으며, 열화학적 메탄화 장치(33)로부터 공급되는 메탄은 연소부(70)의 연료로 이용될 수 있다.
열교환부(80)는 열화학적 메탄화 장치(33)의 반응열을 공급받아 고질화된 메탄을 예열할 수 있다. 이를 위해, 열교환부(80)는 열화학적 메탄화 장치(33)에 연결되는 열교환기로 구비될 수 있다.
한편, 도 6의 열화학적 메탄화 장치(33)와 열교환부(80) 사이의 점선 화살표로 도시된 바와 같이, 열화학적 메탄화 장치(33)에서 발생하는 반응열은 열교환부(80)의 열교환 매체와 열교환될 수 있다. 이렇게 열교환부(80)에 의해 예열된 메탄은 개질부(40)로 공급될 수 있다.
압축부(90)는 제1 분리부(50)로부터 배출되는 오프가스를 압축하여 제2 분리부(60)로 전달할 수 있다. 압축부(90)로 공급된 오프가스는 소정의 압력으로 승압된 다음 배출될 수 있다. 예를 들어, 압축부(90)는 압축기로 구비될 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 저탄소 배출형 수소 추출 시스템의 운전 시나리오에 대하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 메탄의 수요가 수소의 수요보다 높은 경우, 예컨대, 메탄의 수요가 아주 높고, 수소의 수요가 아주 낮은 경우, 메탄화부(30)로부터 배출되는 메탄을 메탄 수요처(35, 도 3 및 도 6 참조)에 활용한다.
또한, 연소부(70)의 폐열을 메탄화부(30)로 전달하는 열 전달 배관(701) 및 메탄화부(30)의 메탄을 메탄 수요처(35)로 전달하는 제1 메탄 전달 배관(301)을 통해 개질부(40)에 간접적으로 열을 전달한다.
반면, 메탄의 수요가 수소의 수요보다 낮은 경우, 예컨대, 메탄의 수요가 아주 낮고 수소의 수요가 아주 높은 경우, 수소 전달 배관(401)을 통해 개질부(40)로부터 배출되는 수소를 수요 수요처(57, 도 3 및 도 6 참조)에 활용한다.
또한, 연소부(70)의 폐열을 메탄화부(30)로 전달하는 열 전달 배관(701)을 통해 개질부(40)에 간접 열 전달을 수행한 다음, 제2 메탄 전달 배관(302)을 통해 메탄화부(30)의 메탄을 개질부(40)로 전달한다.
한편, 메탄의 수요와 수소의 수요가 중간 정도인 경우, 메탄과 수소의 부하 대응이 필요하다. 그러므로, 제1 메탄 전달 배관(301)을 통해 메탄화부(30)로부터 메탄 수요처(35)로 공급되는 메탄의 양과 제2 메탄 전달 배관(302)을 통해 메탄화부(30)로부터 개질부(40)로 공급되는 메탄의 양의 비율을 적절하게 조절한다.
아울러, 오프가스 전달 배관(601)을 통해 제2 분리부(60)로부터 연소부(70)로 전달되는 오프가스에는 수소 및 미량의 메탄이 포함되어 있다. 이에, 연소부(70)에서 미량의 메탄 연소로 인한 미량 응축수 리턴 양을 조절한다. 여기서, 미량 응축수 리턴 양은 개질부(40)로 회수되는 응축수의 양을 의미한다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1, 1': 저탄소 배출형 수소 추출 시스템 10: 바이오가스 공급부
20: 전처리부 30, 30': 메탄화부
31: 생물학적 메탄화 장치 33: 열화학적 메탄화 장치
35: 메탄 수요처 40: 개질부
50: 제1 분리부 55: 수소 저장부
57: 수소 수요처 60: 제2 분리부
65: 이산화탄소 회수부 67: 이산화탄소 수요처
70: 연소부 80: 열교환부
90: 압축부 301: 제1 메탄 전달 배관
302: 제2 메탄 전달 배관 401: 수소 전달 배관
601: 오프가스 전달 배관 701: 열 전달 배관

Claims (8)

  1. 바이오가스를 저장 및 공급하는 바이오가스 공급부;
    상기 바이오가스 공급부와 연결되고, 바이오가스를 고질화하며, 이산화탄소를 메탄화하는 메탄화부;
    상기 메탄화부와 연결되고, 상기 메탄화부로부터 배출되는 메탄을 공급받아 개질하는 개질부;
    상기 개질부와 연결되고, 상기 개질부로부터 개질가스를 공급받으며, 상기 개질부로부터 공급된 개질가스로부터 수소를 분리하는 제1 분리부;
    상기 제1 분리부와 연결되어 상기 제1 분리부로부터 오프가스를 공급받고, 상기 제1 분리부로부터 공급된 오프가스로부터 이산화탄소를 분리하는 제2 분리부;
    상기 메탄화부 및 상기 제2 분리부와 연결되고, 상기 제2 분리부로부터 이산화탄소가 분리된 오프가스를 공급받아 연소시키며, 상기 메탄화부에서 생산된 메탄을 선택적으로 공급받아 연료로 이용함으로써, 상기 개질부에 필요한 열량을 충당할 수 있는 연소부;
    상기 메탄화부와 메탄 수요처 사이를 연결하고, 적어도 일부가 상기 개질부를 통과하도록 배치되는 제1 메탄 전달 배관;
    상기 메탄화부와 상기 연소부 사이를 연결하고, 적어도 일부가 상기 개질부를 통과하도록 배치되는 열 전달 배관; 및
    상기 메탄화부와 상기 개질부 사이를 연결하는 제2 메탄 전달 배관을 포함하고,
    상기 제1 분리부에서 분리된 수소 중 적어도 일부 및 상기 제2 분리부에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 일부는 상기 메탄화부로 공급되어 이산화탄소 메탄화 공정에 이용되고,
    메탄의 수요와 수소의 수요에 따라, 상기 제1 메탄 전달 배관 및 상기 제2 메탄 전달 배관 중 적어도 하나로 메탄이 공급될 때, 상기 제1 메탄 전달 배관 및 상기 열 전달 배관 중 적어도 하나를 통해 상기 개질부에 간접적으로 열이 전달되는,
    저탄소 배출형 수소 추출 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 메탄화부는,
    상기 바이오가스 공급부로부터 공급된 바이오가스 내 이산화탄소 및 상기 제2 분리부에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 하나와 상기 제1 분리부에서 분리된 수소를 반응시켜서 이산화탄소를 메탄화하는 생물학적 메탄화 장치를 포함하는,
    저탄소 배출형 수소 추출 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 메탄화부에서 생산된 메탄은 상기 개질부 및 상기 연소부 중 적어도 하나로 전달되는,
    저탄소 배출형 수소 추출 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 바이오가스 공급부 및 상기 메탄화부 사이에 연결되는 전처리부를 더 포함하는,
    저탄소 배출형 수소 추출 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 메탄화부는,
    상기 전처리부와 연결되는 열화학적 메탄화 장치를 포함하고,
    상기 열화학적 메탄화 장치는,
    상기 전처리부에서 전처리된 바이오가스 내 이산화탄소 및 상기 제2 분리부에서 분리된 이산화탄소 중 적어도 하나와 상기 제1 분리부에서 분리된 수소를 반응시켜서 이산화탄소를 메탄화하는,
    저탄소 배출형 수소 추출 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 열화학적 메탄화 장치와 연결되는 열교환부를 더 포함하고,
    상기 열교환부는,
    상기 열화학적 메탄화 장치의 반응열을 공급받아 고질화된 메탄을 예열하는,
    저탄소 배출형 수소 추출 시스템.
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