KR20090116603A - System for bio gas purification and energy recovery - Google Patents

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KR20090116603A
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Abstract

PURPOSE: An apparatus for energy recovery and bio gas purification is provided to refine exhaust gas by combusting refined biogas, and to refine the bio gas by removing carbon dioxide components of the biogas. CONSTITUTION: An apparatus for energy recovery and bio gas purification includes a biogas generation part(110), a biogas transfer tube(120), a refining tank(130), a biogas reservoir(160), a furnace(200), an exhaust gas discharge pipe(210), a removal reaction tank(220), a sludge reservoir(150), and a decomposition tank(280). The apparatus for energy recovery and bio gas purification further includes a quicklime reservoir(300), a carbon dioxide accumulator tank(330) and a waste tank(170). The biogas generation part generates biogas by fermenting organic waste. The refining tank increases the content of methane gas contained in the biogas.

Description

바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치{SYSTEM FOR BIO GAS PURIFICATION AND ENERGY RECOVERY}Biogas Refining and Energy Recovery Unit {SYSTEM FOR BIO GAS PURIFICATION AND ENERGY RECOVERY}

본 발명은 바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기성 폐기물을 발효시켜 생성되는 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소 성분을 완벽하게 제거하여 메탄가스로만 이루어진 고품질의 바이오가스를 생산할 수 있으며, 또한 바이오가스를 에너지로 전환하기 위해 연소 시에 발생되는 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 완벽하게 제거할 수 있어 대기 환경 오염도 방지할 수 있는 바이오가스 에너지 회수 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a biogas purification and energy recovery apparatus, and more particularly, it is possible to completely remove the carbon dioxide component contained in the biogas produced by fermentation of organic waste to produce high quality biogas consisting of methane gas. In addition, the present invention relates to a biogas energy recovery apparatus capable of completely removing carbon, such as carbon dioxide, contained in exhaust gases generated during combustion in order to convert biogas into energy, thereby preventing air pollution.

일반적으로, 현재 화석연료의 대체연료로서 가장 기대를 받고 있는 것 중의 하나가 바이오가스(bio gas)이며, 바이오가스는 천연가스와 더불어 가까운 장래에 충분히 실용화가 가능한 것으로 기대되고 있다. In general, one of the most anticipated biofuels as a substitute for fossil fuels is biogas, which is expected to be fully commercialized in the near future along with natural gas.

바이오가스는 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge)와 같이 바이오매스(biomass : 유기물)의 함량이 높은 유기성 폐기물을 발효시키면 자동으 로 얻어지는 것으로, 원료물질인 유기성 폐기물은 인간 활동과 각종 산업 활동을 통해 끊임없이 발생되므로 충분하다 할 수 있다. Biogas is obtained automatically by fermenting organic wastes with high biomass content, such as livestock manure, food waste, and sludge from sewage treatment plants. It is sufficient because it is constantly generated through activities.

상세하게, 바이오가스는 다량의 유기물질을 함유하는 유기성 폐기물을 산소가 존재하지 않는 언에어로빅(anaerobic) 상태 하에서 혐기성 소화 처리하면 유기물질이 분해되어 생성되는 것으로, 주로 메탄(CH4:약 60~70%)과 이산화탄소(CO2:약 30~40%)로 구성된다. In detail, biogas is produced by anaerobic digestion of organic wastes containing a large amount of organic materials under an aerobic condition in which oxygen does not exist, and is mainly formed of methane (CH 4 : about 60 ~). 70%) and carbon dioxide (CO 2: consists of about 30-40%).

여기서, 혐기성 소화 처리는 혐기성 미생물의 부착성질을 이용하여 혐기성 소화조 내에 담체(擔體)를 설치하는 혐기성 필터(anaerobic filter) 공법과, 미생물의 자기 고정화(self immobilization)에 따른 입상화(granulation)를 이용하는 UASB(Upflow Anaerobolic Sludge Blanket) 공법이 통상 적용되고 있다. Here, anaerobic digestion treatment uses an anaerobic filter method in which a carrier is installed in an anaerobic digester using adhesive properties of anaerobic microorganisms, and granulation due to self immobilization of microorganisms. UASB (Upflow Anaerobolic Sludge Blanket) method is commonly used.

바이오가스는 메탄가스를 약 60~70% 정도 다량 함유하므로, 통상 연소시켜 전기 및 열 에너지를 얻는다. Biogas contains about 60 to 70% of methane, so it is usually burned to obtain electrical and thermal energy.

그러나, 그 연소 시에 약 30~40% 정도 많은 양 함유되어 있는 이산화탄소가 산화 작용을 방해함으로써 연소에 따른 발열량이 낮고, 그에 따라 전기 및 열 에너지로의 전환율이 낮다는 문제점이 있다. However, since the carbon dioxide contained in a large amount of about 30 to 40% during the combustion interferes with the oxidation action, there is a problem in that the calorific value due to combustion is low, and thus the conversion rate to electricity and thermal energy is low.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 노력이 있어 왔다. Therefore, many efforts have been made to solve this problem.

그 대표적인 일 예로서, 대한민국의 대우건설이 개발한 "대우 이상 혐기성 소화 공정(Daewoo Two Phase Anaerobolic Bio-Gas System : 통상, 'DBS'로 칭함)"이 있으며, 해당 DBS 공정에서는 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 조금 분리 시켜 공기 중으로 배출시킴으로써 함유된 메탄가스의 함량을 75~80% 정도로 높이고 이산화탄소의 함량은 약 20% 정도로 낮추는 것이다. An example of this is the "Daewoo Two Phase Anaerobolic Bio-Gas System (commonly referred to as" DBS ")" developed by Daewoo E & C of the Republic of Korea. By separating carbon dioxide slightly and venting it into the air, the content of methane gas is increased to 75 ~ 80% and the carbon dioxide content is lowered to about 20%.

그러나, 이 방식은 그 이상의 이산화탄소를 제거할 수 없다는 한계성의 문제점이 있다. However, this method has a problem in that it cannot remove further carbon dioxide.

따라서, 현 시점에서는 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소의 양을 보다 완벽하게 저감시켜 메탄가스의 순도를 최대한 높일 수 있는 기술이 필요되고 있다. Therefore, at this point in time, there is a need for a technology that can more fully reduce the amount of carbon dioxide contained in biogas to maximize the purity of methane gas.

한편, 바이오가스를 전기와 같은 다른 에너지로 전환하기 위해 연소로(燃燒爐)에서 연소시키면, 바이오가스 중에 함유된 메탄가스가 산소와 반응하여 다음과 같은 메커니즘에 의해 다량의 이산화탄소가 발생되어 배기가스 중에 함유된다. On the other hand, when biogas is combusted in a combustion furnace to convert it into other energy such as electricity, methane gas contained in the biogas reacts with oxygen, and a large amount of carbon dioxide is generated by the following mechanism to exhaust the exhaust gas. It is contained in.

"CH4 + 2O2 → 2H2O↑ + CO2↑""CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O ↑ + CO 2 ↑ "

관련하여, 이산화탄소는 전체 온실가스의 약 60%를 차지하여 지구 온난화 현상의 주범으로, 일찍이 기후 변화에 관한 국제 협약을 통해 그 배출 감축에 대한 노력과 규제가 이루어지고 있다. In this regard, carbon dioxide accounts for about 60% of all greenhouse gases and is a major culprit of global warming, with efforts to reduce emissions through early international agreements on climate change.

따라서, 바이오가스를 연소시켜 에너지를 생성함에 있어서도 배기가스 중에 함유되어 발생되는 이산화탄소를 적극적으로 감축시켜야 하나, 아직까지 효율성, 경제성 및 현장 적용성 면 등에서 만족할 만큼 획기적인 감축 기술이 개발되지 못하고 있는 실정이다. Therefore, in the generation of energy by burning biogas, it is necessary to actively reduce the carbon dioxide generated in the exhaust gas, but there are still no significant reduction technologies developed to satisfy efficiency, economic feasibility, and field applicability. .

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 유기성 폐기물을 발효시켜 생성되는 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소 성분을 보다 완벽하게 제거하여 함유된 메탄가스의 순도를 최대한 높일 수 있음으로써, 연소 시의 에너지 전환율이 우수한 고품질의 바이오가스를 생산할 수 있는 바이오가스 정제 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was devised to solve the above problems, and by completely eliminating the carbon dioxide component contained in the biogas produced by fermenting organic waste, the purity of the contained methane gas can be increased as much as possible, the combustion An object of the present invention is to provide a biogas purification apparatus capable of producing high quality biogas having excellent energy conversion rate.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 바이오가스를 에너지로 전환하기 위해 연소 시에 발생되는 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 효율적으로 제거하여 대기 환경 오염을 방지할 수 있는 바이오가스 에너지 회수 장치를 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention, the biogas energy recovery apparatus that can effectively remove the carbon, such as carbon dioxide contained in the exhaust gas generated during combustion in order to convert the biogas into energy to prevent air pollution To provide.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 유기성 폐기물로부터 생성되는 바이오가스 중의 이산화탄소 성분을 제거하여 정제할 수 있음과 아울러, 정제된 바이오가스를 연소시켜 에너지를 생산 시에 발생되는 배기가스 중의 이산화탄소도 제거하여 정화할 수 있는 바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치를 제공하는데 있다. Further, another object of the present invention is to remove and purify the carbon dioxide component in the biogas generated from the organic waste, and also to remove the carbon dioxide in the exhaust gas generated during the production of energy by burning the purified biogas. It is to provide a biogas purification and energy recovery apparatus that can be purified by.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention by those skilled in the art.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이오가스 정제 장치는, 유기성 폐 기물을 발효시켜 바이오가스를 생성하는 바이오가스 생성부; 상기 바이오가스 생성부에서 생성되어 공급되는 상기 바이오가스를 이송하는 바이오가스 이송관; 상기 바이오가스 이송관의 도중에 구비되어 통과되는 상기 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 내부 수용된 강알칼리수에 접촉, 제거시켜 함유된 메탄가스의 함량을 증가시키는 정제조; 및 상기 정제조를 통과한 정제된 상기 바이오가스를 내부 저장하는 바이오가스 저장조; 를 포함한다. Biogas purification apparatus of the present invention for achieving the above object, the biogas generating unit for producing a biogas by fermenting organic waste; A biogas transport pipe for transporting the biogas generated and supplied by the biogas generator; A purification tank configured to increase the content of methane gas contained by contacting and removing carbon dioxide contained in the biogas, which is provided in the middle of the biogas delivery pipe, with the strong alkaline water contained therein; And a biogas storage tank configured to internally store the purified biogas that has passed through the purification tank. It includes.

바람직하게, 상기 정제조에서의 제거 반응에 따라 생성되는 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조; 를 더 포함할 수 있다. Preferably, the sludge storage tank for receiving and storing the sludge produced by the removal reaction in the purification tank; It may further include.

또한 바람직하게, 상기 강알칼리수는, 생석회와 물의 접촉 반응에 따라 생성되는 수산화칼슘 성분이고, 상기 슬러지는, 상기 수산화칼슘과 상기 이산화탄소의 접촉 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘 성분일 수 있다. Also preferably, the strong alkaline water is a calcium hydroxide component produced by the contact reaction between quicklime and water, and the sludge may be a calcium carbonate component produced by the contact reaction between the calcium hydroxide and the carbon dioxide.

또한 바람직하게, 슬래그 또는 석탄재 폐기물을 투입받아 수용된 물과 접촉 반응시켜 수산화칼슘 성분의 상기 강알칼리수를 생성하여 상기 정제조로 공급하는 폐기물 수침조; 를 더 포함할 수 있다. Also preferably, the waste water immersion tank receiving the slag or coal ash waste and contacting with the received water to produce the strong alkaline water of the calcium hydroxide component to supply to the refining tank; It may further include.

한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이오가스 에너지 회수 장치는, 바이오가스를 내부 저장하는 바이오가스 저장조; 상기 바이오가스 저장조로부터 공급되는 상기 바이오가스를 연소시켜 고열을 발생시키는 연소로; 상기 연소로에서의 연소에 따라 발생되는 배기가스를 이송하여 배출하는 배기가스 배출관; 및 상기 배기가스 배출관의 도중에 구비되어 통과되는 상기 배출가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 내부 수용된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수에 접촉시켜 제거하는 제거 반응조; 를 포함한다. On the other hand, the biogas energy recovery apparatus of the present invention for achieving the above object, the biogas storage tank for storing the biogas; A combustion furnace generating high heat by burning the biogas supplied from the biogas storage tank; An exhaust gas discharge pipe configured to transfer and discharge exhaust gas generated by combustion in the combustion furnace; And a removal reaction tank provided in the middle of the exhaust gas discharge pipe to remove carbon such as carbon dioxide contained in the exhaust gas by contacting strong alkaline water of the calcium hydroxide component contained therein. It includes.

바람직하게, 슬래그 또는 석탄재 폐기물을 투입받아 수용된 물과 접촉 반응시켜 수산화칼슘 성분의 상기 강알칼리수를 생성하여 상기 제거 반응조로 공급하는 폐기물 수침조; 를 더 포함할 수 있다. Preferably, the waste water immersion tank receiving the slag or coal ash waste in contact with the received water to produce the strong alkaline water of the calcium hydroxide component to supply to the removal reaction tank; It may further include.

또한 바람직하게, 상기 제거 반응조에서의 제거 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조; 및 상기 슬러지 저장조로부터 공급되는 상기 탄산칼슘을 상기 연소로에서 발생되는 고열을 이용하여 분해시켜 수산화칼슘 성분의 상기 강알칼리수를 생성하는데 필요한 원료물질인 생석회를 생성하는 분해조; 를 더 포함할 수 있다. Also preferably, the sludge storage tank for receiving and storing the calcium carbonate sludge produced by the removal reaction in the removal reaction tank; And a decomposition tank for producing quicklime, which is a raw material necessary to generate the strong alkaline water of the calcium hydroxide component by decomposing the calcium carbonate supplied from the sludge storage tank using the high heat generated in the combustion furnace. It may further include.

또한 바람직하게, 상기 분해조로부터 상기 생석회를 공급받아 저장한 후 상기 제거 반응조 또는 상기 폐기물 수침조로 공급하는 생석회 저장조; 및 상기 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소를 공급받아 저장하는 이산화탄소 수집조; 를 더 포함할 수 있다. Also preferably, the quicklime storage tank for receiving and storing the quicklime from the decomposition tank to supply to the removal reaction tank or the waste water immersion tank; And a carbon dioxide collection tank configured to receive and store carbon dioxide generated according to the decomposition reaction in the decomposition tank. It may further include.

또한 바람직하게, 상기 연소로는, 보일러, 내연기관, 외연기관, 증기기관, 엔진, 열병합발전 설비, 열교환기 중의 어느 하나에 포함되는 것일 수 있다. Also preferably, the combustion furnace may be included in any one of a boiler, an internal combustion engine, an external combustion engine, a steam engine, an engine, a cogeneration plant, and a heat exchanger.

한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치는, 유기성 폐기물을 발효시켜 바이오가스를 생성하는 바이오가스 생성부; 상기 바이오가스 생성부에서 생성되어 공급되는 상기 바이오가스를 이송하는 바이오가스 이송관; 상기 바이오가스 이송관의 도중에 구비되어 통과되는 상기 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 내부 수용된 강알칼리수에 접촉, 제거시켜 함 유된 메탄가스의 함량을 증가시키는 정제조; 상기 정제조를 통과하여 정제된 상기 바이오가스를 내부 저장하는 바이오가스 저장조; 상기 바이오가스 저장조로부터 공급되는 정제된 상기 바이오가스를 연소시켜 고열을 발생시키는 연소로; 상기 연소로에서의 연소에 따라 발생되는 배기가스를 이송하여 배출하는 배기가스 배출관; 및 상기 배기가스 배출관의 도중에 구비되어 통과되는 상기 배출가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 내부 수용된 강알칼리수에 접촉시켜 제거하는 제거 반응조; 를 포함한다. On the other hand, the biogas purification and energy recovery apparatus of the present invention for achieving the above object, the biogas generating unit for producing a biogas by fermenting the organic waste; A biogas transport pipe for transporting the biogas generated and supplied by the biogas generator; A purification tank configured to increase the content of methane gas contained by contacting and removing carbon dioxide contained in the biogas, which is provided in the middle of the biogas delivery pipe, with the strong alkaline water contained therein; A biogas storage tank configured to internally store the purified biogas through the purification tank; A combustion furnace generating high heat by burning the purified biogas supplied from the biogas storage tank; An exhaust gas discharge pipe configured to transfer and discharge exhaust gas generated by combustion in the combustion furnace; And a removal reaction tank provided in the middle of the exhaust gas discharge pipe to remove carbon such as carbon dioxide contained in the exhaust gas by contacting with strong alkaline water contained therein. It includes.

바람직하게, 상기 강알칼리수는, 수산화칼슘 성분일 수 있다. Preferably, the strong alkaline water may be a calcium hydroxide component.

또한 바람직하게, 상기 정제조 및 상기 제거 반응조 내에서의 제거 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조; 상기 슬러지 저장조로부터 공급되는 상기 탄산칼슘을 상기 연소로에서 발생되는 고열을 이용하여 분해시켜 생석회를 생성하는 분해조; 상기 분해조로부터 상기 생석회를 공급받아 저장한 후 상기 정제조/상기 제거 반응조 또는 상기 폐기물 수침조로 공급하는 생석회 저장조; 및 상기 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소를 공급받아 저장하는 이산화탄소 수집조; 를 더 포함할 수 있다. Also preferably, the sludge storage tank for receiving and storing the calcium carbonate sludge produced by the removal reaction in the purification tank and the removal reaction tank; A decomposition tank for producing quicklime by decomposing the calcium carbonate supplied from the sludge storage tank using high heat generated in the combustion furnace; A quicklime storage tank receiving and storing the quicklime from the decomposition tank and then supplying the quicklime to the purification tank / removal reaction tank or the waste water immersion tank; And a carbon dioxide collection tank configured to receive and store carbon dioxide generated according to the decomposition reaction in the decomposition tank. It may further include.

본 발명에 따르면, 유기성 폐기물을 발효시켜 생성되는 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 보다 완벽하게 제거하여 함유된 메탄가스의 순도를 최대한 높일 수 있음으로써, 연소 시의 에너지 전환율이 우수한 고품질의 바이오가스를 생산할 수 있는 효과가 달성될 수 있다. According to the present invention, carbon dioxide contained in the biogas produced by fermentation of organic waste can be more completely removed to increase the purity of methane gas contained therein, thereby producing high quality biogas with excellent energy conversion rate during combustion. The effect can be achieved.

또한, 본 발명에 따르면, 바이오가스를 에너지로 전환하기 위해 연소 시에 발생되는 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 효율적으로 제거할 수 있음으로써, 이산화탄소에 의한 대기 환경 오염을 방지하고, 점차 강화되는 이산화탄소 배출 규제에 적극 대처할 수 있는 효과가 달성될 수 있다. In addition, according to the present invention, in order to convert biogas into energy, carbons such as carbon dioxide contained in the exhaust gas generated at the time of combustion can be efficiently removed, thereby preventing air pollution by carbon dioxide, and gradually The effects of actively coping with the tightening regulations on CO2 emissions can be achieved.

그리고, 본 발명에 따르면, 산업 현장에서 폐기물로서 다량 발생되는 슬래그와 석탄재를 이용하므로, 매우 경제적이고, 현장 적용성이 우수하며, 또한 처리 과정에서 또 다른 환경 오염을 전혀 유발하지 않으므로 친환경적인 효과가 달성될 수 있다. In addition, according to the present invention, since it uses slag and coal ash generated in a large amount as waste in an industrial site, it is very economical, has excellent field applicability, and does not cause any other environmental pollution in the process of treatment, so it is eco-friendly. Can be achieved.

나아가, 본 발명에 따르면, 출발 원료물질인 생석회를 순환 재생하여 이용하므로, 해당 원료물질을 최대한 이용 가능하고, 소량의 원료물질만을 소요할 수 있음으로써, 이 점에서도 경제성 및 활용성이 우수한 효과가 달성될 수 있다. Furthermore, according to the present invention, since the quicklime, which is a starting raw material, is recycled and used, the raw material can be used as much as possible, and only a small amount of raw material can be consumed. Can be achieved.

또한 나아가, 본 발명에 따르면, 유용하게 재활용될 수 있는 탄산칼슘, 고순도의 이산화탄소 및 생석회도 부산물로 제공하므로, 이 점에서도 경제성 및 활용성이 우수한 효과가 달성될 수 있다. Furthermore, according to the present invention, since calcium carbonate, high purity carbon dioxide, and quicklime, which can be usefully recycled, are also provided as by-products, excellent effects of economic efficiency and utility can be achieved in this regard.

또한 나아가, 슬래그와 석탄재의 폐기물을 무해화 처리할 수 있으므로, 해당 폐기물들의 단순 매립 시 등에 발생되는 환경 오염도 방지할 수 있는 효과가 달성될 수 있다. In addition, since the waste of slag and coal ash can be harmlessly treated, an effect of preventing environmental pollution generated at the time of simple landfill of the wastes can be achieved.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 바이오가스 정제 장치를 나타내는 구성도이다. 1 is a block diagram showing a biogas purification apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 바이오가스 정제 장치는, 유기성 폐기물을 발효시켜 바이오가스를 생성하는 바이오가스 생성부(110)와, 바이오가스 생성부(110)에서 생성되어 공급되는 바이오가스를 이송하는 바이오가스 이송관(120)과, 바이오가스 이송관(120)의 도중에 구비되어 통과되는 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 수산화칼슘(Ca(OH)2) 성분의 강알칼리수에 접촉, 제거시켜 함유된 메탄가스의 함량을 증가시키는 정제조(130)와, 정제된 바이오가스를 내부 저장하는 바이오가스 저장조(160)와, 정제조(130)에서의 제거 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘(CaCO3) 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조(150)를 포함한다. Biogas purification apparatus according to the present invention, the biogas generation unit 110 for fermenting organic waste to generate biogas, and the biogas delivery pipe for transporting the biogas generated and supplied by the biogas generator 110 The carbon dioxide contained in the biogas passing through the biogas delivery pipe 120 and the strong alkali water of the calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) component is contacted and removed to increase the content of methane gas. Sludge for receiving and storing the purification tank 130, the biogas storage tank 160 for storing the purified biogas inside, and the calcium carbonate (CaCO 3 ) sludge produced by the removal reaction in the purification tank 130 Reservoir 150.

바이오가스 생성부(110)는 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지와 같은 각종 유기성 폐기물을 발효시켜 메탄가스와 이산화탄소가 주 성분인 바이오가스를 생성한다. The biogas generating unit 110 ferments various organic wastes such as livestock manure, food waste, and sewage treatment plant sludge to generate biogas mainly composed of methane gas and carbon dioxide.

바이오가스 생성부(110)는 그 구체적인 처리 방식이나 구성이 특별히 제한되지 않으며, 즉 현재 적용 중이거나 이후 개발되어 적용될 수 있는 모든 처리 방식이나 구성을 이용할 수 있다. The biogas generating unit 110 is not particularly limited in the specific treatment method or configuration, that is, may be used any treatment method or configuration that is currently being applied or can be developed and applied later.

일 예로, 바이오가스 생성부(110)는 고액 분리 등으로 적정하게 전처리된 유기성 폐기물을 투입받아 발효 분해시켜 바이오가스를 생성하는 소화조와, 소화조에 서 생성된 바이오가스에 함유된 각종 미량의 유해물질을 제거하는 후처리부를 포함하도록 구성될 수 있다. As an example, the biogas generating unit 110 receives an organic waste that has been appropriately pretreated by solid-liquid separation and the like and fermentation and decomposition to generate biogas, and various traces of harmful substances contained in biogas generated in the digester. It may be configured to include a post-processing unit for removing the.

정제조(130)는 바이오가스 이송관(120)의 도중에 구비되어 이송되는 바이오가스가 통과되며, 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 내부 수용된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 이용하여 제거한다. The purification tank 130 passes through the biogas provided in the middle of the biogas delivery pipe 120, and removes carbon dioxide contained in the biogas using strong alkaline water of the calcium hydroxide component contained therein.

즉, 내부 수용된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수에 바이오가스를 통과시켜 상호 접촉되도록 함으로써 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 제거하며, 그때의 제거 반응식은 "Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O"이다. That is, the carbon dioxide contained in the biogas is removed by passing biogas through the strong alkali water of the internally contained calcium hydroxide component, and the removal reaction at that time is "Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O. "to be.

정제조(130)는 외부로부터 직접 생석회(CaO)와 물을 투입받아 그들 간의 반응에 의해 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 자체적으로 생성할 수 있으며, 이와 다르게, 도 2에 나타낸 바와 같이, 외부로부터 강알칼리수를 공급받을 수도 있다. The purification tank 130 may directly generate quick alkali (CaO) and water from the outside to generate strong alkali water of calcium hydroxide components by reaction between them, and alternatively, as shown in FIG. 2, strong alkaline water from outside May be supplied.

정제조(130)가 강알칼리수를 직접 자체 생성하는 경우에는 "CaO + H2O → Ca(OH)2"의 반응식에 따라 pH10 내지 12 이상의 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성한다. When the purification tank 130 directly generates strong alkaline water, strong alkaline water having a calcium hydroxide component of pH 10 to 12 or more is produced according to the reaction formula of "CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 ".

반면, 정제조(130)가 외부로부터 강알칼리수를 공급받는 경우에는 강알칼리수를 생성하여 정제조(130)로 공급할 수 있는 별도의 폐기물 수침조(170)가 추가로 구비되며, 해당 폐기물 수침조(170)는 슬래그(slag)나 석탄재(즉, 애쉬(ash))와 같은 산업 폐기물을 투입받아 내부 수용된 물과 반응시켜 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성하여 정제조(130)로 공급한다. On the other hand, when the refining tank 130 is supplied with strong alkaline water from the outside, a separate waste water immersion tank 170 for generating strong alkaline water and supplying it to the refining tank 130 is further provided. 170 receives industrial waste such as slag or coal ash (that is, ash) and reacts with water contained therein to generate strong alkaline water of calcium hydroxide and supply it to the refining tank 130.

관련하여, 철광석을 제강하는 철강 공정에서는 철광석에서 철 성분을 용이하게 빼내기 위해 석회석을 같이 투입하고, 따라서 철강 공정에서 폐기물로서 다량 발생되는 슬래그에는 미반응 상태의 생석회가 포함되어 있으므로, 이 생석회 성분이 물과 반응하여 수산화칼슘을 생성하며, 이 수산화칼슘은 pH10 내지 12 이상의 강알칼리성을 나타낸다. In this regard, in the steelmaking process of iron ore, limestone is added together to easily remove iron from iron ore, and thus, slag generated as a large amount of waste in the steelmaking process includes unreacted quicklime. Reaction with water produces calcium hydroxide, which exhibits a strong alkalinity of pH 10-12 or higher.

그리고, 석탄을 연소시켜 열 에너지를 얻는 석탄 화력 발전소에서 연소에 따른 부산물로서 다량 발생되는 석탄재는 연소 후에 잔류되는 무기성 물질로서, 연소로의 하부로 바로 낙진되어 집적되는 바텀 애쉬(bottom ash)와 배기가스와 함께 상부의 연도(煙道)를 통해 배출되는 플라이 애쉬(fly ash)로 구분되며, 이들 바텀 애쉬와 플라이 애쉬에는 기본적으로 생석회 성분을 2~45% 정도 함유되어 있으므로, 이 생석회 성분이 물과 반응하여 수산화칼슘을 생성하며, 이 수산화칼슘은 pH10 내지 12 이상의 강알칼리성을 나타낸다. In addition, coal ash generated as a by-product of combustion in a coal-fired power plant that obtains thermal energy by burning coal is an inorganic substance remaining after combustion, and bottom ash accumulated directly by falling down to the bottom of the combustion furnace. It is divided into fly ash which is discharged through the flue of the upper part along with exhaust gas, and these bottom ash and fly ash basically contain about 2 ~ 45% of quicklime component. Reaction with water produces calcium hydroxide, which exhibits a strong alkalinity of pH 10-12 or higher.

폐기물 수침조(170)는 슬래그와 석탄재 폐기물을 구별하지 않고 모두 투입받아 강알칼리수를 생성하도록 하나로 구비될 수도 있고, 이와 다르게 각기 슬래그와 석탄재를 구분 투입받아 강알칼리수를 생성하도록 두개로 구비될 수도 있다. The waste immersion tank 170 may be provided as one to generate strong alkaline water by inputting all of the slag and coal ash without distinguishing it, or alternatively, two may be provided to generate strong alkaline water by separately inputting slag and coal ash. .

폐기물 수침조(170)에는 내부 투입된 슬래그, 석탄재에 반복적인 충격을 가함으로써 함유된 생석회 성분이 보다 효과적이면서 최대한 적출되도록 하기 위한 충격부여수단(미도시)이 구비될 수 있다. The waste immersion tank 170 may be provided with an impact imparting means (not shown) for repeatedly extracting the slag and coal ash, which are added to the waste immersion tank, so that the contained quicklime component may be extracted more effectively and maximally.

해당 충격부여수단은 투입된 슬래그, 석탄재에 충격을 지속적으로 가할 수 있는 것이면 되고, 일 예로 폐기물 수침조(170) 내부에서 회전되어 수용된 폐기물 을 반복적으로 충격할 수 있는 회전통으로 구현될 수 있다. The impact imparting means may be any one that can continuously apply the impact to the injected slag, coal ash, for example, may be implemented as a rotating cylinder that can repeatedly impact the received waste is rotated inside the waste water immersion tank 170.

폐기물 수침조(170)에서 생성된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수는 강알칼리수 이송관(180)을 통해 정제조(130)로 공급되며, 이때 강알칼리수 이송관(180) 상에 구비된 펌프와 같은 이송구동수단(미도시)에 의해 이송력을 부여받을 수 있다. The strong alkali water of the calcium hydroxide component generated in the waste water immersion tank 170 is supplied to the purification tank 130 through the strong alkaline water transport pipe 180, in which the transport drive such as a pump provided on the strong alkaline water transport pipe 180 The conveying force can be given by means (not shown).

다시, 상기한 정제조(130)는 내부 수용된 수산화칼슘과 유입되는 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소 간의 접촉률을 향상시켜 제거 반응이 신속하면서도 효율적으로 이루어지도록 하기 위한 접촉률향상수단(미도시)을 구비할 수 있으며, 해당 접촉률향상수단으로는 수용된 강알칼리수를 회전시키는 회전수단, 강알칼리수를 교반시키는 교반수단, 유입되는 바이오가스를 세분화시켜 분사하는 가스세분수단, 유입되는 바이오가스를 에어레이션(aeration)시켜 분사하는 폭기(曝氣)수단 등으로 구현될 수 있다. Again, the purification tank 130 may be provided with a contact rate improving means (not shown) for improving the contact rate between the internally contained calcium hydroxide and the carbon dioxide contained in the inflowing biogas to make the removal reaction quick and efficient. The means for improving the contact rate may include rotating means for rotating the received strong alkali water, agitation means for stirring the strong alkaline water, gas fractionation means for subdividing and injecting the incoming biogas, and aeration for injecting the inflowing biogas. (Iii) means, or the like.

정제조(130)에서 강알칼리수를 이용하여 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 제거함에 있어, 그 제거 효율을 보다 제고시키기 위해, 폐기물 수침조(170)로부터 공급되는 강알칼리수나 정제조(130) 내의 강알칼리수를 정제조(130) 전방의 바이오가스 이송관(120)으로 인출, 공급하여 전방의 바이오가스 이송관(120) 내부에서 먼저 바이오가스와 강알칼리수가 접촉되어 1차 제거 반응이 이루어진 다음, 이후 정제조(130)에서 본격적으로 2차 제거 반응이 이루어지도록 할 수 있다. In removing the carbon dioxide contained in the biogas using the strong alkaline water in the refining tank 130, the strong alkaline water supplied from the waste water immersion tank 170 or the strong alkaline water in the refining tank 130 is further improved. To the biogas delivery pipe 120 in front of the refining tank 130, and supplied by the first biogas and strong alkali water in the biogas delivery pipe 120 in front of the first removal reaction, and then the purification tank At 130, the second removal reaction can be made in earnest.

이를 위해, 폐기물 수침조(170)로부터 공급되는 강알칼리수나 정제조(130) 내의 강알칼리수를 정제조(130) 전방의 바이오가스 이송관(120)으로 이송하여 공급하기 위한 인출관(135)이 구비되고, 해당 인출관(135)의 끝단에는 바이오가스 이송 관(120) 내로 강알칼리수를 세분화시켜 분사하는 분사노즐(미도시)이 구비되며, 인출관(135)을 통한 강알칼리수의 이송을 위해 펌프와 같은 이송구동수단(미도시)이 구비될 수 있다. To this end, a withdrawal pipe 135 for transporting and supplying the strong alkaline water supplied from the waste water immersion tank 170 or the strong alkaline water in the purification tank 130 to the biogas delivery pipe 120 in front of the purification tank 130 is provided. At the end of the outlet pipe 135, a spray nozzle (not shown) is provided for subdividing and spraying the strong alkaline water into the biogas delivery pipe 120, and a pump for transporting the strong alkaline water through the outlet pipe 135 is provided. Transfer driving means such as (not shown) may be provided.

정제조(130)에서의 제거 반응에 따라 그 내부에는 반응 부산물로서 탄산칼슘 슬러지가 생성되어 침적되며, 침적된 탄산칼슘 슬러지는 슬러지 이송관(140)을 통해 이송되어 슬러지 저장조(150) 내에 저장되며, 이때 슬러지 이송관(140) 내에는 나사식 회전체와 같은 이송수단(미도시)이 구비되어 슬러지를 이송시킬 수 있다. In accordance with the removal reaction in the refining tank 130, calcium carbonate sludge is generated and deposited therein as a reaction by-product, and the deposited calcium carbonate sludge is transferred through the sludge transfer pipe 140 and stored in the sludge storage tank 150. In this case, the sludge conveying pipe 140 may be provided with a conveying means (not shown) such as a screw-type rotating body to convey the sludge.

바이오가스 저장조(160)는 정제조(130)를 통과하면서 함유된 이산화탄소가 제거되어 정제된 바이오가스를 공급받아 내부 저장한다. The biogas storage tank 160 receives the purified biogas by removing the carbon dioxide contained therein while passing through the purification tank 130 and storing the internally.

슬러지 저장조(150)는 정제조(130) 내에서의 제거 반응에 따라 반응 부산물로서 생성된 후 공급되는 탄산칼슘 슬러지를 내부 저장하며, 이와 같이 저장된 탄산칼슘은 필요 시 외부 인출되어 철강, 시멘트 및 비료 제조를 위한 원재료 등으로 적절히 재활용될 수 있다. The sludge storage tank 150 internally stores the calcium carbonate sludge which is generated and supplied as a reaction by-product according to the removal reaction in the purification tank 130, and the stored calcium carbonate is externally drawn out if necessary to be used for steel, cement and fertilizer. It can be recycled suitably as raw materials for manufacture.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 바이오가스 에너지 회수 장치를 나타내는 구성도이다. On the other hand, Figure 3 is a block diagram showing a biogas energy recovery apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 바이오가스 에너지 회수 장치는 상술한 바이오가스 정제 장치를 통해 정제된 바이오가스를 연소시켜 에너지를 생산한다. The biogas energy recovery apparatus according to the present invention produces energy by burning the purified biogas through the above-described biogas purification apparatus.

그 구성은, 정제된 바이오가스를 내부 저장하였다가 공급하는 바이오가스 저장조(160)와, 바이오가스 저장조(160)로부터 공급되는 정제된 바이오가스를 연소시켜 고열을 발생시키는 연소로(200)와, 연소로(200)에서의 연소에 따라 발생되는 배 기가스를 이송하여 배출하는 배기가스 배출관(210)과, 배기가스 배출관(210)의 도중에 구비되어 통과되는 배출가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 수산화칼슘 성분의 강알칼리수에 접촉시켜 제거하는 제거 반응조(220)와, 제거 반응조(220)에서의 제거 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조(240)와, 슬러지 저장조(240)로부터 공급되는 탄산칼슘을 연소로(200)에서 발생되는 고열을 이용하여 분해시켜 원료물질인 생석회를 생성하는 분해조(280)를 포함한다. The configuration includes a biogas storage tank 160 for storing and supplying purified biogas internally, a combustion furnace 200 for generating high heat by burning the purified biogas supplied from the biogas storage tank 160, Exhaust gas discharge pipe 210 for transporting and discharging the exhaust gas generated by combustion in the combustion furnace 200, and carbon such as carbon dioxide contained in the exhaust gas passed in the middle of the exhaust gas discharge pipe 210 to pass through The removal reaction tank 220 which contacts and removes the strong alkali water of a calcium hydroxide component, the sludge storage tank 240 which receives and stores the calcium carbonate sludge produced by the removal reaction in the removal reaction tank 220, and the sludge storage tank 240 And a decomposition tank 280 for decomposing calcium carbonate supplied from the furnace using high heat generated in the combustion furnace 200 to generate quicklime as a raw material.

바이오가스 저장조(160)에 저장된 정제된 바이오가스는 정제 바이오가스 이송관(190)을 통해 연소로(200)로 이송, 공급된다. The purified biogas stored in the biogas storage tank 160 is transferred to the combustion furnace 200 through the purified biogas delivery pipe 190.

연소로(200)는 정제된 바이오가스를 연소시켜 고열을 발생시키며, 그에 따라 발생된 고열은 온수, 고온 수증기를 생성하거나 기계적 움직임, 전기와 같은 다른 형태의 에너지를 생성하는데 이용된다. Combustion furnace 200 generates a high heat by burning the purified biogas, the resulting high heat is used to generate hot water, hot steam or other forms of energy, such as mechanical movement, electricity.

따라서, 연소로(200)는 구체적으로 보일러, 내연기관, 외연기관, 증기기관, 엔진, 열병합발전 설비, 열교환기 등에 포함되는 것일 수 있다. Therefore, the combustion furnace 200 may be specifically included in a boiler, an internal combustion engine, an external combustion engine, a steam engine, an engine, a cogeneration plant, a heat exchanger, and the like.

연소로(200)에서 메탄가스가 주성분인 바이오가스를 연소시키면 다음과 같은 반응식에 따라 다량의 이산화탄소가 발생되어 배기가스 중에 함유된다. Combustion of the biogas, the main component of methane gas in the combustion furnace 200, generates a large amount of carbon dioxide according to the following reaction formula and is contained in the exhaust gas.

"CH4 + 2O2 → 2H2O↑ + CO2↑""CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O ↑ + CO 2 ↑ "

배기가스 배출관(210)은 연소로(200)에서의 연소에 따라 발생되는 배기가스를 내부 이송하여 배출한다. The exhaust gas discharge pipe 210 internally transports and discharges exhaust gas generated by combustion in the combustion furnace 200.

제거 반응조(220)는 배기가스 배출관(210)의 도중에 구비되어 이송되는 배기가스가 통과되며, 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 내부 수용된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수에 접촉시켜 제거한다. The removal reaction tank 220 passes through the exhaust gas, which is provided in the middle of the exhaust gas discharge pipe 210, and passes through and removes carbon such as carbon dioxide contained in the exhaust gas by contacting strong alkaline water of the calcium hydroxide component contained therein.

즉, 내부 수용된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수에 배기가스를 접촉시키면 배기가스 중에 함유된 이산화탄소가 제거되며, 그때의 제거 반응식은 "Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O"이다. That is, if contact with the exhaust gas to be strong alkali contained within the calcium component is removed is carbon dioxide contained in the exhaust gas, is removed then the scheme is "Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O".

제거 반응조(220)는 생석회와 물을 직접 투입받아 그들 간의 반응에 따라 수산화칼슘을 자체 생성하거나, 별도의 폐기물 수침조(250)로부터 강알칼리수를 공급받을 수 있다. The removal reaction tank 220 may directly receive quicklime and water to generate calcium hydroxide according to a reaction therebetween, or may receive strong alkaline water from a separate waste water immersion tank 250.

폐기물 수침조(250)는 슬래그, 석탄재 폐기물을 투입받아 내부 수용된 물과 반응시켜 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성하여 제거 반응조(220)로 공급하며, 이때 강알칼리수는 강알칼리수 이송관(260)을 통해 이송된다. The waste immersion tank 250 receives slag and coal ash waste and reacts with the water contained therein to generate strong alkali water of calcium hydroxide component and supply it to the removal reaction tank 220, wherein the strong alkaline water is supplied through the strong alkaline water transfer pipe 260. Transferred.

그리고, 배기가스 중에 함유된 이산화탄소를 보다 효율적으로 제거하기 위해, 폐기물 수침조(250)로부터 공급되는 강알칼리수나 제거 반응조(220) 내의 강알칼리수를 인출관(225)을 통해 제거 반응조(220) 전방의 배기가스 이송관(210)으로 공급하여 전방의 배기가스 이송관(210) 내부에서 먼저 배기가스와 강알칼리수가 접촉되어 1차적으로 제거 반응이 이루어진 다음, 이후 제거 반응조(220)에서 본격적으로 2차 제거 반응이 이루어지도록 할 수 있다. In order to more efficiently remove the carbon dioxide contained in the exhaust gas, the strong alkaline water supplied from the waste water immersion tank 250 or the strong alkaline water in the removal reaction tank 220 is removed from the front of the removal reaction tank 220 through the extraction pipe 225. Supplying to the exhaust gas transport pipe 210, the first exhaust gas and strong alkali water in the exhaust gas transport pipe 210 in front of the first removal reaction is made, and then the second removal in earnest in the removal reaction tank 220 in earnest The reaction can be made.

물론, 제거 반응조(220)를 통과하면서 정화된 배기가스는 이후 제거 반응 조(220) 후방의 배기가스 배출관(210)을 통해 배출되어 최종적으로 대기 방출될 수 있다. Of course, the exhaust gas purified while passing through the removal reaction tank 220 may be discharged through the exhaust gas discharge pipe 210 behind the removal reaction tank 220 and finally discharged to the atmosphere.

슬러지 저장조(240)는 제거 반응조(220)에서의 제거 반응에 따라 생성된 후 제1 슬러지 이송관(230)을 통해 이송, 공급되는 탄산칼슘 슬러지를 저장하며, 저장된 탄산칼슘은 필요에 따라 외부 인출되어 철강, 시멘트 및 비료 제조를 위한 원재료 등으로 재활용될 수 있다. The sludge storage tank 240 stores the calcium carbonate sludge which is generated according to the removal reaction in the removal reaction tank 220 and then transferred and supplied through the first sludge delivery pipe 230, and the stored calcium carbonate is externally drawn out as necessary. It can be recycled as raw materials for steel, cement and fertilizer production.

그리고, 슬러지 저장조(240)에 저장된 탄산칼슘은 이후 제2 슬러지 이송관(270)을 통해 분해조(280)로 이송, 공급된다. Then, the calcium carbonate stored in the sludge storage tank 240 is then transferred to the decomposition tank 280 through the second sludge transport pipe 270, and is supplied.

분해조(280)는 연소로(200)로부터 전열되는 고열을 이용하여 슬러지 저장조(240)로부터 공급되는 탄산칼슘을 하기와 같은 반응식에 의해 분해시켜 원료물질인 생석회와 이산화탄소를 발생시킨다. The decomposition tank 280 decomposes the calcium carbonate supplied from the sludge storage tank 240 using high heat transferred from the combustion furnace 200 by the following reaction formula to generate quicklime and carbon dioxide as raw materials.

"CaCO3 (860℃ 이상 가열) → CaO + CO2↑""CaCO 3 (heat above 860 ℃) → CaO + CO 2 ↑"

이 반응식에 의하면, 탄산칼슘은 860℃ 이상으로 가열 시에만 생석회와 이산화탄소로 분해되는데, 본 발명에 따른 연소로(200)는 정제된 바이오가스를 연소시킴에 따라 이산화탄소에 의한 산화 방해 작용이 전혀 일어나지 않으므로 충분히 860℃ 이상의 고열을 발생시킬 수 있다. According to this reaction, calcium carbonate is decomposed into quicklime and carbon dioxide only when heated to 860 ℃ or more, the combustion furnace 200 according to the present invention does not interfere with the oxidation of carbon dioxide by burning the purified biogas at all Therefore, it is possible to generate a high heat of 860 ° C or more sufficiently.

바람직하게, 분해조(280)는 연소로(200)로부터 고열을 원활히 전달받을 수 있도록 연소로(200)에 인접되게 구비될 수 있다. Preferably, the decomposition tank 280 may be provided adjacent to the combustion furnace 200 to be able to smoothly receive high heat from the combustion furnace 200.

나아가, 본 발명의 바이오가스 에너지 회수 장치는, 분해조(280)에서의 분해 반응에 따라 생성되어 공급되는 생석회를 저장한 후 이후 제거 반응조(220)로 공급하여 수산화칼슘의 생성에 이용되도록 하는 생석회 저장조(300)와, 분해조(280)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 고순도의 이산화탄소를 공급받아 저장하는 이산화탄소 수집조(330)를 더 포함할 수 있다. Furthermore, the biogas energy recovery apparatus of the present invention stores the quicklime that is generated and supplied according to the decomposition reaction in the decomposition tank 280 and then supplied to the removal reaction tank 220 to be used for the production of calcium hydroxide to generate calcium hydroxide. 300 and a carbon dioxide collection tank 330 that receives and stores high-purity carbon dioxide generated according to the decomposition reaction in the decomposition tank 280.

분해조(280)에서 분해 반응에 따라 생성되는 생석회 성분은 제1 이송관(290)을 통해 생석회 저장조(300)로 이송되어 저장되며, 또한 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소는 제3 이송관(320)을 통해 이산화탄소 수집조(330)로 이송되어 저장된다. The quicklime component generated by the decomposition reaction in the decomposition tank 280 is transferred to and stored in the quicklime storage tank 300 through the first transfer pipe 290, and the carbon dioxide generated according to the decomposition reaction is transferred to the third transfer pipe 320. Is transferred to the carbon dioxide collection tank 330 and stored therein.

생석회 저장조(300)는 분해조(280)에서의 분해 반응에 따라 생성된 후 공급되는 생석회를 저장하며, 저장된 생석회는 이후 제2 이송관(310)을 통해 제거 반응조(220)나 폐기물 수침조(250)로 이송, 공급되어 수산화칼슘을 생성하는데 이용된다. The quicklime storage tank 300 stores the quicklime that is generated and supplied according to the decomposition reaction in the decomposition tank 280, and the stored quicklime is then removed through the second transfer pipe 310 to the reaction tank 220 or the waste water immersion tank ( 250) and used to produce calcium hydroxide.

물론, 생석회 저장조(300)에 저장된 생석회는 바로 외부 인출되어 산업용이나 에너지용 원료로 재활용될 수도 있다. Of course, the quicklime stored in the quicklime storage tank 300 may be immediately taken out and recycled as an industrial or energy raw material.

이산화탄소 수집조(330)는 분해조(280)에서의 분해 반응에 따라 생성된 후 공급되는 고순도의 이산화탄소를 저장하며, 그 저장 시 보다 많은 양을 저장할 수 있도록 압축 또는 냉각하여 저장할 수 있고, 이와 같이 수집된 이산화탄소는 이후 식물의 광합성 촉진을 위한 식물 재배용이나 산업용 원재료 등으로 재활용될 수 있다. The carbon dioxide collection tank 330 stores high-purity carbon dioxide that is generated and supplied according to the decomposition reaction in the decomposition tank 280, and may be compressed or cooled to store a larger amount during the storage. The collected carbon dioxide can then be recycled as plant cultivation or industrial raw materials to promote photosynthesis of plants.

그리고, 이산화탄소 수집조(330)에 저장된 이산화탄소는 필요에 따라 제거 반응조(220) 전방의 배기가스 배출관(210)으로 이송 공급되어 제거 처리될 수도 있다. In addition, the carbon dioxide stored in the carbon dioxide collection tank 330 may be transferred to the exhaust gas discharge pipe 210 in front of the removal reaction tank 220 and removed if necessary.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치를 나타내는 구성도이다. On the other hand, Figure 4 is a block diagram showing a biogas purification and energy recovery apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치는 기본적으로 상술한 바이오가스 정제 장치와 바이오가스 에너지 회수 장치가 병합된 구성을 갖는다. The biogas purification and energy recovery apparatus according to the present invention basically has a configuration in which the above-described biogas purification apparatus and the biogas energy recovery apparatus are merged.

그 구성은, 유기성 폐기물을 발효시켜 바이오가스를 생성하는 바이오가스 생성부(110)와, 바이오가스 생성부(110)에서 생성된 바이오가스를 이송하는 바이오가스 이송관(120)과, 바이오가스 이송관(120)의 도중에 구비되어 통과되는 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 수산화칼슘 성분의 강알칼리수에 접촉, 제거시켜 함유된 메탄가스의 함량을 증가시키는 정제조(130)와, 정제된 바이오가스를 내부 저장한 후 공급하는 바이오가스 저장조(160)와, 바이오가스 저장조(160)로부터 공급되는 정제된 바이오가스를 연소시켜 고열을 발생시키는 연소로(200)와, 연소로(200)에서의 연소에 따라 배출되는 배기가스를 이송하여 배출하는 배기가스 배출관(210)과, 배기가스 배출관(210)의 도중에 구비되어 통과되는 배출가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 수산화칼슘 성분의 강알칼리수에 접촉시켜 제거하는 제거 반응조(220)와, 정제조(130) 및 제거 반응조(220) 내에서의 제거 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조(150)와, 슬러지 저장조(150)로부터 공급되는 탄산칼슘을 연소로(200)에서 발생되는 고열을 이용하여 분해시켜 정제조(130) 및 제거 반응조(220)로 공급될 원료물질인 생석회를 생 성하는 분해조(280)를 포함한다. The constitution includes a biogas generator 110 for fermenting organic waste to generate biogas, a biogas delivery pipe 120 for transferring biogas generated by the biogas generator 110, and biogas transfer. A purification tank 130 for increasing the content of methane gas contained therein by contacting and removing carbon dioxide contained in the biogas provided in the middle of the pipe 120 and the strong alkali water of the calcium hydroxide component, and storing the purified biogas internally. The biogas storage tank 160 to be supplied thereafter, the combustion furnace 200 that generates high heat by burning the purified biogas supplied from the biogas storage tank 160, and are discharged according to combustion in the combustion furnace 200. The exhaust gas discharge pipe 210 for transporting and discharging the exhaust gas to be discharged, and the carbon, such as carbon dioxide contained in the exhaust gas passed in the middle of the exhaust gas discharge pipe 210 to pass through Sludge storage tank 150 for receiving and storing the removal reaction tank 220 for contacting and removing the strong alkaline water of the calcium component, and the calcium carbonate sludge produced by the removal reaction in the purification tank 130 and the removal reaction tank 220. Decomposition of the calcium carbonate supplied from the sludge storage tank 150 using high heat generated in the combustion furnace 200 to produce quicklime which is a raw material to be supplied to the purification tank 130 and the removal reaction tank 220. And tank 280.

그리고, 분해조(280)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 생석회를 공급받아 저장한 후 이후 정제조(130) 및 제거 반응조(220)로 공급하는 생석회 저장조(300)와, 분해조(280)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 고순도의 이산화탄소를 공급받아 저장하는 이산화탄소 수집조(330)를 더 포함할 수 있다. And, after receiving and storing the quicklime generated according to the decomposition reaction in the decomposition tank 280 and then in the quicklime storage tank 300 to supply to the purification tank 130 and the removal reaction tank 220, and in the decomposition tank 280 It may further include a carbon dioxide collection tank 330 for receiving and storing high-purity carbon dioxide generated according to the decomposition reaction of the.

*또한, 슬래그, 석탄재 폐기물을 투입받아 내부 수용된 물과 반응시켜 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성한 후 정제조(130) 및 제거 반응조(220)로 공급하는 폐기물 수침조(170)를 더 포함할 수 있다. * In addition, the slag and coal ash waste may be further reacted with the water contained therein to generate a strong alkaline water of the calcium hydroxide component, and may further include a waste water immersion tank 170 for supplying to the purification tank 130 and the removal reaction tank 220. have.

바이오가스 저장조(160)에 저장된 정제된 바이오가스는 정제 바이오가스 이송관(190)을 통해 연소로(200)로 이송, 공급된다. The purified biogas stored in the biogas storage tank 160 is transferred to the combustion furnace 200 through the purified biogas delivery pipe 190.

폐기물 수침조(170)는 슬래그, 석탄재 폐기물을 물과 반응시켜 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성하여 강알칼리수 공급관(180)을 통해 정제조(130) 및 제거 반응조(220)로 공급한다. The waste water immersion tank 170 reacts slag and coal ash with water to generate strong alkaline water of calcium hydroxide, and supplies it to the purification tank 130 and the removal reaction tank 220 through the strong alkali water supply pipe 180.

정제조(130) 및 제거 반응조(220)에서 강알칼리수를 이용하여 바이오가스 및 배기가스 중에 함유된 이산화탄소를 제거함에 있어, 인출관(135, 225)을 통해 강알칼리수를 전방의 바이오가스 이송관(120) 및 배기가스 이송관(210) 내로 공급하여 1차 제거 반응이 이루어지도록 할 수 있다. In removing the carbon dioxide contained in the biogas and the exhaust gas using the strong alkaline water in the purification tank 130 and the removal reaction tank 220, the strong alkaline water is transferred to the biogas transfer pipe through the extraction pipes 135 and 225 ( 120 and the first exhaust reaction may be supplied into the exhaust gas transfer pipe 210.

분해조(280)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 생석회는 제1 이송관(290)을 통해 생석회 저장조(300)로 이송되어 저장되며, 생석회 저장조(300)에 저장된 생석 회는 제2 이송관(310)을 통해 이송되어 정제조(130) 및 제거 반응조(220)로 공급된다. The quicklime generated by the decomposition reaction in the decomposition tank 280 is transferred to the quicklime storage tank 300 through the first transfer pipe 290 and stored, the quicklime stored in the quicklime storage tank 300 is the second transfer pipe ( It is transported through 310 and supplied to the purification tank 130 and the removal reaction tank 220.

그리고, 분해조(280)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소는 제3 이송관(320)을 통해 이산화탄소 수집조(330)로 이송되어 저장된다. In addition, the carbon dioxide generated by the decomposition reaction in the decomposition tank 280 is transferred to the carbon dioxide collection tank 330 through the third transfer pipe 320 and stored.

또한, 연소로(200)에서 발생되는 고열은 바이오가스 생성부(110) 내의 소화조로 전달되어 소화조를 가온하는데 이용될 수도 있으며, 이와 같이 소화조를 가온하면 바이오가스의 생성을 위한 소화 작용이 보다 신속하면서 효율적으로 이루어질 수 있다. In addition, the high heat generated in the combustion furnace 200 may be delivered to the digester in the biogas generator 110 to be used to warm the digester. When the digester is heated, the digestion action for the production of biogas is more rapid. It can be done efficiently.

덧붙여, 상술한 바이오가스 정제 장치, 바이오가스 에너지 회수 장치 및 바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치는 자동 운전이 가능하도록 전반적인 작동 제어를 실시하는 제어패널(미도시)을 더 구비할 수 있고, 또한 각 대상물을 이송하는 이송관이나 공급관 상에는 대상물의 이송을 개폐하여 공급량을 조절하고 이송 시점을 제어하는 개폐수단(미도시)과, 대상물의 이송 유량 및 이송 압력을 측정하는 유량계(미도시) 및 유압계(미도시) 등이 구비될 수 있으며, 또한 각 대상물을 생성 및 저장하는 베쓰에는 수소이온 농도를 측정하는 페하(pH)측정수단(미도시)이 적절히 구비될 수 있다. In addition, the above-described biogas purification apparatus, biogas energy recovery apparatus, and biogas purification and energy recovery apparatus may further include a control panel (not shown) that performs overall operation control to enable automatic operation, and furthermore, each object On the transfer pipe or the supply pipe for transporting the opening and closing means (not shown) for controlling the supply amount by opening and closing the transfer of the object, a flow meter (not shown) and a hydraulic system for measuring the transfer flow rate and the transfer pressure of the object ( (Not shown), and a bath for generating and storing each object may be appropriately provided with a pH measurement means (not shown) for measuring hydrogen ion concentration.

또한 덧붙여, 이상에서는 원료물질로 생석회 성분을 이용하여 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성하고 생성된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 이용하여 이산화탄소를 제거하는 것을 대표적으로 나타내었으나, 이산화탄소와 같은 탄소류를 제거하기 위한 강알칼리수로는 기타 수산화나트륨, 수산화칼륨을 이용할 수도 있 다. In addition, in the above, as a raw material, the strong alkali water of the calcium hydroxide component is generated using the quicklime component and the carbon dioxide is removed using the strong alkali water of the calcium hydroxide component, but it is typical to remove carbon such as carbon dioxide. As the strong alkaline water, other sodium hydroxide and potassium hydroxide may be used.

이로써, 본 발명에 따른 바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치에 의하면, 바이오가스 중에 함유된 이산화탄소를 보다 완벽하게 제거하여 메탄가스의 함량을 최대한 높일 수 있음으로써 고품질의 바이오가스를 생산할 수 있다. As a result, according to the biogas purification and energy recovery apparatus according to the present invention, the carbon dioxide contained in the biogas may be more completely removed to increase the content of methane gas as much as possible, thereby producing high quality biogas.

또한, 본 발명에 따르면, 바이오가스를 에너지로 전환하기 위해 바이오가스를 연소 시에 배출되는 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 효율적으로 제거할 수 있으므로, 이산화탄소에 의한 대기 환경 오염(지구 오존층 파괴, 지구 온난화, 도시 온실효과 등)을 방지하고, 점차 강화되는 이산화탄소 배출 규제에 적극 대처할 수 있다. In addition, according to the present invention, in order to convert the biogas into energy, it is possible to efficiently remove carbon such as carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged at the time of burning the biogas, so that air pollution by the carbon dioxide (global ozone layer) Destruction, global warming, urban greenhouse effect, etc.), and can actively cope with the stricter regulations on CO2 emissions.

그리고, 본 발명에 따르면, 산업 현장에서 폐기물로서 다량 발생되는 슬래그와 석탄재를 이용하므로, 매우 경제적이면서 현장 적용성이 우수하고, 또한 처리 과정에서 또 다른 환경 오염을 전혀 유발하지 않으므로 친환경적인 이점이 있다. In addition, according to the present invention, since it uses slag and coal ash generated in a large amount as waste in an industrial site, it is very economical and has excellent field applicability, and also does not cause any other environmental pollution in the process of treatment, thus there is an environmentally friendly advantage. .

나아가, 본 발명에 따르면, 원료물질인 생석회를 순환 재생하여 이용하므로, 해당 원료물질을 최대한 이용 가능하고, 소량의 원료물질만을 소요할 수 있어, 경제성 및 활용성을 제공할 수 있음과 아울러, 유용하게 재활용될 수 있는 탄산칼슘, 고순도의 이산화탄소 및 생석회도 부산물로 제공하므로, 이 점에서도 경제성 및 활용성이 우수한 이점이 있다. Furthermore, according to the present invention, since the raw lime is recycled and used, the raw material can be utilized as much as possible, and only a small amount of raw material can be used, thereby providing economical efficiency and utility. Calcium carbonate, high purity carbon dioxide and quicklime can also be provided as by-products, which can be easily recycled.

또한 나아가, 슬래그와 석탄재의 폐기물을 무해화 처리할 수 있으므로, 해당 폐기물들의 단순 매립 시 등에 발생되는 환경 오염도 방지할 수 있다. Further, since the waste of slag and coal ash can be harmlessly treated, it is also possible to prevent environmental pollution generated when the waste is simply landfilled.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.In the foregoing description, it should be understood that those skilled in the art can make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오가스 정제 장치을 나타내는 구성도, 1 is a block diagram showing a biogas purification apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오가스 정제 장치을 나타내는 구성도, 2 is a block diagram showing a biogas purification apparatus according to another embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 바이오가스 에너지 회수 장치을 나타내는 구성도, 3 is a block diagram showing a biogas energy recovery apparatus according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 바이오가스 정제 및 에너지 회수 장치을 나타내는 구성도이다. Figure 4 is a block diagram showing a biogas purification and energy recovery apparatus according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

110 : 바이오가스 생성부 120 : 바이오가스 이송관110: biogas generation unit 120: biogas delivery pipe

130 : 정제조 135 : 인출관130: refining tank 135: withdrawal tube

140 : 슬러지 이송관 150 : 슬러지 저장조140: sludge feed pipe 150: sludge storage tank

160 : 바이오가스 저장조 170 : 폐기물 수침조160: biogas storage tank 170: waste water immersion tank

180 : 강알칼리수 이송관 190 : 정제 바이오가스 이송관180: strong alkaline water delivery pipe 190: purified biogas delivery pipe

200 : 연소로 210 : 배기가스 배출관200: combustion furnace 210: exhaust gas discharge pipe

220 : 제거 반응조 225 : 인출관220: removal reactor 225: withdrawal tube

230 : 제1 슬러지 이송관 240 : 슬러지 저장조230: first sludge feed pipe 240: sludge storage tank

250 : 폐기물 수침조 260 : 강알칼리수 이송관250: waste water immersion tank 260: strong alkaline water transfer pipe

270 : 제2 슬러지 이송관 280 : 분해조270: second sludge feed pipe 280: decomposition tank

290 : 제1 이송관 300 : 생석회 저장조290: first transfer pipe 300: quicklime storage tank

310 : 제2 이송관 320 : 이산화탄소 이송관310: second transport pipe 320: carbon dioxide transport pipe

330 : 이산화탄소 수집조330: carbon dioxide collection tank

Claims (5)

바이오가스를 내부 저장하는 바이오가스 저장조; A biogas storage tank for storing biogas inside; 상기 바이오가스 저장조로부터 공급되는 상기 바이오가스를 연소시켜 고열을 발생시키는 연소로; A combustion furnace generating high heat by burning the biogas supplied from the biogas storage tank; 상기 연소로에서의 연소에 따라 발생되는 배기가스를 이송하여 배출하는 배기가스 배출관; 및 An exhaust gas discharge pipe configured to transfer and discharge exhaust gas generated by combustion in the combustion furnace; And 상기 배기가스 배출관의 도중에 구비되어 통과되는 상기 배출가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 내부 수용된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수에 접촉시켜 제거하는 제거 반응조를 포함하는 바이오가스 에너지 회수 장치.And a removal reactor for removing carbon such as carbon dioxide contained in the exhaust gas passed in the middle of the exhaust gas discharge pipe by contacting strong alkaline water of a calcium hydroxide component contained therein. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 슬래그 또는 석탄재 폐기물을 투입받아 수용된 물과 접촉 반응시켜 수산화칼슘 성분의 상기 강알칼리수를 생성하여 상기 제거 반응조로 공급하는 폐기물 수침조를 더욱 포함하는 바이오가스 에너지 회수 장치.A biogas energy recovery apparatus further comprising a waste water immersion tank for inputting slag or coal ash waste and reacting with the received water to generate the strong alkaline water of the calcium hydroxide component and supply it to the removal reaction tank. 1 항 또는 제 2항에 있어서,  The method according to claim 1 or 2, 상기 제거 반응조에서의 제거 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘 슬러지를 공급 받아 저장하는 슬러지 저장조; 및 A sludge storage tank for receiving and storing calcium carbonate sludge produced by the removal reaction in the removal reaction tank; And 상기 슬러지 저장조로부터 공급되는 상기 탄산칼슘을 상기 연소로에서 발생되는 고열을 이용하여 분해시켜 수산화칼슘 성분의 상기 강알칼리수를 생성하는데 필요한 원료물질인 생석회를 생성하는 분해조를 더욱 포함하는 바이오가스 에너지 회수 장치. Biogas energy recovery apparatus further comprises a decomposition tank for generating the quicklime which is a raw material required to generate the strong alkali water of the calcium hydroxide component by decomposing the calcium carbonate supplied from the sludge storage tank using the high heat generated in the combustion furnace. . 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 분해조로부터 상기 생석회를 공급받아 저장한 후 상기 제거 반응조 또는 상기 폐기물 수침조로 공급하는 생석회 저장조; 및 A quicklime storage tank receiving and storing the quicklime from the decomposition tank and then supplying the quicklime to the removal reaction tank or the waste water immersion tank; And 상기 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소를 공급받아 저장하는 이산화탄소 수집조를 더욱 포함하는 바이오가스 에너지 회수 장치. Biogas energy recovery apparatus further comprises a carbon dioxide collection tank for receiving and storing carbon dioxide generated by the decomposition reaction in the decomposition tank. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 연소로는, 보일러, 내연기관, 외연기관, 증기기관, 엔진, 열병합발전 설비, 열교환기 중의 어느 하나에 포함되는 것인 것을 특징으로 하는 바이오가스 에너지 회수 장치.The combustion furnace is a biogas energy recovery apparatus, characterized in that included in any one of a boiler, an internal combustion engine, an external combustion engine, a steam engine, an engine, a cogeneration plant, a heat exchanger.
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