KR20150027967A - apparatus for recovering carbon dioxide of bio-gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오가스의 이산화탄소 회수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오가스로부터 메탄 함유량이 적은 고순도의 이산화탄소를 분리 및 회수할 수 있도록 된 바이오가스의 이산화탄소 회수장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biogas carbon dioxide recovery apparatus, and more particularly, to a biogas carbon dioxide recovery apparatus capable of separating and recovering high purity carbon dioxide having a small methane content from biogas.
최근 유기성 폐기물의 해양투기가 금지되면서 신재생에너지 분야 중에서도 바이오가스에 관한 관심이 고조되고 있다.Recently, interest in biogas has been rising in the renewable energy sector due to the prohibition of marine dumping of organic waste.
바이오가스는 가축분뇨, 음식물쓰레기, 하폐수 슬러지와 같은 바이오매스 함량이 높은 유기성 폐기물을 발효조에 투입하여 메탄화미생물에 의해 혐기소화함으로써 얻어진다.Biogas is obtained by introducing organic wastes with high biomass content such as livestock manure, food waste, and wastewater sludge into the fermentation tank and anaerobically digesting them with methanogenic microorganisms.
상기와 같이 얻어진 바이오가스에서 황화수소와 실록산 및 습기를 제거하여 바이오가스를 정제한 후, 고질화 공정을 통해 이산화탄소를 제거하여 순도 높은 메탄가스를 생산하고, 이를 청정 연료로 이용하고 있다.The biogas thus obtained is purified by removing hydrogen sulfide, siloxane and moisture, and then the carbon dioxide is removed through the solidification process to produce methane gas of high purity and used as a clean fuel.
메탄과 이산화탄소를 포함하는 원료가스로부터 이산화탄소를 분리하여 메탄을 농축하는 공정으로는 주로 흡수법과 흡착법이 이용된다.As a process for separating carbon dioxide from a raw material gas containing methane and carbon dioxide and concentrating methane, absorption and adsorption methods are mainly used.
흡수법의 일 예로서, 대한민국 공개특허 10-2012-0013588호에 흡수제(예 ; 모노에탄올아민 수용액)가 담긴 흡수기에 연소배가스를 공급하여 이산화탄소 흡수반응을 통해 흡수제에 이산화탄소를 흡수시켜 메탄을 농축하는 기술이 개시되어 있다.(습식아민법)As an example of the absorption method, Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0013588 discloses a method in which a combustion gas is supplied to an absorber containing an absorbent (e.g., a monoethanolamine aqueous solution) to absorb carbon dioxide into the absorbent through a carbon dioxide absorption reaction to concentrate methane (Wet ammine method).
또한, 흡착법의 일 예로서, 대한민국 공개특허 10-2012-0083220호에 흡착제가 충진된 흡착탑에 바이오가스를 도입시키고 압력 스윙 흡착법(Pressure swing absorption)에 의해 이산화탄소를 분리하여 메탄을 농축하는 기술이 개시되어 있다.As an example of the adsorption method, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0083220 discloses a technique of introducing biogas into an adsorption column filled with an adsorbent and separating carbon dioxide by pressure swing adsorption to concentrate methane .
상기와 같은 종래의 기술은 공정을 수행하는 설비의 설치 면적이 크고, 설비 운영 유지비가 많이 들며, 기체 분리시 상변화가 수반되어 에너지 소비측면에서 비효율적이라는 문제점이 있었다.The conventional technology as described above has a problem that the installation area of the equipment for performing the process is large, the facility operation maintenance cost is high, and the phase change is accompanied by the gas separation, which is inefficient in terms of energy consumption.
또한, 상기와 같이 종래의 기술은 주로 고부가가치를 가진 고순도 메탄을 생산하는 것을 목적으로 하고, 이산화탄소는 불순물로 인식하고 있는 바, 이러한 메탄 중심의 바이오가스 분리 고질화 설비에서 분리된 이산화탄소에는 다량의 메탄이 함유되어 있어 활용처가 없으므로 대기 중으로 방출하여 버리게 되는 문제점이 있었다.In addition, as described above, the conventional technology aims at producing high purity methane having high value, and carbon dioxide is recognized as an impurity. Since carbon dioxide separated from the methane-based biogas separation and solidification system contains a large amount Methane is contained therein and there is no utilization site, so that it is discharged into the atmosphere.
상기와 같이 분리된 이산화탄소에 다량의 메탄이 함유되어 있으므로 메탄 생산 관점에서 볼 때 메탄의 손실이 발생하는 문제점이 있었다.Since the separated carbon dioxide contains a large amount of methane, methane is lost from the viewpoint of methane production.
즉, 종래에는 바이오가스에서 고순도의 이산화탄소를 회수해 내기 위한 기술이 존재하지 않았다.That is, there has been no technology for recovering high purity carbon dioxide from biogas.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래의 설비에 비해 소규모의 설비를 이용하여 바이오가스로부터 고순도의 이산화탄소를 분리 회수할 수 있도록 된 바이오가스의 이산화탄소 회수장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a biogas carbon dioxide recovery device capable of separating and recovering high purity carbon dioxide from biogas using a small- There is a purpose.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 정제 바이오가스를 압축하는 컴프레서와, 상기 컴프레서에서 압축된 바이오가스를 저장하는 버퍼탱크와, 상기 버퍼탱크에서 공급된 바이오가스를 중공사막결합체를 통과시켜 이산화탄소와 메탄을 분리하는 기체분리막유니트를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a biosensor comprising: a compressor for compressing purified biogas; a buffer tank for storing biogas compressed by the compressor; and a biogas supplied from the buffer tank through a hollow fiber membrane assembly And a gas separator unit for separating carbon dioxide and methane.
상기 기체분리막유니트는 외부에 대해 밀폐 공간을 형성하며 측면에 이산화탄소배출포트가 형성된 케이싱과, 케이싱에 내장되는 상기 중공사막결합체와, 케이싱의 전방 단부에 설치되고 가스공급포트가 형성된 전방커버와, 케이싱의 후방 단부에 설치되고 메탄배출포트가 형성된 후방커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.The gas separation membrane module according to claim 1, wherein the gas separation membrane unit comprises a casing having a closed space formed outside thereof and having a carbon dioxide exhaust port formed on a side surface thereof, the hollow fiber membrane assembly incorporated in the casing, a front cover provided on a front end of the casing, And a rear cover provided at a rear end of the front cover and formed with a methane discharge port.
상기 기체분리막유니트의 후방에 동일한 구성의 또 다른 기체분리막유니트가 더 설치된 것을 특징으로 한다.And another gas separation membrane unit having the same structure is further provided behind the gas separation membrane unit.
상기 추가 설치된 기체분리막유니트의 가스공급포트에 앞에 설치된 기체분리막유니트의 이산화탄소배출관이 연결되고, 추가 설치된 기체분리막유니트의 메탄배출포트에 연결된 메탄배출관이 앞에 설치된 기체분리막유니트의 메탄배출관에 연결되며, 추가 설치된 기체분리막유니트의 이산화탄소배출포트에 이산화탄소배출관이 연결된 것을 특징으로 한다.A methane discharge pipe connected to the methane discharge port of the gas separator unit connected to the gas separator unit is connected to the gas discharge port of the gas separator unit installed in front of the gas supply port of the additional gas separator unit, And a carbon dioxide exhaust pipe connected to the carbon dioxide exhaust port of the installed gas separation membrane unit.
상기 추가 설치된 기체분리막유니트의 전방과 후방에 컴프레서가 설치된 것을 특징으로 한다.And a compressor is installed in front of and behind the additional gas separation membrane unit.
상기 기체분리막유니트들에 가온설비가 설치된 것을 특징으로 한다.And a heating unit is installed in the gas separation membrane units.
상기 기체분리막유니트들에 냉각설비가 설치된 것을 특징으로 한다.And a cooling system is installed in the gas separation membrane units.
상기 기체분리막유니트들 중 후방에 위치한 기체분리막유니트는 전방에 위치한 기체분리막유니트에 비해 중공사막결합체의 막면적이 30% ~ 70% 축소된 것을 특징으로 한다.The gas separation membrane unit located behind the gas separation membrane units is characterized in that the membrane area of the hollow fiber membrane assembly is reduced by 30% to 70% as compared to the gas separation membrane unit located at the front.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 중공사막결합체의 선택적 가스 투과 원리를 이용하여 바이오가스로부터 이산화탄소를 분리할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, carbon dioxide can be separated from the biogas by using the selective gas permeation principle of the hollow fiber membrane assembly.
따라서, 바이오가스로부터 실제 활용이 가능한 고순도의 이산화탄소를 분리해낼 수 있게 되며, 이때 메탄의 손실이 발생하지 않으므로 메탄의 회수율을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.Therefore, it is possible to separate high-purity carbon dioxide which can be practically used from the biogas, and there is no loss of methane at this time, so that the recovery rate of methane can be improved.
분리 생산된 고순도의 이산화탄소는 채소 재배 하우스에서 작물의 생장 증진용으로 공급하거나, 냉동제로 사용되는 드라이아이스의 제조, 화재 진압용 소화제(消火劑)의 제조 등에 이용될 수 있다.Separately produced high-purity carbon dioxide can be used for the growth of crops in vegetable growing houses, for the production of dry ice used as a freezing agent, and for the production of fire extinguishers for fire fighting.
또한, 기체분리막유니트를 이용한 이산화탄소 및 메탄 분리 설비는 종래의 흡수법 및 흡착법을 이용하는 분리 설비에 비해 설비의 구성이 단순하고 크기가 작으므로 설치 면적이 작게 소요되고, 설치 및 운영 유지에 소요되는 비용이 감소되며, 이산화탄소와 메탄의 분리시 상변화가 수반되지 않으므로 에너지 효율이 향상되는 효과가 있다.In addition, the carbon dioxide and methane separation equipment using the gas separation membrane unit is simpler in construction and smaller in size than the separation facility using the conventional absorption method and adsorption method, so that the installation area is small and the cost And the energy efficiency is improved because the phase change does not accompany the separation of carbon dioxide and methane.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스의 이산화탄소 회수장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 구성인 기체분리막유니트의 구성도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4와 도 5는 본 발명의 제2실시예로서, 도 4는 제2기체분리막유니트의 전방에 컴프레서가 설치된 구성을 도시한 도면, 도 5는 제2기체분리막유니트의 후방에 컴프레서가 설치된 구성을 도시한 도면.
도 6과 도 7은 본 발명의 제3실시예로서, 도 6은 제3기체분리막유니트의 전방에 컴프레서가 설치된 구성을 도시한 도면, 도 7은 제3기체분리막유니트의 후방에 컴프레서가 설치된 구성을 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for recovering a biogas carbon dioxide according to a first embodiment of the present invention; FIG.
2 is a configuration diagram of a gas separation membrane unit which is a constitution of the present invention.
3 is a sectional view taken along the line AA in Fig.
4 and 5 show a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 4 shows a configuration in which a compressor is installed in front of a second gas separation membrane unit, FIG. 5 shows a configuration in which a compressor is installed behind a second gas separation membrane unit Fig.
6 and 7 show a third embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a configuration in which a compressor is installed in front of a third gas separation membrane unit. FIG. 7 shows a configuration in which a compressor is installed in the rear of the third gas separation membrane unit. Fig.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the accompanying drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may vary depending on the intention of the user, the operator, or the precedent. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스의 이산화탄소 회수장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 바이오가스공급관(11)에 제1기체분리막유니트(21)가 연결되고, 제1기체분리막유니트(21)의 후단에 제1메탄배출관(12)이 연결되고, 제1기체분리막유니트(21)의 측면에 제1이산화탄소 배출관(13)이 연결된다.1 is a configuration diagram of a carbon dioxide recovery device for a biogas according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the first gas
바이오가스공급관(11)에는 황화수소와 실록산 가스 및 그 외 불순물을 제거한 정제 바이오가스가 공급된다.The
상기 바이오가스공급관(11)에는 바이오가스를 압축 공급하기 위한 컴프레서(31)가 설치되고, 컴프레서(31)와 제1기체분리막유니트(21)의 사이에 바이오가스를 일시 저장하는 버퍼탱크(41)가 설치된다. 이와 같이 바이오가스를 버퍼탱크(41)에 압축 저장해둠으로써 제1기체분리막유니트(21)로 바이오가스를 유량의 급격한 변동 없이 안정적으로 공급할 수 있다.The
제1기체분리막유니트(21)의 측면에 연결된 제1이산화탄소배출관(13)에는 또 다른 컴프레서(32)가 설치된다.Another compressor (32) is installed in the first carbon dioxide discharge pipe (13) connected to the side of the first gas separation membrane unit (21).
바이오가스공급관(11)의 버퍼탱크(41) 후단과, 제1기체분리막유니트(21)의 후단에 연결된 제1메탄배출관(12)에는 관로의 개폐 및 유량 제어를 위한 밸브(51,52)가 설치된다.Valves 51 and 52 for opening and closing the pipeline and controlling the flow rate are provided in the first
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1기체분리막유니트(21)는 원통 형상으로 형성되고 외부에 대해 밀폐 공간을 형성하며 측면에 이산화탄소배출포트(21aa)가 형성된 케이싱(21a)과, 원기둥 형상으로 형성되어 케이싱(21a)에 내장되는 중공사막결합체(21b)와, 케이싱(21a)의 전방 단부에 설치되고 가스공급포트(21ca)가 형성된 전방커버(21c)와, 케이싱(21a)의 후방 단부에 설치되고 메탄배출포트(21da)가 형성된 후방커버(21d)를 포함하여 이루어진다.2, the first
상기 가스공급포트(21ca)에 바이오가스공급관(11)이 연결되고, 메탄배출포트(21da)에 제1메탄배출관(12)이 연결되며, 이산화탄소배출포트(21aa)에 제1이산화탄소배출관(13)이 연결된다.A first
상기 중공사막결합체(21b)는 도 3에 도시된 바와 같이, 외경이 수백 마이크로미터(㎛) 이하의 수많은 중공사막(hollow fiber membrane)들이 결합되어 형성된 것으로, 원통 형상 케이싱(21a)에 내장되기 용이하도록 원기둥 형상으로 형성된다.As shown in FIG. 3, the hollow
양측 커버(전방커버(21c)와 후방커버(21d))와 중공사막결합체(21b)의 양측 단부 사이에는 공간이 형성되어(중공사막결합체(21b)의 단부가 커버에 밀착되지 않는다.) 바이오가스가 중공사막결합체(21b) 외곽 부분의 중공사막에도 원활히 유입될 수 있고, 외곽 부분의 중공사막을 통과한 메탄이 메탄배출포트(21da)로 원활히 배출될 수 있도록 되어 있다.A space is formed between the both side covers (the
상기 중공사막결합체(21b)를 이루는 중공사막은 선택적 가스투과 성질을 가지는 것으로, 바이오가스가 개별 중공사막을 통과할 때 이산화탄소는 중공사막의 반경방향으로 빠르게 투과되고 메탄은 매우 느리게 투과된다. 결과적으로 이산화탄소는 중공사막의 반경방향으로 투과하여 배출되고 메탄은 중공사막의 내부 중공을 통해 중공사막의 길이 방향으로 배출된다. 이와 같은 가스의 이동은 중공사막결합체(21b) 전체에서 동일하게 이루어진다.The hollow fiber membrane constituting the hollow
따라서, 가스공급포트(21ca)를 통해 기체분리막유니트(21)의 내부로 바이오가스가 유입되면, 이산화탄소는 중공사막결합체(21b)를 반경방향으로 투과하여 이산화탄소배출포트(21aa)를 통해 배출되고, 메탄은 중공사막결합체(21b)를 길이 방향으로 통과하여 메탄배출포트(21da)를 통해 배출된다. 상기와 같은 과정을 거쳐 제1기체분리막유니트(21)에서 이산화탄소와 메탄의 분리가 이루어진다.Accordingly, when the biogas flows into the gas
한편, 상기 제1기체분리막유니트(21)에서 메탄과 분리되어 배출된 이산화탄소 가스의 순도를 증가시키기 위해서 도 4에 도시된 제2실시예에서와 같이, 제1기체분리막유니트(21)의 후방에 제2기체분리막유니트(22)를 추가 설치할 수 있다.In order to increase the purity of the carbon dioxide gas separated and discharged from methane in the first gas
제2기체분리막유니트(22)의 구성은 상기 제1기체분리막유니트(21)의 구성과 동일하다. 단, 제2기체분리막유니트(22) 중공사막결합체의 막면적(중공사 외경 × 중공사 길이 × 중공사 가닥수)은 상기 제1기체분리막유니트(21)의 중공사막결합체 막면적의 30% ~ 70% 수준으로 축소된다.(추후 설명할 제3기체분리막유니트(23)의 구성도 제1 및 제2 기체분리막유니트(21,22)와 동일하고, 제3기체분리막유니트(23) 중공사막결합체의 막면적도 제2기체분리막유니트(22) 중공사막결합체 막면적의 30% ~ 70% 수준으로 축소된다.)The configuration of the second gas
이는 제1기체분리막유니트(21)에서 분리되는 이산화탄소 양이 바이오가스 공급량의 30% ~ 70% 수준이기 때문에 그 양에 비례하여 제2기체분리막유니트(22) 중공사막결합체의 막면적을 축소하는 것이 경제적이기 때문이다.This is because the amount of carbon dioxide separated from the first gas
제1이산화탄소배출관(13)은 제2기체분리막유니트(22)의 가스공급포트에 연결되고, 제2기체분리막유니트(22)의 메탄배출포트에는 제2메탄배출관(14)이 연결되며, 제2메탄배출관(14)은 상기 제1메탄배출관(12)으로 연결된다.The first carbon
제2기체분리막유니트(22)의 측면에 구비된 이산화탄소배출포트에는 제2이산화탄소 배출관(15)이 연결된다. 따라서, 제1기체분리막유니트(21)에서 1차 분리 배출된 이산화탄소가스가 제1이산화탄소배출관(13)을 통해 제2기체분리막유니트(22)로 공급되고, 제2기체분리막유니트(22)에서 동일한 분리 과정을 거쳐 이산화탄소와 메탄이 분리된다.A second carbon dioxide discharge pipe (15) is connected to the carbon dioxide discharge port provided on the side surface of the second gas separation membrane unit (22). Therefore, the carbon dioxide gas firstly separated and discharged from the first gas
제2기체분리막유니트(22)에서 분리된 이산화탄소는 제2이산화탄소배출관(15)으로 배출되고, 메탄은 제2메탄배출관(14)으로 배출되어 제1메탄배출관(12) 내를 흐르는 선 분리된 메탄가스와 혼합되어 배출된다.The carbon dioxide separated from the second gas
상기와 같이 2개의 기체분리막유니트(21,22)가 설치된 경우의 이산화탄소 농도와 메탄의 회수율을 아래 표1에서 확인할 수 있다.Table 2 below shows the concentration of carbon dioxide and the recovery rate of methane when the two gas
표 1에서와 같이, 토탈 스테이지 컷(Total Stage cut ; 바이오가스 공급량에 대한 이산화탄소 투과량의 비를 나타내는 인자)이 0.14인 조건에서 제2기체분리막유니트(22)(Stage2)를 통해 분리 배출된 이산화탄소 가스의 농도는 96.0%로서 95% 이상의 농도를 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 이 경우 메탄의 회수율(recovery efficiency)은 99.05%로서 99%를 상회하는 매우 높은 회수율을 달성하였다.As shown in Table 1, the carbon dioxide gas separated and discharged through the second gas separation membrane unit 22 (Stage 2) under the condition that the total stage cut (factor representing the ratio of the carbon dioxide permeation amount to the biogas supply amount) is 0.14, Is 96.0% and has a concentration of 95% or more. In this case, the recovery efficiency of methane was 99.05%, which is very high, more than 99%.
이와 같이, 본 발명에 따르면 바이오가스로부터 95% 이상의 순도를 가지는 이산화탄소를 분리 생산하는 것이 가능하므로, 이러한 고순도의 이산화탄소를 작물 재배 온실에 공급하여 작물의 생장을 촉진시키는 용도 등으로 사용할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to separate and produce carbon dioxide having a purity of 95% or more from the biogas. Therefore, such high-purity carbon dioxide can be used for the purpose of promoting the growth of crops by supplying the greenhouse for growing crops.
또한, 상기와 같이 고순도의 이산화탄소를 분리할 때 메탄의 손실은 최소화되며, 이에 전술한 바와 같이 99% 이상의 높은 메탄 회수율을 달성할 수 있다.In addition, when the high-purity carbon dioxide is separated as described above, the loss of methane is minimized and, as described above, a high methane recovery rate of 99% or more can be achieved.
한편, 제2실시예에서 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 컴프레서(32)를 제2기체분리막유니트(22)의 전방 또는 후방에 설치할 수 있다.On the other hand, in the second embodiment, as shown in Figs. 4 and 5, the
기체분리막유니트는 중공사막을 경계로 형성되는 분압차에 의해 기체의 이동과 분리가 이루어지므로 도 4와 같이 컴프레서(32)를 기체분리막유니트의 앞쪽에 두는 경우 공급가스를 밀어줄 수 있고, 도 5와 같이 뒤쪽에 두는 경우 분리된 가스를 뽑아낼 수 있어서, 두 경우 모두 중공사막결합체를 이용한 기체분리가 원활하게 이루어질 수 있다. 단, 컴프레서(32)를 기체분리막유니트의 뒤쪽에 두는 경우, 분리된 이산화탄소 가스의 역류가 미연에 방지되고, 기체분리막유니트로부터 이산화탄소의 배출이 보다 용이해지는 장점이 있다.Since the gas separator unit moves and separates the gas by the partial pressure difference formed by the boundary of the hollow fiber membrane, the supply gas can be pushed when the
제2실시예의 경우에도, 제2메탄배출관(14)에 밸브(53)가 설치된다.Also in the case of the second embodiment, the
한편, 본 발명의 제3실시예에 따르면, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 제3기체분리막유니트(23)가 제2기체분리막유니트(22)의 후방에 추가로 설치될 수 있다. 즉, 제2이산화탄소배출관(15)이 제3기체분리막유니트(23)의 가스공급포트에 연결되고, 제3기체분리막유니트(23)의 메탄배출포트에 제3메탄배출관(16)이 연결되며, 제3메탄배출관(16)이 상기 제1메탄배출관(12)에 연결되고, 제3기체분리막유니트(23)의 이산화탄소배출포트에 제3이산화탄소배출관(17)이 연결된다. 상기 제3메탄배출관(16)에 밸브(54)가 설치될 수 있다.According to the third embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6 and 7, a third gas
상기와 같이 3개의 기체분리막유니트(21,22,23)가 설치된 경우의 이산화탄소 농도와 메탄의 회수율을 아래 표2에서 확인할 수 있다. The carbon dioxide concentration and the recovery rate of methane when the three gas
표 2에서와 같이, 토탈 스테이지 컷(Total Stage cut)이 0.26인 조건에서 제3기체분리막유니트(23)(Stage3)를 통해 분리 배출된 이산화탄소 가스의 농도는 98.7%로서 98% 이상의 높은 순도를 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 이 경우 메탄의 회수율(recovery efficiency)은 99.45%로서 99%를 상회하는 매우 높은 회수율을 달성하였다.As shown in Table 2, the concentration of the carbon dioxide gas separated and discharged through the third gas separation membrane unit 23 (Stage 3) was 98.7% under the condition that the total stage cut was 0.26, . In this case, the recovery efficiency of methane was 99.45%, which was very high, exceeding 99%.
상기 제3기체분리막유니트(23)의 경우에도, 제2기체분리막유니트(22)에 비해 중공사막결합체의 막면적을 30% ~ 70% 축소하는 것이 바람직하다. 그 이유는 앞에서 설명한 제2기체분리막유니트(22)의 막면적을 제1기체분리막유니트(21)의 막면적에 대해 축소시키는 이유와 동일하다.Also in the case of the third gas
한편, 기체분리막유니트의 수를 더 늘릴 경우 더 많은 양의 이산화탄소를 분리해낼 수 있다. 그러나, 바이오가스 내에 원래 함유되어 있는 이산화탄소의 양이 30% ~ 40% 정도임을 고려할 때 3개를 초과하여 4개 이상의 기체분리막유니트를 두는 것은 실용성이 없으며, 경제적으로 바람직하지 않음을 밝혀둔다.On the other hand, when the number of the gas separation membrane units is further increased, a larger amount of carbon dioxide can be separated. However, considering that the amount of carbon dioxide originally contained in the biogas is about 30% to 40%, it is not practical to put more than three gas separator units in excess of three, and it is not economically preferable.
한편, 도면에 도시하지 않았으나 각 기체분리막유니트에 가온설비 및 냉각설비를 설치하는 것이 바람직하다.On the other hand, although it is not shown in the drawing, it is preferable to install the heating and cooling equipment in each gas separation membrane unit.
기체분리막유니트의 기체 분리 성능은 온도에 영향을 받으므로, 기체분리막유니트의 기체 분리 성능을 일정한 수준으로 유지하려면 분리하고자 하는 기체 즉, 바이오가스의 온도를 일정하게 유지하는 것이 필요하다. 그런데, 바이오가스에는 다량의 메탄이 포함되어 있어 가스 자체를 가열하는 것이 위험할 수 있으므로 기체분리막유니트의 온도를 제어할 수 있도록 하는 것이 안전하다. 따라서, 상기와 같이 기체분리막유니트에 가온설비 및 냉각설비를 설치하는 것이 바람직하다.Since the gas separation performance of the gas separation membrane unit is affected by the temperature, it is necessary to maintain the temperature of the gas to be separated, that is, the biogas, at a constant level in order to maintain the gas separation performance of the gas separation membrane unit at a constant level. However, since the biogas contains a large amount of methane, it may be dangerous to heat the gas itself, so it is safe to control the temperature of the gas separation membrane unit. Therefore, it is preferable to install the heating and cooling equipment in the gas separation membrane unit as described above.
이와 같이, 기체분리막유니트에 가온설비 및 냉각설비를 설치함으로써 기체분리막유니트의 기체 분리 성능을 일정한 수준으로 유지할 수 있게 되므로 고순도 이산화탄소의 생산량을 용이하게 관리할 수 있다.The gas separation performance of the gas separation membrane unit can be maintained at a constant level by installing the heating device and the cooling device in the gas separation membrane unit, so that the production amount of the high purity carbon dioxide can be easily managed.
한편, 제3기체분리막유니트(23)가 설치되는 경우에도, 컴프레서(33)를 제3기체분리막유니트(23)의 전방 또는 후방에 설치할 수 있다. 그 각 경우의 효과는 제2기체분리막유니트(22)의 경우와 동일하므로 중복 설명을 생략한다.On the other hand, even when the third gas
이상 설명한 바와 같은 본 발명은, 기체분리막유니트를 이용하여 설비를 구성하므로 기존에 흡착탑 등을 이용하는 설비에 비해 설비의 크기와 설치 면적이 크게 감소하는 효과가 있다.The present invention as described above has an effect of significantly reducing the size and installation area of a facility compared to a facility using a conventional adsorption tower or the like because the facility is constructed using the gas separation membrane unit.
또한, 기체분리막유니트가 관형 형상으로 이루어져 있으므로 설비의 배치가 용이하고 레이아웃을 간결히 할 수 있다.Further, since the gas separation membrane unit is formed in a tubular shape, it is possible to easily arrange the facilities and to simplify the layout.
또한, 바이오가스로부터 이산화탄소 및 메탄을 분리해냄에 있어서, 대상물질이 설비 전체에서 가스 상태로만 존재하고 상변화를 일으키지 않으므로 상변화에 따른 에너지 소비가 발생하지 않아 설비의 에너지 효율이 향상된다.Further, in separating carbon dioxide and methane from the biogas, since the target substance exists only in a gaseous state throughout the apparatus and does not cause a phase change, energy consumption due to the phase change does not occur, thereby improving the energy efficiency of the apparatus.
또한, 복수의 기체분리막유니트를 이용하여 바이오가스에서 고순도의 이산화탄소를 분리해내므로 이산화탄소 가스에 포함되던 메탄의 양이 최소화되어 결과적으로 메탄 손실율이 감소되고, 이에 메탄 회수율이 향상된다.Also, since the high purity carbon dioxide is separated from the biogas by using the plurality of gas separation membrane units, the amount of methane contained in the carbon dioxide gas is minimized, resulting in a decrease in the methane loss rate, thereby improving the methane recovery rate.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is understandable. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
11 : 바이오가스공급관 12 : 제1메탄배출관
13 : 제1이산화탄소배출관 14 : 제2메탄배출관
15 : 제2이산화탄소배출관 16 : 제3메탄배출관
17 : 제3이산화탄소배출관 21 : 제1기체분리막유니트
22 : 제2기체분리막유니트 23 : 제3기체분리막유니트
31, 32,33 : 컴프레서 41 : 버퍼탱크11: Biogas feed pipe 12: First methane feed pipe
13: First carbon dioxide discharge pipe 14: Second methane discharge pipe
15: second carbon dioxide discharge pipe 16: third methane discharge pipe
17: third carbon dioxide discharge pipe 21: first gas separation unit
22: second gas separator unit 23: third gas separator unit
31, 32, 33: compressor 41: buffer tank
Claims (8)
상기 컴프레서에서 압축된 바이오가스를 저장하는 버퍼탱크와;
상기 버퍼탱크에서 공급된 바이오가스를 중공사막결합체를 통과시켜 이산화탄소와 메탄을 분리하는 기체분리막유니트;
를 포함하는 바이오가스의 이산화탄소 회수장치.A compressor for compressing the purified biogas;
A buffer tank for storing biogas compressed by the compressor;
A gas separation membrane unit for passing the biogas supplied from the buffer tank through a hollow fiber membrane assembly to separate carbon dioxide and methane;
Wherein the biogas carbon dioxide recovery device comprises:
상기 기체분리막유니트는 외부에 대해 밀폐 공간을 형성하며 측면에 이산화탄소배출포트가 형성된 케이싱과, 케이싱에 내장되는 상기 중공사막결합체와, 케이싱의 전방 단부에 설치되고 가스공급포트가 형성된 전방커버와, 케이싱의 후방 단부에 설치되고 메탄배출포트가 형성된 후방커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 이산화탄소 회수장치.The method according to claim 1,
The gas separation membrane module according to claim 1, wherein the gas separation membrane unit comprises a casing having a closed space formed outside thereof and having a carbon dioxide exhaust port formed on a side surface thereof, the hollow fiber membrane assembly incorporated in the casing, a front cover provided on a front end of the casing, And a rear cover provided at a rear end of the main cover and formed with a methane discharge port.
상기 기체분리막유니트의 후방에 동일한 구성의 또 다른 기체분리막유니트가 더 설치된 것을 특징으로 하는 바이오가스의 이산화탄소 회수장치.The method according to claim 1,
And another gas separation membrane unit having the same structure is further installed behind the gas separation membrane unit.
상기 추가 설치된 기체분리막유니트의 가스공급포트에 앞에 설치된 기체분리막유니트의 이산화탄소배출관이 연결되고, 추가 설치된 기체분리막유니트의 메탄배출포트에 연결된 메탄배출관이 앞에 설치된 기체분리막유니트의 메탄배출관에 연결되며, 추가 설치된 기체분리막유니트의 이산화탄소배출포트에 이산화탄소배출관이 연결된 것을 특징으로 하는 바이오가스의 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
A methane discharge pipe connected to the methane discharge port of the gas separator unit connected to the gas separator unit is connected to the gas discharge port of the gas separator unit installed in front of the gas supply port of the additional gas separator unit, And a carbon dioxide discharge pipe is connected to the carbon dioxide discharge port of the installed gas separation membrane unit.
상기 추가 설치된 기체분리막유니트의 전방과 후방에 컴프레서가 설치된 것을 특징으로 하는 바이오가스의 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
And a compressor is installed in front of and behind the additional gas separation membrane unit.
상기 기체분리막유니트들에 가온설비가 설치된 것을 특징으로 하는 바이오가스의 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
And a heating unit is installed in the gas separation membrane units.
상기 기체분리막유니트들에 냉각설비가 설치된 것을 특징으로 하는 바이오가스의 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
And a cooling system is installed in the gas separation membrane units.
상기 기체분리막유니트들 중 후방에 위치한 기체분리막유니트는 전방에 위치한 기체분리막유니트에 비해 중공사막결합체의 막면적이 30% ~ 70% 축소된 것을 특징으로 하는 바이오가스의 이산화탄소 회수장치.
The method of claim 3,
Wherein the gas separation membrane unit located at the rear of the gas separation membrane units has a membrane area of 30% to 70% smaller than that of the gas separation membrane unit located at the front.
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