KR20150082103A - 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치 - Google Patents

매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치로써, 매립지에 설치되어서 매립 가스를 포집하는 매립가스 포집 장치와, 상기 포집된 매립가스 중 수분 및 미세 먼지를 제거하는 관성 충돌형 먼지 제거 장치와, 상기 관성 충돌형 먼지 제거 장치에 의해 1차 정화된 제 1 정화 매립 가스에서 암모니아 및 황화수소 중 적어도 하나를 제거하는 암모니아 황화수소 제거 장치와, 상기 암모니아 및 황화수소 제거 장치에 의해 2차 정화된 제 2 정화 매립가스에서 실록산을 제거하는 실록산 제거 장치와, 상기 실록산 제거 장치에 의해 3차 정화된 제 3 정화 매립가스에서 산소를 제거하는 산소 제거 장치와, 상기 산소 제거 장치에 의해 4차 정화된 제 4 정화 매립가스에서 질소를 제거하는 질소 제거 장치 및 상기 질소 제거 장치에 의해 5차 정화된 제 5 정화 매립 가스를 저장하는 저장 탱크를 포함한다.

Description

매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치{LANDFILL GAS CONVERSION DEVICE APPLYING DIRECT CONVERSION TECHNOLOGY OF METHANE FROM LANDFILL GAS}
본 발명은, 폐기물 매립지, 하수 슬러지, 유기성 폐기물 혐기 발효 시설 등에서 발생되는 매립 가스를 정화하여 에너지 원으로 재사용할 수 있는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치에 관한 것이다.
메탄은 교토의정서에서 규정한 6 가지 물질 (CO2, CH4, N2O, PFCs, HFCs, SF6) 중 하나로서, CO2를 제외한 Non-CO2 물질 가운데 가장 배출량이 많은 물질이며, 이산화탄소에 비해 지구온난화지수(GWP100)가 25배가 높은 물질이므로, 지구 온난화에 많은 영향을 미친다.
한편, 쓰레기 매립지 등에서는 다량의 매립 가스가 생성되고 있다. 이 매립가스의 주요 성분은 메탄이며, 이 메탄을 그대로 대기에 방출시키는 경우에는 지구 온난화에 많은 악영향을 주게 된다.
한편, 메탄 가스를 회수하게 된다면, 폐기물에너지 생산에 따라, 지구 온난화도 방지할 뿐 아니라, 새로운 에너지원으로 이용될 수 있다.
최근, 환경부에서는 중소규모 매립장에 대하여도 자원화시설 설치를 적극 추진하여 매립가스가 분당 2톤 이상 발생하는 매립장(구미 등 27개소)에는 2012년까지 자원화시설 설치를 완료할 계획이며, 중소규모 매립장 40여개소에 매립가스 자원화시설이 설치되면 연간 원유 313천배럴 상당의 폐기물에너지를 생산함으로써 365억원의 대체에너지 효과와 277억원의 탄소배출권 등 연간 642억원에 달하는 경제적 효과를 창출할 있을 것으로 추정하고 있다.
또한, 도시쓰레기의 매립 중 또는 매립 완료된 매립지 주변의 대기, 수질 및 토양 오염 문제는 가장 시급히 해결해야 할 도시 행정의 과제 중 하나로 여겨지고 있으며, 특히, 매립지의 표면 발산을 통한 주변지역의 민원 발생 억제를 위하여 매립가스의 강제 포집량을 증가시키면서 대기 중 공기 흡입으로 인한 매립가스 중의 산소(O2), 질소(N2)가 증가하여 포집가스의 품질을 저하시키고, 가스엔진발전 등의 운전상의 어려움을 초래하고 있다. 특히, 메탄, 산소, 규소, 염소, 물, 황 화합물질과 먼지 등은 엔진발전기의 접촉부분에 부식과 기계적 마모 등을 촉진시켜 발전시설의 출력감소 외에도 가동률 및 이용률, 정비주기, 부품교환주기와 운영유지관리비 등에 큰 영향을 줄 수 있다.
이에, 메탄의 대기 누출 저감을 위해서는 메탄 발생원 가운데 가스 발생량이 상대적으로 적고 농도가 낮아 LFG를 대기로 방출하고 있는 중소규모 매립지에서 활용 가능한 메탄가스의 직접 전환 기술의 개발이 필요하게 되었다.
본 발명은, 폐기물 매립지, 하수 슬러지, 유기성 폐기물 혐기 발효 시설 등에서 발생되는 매립 가스를 정화하여 에너지 원으로 재사용할 수 있는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치는, 매립지에 설치되어서 매립 가스를 포집하는 매립가스 포집 장치와, 상기 포집된 매립가스 중 수분 및 미세 먼지를 제거하는 관성 충돌형 먼지 제거 장치와, 상기 관성 충돌형 먼지 제거 장치에 의해 1차 정화된 제 1 정화 매립 가스에서 암모니아 및 황화수소 중 적어도 하나를 제거하는 암모니아 황화수소 제거 장치와, 상기 암모니아 및 황화수소 제거 장치에 의해 2차 정화된 제 2 정화 매립가스에서 실록산을 제거하는 실록산 제거 장치와, 상기 실록산 제거 장치에 의해 3차 정화된 제 3 정화 매립가스에서 산소를 제거하는 산소 제거 장치와, 상기 산소 제거 장치에 의해 4차 정화된 제 4 정화 매립가스에서 질소를 제거하는 질소 제거 장치 및 상기 질소 제거 장치에 의해 5차 정화된 제 5 정화 매립 가스를 저장하는 저장 탱크를 포함할 수 있다.
관성 충돌형 먼지 제거 장치는 수분함유가스가 인입되어 수분제거가스가 배출되는 가스이동통로를 형성하는 유로 형성부와, 상기 유로 형성부의 내부에 형성되는 냉매부 및 상기 수분함유가스가 상기 가스이동통로를 통해 이동되는 경우, 이와 충격되도록 상기 유로 형성부에 돌출 형성되는 충격 돌기부를 포함할 수 있다.
충격 돌기부는 끝단이 상기 수분함유가스의 인입 방향으로 굴곡되도록 형성될 수 있다.
충격 돌기부는 끝단이 상기 수분함유가스의 인입방향 및 상기 수분제거가스의 배출방향인 양방향으로 각각 굴곡되도록 형성될 수 있다.
충격 돌기부는 동일한 상기 가스이동통로를 형성하는 상기 유로 형성부의 서로 다른 위치에서 대면하는 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
충격 돌기부는 상기 유로 형성부의 최대 굴곡지점인 유로 꼭지부에 형성될 수 있다.
충격 돌기부는 상기 유로 형성부에 설치되는 유로 결합부를 통해 상기 유로 형성부에 탈착 가능하도록 형성될 수 있다.
충격 돌기부는 상기 냉매부와 연통되어 상기 냉매가 상기 충격 돌기부 내부에 유동되도록 형성되는 돌기 냉매부를 포함할 수 있다.
충격 돌기부는 상기 유로 형성부와 결합하는 돌기 결합부와, 상기 돌기 결합부에서 연장되는 돌기 연장부 및 상기 돌기 연장부의 끝단인 돌기 헤드부;를 포함할 수 있다.
충격 돌기부는 상기 수분함유가스의 인입방향을 향하는 일면인 굴곡면에 보조 돌기부가 돌출 형성될 수 있다.
돌기 연장부는 일측이 개구부인 원형 굴곡 구조로 형성될 수 있다.
관성 충돌형 먼지 제거 장치는 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 가스 분기부를 통해 유입된 매립가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제1 관성충돌 유닛이 배치되는 제1 정제탑 및, 상기 제1 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 매립가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제2 관성충돌 유닛이 설치되고 제1 흡착제가 충진되는 제2 정제탑으로 구성되고, 상기 암모니아 황화수소 제거 장치 및 상기 실록산 제거 장치는, 상기 제2 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 매립가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제3 관성충돌 유닛이 설치되고 제2 흡착제가 충진되는 제3 정제탑;으로 구성될 수 있다.
제1 흡착제는 수분 흡착제를 포함하고, 제2 흡착제는 황화수소 흡착제 및 실록산 흡착제 중 적어도 어느 하나의 흡착제를 포함할 수 있다.
제1 정제탑은 상기 매립가스가 상기 제1 관성충돌 유닛과 충돌하여 낙하되는 오염물을 수집하기 위한 제1 수집부를 포함하고, 제2 정제탑은 상기 제1 정제탑에서 인입되는 상기 매립가스의 오염물이 흡착된 상기 제1 흡착제를 수집하기 위한 제2 수집부를 포함하고, 제3 정제탑은 상기 제2 정제탑에서 인입되는 상기 매립가스의 오염물이 흡착된 상기 제2 흡착제를 수집하기 위한 제3 수집부를 포함할 수 있다.
제2 수집부 및 상기 제3 수집부는 상기 오염물이 흡착된 상기 제1 흡착제 및 상기 제2 흡착제를 재생하기 위한 재생부를 각각 포함할 수 있다.
관성 충돌형 먼지 제거 장치, 상기 암모니아 황화수소 제거 장치 및, 실록산 제거 장치는, 오염물질을 제거하는 공간을 가지는 하우징과, 일단은 상기 하우징과 결합되고, 타단은 상기 하우징과 이격되어 구비되며,상기 하우징의 내부 영역을 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 격벽과, 상기 격벽의 하부에 구비되며, 상기 하부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착되는 제 1 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 1 분사용 인플라이트부와, 상기 하우징의 최상부면의 하부에 구비되며, 상기 상부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 2 오염물질과 흡착되는 제 2 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 2 분사용 인플라이트부; 및 상기 제 1 분사용 인플라이트부 및 상기 제 2 분사용 인플라이트부를 제어하는 제어부로 통합적으로 구성될 수 있다.
상기 하우징과 결합되며, 상기 하부 공간에서 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착된 제 1 흡착제를 수집하는 제 4 수집부와, 상기 제 4 수집부에 수집된 상기 제 1 흡착제를 재생하기 위한 제 4 재생부와, 상기 제 4 재생부에 의해 재생된 제 1 흡착제를 상기 제 1 분사용 인플라이트부로 공급하는 제 4 공급부를 더 포함할 수 있다.
우징과 결합되며, 상기 상부 공간을 통과한 바이오 가스를 배출시키는 배출부와, 상기 배출부의 내부에 구비되며, 상기 배출부를 통과하는 바이오 가스 중 미세 먼지를 제거하는 활성섬유 필터 및 상기 배출부의 내부에 구비되며, 상기 배출부를 통과하는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 하는 제 1 관성 충돌판을 더 포함할 수 있다.
격벽과 상기 하우징 사이의 공간에 구비되며, 바이오 가스를 하부 공간으로부터 상부 공간으로 이동시키는 가스 이동부; 및 상기 가스 이동부의 내부에 구비되며, 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 하는 제 2 관성 충돌판을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징과 결합되며, 상기 제 2 분사용 인플라이트에서 분사되어 상기 격벽과 충돌된 상기 제 2 흡착제를 수집하는 제 5 수집부와, 상기 제 5 수집부에 수집된 상기 제 2 흡착제를 재생하기 위한 제 5 재생부; 및 상기 제 5 재생부에 의해 재생된 제 2 흡착제를 상기 제 2 분사용 인플라이트부로 공급하는 제 5 공급부를 더 포함할 수 있다.
격벽은 상기 제 2 분사용 인플라이트부로부터 분사된 상기 제 2 흡착제가 상기 제 5 수집부로 수집될 수 있도록 일정한 각도로 기울어져 있을 수 있다.
상기 하우징과 결합되며, 상기 하부 공간으로 바이오 가스를 유입시키는 유입부와, 상기 유입부를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출하는 제 1 센서; 및 상기 가스 이동부를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출하는 제 2 센서를 더 포함하고, 제어부는 상기 제 1 센서로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 상기 제 1 분사용 인플라이트부에서 분사되는 상기 제 1 흡착제의 양을 조절하고, 상기 제 2 센서로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 상기 제 2 분사용 인플라이트부에서 분사되는 상기 제 2 흡착제의 양을 조절할 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따르면, 폐기물 매립지, 하수 슬러지, 유기성 폐기물 혐기 발효 시설 등에서 발생되는 매립 가스를 정화하여 자동차 등의 연료로 사용함으로써, 이산화탄소 배출권 거래 제도에 유용한 기술을 제공할 수 있게 된다.
관성 충돌형 먼지 제거 장치에 의하면, 냉매부에 의한 응축냉각 효과 및 충격 돌기부에 의한 관성충돌 효과를 모두 가짐으로써 수분 제거 효율을 향상할 수 있다.
또한, 충격 돌기부가 양방향으로 굴곡되어 수분함유가스의 인입 및 배출에 대한 방향성을 다양하게 적용할 수 있다.
또한, 충격 돌기부를 일측이 개구부인 원형 굴곡부로 형성하여 사이클론 효과를 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치에 사용되는 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치에 사용되는 인플라이트 흡착 제거 장치의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부가 형성된 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부가 형성된 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 다른 실시예에 따른 원통형 냉매부가 구비된 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착되는 충격 돌기부를 구비한 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 조립도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향으로 굴곡되는 충격 돌기부를 구비한 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부에 원형 굴곡부가 형성된 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 충돌형 먼지 제거 장치, 암모니아 및 황화수소 제거 장치, 및 실록산 제거 장치를 통합적으로 구현한 다중 흡착장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11 본 발명의 일 실시예에 따른 매립가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치의 재생부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 충돌형 먼지 제거 장치, 암모니아 및 황화수소 제거 장치, 및 실록산 제거 장치를 통합적으로 구현한 인플라이트 전처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명과 관련된 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다
도 1은 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 설명도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치는, 매립가스 포집 장치(100), 관성 충돌형 먼지 제거 장치(200), 암모니아 및 황화수소 제거 장치(300), 실록산 제거 장치(400), 산소 제거 장치(500), 질소 제거 장치(600), 디엠이(DME) 플랜트, DME 저장 탱크(800), 및 DME 또는 정제 가스 운반 차량(900)을 구성될 수 있다.
여기서, 매립 가스 포집 장치(100)는, 매립지 등에서 발생되는 매립가스를 포집하기 위한 것으로서, 펌프를 통해 지하에 매장되어 있는 매립가스를 지상으로 이송시키는 역할을 한다.
통상 쓰레기 매립지 등에서 발생되는 매립지 가스는 주로 메탄과 이산화탄소로 구성되어 있으며, 약 5~10%의 불순물이 포함되어 있다. 이러한 불순물로는, 질소 <10%, 산소 <1%, 황화합물 500~1000ppm, 실록산 100~150ppm, VOCs, 미세먼지등이 있는데, 이들은 최종적으로 생산되어야 할 DME 가스나 정제 가스에서는 불순물로서 그 성능을 방해하는 요소가 된다.
이에 본 발명에서는 다음의 장치를 통해 이들 불순물을 제거하게 된다.
1차적으로 제거되는 것은 미세 먼지 및/또는 수분은, 관성 충돌형 먼지 제거 장치(200)에 의하여 제거 된다. 이에 대해서는 도 2에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.
그 다음, 황화 수소 및 암모니아로서, 이는 암모니아 및 황화수소 제거 장치(300)에 의해 제거된다. 매립가스 미량물질 중 상대적으로 고농도 존재하는 황화수소(<수백ppm)를 처리하기 위하여 1차적으로 습식 촉매탈황기술을 적용하게 된다. 이 방식에 의하면, 매립가스 중 황화수소와 암모니아를 물 용해시킨 후, 탈황 촉매의 액상 산화반응을 통해 상온 상압 하에서 무해하고 무취한 물질로 전환킴으로써, 황화 수소 및 암모니아가 제거 된게 된다. 이 때, 제거된 황화수소는 황입자로 전환되어 촉매에 고정되며, 배출된 폐촉매는 탈수 후 일반폐기물로 매립 또는 비료로 사용 가능하다. 한편, Fe계의 새로운 촉매를 활용하여 황화수소를 산화반응시키면, 기존의 액산촉매산화 방식의 황화수소 제거법에 사용된 촉매보다 경제적으로 우수하고, 유해폐기물이 발생되지 않게 된다.
그 다음, 실록산은, 실록산 제거 장치(400)에 의하여 제거 된다. 이에 대해서는 도 3에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.
그 다음, 산소 제거 장치(500)를 통해 매립가스내의 산소를 제거하게 된다. 이 산소는 추후 정제가스에 많이 포함되는 경우 폭발의 우려가 있을 뿐 아니라, 더욱이 이송 통로가 되는 금속관을 부식시키는 구성요소가 되므로, 제거하여야 한다. 이 산소 제거 장치(500)에서는 세라믹 흡착제를 이용하여 산소를 제거하거나 산소 vacancy를 가지는 금속 산화물을 이용하여 산소를 제거할 수 있다.
특히, 폐롭스카이트 금속산화물(ABO3 type 산화물)의 경우 A는 알카리 토금속 계열(주기율표 원자번호 57-71 양이온, 1A, 2A 계열 금속) 금속 양이온이, B의 경우는 전이금속이 차지하여 전자가를 +6으로 유지하고, 3개의 산소 음이온(-6)과 결합하여 전기적 중성을 이룬다. 여기에 A, B 대신 원자가가 다른 A', B' 원자를 치환하거나 고용시키면 전기적 중성을 맞추기 위해 산소이온이 부족하게 되며 따라서 산소 vacancy가 생성된다. 이때 전체 산화물 결정은 전기적으로 안정하지만 산소 vacancy 주변의 격자는 전기적으로 + 상태로 유지되어 외부 산소분압이 높아지면 격자내부로 산소를 흡수시키게 된다.
이러한 가역 순환 산소제조 기술은 상기의 산소 vacancy가 존재하는 흡수제를 이용하여 산소를 흡수하였다가 다시 탈착시키는 원리로 산소를 분리하게 된다.
질소 제거 장치(600)는 매립가스내의 질소를 제거하기 위한 것으로서, 이 질소는 제올라이트를 이용하여 질소를 흡착시킴으로써 매립가스내의 질소를 제거하게 된다.
이상과 같은 본 발명의 일실시예인 매립 가스 정화시스템은, 상기 포집된 매립가스 중 암모니아 및 황화수소를 암모니아 및 황화수소 제거 장치(200)를 통해 1 차 제거되고, 상기 암모니아 및 황화수소 제거 장치(200)에 의해 1차 정화된 제 1 정화 매립가스에서 수분 및/또는 미세 먼지는 관성 충돌형 먼지 제거 장치(300)를 통해 제거되며, 상기 관성 충돌형 먼지 제거 장치(300)에 의해 2차 정화된 제 2 정화 매립 가스에서 실록산은 실록산 제거 장치(400)에 의해 제거되며, 실록산 제거 장치(400)에 의해 3차 정화된 제 3 정화 매립가스에서 산소 제거 장치(500)에 의해 산소가 제거되며, 상기 산소 제거 장치(500)에 의해 4차 정화된 제 4 정화 매립가스에서 질소 제거 장치(600)에 의해 질소가 제거되어 최종 정화된 제 5 정화 매립가스가 생성되게 된다.
이상과 같은 제 5 정화 매립가스는, DME 플랜트(700)에서 디메틸 에테르 가스로 변환되어서 DME 저장탱크(800)에 저장되거나, 별도로 제 5 정화 가스가 액화되어서 정제 가스 운반 차량(900)에 적재되어 사용처로 이송되게 될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치에 사용되는 관성 충돌형 먼지 제거 장치(300)를 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치에 사용되는 관성 충돌형 먼지 제거 장치(300)의 예를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 관성 충돌형 먼지 제거 장치(300)는 제 1 정화 매립 가스의 흐름에 대하여 소정 각도 기울어져 상기 제 1 저오하 매립 가스의 바람의 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 제 1 블레이드(320), 상기 제 1 블레이드(320)로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 제 2 블레이드(330), 상기 제 1 블레이드(320)와 제 2 블레이드(330)의 연결점에 형성된 관형 부재인 냉각수관(310)을 포함하고, 상기 이 냉각수관(310)에 의해 제 1 정화 매립 가스에 포함되어 있는 수분이 응결되어서 제거되게 된다.
한편, 한 쌍의 제 1 차단 블레이드(340)는, 상기 제 1 블레이드(320)와 제 2 블레이드의 연결점에 설치되어서 제 1 정화 매립 가스 내의 미세 먼지가 이 차단 블레이드에 충돌되어서 중력에 의해 제거 된다.
또한 제 2 차단 블레이드(350)가 상기 제 2 블레이드(330)의 종단부에 설치되어서 이 제 2 차단 블레이드(350)에 의해 먼지가 제거된다.
이와 같이, 제조된 관성 충돌형 먼지 제거 장치(300)는 제 1 정화 매립 가스 내의 미세 먼지 제거 및 수분 제거를 동시에 할 수 있게 된다.
이하에서는, 매립가스내의 실록산을 제거하는 실록산 제거 장치(400)에 대하여 도 3을 통해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치에 사용되는 실록산 제거 장치(400)의 예를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(410)의 내부에는 측벽으로부터 연장 형성되는 제 1 격벽(421)과, 중앙 기둥(425)으로부터 연장 형성되는 제 2 격벽(423)의 교대로 설치되어서 지그 재그 유로를 형성하고 있다. 이 유로는 제 1 덕트(411)와 제 2 덕트(413)와 연결되어서, 제 1 덕트(411)로부터 유입되는 배출가스가 유로를 따라 지그재그 기류를 형성하게 된다. 도시된 바와 같이, 제 1 격벽(421) 및 제 2 격벽(423)은 하우징(410)의 수평방향에 대하여 하향 예각으로 경사지게 설치되어서, 앞서 설명한 오염물질이 흡착된 오염분진이 중력에 의해 아래로 낙하하도록 설치될 수 있다.
한편, 하우징(410)의 저면 측에는, 흡착제 토출 유닛(430)이 형성되어 있다. 이 흡착제 토출 유닛(430)은, 상기 지그 재그 유로로 제 2 정화 매립 가스 내의 실록산을 제거하기 위한 실록산 흡착제를 토출하는 장치로서, 이러한 흡착제로는 활성탄이나, 그라파이트가 이용될 수 있다. 이 흡착제는 상기 격벽들(421,423)이 만드는 지그 재그 유로로 유입되면, 상기 배출가스의 기류를 따라 배출 가스와 함께 지그 재그 유로를 흐르게 되면서 제 2 정화 매립 가스에 포함된 실록산을 포집하게 되고, 그 포집으로 인해 실록산 분진이 충분하게 무거워 지면(실록산의 조대화), 상기 격벽의 평면상에 떨어지게 된다. 이렇게 떨어진 분진은 중력에 따라 하우징(410)의 저면 쪽으로 내려가는데. 이 때, 토출구(427)를 통해 오염 분진 수납부(440)에 모아지게 된다. 또한, 충격 장치(480)를 통해 격벽의 평면상에 여전히 존재하는 실록산 분진을 실록산 분진 수납부(440)로 낙하시킬 수도 있다.
한편, 관성 충돌 장치(450)는 도시된 바와 같이 3개의 서브 필터(451~453)로 구성될 수 있다. 이 관성 충돌 장치(450)를 통해 1차 정화된 공기의 미세 먼지를 제거하게 되어, 보다 정화된 공기를 제 2 덕트(413)로 배출할 수 있게 된다.
또한, 상기 제 2 덕트(413)로부터 토출되는 기류 중 일부를 상기 흡착제 토출 유닛(430)으로 유도하는 유도팬(460)이 더 설치될 수 있다. 이럼으로써, 흡착제를 용이하게 지그 재그 유로로 유입시킬 수 있게 된다.
이상과 같은 실록산 제거 장치에 의해 실록산을 함유한 제 2 정화 매립가스 중 실록산이 제거되며, 분말 흡착제를 유입구에서 분사하고, 챔버실이 구비되어 가스상오염물질이 흡착되는 충분한 시간을 확보하고, 흡착제는 중력분리하여 재순환 함으로써 흡착제를 파과점에 도달하기 전까지 활용함으로써 실록산 흡착제인 활성탄 및 그라파이트를 경제적으로 활용할 수 있다.
특히, 실록산은 입자의 성장메카니즘을 이용하는 것으로 발생된 실록산과 입자상 흡착제를 서로 충돌시켜 입자를 크게 만듦으로써 후단에서의 집진효율을 증가시킬 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따르면, 폐기물 매립지, 하수 슬러지, 유기성 폐기물 혐기 발효 시설 등에서 발생되는 매립 가스를 정화하여 자동차 등의 연료로 사용함으로써, 이산화탄소 배출권 거래 제도에 유용한 기술을 제공할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부가 형성된 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부가 형성된 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 관성 충돌형 먼지 제거 장치(1000)는 유로 형성부(1100), 냉매부(1300), 및 충격 돌기부(1500)를 포함하여 구성될 수 있다.
유로 형성부(1100)는, 수분함유가스(G)가 인입되어 수분제거가스(G')가 배출되는 가스이동통로(W)를 형성하기 위한 수단으로, 도 4 및 도 5에서처럼 제 1 유로 형성부(1110), 제 2 유로 형성부(1130), 및 제3 유로 형성부(1150)로 형성되어 가스이동통로(W)를 형성하기 위해 서로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 제1,2,3 유로 형성부(1110, 1130, 1150)는, 유로 형성부(1100)가 복수로 이루어짐으로 보다 효과적으로 설명하기 위해 제시한 일 실시예일뿐 본 발명은 가스이동통로(W)를 형성할 수 있는 복수의 유로 형성부(1100)를 포함할 수 있다.
또한, 유로 형성부(1100)는 연속되는 굴곡 형상으로 형성될 수 있다. 이는, 물결 형상과 같이 유로 형성부(1100)의 일측 및 타측으로 굴곡 방향이 연속적으로 변하는 구조로, 도시된 바와 같이 지그재그 형상의 가스이동통로(W)를 형성할 수 있다. 이러한 지그재그 형상의 가스이동통로(W)는, 직선경로로 형성되는 가스이동통로에 비하여 수분함유가스(G)와의 접촉면적이 확대되고, 굴곡 구조에 의해 수분함유가스(G)에 존재하는 수분이 유로 형성부(1100)에 충격될 수 있는 빈도를 보다 향상할 수 있다.
냉매부(1300)는, 도시하지 않은 냉매 공급 장치로부터 공급받는 냉매(1310)를 유로 형성부(1100) 내부에서 수용하기 위한 수단으로, 본 도면에서는 유로 형성부(1100)에 대응되는 판 형상으로 형성되었지만, 이 뿐만 아니라 원통형의 관 형상으로 형성되어 유로 유로 형성부(1100) 내부에 설치될 수 있다. 여기서, 냉매(1310)는 플론(Flon), 암모니아(Ammonia), 아황산 가스(Sulfite Gas), 클로르메틸(Chloromethyl methyl), 물(Water)과 같이 액상 또는 기체 상태의 냉매(1310)들을 모두 포함할 수 있다.
따라서, 유로 형성부(1100)는 내부의 냉매부(1300)를 통해 표면 온도가 저하됨으로써 수분함유가스(G) 유로 형성부(1100)에 접촉되는 경우, 수분함유가스(G)에 존재하는 수분의 온도를 낮추어 유로 형성부(1100)의 표면에 응축되도록 할 수 있다. 또한, 유로 형성부(1100)는 판상으로 수직 배치됨으로써, 표면에 응축되는 수분은 중력에 의해 하방으로 낙하될 수 있다. 이와 같이, 냉매부(1300)를 구비한 유로 형성부(1100)는 응축냉각 효과에 의해 수분함유가스(G)의 수분을 제거할 수 있다.
충격 돌기부(1500)는, 수분함유가스(G)가 가스이동통로(W)를 통해 이동되는 경우, 수분함유가스(G)와 충격되기 위한 수단으로, 돌기 결합부(1510), 돌기 연장부(1530), 돌기 헤드부(1550), 및 돌기 냉매부(1570)를 포함할 수 있다.
돌기 결합부(1510)는, 유로 형성부(1100)의 일측과 결합하기 위한 결합 수단으로 도 4 및 도 5에서처럼 일체로 성형될 수 있고, 후술할 도 7에서처럼 유로 형성부(1100)에 탈착 가능하도록 형성될 수 있다.
돌기 연장부(1530)는, 돌기 결합부(1510)에서 연장되도록 형성될 수 있다. 이는, 충격 돌기부(1500)의 돌출 길이를 결정하는 지지부로써, 충격 돌기가 대면하는 유로 형성부(1100)와 소정 간격 이격될 수 있는 거리만큼 연장될 수 있으며, 유로 형성부(1100)의 일면에서 돌출되는 구조이므로 유로 형성부(1100) 내에 인입된 수분함유가스(G)와 충격될 수 있다.
돌기 헤드부(1550)는, 돌기 연장부(1530)의 끝단으로 수분함유가스(G)가 인입되는 방향을 향해 굴곡되도록 형성될 수 있다. 따라서, 돌기 헤드부(1550)와 돌기 연장부(1530)는 낚시바늘 형상으로 형성될 수 있으며, 수분함유가스(G)는 돌기 헤드부(1550)의 내측 굴곡면(1555)을 따라 회전될 수 있다. 따라서, 수분함유가스(G)는 돌기 연장부(1530) 및 돌기 헤드부(1550)에 의해 충격 및 회전됨으로써 함유된 수분이 관성 효과에 의해 돌기 연장부(1530) 및 돌기 헤드부(1550) 표면에 응축되어 제거될 수 있다. 또한, 해당 관성충돌 효과를 보다 향상하기 위해 돌기 헤드부(1550) 및 둘기 연장부의 일면, 보다 상세하게는 수분함유가스(G)가 인입되는 방향의 충격 돌기부(1500) 일면에는 보조 돌기부(1557)가 돌출되어 수분함유가스(G)와의 접촉면적 및 충격 빈도를 향상할 수 있다.
돌기 냉매부(1570)는, 충격 돌기부(1500)의 내부에서 유로 형성부(1100)의 냉매부(1300)와 연통되도록 형성됨으로써 냉매부(1300)의 냉매(1310)가 돌기 충격부 내부까지 유동되도록 할 수 있다. 이에 따라, 충격 돌기부(1500)는 수분함유가스(G)와 충격되는 경우 관성충돌 효과뿐 아니라 냉매(1310)에 의한 응축냉각 효과를 통해서도 수분함유가스(G)의 수분을 제거할 수 있다.
또한, 충격 돌기부(1500)는, 서로 다른 유로 형성부(1100)의 각 면에서 서로 대면하는 방향으로 교대로 돌출되고, 특히, 유로 형성부(1100)의 최대 굴곡지점인 유로 꼭지부(1170)에 각각 배치됨으로써 수분함유가스(G)와의 접촉 면적 및 충격 빈도를 최대화할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 관성 충돌형 먼지 제거 장치(1000)의 전체적인 동작을 설명하면, 최초, 수분함유가스(G)가 직선방향으로 유로 형성부(1100)에 인입되면, 유로 형성부(1100)의 냉매부(1300)에 의해 1차적으로 수분함유가스(G)의 수분이 유로 형성부(1100)의 표면에 응축된다. 또한, 직선이동 중인 수분함유가스(G)는 유로 형성부(1100)의 전단에 돌출되어 있는 충격 돌기부(1500)와 충격되어 관성충돌에 의해 2차적으로 수분함유가스(G)의 수분이 충격 돌기부(1500)의 표면에 응축된다. 이때, 충격 돌기부(1500)는 돌기 냉매부(1570)를 통한 응축 효과까지 제공하여 수분함유가스(G)의 수분제거 효율을 높이고, 보조 돌기부(1557)를 통해 수분함유가스(G)의 충격 면적을 보다 확대할 수 있다. 이렇게 유로 형성부(1100)의 전단에 설치된 충격 돌기부(1500)와 1차적으로 충격한 수분함유가스(G)는 충격 돌기부(1500)와 유로 형성부(1100) 사이의 이격 공간을 통해 재이동하게 된다. 유로 형성부(1100)는 굴곡 구조로 형성되어 있어 수분함유가스(G)는 해당 굴곡 구조와 지속적으로 충격하며 관성충돌 효과 및 냉매(1310)에 의한 응축냉각 효과에 의한 수분제거가 연속적으로 실시되어 미량 수분까지 효과적으로 제거될 수 있다. 또한, 충격 돌기부(1500) 역시 유로 형성부(1100)를 따라 교대로 연속 설치됨으로써 수분함유가스(G)는 굴곡 구조의 유로 형성부(1100) 및 충격 돌기부(1500)에 의해 지속적인 관성충돌 및 냉매(1310)에 의한 응축냉각 효과가 부여되어 함유된 수분이 제거되고 유로 형성부(1100)의 배출 영역을 통해 수분이 제거된 수분제거가스(G')가 배출되게 된다.
이상은, 냉매부 및 충격 돌기부가 구비된 관성 충돌형 먼지 제거 장치에 의해 수분함유가스가 관성충돌 및 냉매에 의한 응축냉각 반응으로 미량 수분을 제거하는 구성 및 방법에 관하여 설명하였다.
도 6은 본 발명의 또 다른 다른 실시예에 따른 원통형 냉매부가 구비된 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 관성 충돌형 먼지 제거 장치(1000)는 도 4 및 도 5의 관성 충돌형 먼지 제거 장치에 대비하여 원통형 냉매부(1300')를 더 구성할 수 있다.
앞서 간략하게 설명하였지만, 본 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 냉매가 유동되는 냉매부(1300')가 원통형으로 형성되어 유로 꼭지부(1170) 영역에 포함되는 유로 형성부(100)의 내부를 따라 연장되도록 설치될 수 있다.
따라서, 냉매부(1300')는 유로 형성부(1100) 내부에 연장되도록 설치됨과 동시에 유로 꼭지부(1170)에 형성되는 충격 돌기부(1500)과 근접하도록 배치되어, 냉매(1310)에 의한 온도 저하 효과를 유로 형성부(1100) 및 충격 돌기부(1500)에 모두 제공할 수 있다.
이러한 원통형의 냉매부(1300')는 도 4 및 도 5의 판형 냉매부(1300)에 비해 좁은 면적 및 적은 양의 냉매를 요구하게 되므로, 저비용으로 유로 형성부(1100) 및 충격 돌기부(1500)에 응축냉각 효과를 부여할 수 있어 경제성을 향상할 수 있다. 후술하는 도 8 및 도 9에서의 관성 충돌형 먼지 제거 장치(1000)에서도 냉매부(1300)가 본 도면의 원통형 냉매부(1300')로 설치되어, 동일한 효과를 가질 수 있으며 이에 대한 중복 설명은 생략하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착되는 충격 돌기부를 구비한 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 조립도이다. 도 4 및 도 5의 관성 충돌형 먼지 제거 장치와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도시된 바와 같이, 관성 충돌형 먼지 제거 장치(1000)는 유로 형성부(1100)의 일면에는 높이 방향을 따라 설치되는 유로 결합부(1190)가 구비되고, 충격 돌기부(1500)의 돌기 결합부(1510)는 유로 결합부(1190)가 결합될 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 충격 돌기부(1500)의 돌기 결합부(1510)가 유로 결합부(1190)에 끼움되어 고정되거나, 이와 반대로 고정되어 있는 충격 돌기부(1500)가 유로 결합부(1190)에서 분리될 수 있게 형성될 수 있다.
이러한 구성을 통해 충격 돌기부(1500)는 유로 형성부(1100)에 탈착 가능하도록 구성됨으로써 충격 돌기부(1500)의 손상 및 수명에 따른 교체가 용이할 수 있다.
여기서, 유로 결합부(1190) 및 돌기 결합부(1510)의 결합 방식은 도 7에 제시된 슬라이딩 끼움 방식에 한정된 것은 아니며 탈착 가능한 모든 결합 방식이 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향으로 굴곡되는 충격 돌기부를 구비한 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 단면도이다. 도 4 및 도 5의 관성 충돌형 먼지 제거 장치와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도시된 바와 같이, 관성 충돌형 먼지 제거 장치(1000)의 충격 돌기부(1500)는 끝단이 양방향으로 굴곡되도록 형성될 수 있다. 다시말해, 도 4에서의 충격 돌기부(1500)의 돌기 헤드부(1550)는 단일 구조로 형성되어 수분함유가스(G) 인입방향을 향해 굴곡되었지만, 본 도면에서의 충격 돌기부(1500)는 끝단인 돌기 헤드부(1550)가 제1 헤드부(1551) 및 제2 헤드부(1553)로 구성되어 서로 다른 방향으로 굴곡될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 제1 헤드부(1551)는 수분함유가스(G)의 인입방향을 향해 굴곡되고, 제2 헤드부(1553)는 상기 인입방향과 반대인 수분제거가스(G') 배출방향으로 굴곡될 수 있다. 이렇게 돌기 헤드부(1550)가 양방향으로 굴곡됨으로써 관성 충돌형 먼지 제거 장치는 수분함유가스(G)의 공급 방향을 다양하게 적용할 수 있다.
다시말해, 최초에는 기존의 수분함유가스(G) 인입방향으로 수분함유가스(G)를 공급하여 제1 헤드부(1551)를 통해 수분제거 작업을 실시할 수 있고, 그 다음에는 상기 인입방향과 반대방향에서 수분함유가스(G)를 공급하여 제2 헤드부(1553)를 통해 수분제거 작업을 실시할 수 있다. 이는, 단일 방향으로 지속적인 수분함유가스(G)의 공급이 이루어지는 경우, 해당 충격 돌기부(1500)의 충격면에 이물질이 발생되어 수분제거 효율이 낮아질 수 있으므로, 교대로 운전하여 작업 효율을 향상할 수 있다. 이러한 교대 작업이 가능하기 위해서는 도시하지 않았지만, 수분이 제거된 가스를 다음 공정으로 배출하기 위한 배출 수단이 양방향에 설치되어야 하는 것이 바람직할 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 돌기부에 원형 굴곡부가 형성된 관성 충돌형 먼지 제거 장치의 단면도이다. 도 4 및 도 5의 관성 충돌형 먼지 제거 장치와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도시된 바와 같이, 관성 충돌형 먼지 제거 장치(1000)에 구비되는 충격 돌기부(1500)의 돌기 연장부(1530)는 일측이 개구부(1531)인 원형 굴곡부(1533)로 형성될 수 있다. 이러한 원형 굴곡부(1533)는, 입구가 좁게 형성되는 항아리 형상으로 형성됨으로써, 수분함유가스(G)가 인입되는 경우 내부 굴곡 구조를 따라 회전된 후 외부로 배출되는 사이클론 효과를 부여할 수 있다. 이에 따라, 수분함유가스(G)와 충격 돌기부(1500) 간의 충격 효율이 높아짐에 따라 수분제거 효과도 향상될 수 있다.
이러한 수분제거 효과를 보다 향상하기 위해, 수분함유가스(G)가 인입되는 원형 굴곡부(1533)의 굴곡면(1555)을 따라 돌출되는 연장 돌기부(1535)를 형성할 수도 있다.
상기한 구성에 의한 관성 충돌형 먼지 제거 장치는, 냉매부에 의한 수분 응축냉각 효과 및 충돌 돌기부에 의한 관성충돌 효과를 이용해 수분함유가스에 포함된 수분을 제거함으로써 수분 제거 효율을 극대화할 수 있다.
상기와 같이 설명된 매립가스 중의 관성 충돌형 먼지 제거 장치는, 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 명칭이 매립가스 중의 관성 충돌형 먼지 제거 장치이나, 해당 시스템에만 한정되게 적용되는 것은 아니며, 수분제거를 위한 열교환장치 전체에 적용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 충돌형 먼지 제거 장치, 암모니아 및 황화수소 제거 장치, 및 실록산 제거 장치를 통합적으로 구현한 다중 흡착장치를 설명하기 위한 단면도이거, 도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 매립가스(G) 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치의 재생부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다중 흡착장치(2000)는 가스 분기부(2200), 정제부, 감지 센서(2400), 가스 통합부(2500), 제어부(2600)를 포함할 수 있다.
도 1과 비교해보면, 도 1의 관성 충돌 먼지 제거 장치(200)는 제1 정제탑(2311) 및, 제2 정제탑(2313)으로 구현되며, 암모니아 황화수소 제거 장치(300) 및 실록산 제거 장치(400)는 제3 정제탑(2314)로 구현된 것이다.
가스 분기부(2200)는, 인입 가스관(P1)을 통해 인입되는 매립가스(G)를 서로 다른 방향으로 분기 시키기 위한 수단으로, 제1 분기관(2210), 제2 분기관(2230), 및 분기 유닛(2250)을 포함할 수 있다. 가스 분기부(2200)는 도 1의 매립 가스 포집 장치(100)과 관성 충돌형 먼지 제거 장치(200) 사이에 배치될 수 있다.
제1 분기관(2210)은, 인입 가스관(P1)과 후술하는 제1 정제부(2310)를 서로 연통시키도록 형성된다.
제2 분기관(2230)은, 인입 가스관(P1)과 후술하는 제2 정제부(2360)를 서로 연통시키도록 형성된다.
분기 유닛(2250)은, 인입 가스관(P1), 제1 분기관(2210), 및 제2 분기관(2230)의 결합지점에 설치되어 매립가스(G)의 분기 방향 및 분기량을 제어한다. 예를 들어, 전기적인 신호에 따라 개폐가 제어되는 분기 밸브(2250)로 형성될 수 있다.
이러한 분기 유닛(2250)은, 제1 밸브 막(2253), 제2 밸브 막(2255), 및 밸브 축(2251)을 포함할 수 있다.
밸브 축(2251)은, 제1 분기관(2210)과 제2 분기관(2230)의 결합지점에 설치된다.
제1 밸브 축(2251) 및 제2 밸브 축(2251)은 인입 가스관(P1)을 향해 연장되며, 밸브 축(2251)에 회전 가능하도록 결합된다. 다시말해, 제1 밸브 막(2253)은 회전 시, 인입 가스관(P1)과 제1 분기관(2210)의 접촉지점으로 회전되어, 매립가스(G)가 제1 분기관(2210)으로 인입되는 경로를 폐쇄하거나 개방할 수 있다. 또한, 제2 밸브 막(2255)은 회전 시, 인입 가스관(P1)과 제2 분기관(2230)의 접촉지점으로 회전되어, 매립가스(G)가 제2 분기관(2230)으로 인입되는 경로를 폐쇄하거나 개방할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 밸브 막(2253) 및 제2 밸브 막(2255)은 서로 수평되도록 결합되는 경우, 서로 대면하지 않는 각 면이 밸브 축(2251)을 향해 점점 두꺼워지도록 형성된다. 이에 따라 제1 밸브 막(2253) 및 제2 밸브 막(2255) 서로 인입 가스관(P1)을 향해 수평 결합되면, 인입 가스관(P1)의 매립가스(G)는 제1 분기관(2210) 및 제2 분기관(2230)으로 동일한 가스량으로 분기될 수 있다.
정제부(2300)는, 서로 다른 방향으로 분기된 각각의 매립가스(G)를 인입되는 경우, 이를 정제하기 위한 수단으로, 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)를 포함할 수 있다.
제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)는 서로 동일한 구성으로 이루어지며, 제1 정제부(2310)는 제1 분기관(2210)에 연통되고, 제2 정제부(2360)는 제2 분기관(2230)에 연통된다는 점에서 차이가 있다. 여기에서는, 제1 정제부(2310)를 대표로 하여 내부 구성을 설명하고 제2 정제부(2360)의 내부 구성에 관한 설명은 생략도록 한다.
제1 정제부(2310)는, 제1 정제탑(2311), 제2 정제탑(2313), 및 제3 정제탑(2314)을 포함할 수 있다. 각 정제탑의 형상은 대체로 동일하므로 제1 정제탑(2311)을 대표로 설명하고 차이점이 있는 구성에서만 추가적으로 설명하도록 한다.
제1 정제탑(2311)은, 제1 분기관(2210)을 통해 인입되는 매립가스(G)를 1차적으로 정제하기 위한 수단이다. 따라서, 측면의 하부 영역을 통해 제1 분기관(2210)과 연통된다. 이러한 제1 정제탑(2311)은 내부가 중공부이며 상부 및 측면이 사각 형상으로 형성되고, 하부 영역은 역사각뿔 형상으로 형성될 수 있다.
제1 정제탑(2311)의 내부 중공부에는 제1 관성충돌 유닛(2312-1)이 배치된다.
제1 관성충돌 유닛(2312-1)은, 매립가스(G)의 제1 오염물인 수분이나 먼지를 충돌하여 하부로 낙하시키기 위한 수단이다. 이러한, 제1 관성충돌 유닛(2312-1)은 복수로 구성되어 수직방향 서로 평행되도록 배치된다. 이 때, 제1 관성충돌 유닛(2312-1)의 각 면에는 매립가스(G)의 인입 방향을 향해 굴곡되는 복수의 관성 돌기(2312a)가 돌출 형성된다.
관성 돌기(2312a)는, 제1 관성충돌 유닛(2312-1)의 서로 대면하는 면에서 중복되지 않는 영역에 각각 형성되어 지그재그 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 제1 관성충돌 유닛(2312-1)는, 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 관성충돌 유닛(2312-1)은 저온 상태의 표면 온도를 가질 수 있다. 이러한 경우, 매립가스(G)가 제1 관성충돌 유닛(2312-1)에 충돌되면, 열교환이 이루어져 매립가스(G)의 수분이 제1 관성충돌 유닛(2312-1)의 표면에 응축될 수 있다.
제1 정제탑(2311)의 하부 영역은 상술한 바와 같이 역사각뿔 형상의 집수조(2311a)가 형성될 수 있다.
집수조(2311a)는, 하부 중심부를 향해 경사지도록 형성되어 제1 관성충돌 유닛(2312-1)에 의해 낙하되는 수분이 저장될 수 있다. 또한, 집수조(2311a)는 꼭지점 영역이 개폐 가능한 집수 개폐구(2311b)로 형성된다. 따라서, 전기적인 신호에 따라 개폐되어 저장된 수분을 하부로 배출할 수 있다.
집수 개폐구(2311b)는 집수관(2311c)을 통해 제1 수집부(2315)와 연통될 수 있다.
제1 수집부(2315)는, 집수조(2311a)에서 배출되는 수분을 외부로 배출하기 위한 수단으로 미도시된 외부 펌프와 연결될 수 있다.
제2 정제탑(2313)은, 제1 정제탑(2311)에 연속되게 배치되어 그 내부에 제2 관성충돌 유닛(2312-2) 설치되고, 제1 흡착제(A1)가 충진될 수 있다. 따라서, 제2 정제탑(2313)은 대체로 제1 정제탑(2311)과 동일하나, 제1 흡착제(A1)가 충진된다는 점에서 차이가 있다. 때문에, 제2 정제탑(2313)은 제2 관성충돌 유닛(2312-2)을 통해 수분을 낙하시키고, 제1 흡착제(A1)를 통해 수분을 포집시킬 수 있다. 즉, 2중으로 수분을 제거할 수 있다. 여기서, 제2 관성충돌 유닛(2312-2)는 상술한 제1 관성충돌 유닛(2312-1)와 동일한 구조를 갖는다.
제1 흡착제(A1)는 수분을 제거하기 위한 수분 흡착제로, 모레큘러시브(Molecular sieve), 활성탄(Active Carbon), 실리카겔(Silica Gel) 등을 포함할 수 있다. 이러한 수분 흡착제는 분말 또는 과립 형상으로 충진될 수 있다.
또한, 제2 정제탑(2313)은 매립가스(G)의 오염물을 포집한 제1 흡착제(A1)를 수집하기 위한 제2 수집부(2316)를 포함할 수 있다.
제2 수집부(2316)는, 제1 수집부(2315)와는 달리 수분뿐 아니라 매립가스(G)의 오염물을 포집한 제1 흡착제(A1) 또한 수집된다. 따라서, 제2 수집부(2316)는 오염물이 포집되어 흡착능이 떨어진 제1 흡착제(A1)를 재생하여 재이용하기 위한 재생부(2320)를 포함할 수 있다.
재생부(2320)는 오염물이 포집된 흡착제를 재생하여 정제탑에 다시 공급하기 위한 수단이다. 이러한 재생부(2320)는, 집수관(2311c)과 연통되도록 형성되는 재생 하우징의 중공부에 탈수 유닛(2321) 및 가열 유닛(2323)을 포함할 수 있다.
탈수 유닛(2321)은, 집수관(2311c)으로부터 이동되는 수분 및 제1 흡착제(A1)를 수용하여 전기적 신호에 의해 회전될 수 있는 탈수 하우징(2321a)을 포함한다.
탈수 하우징(2321a)은, 집수관(2311c)에 대응되는 탈수 개구부(2321b)가 형성되고, 그 내부에는 중공부가 형성된다. 따라서, 탈수 하우징(2312a)은 집수관(2311c)으로부터 수분 및 제1 흡착제(A1)가 이동되면, 상기 중공부에 이를 수용시킬 수 있다.
또한, 탈수 하우징(2321a)의 측면은 미세한 통공(2321c)을 갖는 탈수 측벽으로 형성된다. 이 때, 통공(2321c)의 직경은 수분은 통과 가능하지만 제1 흡착제(A1)는 통과되지 않는 크기의 직경일 수 있다. 따라서, 탈수 하우징(2321a)은 수분 및 제1 흡착제(A1)를 수용한 상태에서 미도시된 구동부에 의해 회전되면, 수분 및 제1 흡착제(A1)는 탈수 측벽을 향해 원심력이 작용하게 된다. 탈수 측벽에는 미세 통공(2321c)이 형성되므로 수분은 통공(2321c)을 통해 배출되고 제1 흡착제(A1)는 수분이 제거된 상태로 탈수 하우징(2321a) 내에 존재하게 된다. 이 때, 탈수 측벽과 재생 하우징 사이의 공간부는 탈수 하우징(2321a)에서 팅겨져 나오는 수분을 제거하기 위한 탈수 배출구(2321e)가 형성될 수 있다.
이렇게 수분이 제거된 제1 흡착제(A1)는 탈수 하우징(2321a)의 바닥면인 탈수 개폐구(2321d)가 개방되어, 탈수 유닛(2321) 하부에 연결되는 가열 유닛(2323)으로 이동될 수 있다.
가열 유닛(2323)은, 탈수 유닛(2321)에서 이송된 제1 흡착제(A1)를 활성화하여 재생하기 위한 수단이다. 따라서 가열 유닛(2323)의 바닥면에는 전열선(2323a)이 매설되어 가열 유닛(2323)의 내부 공간을 가열할 수 있다. 뿐만 아니라, 가열 유닛(2323)은 미도시된 외부 온풍기와 연통되어, 상기 온풍기로부터 열풍을 공급받아 제1 흡착제(A1)가 존재하는 내부 공간을 가열시킬 수 있다. 가열 유닛(2323)에 의해 제1 흡착제(A1)가 가열되는 경우, 제1 흡착제(A1)는 활성화되어 오염물의 포집 과정에서 소진된 흡착능이 재생될 수 있다.
이처럼, 재생부(2320)에서 제1 흡착제(A1)가 재생되면, 이를 다시 제2 정제탑(2313)으로 투입하여 흡착제를 재이용할 수 있다.
이러한 제1 흡착제(A1)의 재공급 수단으로 제2 정제탑(2313)은 재생 이동부(2330)를 포함할 수 있다.
재생 이동부(2330)는, 재생 이동관(2331) 및 재생 펌프(2333)를 포함할 수 있다.
재생 이동관(2331)은, 일단이 가열 유닛(2323)의 재생 개폐구와 연통되고 타단은 제2 정제탑(2313)의 개폐구와 연통되도록 관 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 가열 유닛(2323)에서 재생된 제1 흡착제(A1)는, 재생 이동관(2331)을 따라 제2 정제탑(2313)으로 이동될 수 있다.
재생 펌프(2333)는, 공기 흡입 방식으로 재생 이동관(2331)을 따라 제1 흡착제(A1)를 이송시킬 수 있다. 다시말해, 가열 유닛(2323)의 가열 개폐구(2323b)가 개방되는 경우, 재생 펌프(2333)는 회전 구동하여 제1 흡착제(A1)를 흡입하고, 흡입된 제1 흡착제(A1)를 제2 정제탑(2313) 방향으로 배출할 수 있다.
또한, 재생 이동부(2330)는 본 도면에서는 도시하지 않았지만 재생된 제1 흡착제(A1)를 제2 정제탑(2313)으로 이송하기 위한 수단으로, 에스컬레이터부를 더 포함할 수 있다.
에스컬레이터부는, 제1 흡착제(A1)를 수용하기 위한 수용부가 장갑차 체인과 같이 정제관 내에 연속적으로 설치되어 회전 구동된다. 따라서, 가열 유닛(2323)으로부터 재생 이동관(2331)을 향해 제1 흡착제(A1)가 밀려 나오게 되면, 제1 흡착제(A1)는 에스컬레이터부에 소정량만큼씩 수용되어 제2 정제탑(2313) 방향으로 이동되어 투입될 수 있다. 이를 위해, 가열 유닛(2323)에는 제1 흡착제(A1)를 재생 이동관(2331) 방향으로 밀어낼 수 있는 푸시 수단이 더 포함될 수도 있다.
제3 정제탑(2314)은, 제2 정제탑(2313)에 연속되게 배치되어 그 내부에 제3 관성충돌 유닛(2312-3)이 배치되고 제2 흡착제(A2)가 충진된다. 또한, 제2 흡착제(A2)가 오염물을 포집한 경우, 이를 수집하고 재생하기 위한 제3 수집부(2317)를 포함한다. 다시말해, 제3 정제탑(2314)은 제2 정제탑(2313)과 대체로 동일하지만 충진되는 흡착제가 서로 다르다는 점에서 차이가 있다. 여기서, 제3 관성충돌 유닛(2312-3)는 제1, 2 관성충돌 유닛과 동일한 구조를 갖는다.
제2 흡착제(A2)는, 황화수소 또는 실록산을 제거하기 위한 흡착제로써, 실리카라이트(Silicalite), 철-킬레이트(Iron-Chelate), 산화촉매(Oxidation Catalyst), 활성탄(Activated Carbon), 실리카겔(Silica Gel), 규조토(Diatomite), 활성 알루미나(Activated Alumina), 및 제올라이트(Zeolite) 중 적어도 어느 하나의 흡착제를 포함할 수 있다.
따라서, 제3 정제탑(2314)은 광성충돌 유닛을 통해 수분을 낙하시키고, 제2 흡착제(A2)를 통해 황화수소 및 실록산을 제거할 수 있다. 또한, 황화수소 및 실록산을 포집한 제2 흡착제(A2)는 제3 수집부(2317)에서 재생되어 제3 정제탑(2314)에 재이용될 수 있다.
상기한 구성에 따른 제1 정제부(2310)는, 연속적으로 배치된 제1 정제탑(2311), 제2 정제탑(2313), 및 제3 정제탑(2314)에서 수분, 황화수소, 및 실록산이 제거될 수 있다. 제2 정제부(2360) 역시 동일한 구성으로 이루어진다.
이 때, 제1 정제부(2310)는 매립가스(G)가 제1 정제탑(2311)에서 제2 정제탑(2313)으로, 제2 정제탑(2313)에서 제3 정제탑(2314)으로 이동되기 위한 구조로 정제가스 이동통로(2350)를 포함할 수 있다.
정제가스 이동통로(2350)는 서로 동일하므로, 제1 정제탑(2311)에서 제2 정제탑(2313) 사이에 형성되는 정제가스 이동통로(2350)를 대표로하여 설명하도록 한다.
정제가스 이동통로(2350)는, 제1 정제탑(2311)의 제1 측벽(2351) 및 제2 정제탑(2313)의 제2 측벽(2353)에 의해 형성되는 통로이다.
제1 측벽(2351)은, 제1 정제탑(2311)의 바닥면에서 수직방향으로 돌출형성된다. 제1 측벽(2351)의 끝단은 제1 정제탑(2311)의 상부와 소정 폭만큼 이격되도록 형성된다.
제2 측벽(2353)은, 제1 측벽(2351)과 소정 간격 이격된 제2 정제탑(2313)의 상부면에서 바닥면을 향해 수직방향으로 돌출형성된다. 제2 측벽(2353)의 끝단은 제2 정제탑(313)의 바닥면과 소정 폭만큼 이격되도록 형성된다.
따라서, 정제가스 이동통로(2350)는, 제1 측벽(2351)과 제1 정제탑(2311)의 상부면 사이, 제2 측벽(2353)과 제2 정제탑(2313)의 바닥면 사이에 각각의 개구부가 형성되는 통로일 수 있다. 이에 따라, 제1 정제탑(2311)에서 승강된 매립가스(G)는 제1 측벽(2351)에 의한 개구부를 통과하여, 제2 정제탑(2313)의 바닥면을 향해 하강하는 경로로 제2 정제탑(2313)에 인입된다. 이 때, 제1 측벽(2351) 및 제2 측벽(2353)의 서로 대면하는 각 면에는 매립가스(G)의 인입 방향을 향해 굴곡되도록 돌출되는 측벽 돌기(2355)가 형성될 수 있다.
측벽 돌기(2355)는, 서로 중복되지 않는 영역에 각각 배치되어 매립가스(G)에 함유된 수분을 충돌 응축시킬 수 있다.
감지 센서(2400)는, 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)의 상태를 감지하기 위한 수단이다. 여기서, 감지 센서(2400)는 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)에 동일한 구조로 설치 및 동작되므로, 제1 정제부(2310)에 설치된 감지 센서(2400)를 대표로 설명하도록 한다.
감지 센서(2400)는, 화상 센서 및 무게 센서를 포함할 수 있다.
화상 센서는, 흡착제의 이미지 정보를 획득하기 위한 수단이다. 따라서, 화상 센서는 흡착제가 충진되는 제2 정제탑(2313) 및 제3 정제탑(2314)의 내부에 설치되어 충진된 흡착제의 이미지 정보를 실시간 또는 특정 주기로 획득할 수 있다. 이 때, 오염물의 포집 정도에 따라 흡착제의 명암, 조도, 색상 등이 변화되는 경우, 화상 센서를 통해 해당 변화가 감지될 수 있다.
무게 센서는, 충진된 흡착제 및 수분에 의한 무게를 감지하기 위한 수단이다. 따라서, 무게 센서는 제1,2,3 정제탑(2312,2313,2314)의 집수조에 각각 설치되어 흡착제 또는 수분에 의한 무게 변화를 감지할 수 있다.
가스 통합부(2500)는, 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)에서 정제가 완료된 매립가스(G)를 배출 가스관(P2)으로 배출하기 위한 수단이다. 이러한 가스 통합부(2500)는, 제1 통합관(2510), 제2 통합관(2530), 및 통합 유닛(2550)을 포함할 수 있다.
제1 통합관(2510)은, 제1 정제부(2310)의 제3 정제탑(2314)과 일측이 연통되고, 타측은 배출 가스관(P2)과 연통된다. 따라서, 제1 정제부(2310)의 제3 정제탑(2314)에서 정제가 완료된 매립가스(G)는 제1 통합관(2510)을 통해 배출 가스관(P2)으로 이동될 수 있다.
제2 통합관(2530)은 제2 정제부(2360)의 제3 정제탑(2314)과 일측이 연통되고, 타측은 배출 가스관(P2)과 연통된다. 따라서, 제2 정제부(2360)의 제3 정제탑(2314)에서 정제가 완료도니 매립가스(G)는 제2 통합관(2530)을 통해 배출 가스관(P2)으로 이동될 수 있다.
통합 유닛(2550)은, 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)에서 정제된 각각의 매립가스(G)를 배출 가스관(P2)으로 안내하기 위한 수단이다. 이러한 통합 유닛(2550)은, 상술한 분기 밸브(2250)와 동일한 구조이며 방향이 반대로 배치되는 통합 밸브(2550)를 포함할 수 있다. 통합 밸브(2550)는 분기 밸브(2250)와 동일한 구성 및 동작이 이루어지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
제어부(2600)는, 상술한 구성 중 전기적 신호에 의해 동작하는 구성들을 제어하기 위한 수단이다. 다시말해, 제어부(2600)는 정제부의 상태 정보에 따라 가스 분기부(2200), 재생부(2320), 재생 이동부(2330), 및 통합부를 제어할 수 있다. 여기서 정제부(2300)의 상태 정보는, 정제부(2300)에 설치되는 감지 센서(2400)로부터 수신되는 정보이다. 따라서, 정제탑의 수위 정보 및 흡착제 정보 등이 상태 정보일 수 있다.
또한, 제어부(2600)는 복수의 관성충돌 유닛(2312)에 유동되는 냉매를 제어할 수 있다. 다시말해, 사용자의 입력 정보나 타 장치들의 구동 상태에 따라 각각의 관성충돌 유닛(2312)에 선택적으로 냉매가 공급되도록 제어할 수 있다.
이하에서는, 제어부(2600)의 제어에 따른 흡착장치(2100)의 동작 방법을 설명하도록 한다.
최초, 인입 가스관(P1)을 통해 매립가스(G)가 인입되면, 제어부(2600)는 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)의 상태를 판단하여 분기부의 동작을 제어한다. 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)의 상태는 각각의 정제탑에 설치된 감지 센서(2400)로부터 수신된 감지값이 기준값에 부합되는지를 판단하여 결정할 수 있다.
따라서, 제어부(2600)는 각 정제부의 상태가 모두 양호한 것으로 판단되면, 분기 밸브(2250)를 모두 개방하여 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360) 모두를 통해 매립가스(G)의 정제를 실시할 수 있다.
이렇게, 매립가스(G)의 정제가 실시되는 중, 제1 정제부(2310)(설명의 이해를 위해 임의로 선정함)의 수위 정보 또는 흡착제의 상태 정보가 기준값을 초과할 수 있다.
이러한 경우, 제어부(2600)는 해당 수위를 조절하거나 흡착제를 재생하기 위해 분기 밸브(2250)를 제어하여 제1 정제부(2310)로 인입되는 매립가스(G)를 차단할 수 있다. 또한, 제어부(2600)는 통합 밸브(2550) 역시 제어하여 제1 정제부(2310)와 배출 가스관(P2)과의 이동 통로를 폐쇄할 수 있다.
상기한 제어에 의하면, 제1 정제부(2310)는 분기 밸브(2250) 및 통합 밸브(2550)에 의해 각 가스관과의 연결이 차단된다. 이와 반대로, 제2 정제부(2360)는 인출 가스관 및 배출 가스관(P2)과 계속 연통되어 있는 상태이므로 지속적인 정제 활동이 실시될 수 있다.
제1 정제부(2310)의 정제 활동이 중단되는 경우, 제어부(2600)는 집수 개폐부를 개방하여 각각의 집수부에 수집된 수분 및 흡착제는 각 수집부로 이동 시킬 수 있다. 제1 정제탑(2311)의 경우, 제1 수집부(2315)는 수분 및 더스트만이 수집되므로 이를 바로 배출 시킬 수 있다.
제2 정제탑(2313) 및 제3 정제탑(2314)은 각각의 수집부에 수분, 제1 흡착제(A1), 및 제2 흡착제(A2)가 수집된다. 따라서, 제어부(2600)는 재생부(2320)를 구동하여 수분을 탈수하고 흡착제를 가열하는 흡착제 재생을 동작시킬 수 있다.
이 후, 제2 수집부(2316) 및 제3 수집부(2317)에서 각각의 흡착제에 대한 재생이 완료되면, 제어부(2600)는 재생 이동부(2330)를 구동하여 재생된 각 흡착제가 대응되는 정제탑으로 재투입되도록 제어한다.
제어부(2600)는, 재생된 흡착제의 재투입이 완료되면, 제1 정제부(2310)를 향해 분기 밸브(2250) 및 통합 밸브(2550)가 개방되도록 제어한다.
이에 따라, 제2 정제부(2360)에서만 정제가 이루어지던 매립가스(G)는, 다시 제1 정제부(2310) 및 제2 정제부(2360)로 각각 분기되어 정제될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 충돌형 먼지 제거 장치, 암모니아 및 황화수소 제거 장치, 및 실록산 제거 장치를 통합적으로 구현한 인플라이트 전처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1과 비교해보면, 도 1의 관성 충돌 먼지 제거 장치(200)는 제 1 분사용 인플라이트부(3150)로 구현되며, 암모니아 황화수소 제거 장치(300) 및 실록산 제거 장치(400)는 제 2 분사용 인플라이트부(3160)로 구현된 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 바이오 가스 중 오염물을 제거하기 위한 인플라이트 전처리 장치(3100)는 하우징(3110), 격벽(3120), 유입부(3130), 배출부(3140), 활성섬유 필터(3141), 제 1 관성 충돌판(3142), 제 1 분사용 인플라이트부(3150), 제 2 분사용 인플라이트부(3160), 제 4 수집부(3170), 제 4 재생부(3180), 제 4 공급부(3190), 가스 이동부(3200), 제 2 관성 충돌판(3201), 제 5 수집부(3210), 제 5 재생부(3220), 제 5 공급부(3230), 제 1 센서(3240), 제 2 센서(3250) 및 제어부(3260)를 포함할 수 있다.
하우징(3110)은 바이오 가스에 포함된 오염물질을 제거하는 공간을 가질 수 있다.
격벽(3120)은 하우징(3110)의 내부 영역을 상부 공간과 하부 공간으로 구획할 수 있다. 격벽(3120)의 일단은 하우징(3110)과 결합되고, 타단은 하우징(3110)과 이격되어 구비될 수 있다. 하부 공간을 통과한 바이오 가스는 이격되어 구비되는 공간을 통해 상부 공간으로 이동될 수 있다.
격벽(3120)은 내부에 공간을 구비할 수 있으며, 제 1 분사용 인플라이트부(3150)에 공급되는 제 1 흡착제를 저장할 수 있다. 제 1 흡착제는 제 1 공급부(3190)을 통해 격벽(3120)의 내부 공간으로 공급될 수 있다. 제 1 흡착제는 수분을 제거하기 위한 수분 흡착제로, 모레큘러시브(Molecular sieve), 활성탄(Active Carbon), 실리카겔(Silica Gel) 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 흡착제는 친수성 활성탄 분말일 수 있다.
유입부(3130)는 하우징(3110)과 결합되며, 하부 공간으로 바이오 가스를 유입시킬 수 있다.
배출부(3140)는 하우징(3110)과 결합되면, 상부 공간을 통과한 바이오 가스를 배출시킬 수 있다.
제 1 분사용 인플라이트부(3150)는 격벽(3120)의 하부에 구비될 수 있다. 제 1 분사용 인플라이트부(3150)는 제 1 오염물질과 흡착되는 제 1 흡착제를 분말 형태로 분사할 수 있다. 분사된 제 1 흡착제는 제 1 오염물질을 흡착하여 중력방향으로 낙하하게 된다. 예를 들면, 제 1 흡착제는 수분을 흡착하는 물질일 수 있다. 격벽(3120)과 제 1 분사용 인플라이트부(3150)의 사이는 연통되거나, 사용자에 의해 수동으로 제어되거나 제어부(3260)에 의해 제어되는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있다. 이에, 제 1 흡착제는 격벽(3120)의 내부에 저장되어 있다가 제 1 분사용 인플라이트부(3150)로 공급될 수 있다.
제 1 유로 형성부(3155)는 유입구(3130)로 유입되는 바이오 가스가 지그재그 형태로 이동할 수 있도록, 바이오 가스의 이동통로를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 1 유로 형성부(3155)는 제 1 분사용 인플라이트부(3150)의 사이의 격벽(3120)으로부터 연장되어 형성되거나, 하우징(3110)의 하면의 내부로부터 연장되어 형성될 수 있다. 하우징(3110)의 하부의 내면으로부터 연장되어 형성되는 경우, 내부에 공간이 형성되어 제 1 오염물질과 흡착된 제 1 흡착제가 제 4 수집부(3170)로 이동할 수 있도록 구현할 수 있다.
제 2 분사용 인플라이트부(3160)는 하우징(3110)의 최상부면의 하부에 구비될 수 있다. 이와 같이, 제 2 분사용 인플라이트부(3160)는 제 2 흡착제를 하우징(3110)의 상부 공간에 분사할 수 있는 위치에 설치될 수 있다. 제 2 분사용 인플라이트부(3160)는 제 2 오염물질과 흡착되는 제 2 흡착제를 분말 형태로 분사할 수 있다. 분사된 제 2 흡착제는 제 2 오염물질을 흡착하여 중력방향으로 낙하하게 된다. 예를 들면, 제 2 흡착제는 제 2 흡착제는 황화수소와 실록산을 동시에 흡착하는 물질일 수 있다. 제 2 흡착제는 실리카라이트(Silicalite), 철-킬레이트(Iron-Chelate), 산화촉매(Oxidation Catalyst), 활성탄(Activated Carbon), 실리카겔(Silica Gel), 규조토(Diatomite), 활성 알루미나(Activated Alumina), 및 제올라이트(Zeolite) 중 적어도 어느 하나의 흡착제를 포함할 수 있다. 제 2 분사용 인플라이트부(3160)와 제 5 공급부(3230) 사이는 연통되거나, 사용자에 의해 수동으로 제어되거나 제어부(3260)에 의해 제어되는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있다. 이에, 제 2 흡착제는 제 5 공급부(3230)를 통해 제 2 분사용 인플라이트부(3160)로 공급될 수 있다.
제 2 유로 형성부(3165)는 가스 이동부(200)로 유입되는 바이오 가스가 지그재그 형태로 이동할 수 있도록, 바이오 가스의 이동통로를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 2 유로 형성부(3165)는 제 2 분사용 인플라이트부(3160)의 사이의 격벽(3120)으로부터 연장되어 형성되거나, 격벽(3120)의 상부면으로부터 연장되어 형성될 수 있다. 격벽(3120)의 상부면으로부터 연장되어 형성되는 경우, 내부에 공간이 형성되어 제 2 오염물질과 흡착된 제 2 흡착제가 제 5 수집부(3210)로 이동할 수 있도록 구현할 수 있다.
제 4 수집부(3170)는 하우징(3110)과 결합되며, 하우징(3110)의 하부 공간에서 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착된 제 1 흡착제를 수집할 수 있다. 예를 들면, 하우징(3110)의 하단은 제 1 오염물질을 흡착한 제 1 흡착제를 더욱 용이하게 수집하기 위하여 아래로 갈수록 지름이 작아지는 형상을 가질 수 있다. 또 다른 예를 들면, 제 4 수집부(3170)는 제 1 흡착제를 더욱 용이하게 수집하기 위한 흡입 장치를 더 포함할 수 있다.
제 4 재생부(3180)는 제 4 수집부(3170)에 수집된 제 1 흡착제를 재생할 수 있다. 제 4 재생부(3180)는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있으며, 제어부(3260)는 필요에 따라 개폐부(미도시)를 개폐하여 제 1 흡착제를 제 4 재생부(3180)로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 제 4 재생부(3180)는 제 1 흡착제로부터 제 1 오염 물질을 물리적으로 떨어뜨리는 회전 유닛 및 회전 유닛을 통과한 제 1 흡착제를 가열하여 제 1 오염 물질을 제거하는 제 1 가열 유닛을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 11에 이미 설명하였으므로 생략하겠다.
제 4 공급부(3190)는 제 4 재생부(3170)에 의해 재생된 제 1 흡착제를 제 1 분사용 인플라이트부(3150)로 공급할 수 있다. 예를 들면, 제 4 공급부(3190)는 제 1 흡착제를 공급할 수 있는 기구적 이송부로 구현되거나, 공기 흡입 장치 또는 공기 송풍 장치로 구현될 수 있는 등과 같이 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다.
가스 이동부(3200)는 격벽(3120)과 하우징(3110) 사이의 공간에 구비되며, 바이오 가스를 하부 공간으로부터 상부 공간으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 가스 이동부(3200)는 홀(hole) 또는, 관 형태 등과 같이 바이오 가스가 통과할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 가스 이동부(3200)는 관의 형태로 구비되는 경우, 제 1 관성 충돌판(3201)은 관의 내부에 구비되며, 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 할 수 있다. 예를 들면, 제 1 오염 물질은 미세 수분일 수 있다.
제 5 수집부(3210)는 하우징부(3110)와 결합되며, 제 2 분사용 인플라이트(3160)에서 분사되어 격벽(3120)과 충돌된 제 2 흡착제를 수집할 수 있다. 제 2 흡착제는 하우징부(3110)의 상부 공간에서 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질을 흡착할 수 있다. 격벽(3120)은 제 2 분사용 인플라이트부(3160)로부터 분사된 제 2 흡착제가 제 5 수집부(3210)로 용이하게 수집될 수 있도록 일정한 각도로 기울어져 있을 수 있다.
제 5 재생부(3220)는 제 5 수집부(3210)에 수집된 제 2 흡착제를 재생할 수 있다. 제 5 재생부(3220)는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있으며, 제어부(3260)는 필요에 따라 개폐부(미도시)를 개폐하여 제 2 흡착제를 제 5 재생부(3220)로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 제 5 재생부(3220)는 제 1 흡착제로부터 제 1 오염 물질을 물리적으로 떨어뜨리는 회전 유닛 및 회전 유닛을 통과한 제 1 흡착제를 가열하여 제 1 오염 물질을 제거하는 제 1 가열 유닛을 포함할 수 있다.이에 대한 구체적인 설명은 도 11에 이미 설명하였으므로 생략하겠다.
제 5 공급부(3230)는 제 5 재생부(3220)에 의해 재생된 제 2 흡착제를 제 2 분사용 인플라이트부(3160)로 공급할 수 있다. 예를 들면, 제 5 공급부(3230)는 제 2 흡착제를 공급할 수 있는 기구적 이송부로 구현되거나, 공기 흡입 장치 또는 공기 송풍 장치로 구현될 수 있는 등과 같이 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다.
제 1 센서(3240)는 유입부(3130)를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출할 수 있다.
제 2 센서(3250)는 가스 이동부(3200)를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출할 수 있다.
제어부(3260)는 인플라이트 전처리 장치(3000)에 포함된 구성들을 전체적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(3260)는 제 1 센서(3240) 및 제 2 센서(3250)로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 제 1 분사용 인플라이트부(3150) 및 제 2 분사용 인플라이트부(3160)에서 분사되는 제 1 흡착제의 양 및 제 2 흡착제의 양을 조절할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 제어부(3260)는 개폐부(미도시)의 개폐를 제어할 수 있다.
본 실시예에 따른 인플라이트 전처리 장치는 흡착제를 분말의 형태로 분사하여 오염물질을 제거함으로써, 흡착제와 오염물질의 접촉 면적을 극대화하여 흡착 효율을 현저하게 상승시킬 수 있다.
또한, 인플라이트 전처리 장치는 바이오 가스의 이동 경로 상에 연속적으로 분말 형테의 흡착제를 분사함으로써, 흡착제와 오염물질의 흡착되는 시간을 충분히 확보하여 흡착 효율을 현저히 상승시킬 수 있다.
또한, 인플라이트 전처리 장치는 인입되는 바이오 가스의 양에 따라 분사되는 흡착제의 양을 조절함으로써, 불필요한 양의 흡착제가 분사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 인플라이트 전처리 장치는 오염물질이 흡착된 흡착제를 재생하여 사용함으로써, 유지 관리 비용을 현저히 줄일 수 있다.
본 발명에 기초가 되는 연구는 환경부 글로벌탑 환경기술개발사업 중 Non-CO2 온실가스 저감기술개발 사업의 지원에서 지원받았다.
상기와 같이 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 매립 가스 포집 장치
200 : 관성 충돌형 먼지 제거 장치
300 : 암모니아 및 황화수소 제거 장치
400 : 실록산 제거 장치
500 : 산소 제거 장치
600 : 질소 제거 장치
700 : 디엠이(DME) 플랜트
800 : 저장 탱크
900 : 운반 차량

Claims (22)

  1. 매립지에 설치되어서 매립 가스를 포집하는 매립가스 포집 장치;
    상기 포집된 매립가스 중 수분 및 미세 먼지를 제거하는 관성 충돌형 먼지 제거 장치;
    상기 관성 충돌형 먼지 제거 장치에 의해 1차 정화된 제 1 정화 매립 가스에서 암모니아 및 황화수소 중 적어도 하나를 제거하는 암모니아 황화수소 제거 장치;
    상기 암모니아 및 황화수소 제거 장치에 의해 2차 정화된 제 2 정화 매립가스에서 실록산을 제거하는 실록산 제거 장치;
    상기 실록산 제거 장치에 의해 3차 정화된 제 3 정화 매립가스에서 산소를 제거하는 산소 제거 장치;
    상기 산소 제거 장치에 의해 4차 정화된 제 4 정화 매립가스에서 질소를 제거하는 질소 제거 장치; 및
    상기 질소 제거 장치에 의해 5차 정화된 제 5 정화 매립 가스를 저장하는 저장 탱크를 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관성 충돌형 먼지 제거 장치는,
    수분함유가스가 인입되어 수분제거가스가 배출되는 가스이동통로를 형성하는 유로 형성부;
    상기 유로 형성부의 내부에 형성되는 냉매부; 및
    상기 수분함유가스가 상기 가스이동통로를 통해 이동되는 경우, 이와 충격되도록 상기 유로 형성부에 돌출 형성되는 충격 돌기부;를 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충격 돌기부는,
    끝단이 상기 수분함유가스의 인입 방향으로 굴곡되도록 형성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 충격 돌기부는,
    끝단이 상기 수분함유가스의 인입방향 및 상기 수분제거가스의 배출방향인 양방향으로 각각 굴곡되도록 형성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 충격 돌기부는,
    동일한 상기 가스이동통로를 형성하는 상기 유로 형성부의 서로 다른 위치에서 대면하는 방향으로 돌출되도록 형성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 충격 돌기부는,
    상기 유로 형성부의 최대 굴곡지점인 유로 꼭지부에 형성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 충격 돌기부는,
    상기 유로 형성부에 설치되는 유로 결합부를 통해 상기 유로 형성부에 탈착 가능하도록 형성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 충격 돌기부는,
    상기 냉매부와 연통되어 상기 냉매가 상기 충격 돌기부 내부에 유동되도록 형성되는 돌기 냉매부를 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 충격 돌기부는,
    상기 유로 형성부와 결합하는 돌기 결합부;
    상기 돌기 결합부에서 연장되는 돌기 연장부; 및
    상기 돌기 연장부의 끝단인 돌기 헤드부;를 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 충격 돌기부는,
    상기 수분함유가스의 인입방향을 향하는 일면인 굴곡면에 보조 돌기부가 돌출 형성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 돌기 연장부는,
    일측이 개구부인 원형 굴곡 구조로 형성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 관성 충돌형 먼지 제거 장치는,
    그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 가스 분기부를 통해 유입된 매립가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제1 관성충돌 유닛이 배치되는 제1 정제탑; 및
    상기 제1 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 매립가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제2 관성충돌 유닛이 설치되고 제1 흡착제가 충진되는 제2 정제탑으로 구성되고,
    상기 암모니아 황화수소 제거 장치 및 상기 실록산 제거 장치는,
    상기 제2 정제탑에 연속되게 배치되어 그 내부에 냉매가 유동되도록 형성되어 상기 매립가스와의 접촉 시, 열교환이 이루어지는 제3 관성충돌 유닛이 설치되고 제2 흡착제가 충진되는 제3 정제탑;으로 구성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 흡착제는,
    수분 흡착제를 포함하고,
    상기 제2 흡착제는,
    황화수소 흡착제 및 실록산 흡착제 중 적어도 어느 하나의 흡착제를 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 정제탑은,
    상기 매립가스가 상기 제1 관성충돌 유닛과 충돌하여 낙하되는 오염물을 수집하기 위한 제1 수집부를 포함하고,
    상기 제2 정제탑은,
    상기 제1 정제탑에서 인입되는 상기 매립가스의 오염물이 흡착된 상기 제1 흡착제를 수집하기 위한 제2 수집부를 포함하고,
    상기 제3 정제탑은,
    상기 제2 정제탑에서 인입되는 상기 매립가스의 오염물이 흡착된 상기 제2 흡착제를 수집하기 위한 제3 수집부를 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 수집부 및 상기 제3 수집부는,
    상기 오염물이 흡착된 상기 제1 흡착제 및 상기 제2 흡착제를 재생하기 위한 재생부를 각각 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 관성 충돌형 먼지 제거 장치, 상기 암모니아 황화수소 제거 장치 및, 실록산 제거 장치는,
    오염물질을 제거하는 공간을 가지는 하우징;
    일단은 상기 하우징과 결합되고, 타단은 상기 하우징과 이격되어 구비되며,상기 하우징의 내부 영역을 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 격벽;
    상기 격벽의 하부에 구비되며, 상기 하부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착되는 제 1 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 1 분사용 인플라이트부;
    상기 하우징의 최상부면의 하부에 구비되며, 상기 상부 공간으로 유입되는 바이오 가스에 포함된 제 2 오염물질과 흡착되는 제 2 흡착제를 분말 형태로 분사하는 제 2 분사용 인플라이트부; 및
    상기 제 1 분사용 인플라이트부 및 상기 제 2 분사용 인플라이트부를 제어하는 제어부로 통합적으로 구성되는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 하우징과 결합되며, 상기 하부 공간에서 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질과 흡착된 제 1 흡착제를 수집하는 제 4 수집부;
    상기 제 4 수집부에 수집된 상기 제 1 흡착제를 재생하기 위한 제 4 재생부
    상기 제 4 재생부에 의해 재생된 제 1 흡착제를 상기 제 1 분사용 인플라이트부로 공급하는 제 4 공급부를 더 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 하우징과 결합되며, 상기 상부 공간을 통과한 바이오 가스를 배출시키는 배출부;
    상기 배출부의 내부에 구비되며, 상기 배출부를 통과하는 바이오 가스 중 미세 먼지를 제거하는 활성섬유 필터; 및
    상기 배출부의 내부에 구비되며, 상기 배출부를 통과하는 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 하는 제 1 관성 충돌판을 더 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 격벽과 상기 하우징 사이의 공간에 구비되며, 바이오 가스를 하부 공간으로부터 상부 공간으로 이동시키는 가스 이동부; 및
    상기 가스 이동부의 내부에 구비되며, 바이오 가스에 포함된 제 1 오염물질이 충돌되어 낙하되도록 하는 제 2 관성 충돌판을 더 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 하우징과 결합되며, 상기 제 2 분사용 인플라이트에서 분사되어 상기 격벽과 충돌된 상기 제 2 흡착제를 수집하는 제 5 수집부;
    상기 제 5 수집부에 수집된 상기 제 2 흡착제를 재생하기 위한 제 5 재생부; 및
    상기 제 5 재생부에 의해 재생된 제 2 흡착제를 상기 제 2 분사용 인플라이트부로 공급하는 제 5 공급부를 더 포함하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 격벽은,
    상기 제 2 분사용 인플라이트부로부터 분사된 상기 제 2 흡착제가 상기 제 5 수집부로 수집될 수 있도록 일정한 각도로 기울어져 있는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 하우징과 결합되며, 상기 하부 공간으로 바이오 가스를 유입시키는 유입부;
    상기 유입부를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출하는 제 1 센서; 및
    상기 가스 이동부를 통과하는 바이오 가스의 통과량을 검출하는 제 2 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 센서로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 상기 제 1 분사용 인플라이트부에서 분사되는 상기 제 1 흡착제의 양을 조절하고, 상기 제 2 센서로부터 검출된 바이오 가스의 통과량에 따라 상기 제 2 분사용 인플라이트부에서 분사되는 상기 제 2 흡착제의 양을 조절하는, 매립가스 메탄 직접 전환 기술을 적용한 매립 가스 전환 장치.
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