KR20160013686A - Biogas pretreatment apparatus - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a biogas pretreatment apparatus. According to the present invention, the biogas pretreatment apparatus comprises: a first compressor supplying biogas supplied from an anaerobic digestion tank after compression of the biogas in the fixed pressure; a first cooler cooling the biogas supplied from the first compressor at a predetermined temperature; a first adsorption unit sequentially removing hydrogen sulfide and moisture from the biogas which is cooled in the first cooler; a second adsorption unit removing siloxane from the biogas from which moisture and hydrogen sulfide are removed in the first adsorption unit; a second compressor supplying the biogas which has passed through the second adsorption unit after compression of the biogas in the fixed pressure; a second cooler cooling, at the predetermined temperature, the biogas compressed in the second compressor; and an adsorption module removing carbon dioxide (CO_2) from the biogas cooled in the second cooler.

Description

바이오 가스 전처리 장치{BIOGAS PRETREATMENT APPARATUS}{BIOGAS PRETREATMENT APPARATUS}

본 발명은 바이오 가스 전처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 바이오가스에서 황화수소를 제거하기 전에 바이오 가스에 포함된 수분을 제거하여 황화수소를 제거하는 탈황공정에서 흡착성능을 최대화시켜, 흡착제의 효율 향상 및 흡착탑의 소형화와 전처리 장치 전체의 소형화를 이룰 수 있는 바이오가스의 전처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a biogas pretreatment apparatus, and more particularly, to a biogas pretreatment apparatus which maximizes adsorption performance in a desulfurization process for removing hydrogen sulfide by removing moisture contained in a biogas before removing hydrogen sulfide from the biogas, To an apparatus for pretreatment of biogas capable of achieving downsizing of an adsorption tower and downsizing of a whole of a pretreatment apparatus.

일반적으로, 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 등의 고농도 유기성 폐기물을 처리하는 혐기성 소화조와 매립지에서는 유기 물질이 혐기성 상태에서 분해되면서 바이오가스가 발생된다.Generally, in anaerobic digesters and landfills that treat high concentration organic wastes such as livestock manure, food waste, sewage sludge, etc., biogas is generated as the organic material decomposes in the anaerobic state.

하수 슬러지를 처리하는 혐기성 소화 공정에서 발생되는 바이오 가스는 에너지원으로사용될 수 있는 약 65%의 메탄과 약 35%의 이산화탄소(CO2) 이외에 ppm 내지 ppb 단위의 황화수소(H2S), 암모니아(NH3), 메틸 메르캅탄 등의 악취물질과 실록산류 등을 포함한다.Biogas generated from the anaerobic digestion process for treating sewage sludge can contain hydrogen sulfide (H2S), ammonia (NH3), and ammonia (NH3) in ppm to ppb in addition to about 65% methane and about 35% Methyl mercaptan and the like, siloxanes and the like.

여기서, 상기 바이오가스는 메탄이 주성분이기 때문에, 가연성 물질로서 에너지원으로 사용이 가능하다. 이러한 이유로 인하여 바이오가스는 신재생 에너지원으로서 보일러, 열병합 발전 등 전기나 열을 생산하는 공정의 연료로서 사용되고 있다.Since the biogas is a main component of methane, it can be used as an energy source as a combustible material. For this reason, biogas is a new and renewable energy source and is being used as a fuel for the process of producing electricity or heat, such as boilers, cogeneration systems, and the like.

종래 기술에서 대부분의 바이오가스 처리 시설에서는 바이오가스 중에 포함된 메탄 이외의 불순 물질을 제거하기 위한 전처리 장치를 구비하고 있다.Most of the biogas processing facilities in the prior art have a pretreatment device for removing impurities other than methane contained in the biogas.

종래의 바이오가스 전처리 장치는, 혐기성 소화조의 바이오 가스를 전처리하기 위해 혐기성 소화조에서 바로 탈황유닛으로 바이오 가스를 공급하는 방식을 취하고 있다. 이 경우에 탈황유닛으로 공급되는 바이오 가스의 압력은 0.02bar 정도를 매우 낮아 공급능력에 한계를 가지게 된다. 또한 바이오 가스에 함유된 많은 수분량으로 인해, 탈황유닛으로 바이오 가스가 바로 공급되는 경우, 황화수소가 흡착되기 전에 수분이 먼저 흡착되게 되므로, 황화수소의 흡착능력이 현저하게 떨어지는 문제점이 발생되게 된다. 이에 따라 탈황유닛의 사이즈를 크게 하여야 하는 문제점도 발생되게 된다.In the conventional biogas pretreatment apparatus, a biogas is directly supplied from a anaerobic digestion tank to a desulfurization unit in order to pretreat the biogas of the anaerobic digestion tank. In this case, the pressure of the biogas supplied to the desulfurization unit is very low at about 0.02 bar, which limits the supply capability. In addition, when the biogas is directly supplied to the desulfurization unit due to a large amount of water contained in the biogas, moisture is first adsorbed before the adsorption of the hydrogen sulfide, so that the adsorption ability of the hydrogen sulfide remarkably drops. Accordingly, the size of the desulfurization unit must be increased.

대한민국 등록특허공보 제10-0985911호(2010.09.30)Korean Registered Patent No. 10-0985911 (September 30, 2010)

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 바이오가스의 전처리 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a pretreatment apparatus for a biogas capable of overcoming the above-described problems.

본 발명의 다른 목적은 바이오가스에서 황화수소를 제거하는 탈황공정에서 흡착성능을 최대화시켜, 흡착제의 효율 향상 및 흡착탑의 소형화 및 전처리 장치 전체의 소형화를 이룰 수 있는 바이오가스의 전처리 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a pretreatment apparatus for a biogas that can maximize the adsorption performance in a desulfurization process for removing hydrogen sulfide in biogas, thereby improving the efficiency of the adsorbent, reducing the size of the adsorption tower, and downsizing the entire pretreatment apparatus .

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 바이오가스 전처리 장치는, 혐기성 소화조로부터 공급되는 바이오가스를 일정압력으로 압축하여 공급하는 제1압축기와; 상기 제1압축기로부터 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하는 제1냉각기와; 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 제1흡착유닛과; 상기 제1흡착유닛에서 수분가 황화수소가 제거된 바이오가스에서 실록산을 제거하기 위한 제2흡착유닛과; 상기 제2흡착유닛을 통과한 바이오가스를 일정 압력으로 압축하여 공급하는 제2압축기와; 상기 제2압축기를 통해 압축된 바이오 가스를 일정온도로 냉각시키는 제2냉각기와; 상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오 가스에서 이산화탄소(CO2)를 제거하기 위한 흡착모듈을 구비한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a biogas pretreatment apparatus comprising: a first compressor for compressing and supplying a biogas supplied from an anaerobic digestion tank to a predetermined pressure; A first cooler for cooling the biogas supplied from the first compressor to a predetermined temperature; A first adsorption unit for sequentially removing moisture and hydrogen sulfide from the biogas cooled through the first cooler; A second adsorption unit for removing siloxane from the biogas from which moisture content hydrogen sulfide has been removed in the first adsorption unit; A second compressor for compressing and supplying the biogas having passed through the second adsorption unit to a predetermined pressure; A second cooler for cooling the biogas compressed through the second compressor to a predetermined temperature; And an adsorption module for removing carbon dioxide (CO 2 ) from the biogas cooled through the second cooler.

상기 제1흡착유닛은, 하부에는 수분(H2O)을 제거하기 위한 제1흡착제가 충진되고 상부에는 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 제2흡착제가 충진되어, 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스가 하부에서 상부방향으로 통과하면서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 흡착탑을 구비할 수 있다.The first adsorption unit is filled with a first adsorbent for removing moisture (H 2 O), and a second adsorbent for removing hydrogen sulfide (H 2 S) is filled in the first adsorption unit. And an adsorption column for sequentially removing water and hydrogen sulfide while passing the cooled biogas from the lower part to the upper part.

상기 제1흡착유닛은, 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분을 제거하기 위한 수분제거용 흡착탑과; 상기 수분제거용 흡착탑을 통해 수분이 제거된 바이오 가스에서 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착탑을 구비할 수 있다.Wherein the first adsorption unit comprises: an adsorption tower for removing moisture from the biogas cooled through the first refrigerator; And an adsorption tower for removing hydrogen sulfide to remove hydrogen sulfide (H 2 S) from the biogas from which moisture has been removed through the adsorption tower for removing moisture.

상기 바이오가스 전처리 장치는, 상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 먼지(dust)나 분진을 포함하는 입자형 불순물을 제거하여 상기 흡착모듈로 공급하는 필터를 더 구비할 수 있다.The biogas pretreatment apparatus may further include a filter for removing particulate impurities including dust or dust from the biogas cooled through the second cooler and supplying the removed biogas to the adsorption module.

상기 제1압축기는 스크류(screw) 타입 압축기가 이용되고, 상기 제2압축기는 스크류타입 압축기 또는 왕복동 압축기(reciprocating compressor)가 이용될 수 있다.The first compressor may be a screw type compressor, and the second compressor may be a screw type compressor or a reciprocating compressor.

상기 제1냉각기 및 상기 제2냉각기는 Shell & Tube 열교환기(Shell & Tube Type Heat Exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate Type Heat Exchanger)가 이용될 수 있다.The first cooler and the second cooler may be a Shell & Tube Type Heat Exchanger or a Plate Type Heat Exchanger.

상기 흡착모듈은, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)방식, 온도변동흡착(Temperature Swing Adsorption)방식 또는 멤브레인(membrane) 방식의 흡착모듈일 수 있다.The adsorption module may be a pressure swing adsorption method, a temperature swing adsorption method, or a membrane type adsorption module.

상기 제1흡착유닛에 구비되는 흡착탑은, 하부에 충진되는 수분제거용 제1흡착제와; 상부에 충진되는 황화수소 제거용 제2흡착제와; 상기 제1흡착제와 상기 제2흡착제를 분리하기 위해 상기 제1흡착제와 상기 제2흡착제의 사이즈보다 작은 구멍을 가지는 메시구조의 적어도 하나의 스크린을 구비할 수 있다.Wherein the adsorption tower provided in the first adsorption unit comprises: a first adsorbent for removing moisture, which is filled in the lower portion; A second adsorbent for removing hydrogen sulfide which is filled in the upper portion; And at least one screen of a mesh structure having apertures smaller than the size of the first adsorbent and the second adsorbent to separate the first adsorbent and the second adsorbent.

상기 제1흡착제는 알루미나 또는 실리카겔이고 상기 제2흡착제는 산화철 또는 카본일 수 있다.The first adsorbent may be alumina or silica gel and the second adsorbent may be iron oxide or carbon.

본 발명에 따르면, 황화수소 제거를 위한 흡착탑 또는 흡착유닛으로 유입되는 바이오 가스의 온도를 낮추고 수분함유량을 낮춰 황화수소 흡착효율을 높일 수 있으며, 바이오 가스의 가압력을 높여 바이오 가스의 공급능력을 높일 수 있다. 또한 흡착탑의 소형화와 전처리 장치 전체의 소형화가 가능한 장점이 있다. According to the present invention, the efficiency of adsorbing hydrogen sulfide can be increased by lowering the temperature of the biogas introduced into the adsorption tower or the adsorption unit for reducing hydrogen sulfide and reducing the moisture content, and the biogas supply capability can be increased by increasing the biogas pressing force. In addition, there is an advantage that the size of the adsorption tower can be reduced and the entire pretreatment device can be miniaturized.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치의 개략도이고,
도 2는 도 1의 제1흡착모듈의 개략도이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 바이오 가스 전처리 장치의 개략도이다.1 is a schematic view of a biogas pretreatment apparatus according to a first embodiment of the present invention,
Figure 2 is a schematic view of the first adsorption module of Figure 1,
3 is a schematic view of a biogas pretreatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings without intending to intend to provide a thorough understanding of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치의 개략도이다.1 is a schematic view of a biogas pretreatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치(100)는 혐기성 소화조(110), 제1압축기(120), 제1냉각기(130), 제1흡착유닛(140), 제2흡착유닛(150), 제2압축기(160), 제2냉각기(170) 및 흡착모듈(180)을 구비한다. 경우에 따라 필터(180)가 추가될 수 있다.1, the biogas pretreatment apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention includes an anaerobic digestion tank 110, a first compressor 120, a first cooler 130, a first adsorption unit 140, a second adsorption unit 150, a second compressor 160, a second cooler 170, and an adsorption module 180. In some cases, a filter 180 may be added.

상기 혐기성 소화조(110)는, 바이오매스 폐기물, 에너지 작물 및 하수 슬러지 등의 고농도 유기성 폐기물을 처리하는 데 사용되는 탱크이다. 상기 혐기성 소화조(110)는, 상기 유기성 폐기물을 발효시켜 메탄, 이산화탄소, 황화수소 및 실록산 등을 포함하는 바이오 가스(Bio gas)를 생산한다. The anaerobic digester 110 is a tank used for treating highly concentrated organic wastes such as biomass waste, energy crops and sewage sludge. The anaerobic digestion tank 110 ferments the organic waste to produce a biogas including methane, carbon dioxide, hydrogen sulfide, and siloxane.

상기 제1압축기(120)는 혐기성 소화조(110)로부터 공급되는 바이오가스를 3~5bar의 압력으로 압축하여 상기 제1냉각기(130)에 공급한다.The first compressor 120 compresses the biogas supplied from the anaerobic digestion tank 110 to a pressure of 3 to 5 bar and supplies the compressed biogas to the first cooler 130.

종래의 전처리 장치의 경우에는 혐기성 소화조에서 직접 탈황을 위한 흡착탑으로 바이오 가스를 공급하였으나 이 경우 가스 가압력이 크지 않아 가스가 저속으로 공급되고 많은 수분함유로 인하여 탈황공정에서 황화수조 제거율이 낮다는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명에서는 제1압축기(120)를 이용하여 혐기성 소화조(110)로부터 공급되는 바이오가스를 3bar 이상의 압력으로 압축하여 상기 제1냉각기(130)에 공급한다. 여기서 상기 제1압축기(110)는 스크류(screw) 타입 압축기가 이용될 수 있다.In the case of the conventional pretreatment apparatus, the biogas was directly supplied to the adsorption tower for desulfurization in the anaerobic digestion tank. However, in this case, since the gas pressurization force is not large, the gas is supplied at a low rate and the removal rate of the sulfurization water tank is low in the desulfurization process there was. Therefore, in the present invention, the first compressor 120 compresses the biogas supplied from the anaerobic digestion tank 110 to a pressure of 3 bar or more and supplies the compressed biogas to the first cooler 130. Here, the first compressor 110 may be a screw type compressor.

상기 제1냉각기(130)는 상기 제1압축기(120)로부터 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하여 상기 제1흡착유닛(140)에 공급한다.The first cooler 130 cools the biogas supplied from the first compressor 120 to a predetermined temperature and supplies the cooled biogas to the first adsorption unit 140.

상기 제1냉각기(130)는 상기 제1압축기(110)에 의해 바이오 가스 압축시에 발생된 압축열로 상승한 바이오 가스의 온도를 낮추어 공급하기 위한 것으로, 상기 제1압축기(110)에서 공급되는 110℃ 정도의 온도를 가지는 바이오 가스를 대략 20℃ 정도로 낮추어 공급하게 된다. 상기 제1냉각기(130)로는 Shell & Tube 열교환기(Shell & Tube Type Heat Exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate Type Heat Exchanger)가 이용될 수 있다.The first cooler 130 is for supplying the temperature of the biogas that has risen to the compressed heat generated during the biogas compression by the first compressor 110, Lt; RTI ID = 0.0 > 20 C < / RTI > A Shell & Tube Heat Exchanger or a Plate Type Heat Exchanger may be used as the first cooler 130.

상기 제1흡착유닛(140)은 상기 제1냉각기(130)를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 것이다.The first adsorption unit 140 is for sequentially removing moisture and hydrogen sulfide from the biogas cooled through the first cooler 130.

상기 제1흡착유닛(140)은 도 2에 도시된 바와 같이, 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하고 재생을 서로 교번하여 수행하기 위한 한쌍의 흡착탑(140a,140b)로 구성된다. 여기서 한쌍의 흡착탑(140a,140b)은 서로 동일구조를 가지며, 하나의 흡착탑(예를 들면, 140a)이 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하는 공정을 수행하는 동안 다른 하나의 흡착탑(예를 들면, 140b)은 재생공정을 수행하게 된다.As shown in FIG. 2, the first adsorption unit 140 includes a pair of adsorption towers 140a and 140b for successively removing water and hydrogen sulfide and alternately performing regeneration. Here, the pair of adsorption towers 140a and 140b have the same structure, and one adsorption tower (for example, 140a) sequentially adsorbs water and hydrogen sulfide while performing another adsorption tower (for example, 140b ) Perform the regeneration process.

상기 제1흡착유닛(140)은 한쌍의 흡착탑(140a, 140b) 각각의 내부에 2종의 흡착을 수행하기 위해 두 종류의 흡착제가 충진되는 구조를 가진다. 예를 들어, 하부에는 수분(H2O)을 제거하기 위한 제1흡착제(142)가 충진되고 상부에는 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 제2흡착제(144)가 충진되어, 상기 제1냉각기(130)를 통해 냉각된 바이오가스가 하부에서 상부방향으로 통과하면서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하게 된다.The first adsorption unit 140 has a structure in which two kinds of adsorbents are filled in each of the pair of adsorption towers 140a and 140b to perform adsorption. For example, a first adsorbent 142 for removing water (H 2 O) is filled in the lower part, and a second adsorbent 144 for removing hydrogen sulfide (H 2 S) is filled in the upper part. The biogas cooled through the cooler 130 passes through from the bottom to the top so that water and hydrogen sulfide are sequentially removed.

여기서 제1흡착제(142) 및 제2흡착제(144)가 서로 섞이지 않고 분리되도록 하기 위해, 상기 제1흡착제(142)와 상기 제2흡착제(144) 사이를 구분하는 적어도 하나의 스크린(146)이 구비될 수 있다. 상기 적어도 하나의 스크린(146)은 상기 제1흡착제(142)와 상기 제2흡착제(144)의 사이즈보다 작은 구멍을 가지는 메시구조를 가질 수 있다.At least one screen 146 separating the first adsorbent 142 from the second adsorbent 144 is provided to separate the first adsorbent 142 and the second adsorbent 144 from each other . The at least one screen 146 may have a mesh structure having a pore smaller than the size of the first adsorbent 142 and the second adsorbent 144.

상기 적어도 하나의 스크린(146)은 3개가 구비되어, 상기 흡착탑(140a,140b)의 최상부, 최하부, 중간부에 각각 구비될 수 있다. 이에 따라 최상부의 스크린과 중간부의 스크린 사이에는 제2흡착제(144)가 구비되고, 중간부의 스크린과 최하부의 스크린 사이에는 제1흡착제(142)가 구비될 수 있다. Three of the at least one screen 146 may be provided at the top, bottom, and middle portions of the adsorption towers 140a and 140b, respectively. Accordingly, a second adsorbent 144 may be provided between the uppermost screen and the intermediate screen, and a first adsorbent 142 may be provided between the intermediate screen and the lowermost screen.

그리고, 상기 적어도 하나의 스크린(146)으로는 상기 제1흡착제(142)와 상기 제2흡착제(144)의 무게를 견딜 수 없기 때문에, 흡착제(142,144)들의 무게를 견딜 수 있도록, 상기 흡착탑(140a,140b) 각각의 의 최하부에 다공성 플레이트(148)가 구비될 수 있다. 상기 다공성 플레이트(148)는 최하부에 위치되는 스크린의 하부에 구비될 수 있다.Since the weight of the first adsorbent 142 and the second adsorbent 144 can not withstand the weight of the adsorbents 142 and 144 as the at least one screen 146, 140b may be provided at the lowermost portion of each of the porous plates 148, The porous plate 148 may be provided at a lower portion of the screen positioned at the lowermost position.

여기서 상기 제1흡착제(142)는 알루미나 또는 실리카겔이고 상기 제2흡착제(144)는 산화철 또는 카본일 수 있으며, 이외에도 통상의 기술자에게 잘 알려진 수분제거용 흡착제, 황화수소 제거용 흡착제가 채용될 수 있다.The first adsorbent 142 may be alumina or silica gel, and the second adsorbent 144 may be iron oxide or carbon. In addition, adsorbents for removing water and hydrogen sulfide, which are well known to those skilled in the art, may be employed.

상기 제2흡착유닛(150)은 상기 제1흡착유닛(140)에서 수분과 황화수소가 제거된 바이오가스에서 실록산을 제거하기 위한 것이다.The second adsorption unit 150 is for removing siloxane from the biogas in which moisture and hydrogen sulfide are removed from the first adsorption unit 140.

상기 제2흡착유닛(150)은 서로 교번하여 실록산을 제거하고 재생을 수행하기 위한 한쌍의 흡착탑으로 구성될 수 있다. 상기 제2흡착유닛(150)에는 실록산 제거를 위한 제올라이트(zeolite) 등의 흡착제가 충진될 수 있다. The second adsorption unit 150 may be composed of a pair of adsorption towers for alternately removing siloxane and performing regeneration. The second adsorption unit 150 may be filled with an adsorbent such as zeolite for removing siloxane.

상기 제2압축기(160)는 상기 제2흡착유닛(150)을 통과한 바이오가스를 9~11bar의 압력으로 압축하여 공급하기 위한 것이다. The second compressor 160 compresses the biogas having passed through the second adsorption unit 150 at a pressure of 9 to 11 bar.

상기 제2압축기(160)는 상기 제2흡착유닛(150)으로부터 공급되는 바이오가스를 9 bar 이상의 압력으로 압축하여 상기 제2냉각기(170)에 공급한다. 여기서 상기 제2압축기(160)는 스크류(screw) 타입 압축기 또는 왕복동 압축기(reciprocating compressor)가 이용될 수 있다.The second compressor 160 compresses the biogas supplied from the second adsorption unit 150 to a pressure of 9 bar or more and supplies the compressed biogas to the second cooler 170. The second compressor 160 may be a screw type compressor or a reciprocating compressor.

상기 제2압축기(160)는 상기 흡착모듈(190)에서 이산화탄소(CO2)의 제거 또는 분리를 위해 바이오 가스를 고압으로 압축하기 위한 것이다.The second compressor 160 compresses the biogas to a high pressure for removing or separating carbon dioxide (CO 2 ) from the adsorption module 190.

상기 제2냉각기(170)는 상기 제2압축기(160)로부터 압축되어 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하여 상기 흡착모듈(190) 또는 상기 필터(180)에 공급한다.The second cooler 170 cools the biogas compressed and supplied from the second compressor 160 to a predetermined temperature and supplies the biogas to the adsorption module 190 or the filter 180.

상기 제2냉각기(170)는 상기 제2압축기(160)에 의해 바이오 가스 압축시에 발생된 압축열로 상승한 바이오 가스의 온도를 낮추어 공급하기 위한 것으로, 상기 제2압축기(160)에서 공급되는 180℃ 정도의 온도를 가지는 바이오 가스를 대략 20℃ 정도로 낮추어 공급하게 된다. 상기 제2냉각기(170)로는 Shell & Tube 열교환기(Shell & Tube Type Heat Exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate Type Heat Exchanger)가 이용될 수 있다.The second cooler 170 is provided to lower the temperature of the biogas that has risen to the compressed heat generated during the biogas compression by the second compressor 160, Lt; RTI ID = 0.0 > 20 C < / RTI > A Shell & Tube Type Heat Exchanger or a Plate Type Heat Exchanger may be used as the second cooler 170.

상기 흡착모듈(190)은 상기 제2냉각기(170)를 통해 냉각된 바이오 가스에서 이산화탄소(CO2)를 제거하기 위한 것이다.The adsorption module 190 is for removing carbon dioxide (CO 2 ) from the biogas cooled through the second cooler 170.

상기 흡착모듈(190)은, 한쌍의 흡착탑들로 구성될 수 있으며, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)방식, 온도변동흡착(Temperature Swing Adsorption)방식 또는 멤브레인(membrane) 방식의 흡착모듈일 수 있다. The adsorption module 190 may be a pair of adsorption towers, or may be a pressure swing adsorption type, a temperature swing adsorption type, or a membrane type adsorption type.

상기 압력변동흡착모듈은, 압력변동을 통해 기체 혼합물로부터 특정 성분을 분리하거나 혹은 제거시켜 기체를 분리, 정제하는 데 사용되는 방법이다. 탄소분자흡착체(CMS, Carbon Molecular Sieve)로 채워진 흡착베드를 혼합기체가 고압상태로 통과하면서 선택도가 높은 성분들이 우선 흡착하게 되고, 나머지 성분들은 흡착베드 밖으로 배출된다. 흡착된 성분들을 제거하기 위해 흡착베드내의 압력을 떨어뜨려 재생하게 된다. The pressure swing adsorption module is a method used to separate and purify gases by separating or removing specific components from the gas mixture through pressure fluctuations. As the mixed gas passes through the adsorption bed filled with the carbon molecular sieve (CMS) under high pressure, the components having high selectivity are first adsorbed and the remaining components are discharged out of the adsorption bed. The pressure in the adsorption bed is lowered to regenerate to remove adsorbed components.

상기 필터(180)는 상기 제2냉각기(170)를 통해 냉각된 바이오가스에서 먼지(dust)나 분진을 포함하는 입자형 불순물을 제거하여 상기 흡착모듈(190)로 공급하기 위한 것이다. 상기 필터(180)는 필요에 따라 구비될 수도 있고 구비되지 않을 수도 있다.The filter 180 removes particulate impurities including dust or dust from the biogas cooled through the second cooler 170 and supplies the particulate impurities to the adsorption module 190. The filter 180 may or may not be provided as needed.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치의 개략도이다.3 is a schematic view of a biogas pretreatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치(200)는 혐기성 소화조(110), 제1압축기(120), 제1냉각기(130), 제1흡착유닛(240), 제2흡착유닛(150), 제2압축기(160), 제2냉각기(170) 및 흡착모듈(180)을 구비한다. 경우에 따라 필터(180)가 추가될 수 있다.3, the biogas pretreatment apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention includes an anaerobic digestion tank 110, a first compressor 120, a first cooler 130, a first adsorption unit 240, a second adsorption unit 150, a second compressor 160, a second cooler 170, and an adsorption module 180. In some cases, a filter 180 may be added.

본 발명의 제2실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치(200)는 상기 제1흡착유닛(240)을 제외한 나머지 구성들, 즉 혐기성 소화조(110), 제1압축기(120), 제1냉각기(130), 제2흡착유닛(150), 제2압축기(160), 제2냉각기(170), 흡착모듈(180) 및 필터(180)는 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치(100)와 동일한 구성을 가지므로 설명을 생략한다.The biogas pretreatment apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention can be applied to other configurations except for the first adsorption unit 240 such as the anaerobic digestion tank 110, the first compressor 120, the first cooler 130 The second adsorber unit 150, the second compressor 160, the second cooler 170, the adsorption module 180 and the filter 180 are connected to the biogas pretreatment apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention And therefore description thereof will be omitted.

상기 제1흡착유닛(240)은 상기 제1냉각기(130)를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 것이다.The first adsorption unit 240 is for sequentially removing moisture and hydrogen sulfide from the biogas cooled through the first cooler 130.

상기 제1흡착유닛(140)은 도 3에 도시된 바와 같이, 수분을 제거하기 위한 수분제거용 흡착탑(242)와 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착탑(244)이 별도로 구비된다. 본 발명의 제1실시예의 경우는 하나의 흡착탑에 수분제거용 흡착제와 황화수소 제거용 흡착제를 함께 충진하여 수분과 황화수소를 제거하였으나, 본 발명의 제2실시예의 경우는 수분을 제거하기 위한 수분제거용 흡착탑(242)와 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착탑(244)이 별도로 구비된다.As shown in FIG. 3, the first adsorption unit 140 is separately provided with an adsorption tower 242 for removing moisture and an adsorption tower 244 for removing hydrogen sulfide to remove hydrogen sulfide. In the case of the first embodiment of the present invention, one adsorption tower is filled with an adsorbent for removing moisture and an adsorbent for removing hydrogen sulfide to remove moisture and hydrogen sulfide. In the second embodiment of the present invention, however, An adsorption tower 242 and an adsorption tower 244 for removing hydrogen sulfide are additionally provided.

상기 수분제거용 흡착탑(242)은 상기 제1냉각기(130)를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분을 제거하여 상기 황화수소 제거용 흡착탑(244)로 수분이 제거된 바이오가스를 공급한다.The water removal adsorption tower 242 removes moisture from the biogas cooled through the first cooler 130 and supplies the biogas with moisture removed to the adsorption tower 244 for removing hydrogen sulfide.

여기서 수분제거용 흡착탑(242)은 수분제거 공정과 재생공정을 서로 교번하여 함께 수행하기 위해 한쌍의 흡착탑 구조를 가질 수 있다. 상기 수분제거용 흡착탑(242)에는 흡착제로 알루미나 또는 실리카겔이 충전된 구성을 가질 수 있다.Here, the adsorption tower 242 for removing moisture may have a pair of adsorption tower structures for alternately performing the water removal process and the regeneration process together. The adsorption tower 242 for removing moisture may have a structure in which alumina or silica gel is filled as an adsorbent.

그리고, 상기 황화수소 제거용 흡착탑(244)은 상기 수분제거용 흡착탑(242)를 통해 수분이 제거된 바이오 가스에서 황화수소를 제거하여 상기 제2흡착탑(150)에 공급한다. 이후의 구성은 본 발명의 제1실시예의 경우와 동일하다.The adsorption tower 244 for removing hydrogen sulfide removes hydrogen sulfide from the biogas from which water has been removed through the adsorption tower 242 for removing moisture, and supplies the hydrogen sulfide to the second adsorption tower 150. The subsequent configuration is the same as that of the first embodiment of the present invention.

여기서 황화수소제거용 흡착탑(244)은 황화수소제거 공정과 재생공정을 서로 교번하여 함께 수행하기 위해 한쌍의 흡착탑 구조를 가질 수 있다. 상기 황화수소제거용 흡착탑(244)에는 흡착제로 산화철 또는 카본이 충전된 구성을 가질 수 있다.Here, the adsorption tower 244 for removing hydrogen sulfide may have a pair of adsorption tower structures for alternately performing the hydrogen sulfide removal process and the regeneration process. The adsorption tower 244 for removing hydrogen sulfide may have a structure in which iron oxide or carbon is filled as an adsorbent.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 황화수소 제거를 위한 흡착탑 또는 흡착유닛으로 유입되는 바이오 가스의 온도를 낮추고 수분함유량을 낮춰 황화수소 흡착효율을 높일 수 있으며, 바이오 가스의 가압력을 높여 바이오 가스의 공급능력을 높일 수 있다. 또한 흡착탑의 소형화가 가능한 장점이 있다. As described above, according to the present invention, the efficiency of adsorbing hydrogen sulfide can be increased by lowering the temperature of the biogas flowing into the adsorption tower or the adsorption unit for reducing hydrogen sulfide and by lowering the moisture content, and by increasing the biogas pressurization capability, . Also, there is an advantage that the size of the adsorption tower can be reduced.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다. The foregoing description of the embodiments is merely illustrative of the present invention with reference to the drawings for a more thorough understanding of the present invention, and thus should not be construed as limiting the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the basic principles of the present invention.

110 : 혐기성 소화조 120 ; 제1압축기
130 : 제1냉각기 140 : 제1흡착유닛
150 : 제2흡착유닛 160 : 제2압축기
170 : 제2냉각기 180 ; 필터
190 : 흡착모듈110: anaerobic digester 120; The first compressor
130: first cooler 140: first adsorption unit
150: second adsorption unit 160: second compressor
170: second cooler 180; filter
190: Adsorption module

Claims (9)

혐기성 소화조로부터 공급되는 바이오가스를 일정압력으로 압축하여 공급하는 제1압축기와;
상기 제1압축기로부터 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하는 제1냉각기와;
상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 제1흡착유닛과;
상기 제1흡착유닛에서 수분가 황화수소가 제거된 바이오가스에서 실록산을 제거하기 위한 제2흡착유닛과;
상기 제2흡착유닛을 통과한 바이오가스를 일정 압력으로 압축하여 공급하는 제2압축기와;
상기 제2압축기를 통해 압축된 바이오 가스를 일정온도로 냉각시키는 제2냉각기와;
상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오 가스에서 이산화탄소(CO2)를 제거하기 위한 흡착모듈을 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.A first compressor for compressing and supplying the biogas supplied from the anaerobic digestion tank to a predetermined pressure;
A first cooler for cooling the biogas supplied from the first compressor to a predetermined temperature;
A first adsorption unit for sequentially removing moisture and hydrogen sulfide from the biogas cooled through the first cooler;
A second adsorption unit for removing siloxane from the biogas from which moisture content hydrogen sulfide has been removed in the first adsorption unit;
A second compressor for compressing and supplying the biogas having passed through the second adsorption unit to a predetermined pressure;
A second cooler for cooling the biogas compressed through the second compressor to a predetermined temperature;
And an adsorption module for removing carbon dioxide (CO 2 ) from the biogas cooled through the second cooler. 청구항 1에 있어서,
상기 제1흡착유닛은, 하부에는 수분(H2O)을 제거하기 위한 제1흡착제가 충진되고 상부에는 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 제2흡착제가 충진되어, 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스가 하부에서 상부방향으로 통과하면서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 흡착탑을 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.The method according to claim 1,
The first adsorption unit is filled with a first adsorbent for removing moisture (H 2 O), and a second adsorbent for removing hydrogen sulfide (H 2 S) is filled in the first adsorption unit. And an adsorption tower for sequentially removing water and hydrogen sulfide while passing the cooled biogas from the lower part to the upper part. 청구항 1에 있어서,
상기 제1흡착유닛은, 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분을 제거하기 위한 수분제거용 흡착탑과;
상기 수분제거용 흡착탑을 통해 수분이 제거된 바이오 가스에서 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착탑을 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first adsorption unit comprises: an adsorption tower for removing moisture from the biogas cooled through the first refrigerator;
And an adsorption tower for removing hydrogen sulfide to remove hydrogen sulfide (H 2 S) from the biogas from which moisture has been removed through the adsorption tower for removing moisture. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 바이오가스 전처리 장치는, 상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 먼지(dust)나 분진을 포함하는 입자형 불순물을 제거하여 상기 흡착모듈로 공급하는 필터를 더 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.The method according to claim 2 or 3,
Wherein the biogas pretreatment apparatus further comprises a filter for removing particulate impurities including dust and dust from the biogas cooled through the second cooler and supplying the biogas gas to the adsorption module. Pretreatment device. 청구항 4에 있어서,
상기 제1압축기는 스크류(screw) 타입 압축기가 이용되고, 상기 제2압축기는 스크류타입 압축기 또는 왕복동 압축기(reciprocating compressor)가 이용됨을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치. The method of claim 4,
Wherein the first compressor is a screw type compressor, and the second compressor is a screw type compressor or a reciprocating compressor. 청구항 4에 있어서,
상기 제1냉각기 및 상기 제2냉각기는 Shell & Tube 열교환기(Shell & Tube Type Heat Exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate Type Heat Exchanger)가 이용됨을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.The method of claim 4,
Wherein the first cooler and the second cooler are a Shell & Tube Type Heat Exchanger or a Plate Type Heat Exchanger. 청구항 4에 있어서,
상기 흡착모듈은, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)방식, 온도변동흡착(Temperature Swing Adsorption)방식 또는 멤브레인(membrane) 방식의 흡착모듈임을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.The method of claim 4,
Wherein the adsorption module is a pressure swing adsorption method, a temperature swing adsorption method, or a membrane type adsorption module. 청구항 2에 있어서, 상기 제1흡착유닛에 구비되는 흡착탑은,
하부에 충진되는 수분제거용 제1흡착제와;
상부에 충진되는 황화수소 제거용 제2흡착제와;
상기 제1흡착제와 상기 제2흡착제를 분리하기 위해 상기 제1흡착제와 상기 제2흡착제의 사이즈보다 작은 구멍을 가지는 메시구조의 적어도 하나의 스크린을 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.The adsorption apparatus according to claim 2, wherein the adsorption tower provided in the first adsorption unit comprises:
A first adsorbent for removing moisture, which is filled in the lower portion;
A second adsorbent for removing hydrogen sulfide which is filled in the upper portion;
And at least one screen having a mesh structure having a pore smaller than the size of the first adsorbent and the second adsorbent to separate the first adsorbent and the second adsorbent. 청구항 2 또는 청구항 8에 있어서,
상기 제1흡착제는 알루미나 또는 실리카겔이고 상기 제2흡착제는 산화철 또는 카본임을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.The method according to claim 2 or 8,
Wherein the first adsorbent is alumina or silica gel and the second adsorbent is iron oxide or carbon.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102196559B1 (en) * 2019-07-04 2020-12-29 (주)이앤켐솔루션 Biogas impurity removal method and removal system
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