KR20160076914A - 바이오메탄 정제 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오메탄 정제 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 촉매를 사용하지 않고서도 고농도의 바이오메탄을 정제할 수 있도록 함과 동시에 바이오메탄 정제 과정에서 분리된 가스에 의한 2차 오염의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 바이오메탄 정제 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 바이오메탄 정제 시스템에 있어서, 메탄이 함유된 바이오가스를 압축하여 공급하는 압축 바이오가스 공급부와; 상기 바이오가스와 혼합될 고압의 가압수를 공급하는 가압수 공급부와; 상기 압축 바이오가스 공급부와 가압수 공급부의 사이에 연결 설치되어 바이오가스와 가압수를 혼합시켜 바이오가스로부터 메탄가스와 기타 불순물들을 분리해내는 바이오가스 및 가압수 혼합부와; 상기 바이오가스 및 가압수 혼합부에서 분리된 불순물들을 탈기하는 흡수가스 제거부 및 상기 흡수가스 제거부에서 탈기된 불순물들을 가열하여 제거하는 탈기가스 제거부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

바이오메탄 정제 시스템 {Upgrade system for biogas}
본 발명은 바이오메탄 정제 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 촉매를 사용하지 않고서도 고농도의 바이오메탄을 정제할 수 있도록 함과 동시에 바이오메탄 정제 과정에서 분리된 가스에 의한 2차 오염의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 바이오메탄 정제 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 등의 고농도 유기성 폐기물을 처리하는 혐기성 소화조와 매립지에서는 유기 물질이 혐기성 상태에서 분해되면서 바이오가스가 발생된다.
이러한 바이오 가스의 주성분은 메탄(50~70%)과 이산화탄소(30~50%)이며, 황화수소를 비롯한 암모니아, 수소, 질소, 휘발성 유기화합물 및 실록산 등의 불순 물질이 미량 포함되어 있는데, 그 원료물질인 유기성 폐기물은 인간활동과 각종 산업 활동을 통해 끊임없이 발생되므로 발생량은 지속적으로 증가하는 추세에 있다.
여기서, 상기 바이오가스는 메탄이 주성분이기 때문에, 가연성 물질로서 에너지원으로 사용이 가능하지만, 메탄 함량이 천연가스에 비해 거의 절반 수준으로 낮고 불순가스가 많아 주로 보일러, 열병합 발전 등 전기나 열을 생산하는 공정의 연료로서 제한된 용도로만 사용되고 있다.
하지만, 최근 유럽을 중심으로 바이오가스의 단순 이용보다는 고급화를 위해 메탄의 함량을 높이고 불순가스를 제거한 바이오메탄을 연료로 이용하려는 경향이 확대되고 있다.
바이오메탄은 메탄농도가 97% 이상, 산소, 질소 농도가 3% 이하 그리고 황화수소, 실록산 등이 제한 수준 이내로 포함된 가스로 그 열량이 천연가스의 약 85% 수준이지만, 가정이나 교통수단, 발전시설 등 기존 천연가스가 사용되는 곳에 모두 사용될 수 있다.
이와 같은 바이오가스의 정제는 바이오가스에 함유된 황화수소, 실록산 및 기타 불순물들을 제거하는 전처리공정과, 이산화탄소 및 잔존하는 불순물들을 제거하는 바이오메탄 정제공정으로 분류되는데, 바이오메탄의 정제방법으로는 일반적으로 흡수법, 흡착법 및 멤브레인법 등이 알려져 있다.
최근들어 국내에서도 다수의 특허가 출원되는 등, 바이오메탄을 정제하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 아직까지 상용화에는 어려움을 겪고 있으며 대부분 외국으로부터 기술 및 시스템을 도입하여 실시하고 있는 실정이다.
또한, 바이오메탄의 정제방법으로 가장 일반적으로 사용되는 흡수법의 경우, 플랜트의 건설비가 비싸고 폐액 발생의 우려가 있다는 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1086971호(2011.11.29. 공고) 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0052401(2014.05.07. 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 촉매를 사용하지 않고서도 고농도의 바이오메탄을 정제할 수 있도록 함과 동시에 바이오메탄 정제 과정에서 분리된 가스에 의한 2차 오염의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 바이오메탄 정제 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
바이오메탄 정제 시스템에 있어서, 메탄이 함유된 바이오가스를 압축하여 공급하는 압축 바이오가스 공급부와; 상기 바이오가스와 혼합될 고압의 가압수를 공급하는 가압수 공급부와; 상기 압축 바이오가스 공급부와 가압수 공급부의 사이에 연결 설치되어 바이오가스와 가압수를 혼합시켜 바이오가스로부터 메탄가스와 기타 불순물들을 분리해내는 바이오가스 및 가압수 혼합부와; 상기 바이오가스 및 가압수 혼합부에서 분리된 불순물들을 탈기하는 흡수가스 제거부 및 상기 흡수가스 제거부에서 탈기된 불순물들을 가열하여 제거하는 탈기가스 제거부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 압축 바이오가스 공급부는 바이오가스를 압축하여 저장하는 압력조절탱크와, 상기 압력조절탱크에 연결 설치되는 압축 바이오가스 공급관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압축 바이오가스 공급관에는 바이오가스 압력을 측정하는 제1압력검지센서와, 바이오가스가 설정된 안전압력을 초과하지 못하도록 제어하는 제1안전밸브 및 바이오가스의 흐름을 제어하는 제1제어밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 가압수 공급부는 가압수를 생성하여 공급하는 가압수 공급장치와, 상기 가압수 공급장치에 연결 설치되는 가압수 공급관 및 상기 가압수 공급관에 연결 설치되어 가압수의 압력을 조절하는 팽창탱크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 팽창탱크에는 팽창탱크 내부의 가압수 압력을 측정하는 가압수 압력검지센서가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오가스 및 가압수 혼합부는 압축 바이오가스 공급부와 가압수 공급부의 사이에 연결 설치되는 이젝터와, 상기 이젝터에 연결 설치되어 압축 바이오가스와 가압수를 혼합시키는 혼합장치 및 상기 혼합장치에 연결 설치되어 가압수에 의해 메탄을 제외한 불순물들을 용해시켜 메탄가스와 불순물들을 분리하는 메탄분리장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 메탄분리장치의 내부에는 다수 개의 격벽이 지그재그 형상으로 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메탄분리장치는, 혼합장치에서 혼합된 바이오가스와 가압수가 유입되는 흡수탱크와, 상기 흡수탱크의 상부 일측에 형성되어 바이오가스의 불순물들이 용해된 가압수를 배출시키는 가압수 배출구 및 상기 흡수탱크의 상단부에 형성되어 가압수에 의해 걸러진 바이오가스의 메탄가스 성분을 배출시키는 메탄배출구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 메탄분리장치는 흡수탱크 내부에서의 가압수가 상사점 및 하사점에 위치한 것을 확인할 수 있도록 하는 제1 및 제2레벨 스위치가 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메탄배출구에는 흡수탱크로부터 배출되는 메탄가스의 압력을 측정하는 제2압력검지센서와, 배출되는 메탄가스가 설정된 안전압력을 초과하지 못하도록 제어하는 제2안전밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 흡수가스 제거부는 바이오가스 및 가압수 혼합부로부터 배출되는 가압수가 유입되는 가압수탱크와, 상기 가압수탱크의 내측으로 가압수를 분사하는 다수의 분사노즐과, 상기 가압수탱크의 내측으로 공기를 불어넣는 제1송풍기 및 상기 제1송풍기에 연결 설치되어 가압수탱크에 저장된 가압수로 공기를 공급하는 다수의 스트리퍼를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 흡수가스 제거부는 가압수탱크 내부에 수용된 가압수의 양을 검지하는 수위검지센서를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탈기가스 제거부는 흡수가스 제거부에서 탈기된 불순물들을 소각 연소시키는 소각장치와, 상기 흡수가스 제거부와 소각장치의 사이에 연결 설치되어 탈기된 불순물들을 소각장치로 공급하는 제2송풍기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압축 바이오가스 공급부, 가압수 공급부, 바이오가스 및 가압수 혼합부 및 흡수가스 제거부의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 별도의 촉매를 사용하지 않고서도 고농도의 바이오메탄을 정제할 수 있도록 함과 동시에 바이오메탄 정제 과정에서 분리된 가스에 의한 2차 오염의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오메탄 정제 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 바이오가스 가압수 혼합부의 구성을 세부적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 흡수가스 제거부 및 탈기가스 제거부를 세부적으로 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 바이오메탄 정제 시스템의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오메탄 정제 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 바이오가스 가압수 혼합부의 구성을 세부적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 흡수가스 제거부 및 탈기가스 제거부를 세부적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 별도의 촉매를 사용하지 않고서도 고농도의 바이오메탄을 정제할 수 있도록 함과 동시에 바이오메탄 정제 과정에서 분리된 가스에 의한 2차 오염의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 바이오메탄 정제 시스템(10)에 관한 것으로, 그 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 압축 바이오가스 공급부(100), 가압수 공급부(200), 바이오가스 및 가압수 혼합부(300), 흡수가스 제거부(400) 및 탈기가스 제거부(500)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 압축 바이오가스 공급부(100)는 메탄과 이산화탄소, 황화수소를 비롯한 암모니아, 수소, 질소, 휘발성 유기화합물 및 실록산 등의 불순 물질(이하, '기타 불순물'이라 함)을 포함하여 이루어지는 바이오가스를 압축하여 공급하는 역할을 하는 것으로, 압력조절탱크(110)와 압축 바이오가스 공급관(120)을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 압력조절탱크(110)는 바이오가스를 약 5bar 정도의 고압으로 저장하여 공급할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 압축 바이오가스 공급관(120)은 압력조절탱크(110)에 저장된 고압의 압축 바이오가스를 후술할 바이오가스 및 가압수 혼합부(300)로 공급하는 역할을 하는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 바이오메탄 정제 시스템(10)은 바이오가스에 함유된 메탄과 기타 불순물들의 물에 대한 용해도 차이를 이용하여 메탄을 분리해낼 수 있도록 구성된 것에 특징이 있는 것이고, 일반적으로 기체의 물에 대한 용해도는 압력의 크기에 비례하는 것이므로, 고압으로 압축되어 공급되는 바이오가스를 압력조절탱크(110)를 이용하여 설정된 정압으로 공급할 수 있도록 함으로써 바이오가스에 함유된 기타불순물들의 물에 대한 용해도를 증가시킬 수 있도록 하는 것이다.
또한, 상기 압축 바이오가스 공급관(120)에는 제1압력검지센서(122), 제1안전밸브(124) 및 제1제어밸브(126)가 설치되는데, 먼저 상기 제1압력검지센서(122)는 압력조절탱크(110)로부터 압축 바이오가스 공급관(120)을 통해 공급되는 바이오가스의 압력을 측정함으로써 압력조절탱크(110) 내부의 바이오가스 압력을 알 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
이때, 상기 제1압력검지센서(122)를 통해 검지된 압력이 기설정된 압력과 차이가 있는 경우에는 후술할 제어부(600)에 의해 압력조절탱크(110) 내부에 저장된 바이오가스의 압력을 기설정된 압력으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
즉, 후술할 바이오가스 및 가압수 혼합부(300)에서의 바이오가스와 가압수의 혼합이 보다 원활히 이루어지도록 함과 동시에 가압수 공급부(200)로부터 공급되는 가압수가 압축 바이오가스 공급부(100) 쪽으로 역류하는 것을 방지하기 위해서는 압축 바이오가스 공급부(100)로부터 공급되는 바이오가스의 압력이 가압수 공급부(200)로부터 공급되는 가압수의 압력에 비해 약 0.5 ~ 1.0bar 정도 높도록 설정하는 것이 바람직한데, 제어부(600)에서 제1압력검지센서(122)를 통해 측정된 압력조절탱크(110) 내부의 바이오가스 압력과, 후술할 가압수 압력검지센서(232)를 통해 측정되는 팽창탱크(230) 내부의 가압수 압력을 서로 비교하여 압력조절탱크(110) 내부의 바이오가스 압력 또는 팽창탱크(230) 내부의 가압수 압력을 제어함으로써 바이오가스와 가압수의 압력 차이를 일정하게 유지할 수 있도록 조절하는 것이다.
다음, 상기 제1안전밸브(124)는 압력조절탱크(110) 내부의 바이오가스가 설정된 안전압력 이상으로 압축될 경우 과압축된 바이오가스를 외부로 배출시키는 역할을 하는 것으로, 압력조절탱크(110) 내부의 바이오가스가 설정된 안전압력 이상으로 압축되었음이 확인되면, 제1안전밸브(124)가 작동되어 압력조절탱크(110) 내부의 압축 바이오가스를 외부로 배출시킴으로써 압력조절탱크(110)를 안전하게 보호할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 상기 제1제어밸브(126)는 압축 바이오가스 공급관(120)을 통해 공급되는 압축 바이오가스의 흐름이 한 방향으로만 흐르도록 제어함으로써 가압수 공급부(200)로부터 공급되는 가압수가 압축 바이오가스 공급관(120)으로 역류하는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다.
이때, 상기 압력조절탱크(110)의 하부에는 압력조절탱크(110)의 내부에 저장된 바이오가스에서 발생된 응축수 또는 분진 등의 이물질을 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 제1밸브(112)가 구비되어 있다.
다음, 상기 가압수 공급부(200)는 압축 바이오가스와의 혼합에 의해 바이오가스에 함유된 기타불순물들을 걸러내는 역할을 하는 물(이하, '가압수'라 함)을 가압하여 공급하는 역할을 하는 것으로, 전술한 바와 같이, 바이오가스에 함유된 기타 불순물들의 물에 대한 용해도를 증가시키기 위하여 가압수를 공급하게 된다.
이때, 상기 가압수 공급부(200)는 가압수 공급장치(210), 가압수 공급관(220) 및 팽창탱크(230)를 포함하여 구성되는데, 상기 가압수 공급장치(210)는 압축 바이오가스와 혼합될 물을 가압하여 공급하는 역할을 하는 것으로 통상의 펌프 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 바이오가스와 가압수의 압력은 후술할 제어부(600)를 이용하여 임의로 설정할 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 가압수 공급관(220)은 가압수 공급장치(210)로부터 공급되는 가압수를 후술할 바이오가스 및 가압수 혼합부(300)로 공급하는 역할을 하는 것이고, 상기 팽창탱크(230)는 가압수 공급관(220)에 연결 설치되어 가압수 공급관(220)을 통해 공급되는 가압수의 압력을 조절함으로써 가압수의 설정 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 팽창탱크(230)에는 가압수 압력검지센서(232)가 연결 설치되는데, 상기 가압수 압력검지센서(232)에 의해 팽창탱크(230) 내부의 가압수 압력을 측정함으로써 제어부(600)를 이용하여 가압수 공급관(220)을 통해 바이오가스 및 가압수 혼합부(300)로 공급되는 가압수의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있도록 구성된 것이다.
한편, 상기 바이오가스 및 가압수 혼합부(300)는 압축 바이오가스 공급부(100)와 가압수 공급부(200)로부터 공급되는 바이오가스와 가압수를 혼합시킴으로써 바이오가스에 함유된 기타 불순물들을 가압수에 용해시켜 분리할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이 이젝터(310), 혼합장치(320) 및 메탄분리장치(330)를 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 이젝터(310)는 압축 바이오가스 공급부(100)와 가압수 공급부(200)의 사이 즉, 압축 바이오가스 공급관(120) 및 가압수 공급관(220)에 연결 설치되어 압축 바이오가스와 가압수를 각각의 압력을 유지한 상태로 혼합장치(320)에 공급하는 역할을 하는 것이고, 상기 혼합장치(320)는 이젝터(310)에 연결 설치되어 이젝터(310)를 통해 유입되는 압축 바이오가스와 가압수를 혼합시킴으로써 압축 바이오가스에 함유된 기타 불순물들이 가압수에 용해될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
이때, 상기 혼합장치(320)로는 통상의 기체와 액체를 혼합하는 장치들을 사용할 수 있으므로 그 세부적인 구성 설명은 생략하기로 한다.
다음, 상기 메탄분리장치(330)는 혼합장치(320)에 연결 설치되어 압축 바이오가스에 함유된 기타 불순물들을 가압수에 용해시킴으로써 압축 바이오가스에 함유된 메탄 성분을 분리해내는 역할을 하는 것으로, 흡수탱크(332), 가압수 배출구(334) 및 메탄배출구(336)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 흡수탱크(332)는 혼합장치(320)에서 혼합된 압축 바이오가스와 가압수가 유입되어 통과되는 과정에서 압축 바이오가스에 함유된 기타 불순물들이 가압수에 용해될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 상기 메탄분리장치(330)를 구성하는 흡수탱크(332)의 내부에는 다수 개의 격벽(335)이 지그재그 형상을 이루도록 설치되어 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 흡수탱크(332)의 내부에 다수 개의 격벽(335)을 지그재그 형상으로 형성시킴으로써 압축 바이오가스가 혼합된 가압수의 이동 경로가 길어지도록 함으로써 압축 바이오가스에 함유된 기타 불순물들이 가압수에 용해될 수 있는 시간을 증가시킬 수 있도록 함과 동시에 가압수가 흡수탱크(332) 내부를 이동하는 과정에서 격벽(335)과의 충돌로 인해 발생되는 와류에 의해 압축 바이오가스에 함유된 기타 불순물들이 가압수에 보다 잘 용해될 수 있도록 하는 것이다.
다음, 상기 가압수 배출구(334)는 흡수탱크(332)의 상부 일측에 형성되어 기타 불순물들이 용해되어 있는 상태의 가압수가 배출될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 메탄배출구(336)는 흡수탱크(332)의 상단부에 형성되어 가압수에 용해되지 않은 압축 바이오가스의 메탄가스 성분을 배출시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
이때, 상기 가압수 배출구(334)와 메탄배출구(336)에는 각각 제2제어밸브(334a)와 제3제어밸브(336c)가 설치되어 가압수 배출구(334)를 통한 가압수의 배출 및 메탄배출구(336)를 통한 메탄가스 성분의 배출을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 상기 메탄배출구(336)에는 제2압력검지센서(336a)와 제2안전밸브(336b)가 설치되는데, 상기 제2압력검지센서(336a)는 메탄배출구(336)를 통해 배출되는 메탄가스의 압력을 측정하는 역할을 하는 것이고, 상기 제2안전밸브(336b)는 메탄배출구(336)를 통해 배출되는 메탄가스의 압력이 설정된 안전압력 이상일 경우, 메탄가스 일부를 외부로 배출시킴으로써 흡수탱크(332)를 안전하게 보호하는 역할을 하는 것이다.
다음, 상기 흡수탱크(332)의 일측에는 제1레벨스위치(331)와 제2레벨스위치(333)가 설치되는데, 상기 제1레벨스위치(331)는 흡수탱크(332) 내부의 가압수가 상사점에 위치하였는지의 여부를 확인하는 역할을 하는 것이고, 상기 제2레벨스위치(333)는 흡수탱크(332) 내부의 가압수가 하사점에 위치된 것을 확인할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 흡수탱크(332) 내부의 가압수가 상사점에 도달한 경우 제1레벨스위치(331)에서 이를 감지하여 흡수탱크(332) 내부로의 가압수의 공급을 중단시키거나 흡수탱크(332)의 하부에 설치된 제2밸브(332a)를 개방하여 흡수탱크(332) 내부의 가압수를 외부로 배출시킬 수 있도록 하고, 흡수탱크(332) 내부의 가압수가 하사점에 도달한 경우에는 제2레벨스위치(333)에서 이를 감지하여 중단된 가압수의 공급을 재개하거나 가압수 배출구(334)를 통한 가압수의 배출을 중지시킴으로써 흡수탱크(332) 내부에서 가압수가 일정한 수위를 유지할 수 있도록 조절하게 되는 것이다.
따라서, 상기와 같은 과정을 통해 압축 바이오가스로부터 분리된 순도 90% 이상의 메탄가스 성분을 메탄배출구(336)에 연결 설치되는 별도의 저장수단(미도시)에 포집할 수 있게 된다.
다음, 상기 흡수가스 제거부(400)는 바이오가스 및 가압수 혼합부(300)에 연결 설치되어 메탄분리장치(330)의 가압수 배출구(334)를 통해 배출되는 가압수에 용해되어 있는 기타불순물 성분을 탈기시키는 역할을 하는 것으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 가압수탱크(410), 분사노즐(420), 제1송풍기(430) 및 스트리퍼(440)(stripper)를 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 가압수탱크(410)는 메탄분리장치(330)의 가압수 배출구(334)를 통해 배출된 압축 바이오가스의 기타 불순물들이 용해되어 있는 가압수가 저장될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 상기 가압수탱크(410)의 일측 하단에는 가압수탱크(410)에 저장된 가압수를 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 제3밸브(412)가 설치되어 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 가압수탱크(410)는 전술한 가압수 공급부(200)의 가압수 공급장치(210)에 연결 설치되어 가압수탱크(410)에 저장된 가압수를 가압수 공급장치(210)에서 재활용할 수 있도록 구성할 수도 있다.
다음, 상기 분사노즐(420)은 가압수탱크(410)의 내측 상단부에 설치되어 가압수 배출구(334)를 통해 배출된 가압수를 가압수탱크(410)의 내측에 고속으로 분사시킴으로써 가압수에 용해되어 있는 기타 불순물들이 1차로 탈기될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 가압수가 공급되는 배관의 단부에 서로 일정거리 이격되도록 하여 다수 개가 설치되어 있다.
다음, 상기 제1송풍기(430)는 가압수탱크(410)에 연결 설치되어 가압수탱크(410)의 내측으로 공기를 공급하는 역할을 하는 것이고, 상기 스트리퍼(440)는 가압수탱크(410)의 내측 하단부에 설치되어 제1송풍기(430)로부터 유입되는 공기를 미세 분쇄하여 가압수의 내부로 배출시키는 역할을 하는 것이다.
즉, 가압수탱크(410)에 수용되는 가압수에 외부 공기를 주입시킴으로써 가압수에 이온 상태로 용해되어 있는 기타 불순물들이 다시 기화되도록 함으로써 2차로 탈기시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 가압수탱크(410)에는 수위검지센서가 연결 설치될 수 있는데, 상기 수위검지센서는 가압수탱크(410) 내부에 수용된 가압수의 양을 검지함으로써 가압수탱크(410)의 내부로 유입되는 가압수의 양 또는 가압수탱크(410)의 외부로 배출되는 가압수의 양을 조절할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
다음, 상기 탈기가스 제거부(500)는 흡수가스 제거부(400)에 연결 설치되어 흡수가스 제거부(400)에서 탈기된 기타 불순물들을 제거하는 역할을 하는 것으로, 소각장치(510) 및 제2송풍기(520)를 포함하여 구성된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 소각장치(510)는 흡수가스 제거부(400)의 가압수탱크(410)에 연결 설치되어 가압수로부터 탈기된 기타 불순물들을 소각 연소시키는 역할을 하는 것이고, 상기 제2송풍기(520)는 흡수가스 제거부(400)와 소각장치(510)의 사이에 연결 설치되어 가압수로부터 탈기된 기타 불순물들을 가압수탱크(410)로부터 소각장치(510)로 공급하는 역할을 하는 것이다.
한편, 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 바이오메탄 정제 시스템(10)은 제어부(600)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 제어부(600)는 압축 바이오가스 공급부(100), 가압수 공급부(200), 바이오가스 및 가압수 혼합부(300) 및 흡수가스 제거부(400)의 구동을 자동으로 제어할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 제어부(600)는 제1 및 제2압력검지센서(122,336a) 및 가압수 압력검지센서(232)로부터의 신호를 수신하여 압력조절탱크(110) 내부의 바이오가스 압력을 조절하거나 메탄배출구(336)를 통해 배출되는 메탄가스의 압력을 조절할 수 있고, 팽창탱크(230)에 연결 설치되어 가압수 공급관(220)을 통해 공급되는 가압수의 압력을 조절할 수 있으며, 흡수가스 제거부(400)의 수위검지센서로부터의 신호를 수신하여 가압수탱크(410) 내부의 가압수 양을 조절할 수 있는 등 본 발명에 따른 바이오메탄 정제 시스템(10)의 전반적인 구동을 제어할 수 있도록 구성된 것이다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 바이오메탄 정제 시스템(10)에 의하면, 별도의 촉매를 사용하지 않고서도 고농도의 바이오메탄을 정제할 수 있도록 함과 동시에 바이오메탄 정제 과정에서 분리된 가스에 의한 2차 오염의 발생을 최소화시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 압축 바이오가스 및 가압수의 공급으로부터 메탄가스의 포집 및 기타 불순물의 소각 연소에까지 이르는 순차적인 과정들이 연속적으로 이루어질 수 있도록 함으로써 고순도의 바이오메탄 가스를 신속하고 정확하게 정제할 수 있도록 하는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 바이오메탄 정제 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 촉매를 사용하지 않고서도 고농도의 바이오메탄을 정제할 수 있도록 함과 동시에 바이오메탄 정제 과정에서 분리된 가스에 의한 2차 오염의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 바이오메탄 정제 시스템에 관한 것이다.
10 : 바이오메탄 정제 시스템 100 : 압축 바이오가스 공급부
110 : 압력조절탱크 112 : 제1밸브
120 : 압축 바이오가스 공급관 122 : 제1압력검지센서
124 : 제1안전밸브 126 : 제1제어밸브
200 : 가압수 공급부 210 : 가압수 공급장치
220 : 가압수 공급관 230 : 팽창탱크
232 : 가압수 압력검지센서 300 : 바이오가스 및 가압수 혼합부
310 : 이젝터 320 : 혼합장치
330 : 메탄분리장치 331 : 제1레벨 스위치
332 : 흡수탱크 332a : 제2밸브
333 : 제2레벨 스위치 334 : 가압수 배출구
334a : 제2제어밸브 335 : 격벽
336 : 메탄배출구 336a : 제2압력검지센서
336b : 제2안전밸브 336c : 제3제어밸브
400 : 흡수가스 제거부 410 : 가압수탱크
412 : 제3밸브 420 : 분사노즐
430 : 제1송풍기 440 : 스트리퍼
500 : 탈기가스 제거부 510 : 소각장치
520 : 제2송풍기 600 : 제어부

Claims (14)

  1. 바이오메탄 정제 시스템에 있어서,
    메탄이 함유된 바이오가스를 압축하여 공급하는 압축 바이오가스 공급부와;
    상기 바이오가스와 혼합될 고압의 가압수를 공급하는 가압수 공급부와;
    상기 압축 바이오가스 공급부와 가압수 공급부의 사이에 연결 설치되어 바이오가스와 가압수를 혼합시켜 바이오가스로부터 메탄가스와 기타 불순물들을 분리해내는 바이오가스 및 가압수 혼합부와;
    상기 바이오가스 및 가압수 혼합부에서 분리된 불순물들을 탈기하는 흡수가스 제거부 및
    상기 흡수가스 제거부에서 탈기된 불순물들을 가열하여 제거하는 탈기가스 제거부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 바이오가스 공급부는 바이오가스를 압축하여 저장하는 압력조절탱크와, 상기 압력조절탱크에 연결 설치되는 압축 바이오가스 공급관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 압축 바이오가스 공급관에는 바이오가스 압력을 측정하는 제1압력검지센서와, 바이오가스가 설정된 안전압력을 초과하지 못하도록 제어하는 제1안전밸브 및 바이오가스의 흐름을 제어하는 제1제어밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가압수 공급부는 가압수를 생성하여 공급하는 가압수 공급장치와, 상기 가압수 공급장치에 연결 설치되는 가압수 공급관 및 상기 가압수 공급관에 연결 설치되어 가압수의 압력을 조절하는 팽창탱크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 팽창탱크에는 팽창탱크 내부의 가압수 압력을 측정하는 가압수 압력검지센서가 구비된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오가스 및 가압수 혼합부는 압축 바이오가스 공급부와 가압수 공급부의 사이에 연결 설치되는 이젝터와, 상기 이젝터에 연결 설치되어 압축 바이오가스와 가압수를 혼합시키는 혼합장치 및 상기 혼합장치에 연결 설치되어 가압수에 의해 메탄을 제외한 불순물들을 용해시켜 메탄가스와 불순물들을 분리하는 메탄분리장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 메탄분리장치의 내부에는 다수 개의 격벽이 지그재그 형상으로 설치된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 메탄분리장치는, 혼합장치에서 혼합된 바이오가스와 가압수가 유입되는 흡수탱크와, 상기 흡수탱크의 상부 일측에 형성되어 바이오가스의 불순물들이 용해된 가압수를 배출시키는 가압수 배출구 및 상기 흡수탱크의 상단부에 형성되어 가압수에 의해 걸러진 바이오가스의 메탄가스 성분을 배출시키는 메탄배출구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 메탄분리장치는 흡수탱크 내부에서의 가압수가 상사점 및 하사점에 위치한 것을 확인할 수 있도록 하는 제1 및 제2레벨 스위치가 설치된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 메탄배출구에는 흡수탱크로부터 배출되는 메탄가스의 압력을 측정하는 제2압력검지센서와, 배출되는 메탄가스가 설정된 안전압력을 초과하지 못하도록 제어하는 제2안전밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 흡수가스 제거부는 바이오가스 및 가압수 혼합부로부터 배출되는 가압수가 유입되는 가압수탱크와, 상기 가압수탱크의 내측으로 가압수를 분사하는 다수의 분사노즐과, 상기 가압수탱크의 내측으로 공기를 불어넣는 제1송풍기 및 상기 제1송풍기에 연결 설치되어 가압수탱크에 저장된 가압수로 공기를 공급하는 다수의 스트리퍼를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 흡수가스 제거부는 가압수탱크 내부에 수용된 가압수의 양을 검지하는 수위검지센서를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 탈기가스 제거부는 흡수가스 제거부에서 탈기된 불순물들을 소각 연소시키는 소각장치와, 상기 흡수가스 제거부와 소각장치의 사이에 연결 설치되어 탈기된 불순물들을 소각장치로 공급하는 제2송풍기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 바이오가스 공급부, 가압수 공급부, 바이오가스 및 가압수 혼합부 및 흡수가스 제거부의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오메탄 정제 시스템.



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