KR20170079733A - An Apparatus for Removing Humidity in Biogas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오가스의 수분 제거 장치에 관한 것이고, 구체적으로 멤브레인 필터에 의하여 바이오가스 수분을 제거하는 바이오가스의 수분 제거 장치에 관한 것이다. 바이오가스의 수분 제거 장치는 외부로부터 공급되는 바이오가스의 공급 양을 조절하는 공급 유닛(12); 공급 유닛(12)과 연결되어 상기 바이오가스로부터 미세 입자 및 수분을 제거하는 1차 필터 유닛(13); 1차 필터 유닛(13)으로부터 이송된 상기 바이오가스에 함유된 수분을 응축시키는 응축 유닛(14); 및 응축 유닛(14)으로부터 이송된 바이오가스에 포함된 잔여 수분 및 미세 입자를 제거하는 2차 필터 유닛(15)을 포함하고, 상기 1차 필터 유닛(13)은 자갈 필터를 포함하고, 2차 필터 유닛(15)은 PTFE 코팅 멤브레인 필터가 된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for removing moisture from a biogas, and more particularly to a device for removing moisture from a biogas by a membrane filter. The apparatus for removing moisture of biogas includes a supply unit (12) for regulating the supply amount of biogas supplied from the outside; A primary filter unit (13) connected to the supply unit (12) to remove fine particles and moisture from the biogas; A condensing unit (14) for condensing water contained in the biogas transferred from the primary filter unit (13); And a secondary filter unit (15) for removing residual water and fine particles contained in the biogas transferred from the condensing unit (14), wherein the primary filter unit (13) comprises a gravel filter, The filter unit 15 becomes a PTFE coated membrane filter.
Description
본 발명은 바이오가스의 수분 제거 장치에 관한 것이고, 구체적으로 멤브레인 필터에 의하여 바이오가스 수분을 제거하는 바이오가스의 수분 제거 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for removing moisture from a biogas, and more particularly to a device for removing moisture from a biogas by a membrane filter.
하수슬러지, 가축 분뇨 또는 음식물 폐기물과 같은 혐기성 소재의 소화 과정에서 발생하는 바이오가스는 메탄 또는 이산화탄소를 주성분으로 수분을 포함하고, 추가로 미량의 황화수소 또는 실록산과 같은 기체를 포함할 수 있다. 바이오가스가 보일러 연료 또는 발전용 연료와 같은 산업용 연료로 사용되기 위하여 바이오가스에 포함된 수분, 황화수소 또는 실록산과 같은 유해 성분이 제거될 필요가 있고, 예를 들어 가스 엔진 발전기의 제조사는 바이오가스에 대한 연료 조건을 규정하고 있다. 바이오가스의 용도에 따른 정해진 연료 조건은 바이오가스에 포함된 위와 같은 기체의 양에 의하여 결정될 수 있다. 이로 인하여 바이오가스 정제 설비 및 운영은 발전기의 내구성 유지 및 바이오가스의 경제성 향상을 위한 주요한 인자가 되고, 바이오가스로부터 수분 또는 기체 성분을 제거하기 위한 다양한 기술이 이 분야에 공지되어 있다.The biogas generated in the digestion process of anaerobic material such as sewage sludge, livestock manure or food wastes may contain water as a main component of methane or carbon dioxide and may further contain gas such as hydrogen sulfide or siloxane. In order for biogas to be used as an industrial fuel such as boiler fuel or power generation fuels, harmful components such as moisture, hydrogen sulfide, or siloxane contained in the biogas need to be removed. For example, And specifies the fuel conditions. The predetermined fuel condition according to the use of the biogas can be determined by the amount of the gas contained in the biogas. As a result, the biogas refining facility and operation become a major factor for maintaining the durability of the generator and improving the economical efficiency of the biogas, and various techniques for removing moisture or gas components from the biogas are known in the art.
특허공개번호 제10-2012-0107264호는 수집된 바이오 가스를 수용하여 일시적으로 저장하는 드럼으로 상기 드럼 내에서 포화되어 응축된 수분을 제거하는 녹아웃 드럼; 상기 녹아웃 드럼을 통해 수분이 제거된 바이오 가스를 통과시켜 불순물을 제거하는 제1 필터; 상기 제1 필터를 통과한 바이오 가스를 발전에 적합한 압력으로 압축시켜 송출하는 부스터; 상기 부스터에 의해 압축된 바이오 가스를 냉각시켜 상기 바이오 가스를 발전에 적합한 온도를 갖는 바이오 가스로 냉각시키고 상기 바이오 가스에 포함된 수분을 응축시켜 응축수로 변환시키는 냉각기; 상기 냉각기를 통해 냉각된 바이오 가스 및 변환된 응축수를 함께 회전시켜 상기 바이오 가스와 상기 응축수를 원심력에 의해 분리시키는 동시에 상기 바이오 가스에 존재하는 수용성 불순물을 제거하는 분리기; 상기 분리기에 의해 분리된 바이오 가스를 통과시켜 불순물을 제거하는 제2 필터; 및 상기 분리기에서 분리된 바이오 가스의 상태를 측정하여 발전에 적합한 상태가 아니라고 판단될 경우 상기 바이오 가스를 상기 부스터로 다시 송출시키는 피드백 유닛을 포함하는 바이오 가스 전처리 장치에 대하여 개시한다.Patent Publication No. < RTI ID = 0.0 > 10-2012-0107264 < / RTI > discloses a knockout drum for receiving and temporarily storing collected biogas and removing saturated water condensed in the drum to remove condensed water. A first filter for passing moisture removed biogas through the knock-out drum to remove impurities; A booster for compressing the biogas having passed through the first filter to a pressure suitable for power generation and sending the biogas; A cooler for cooling the biogas compressed by the booster to cool the biogas with a biogas having a temperature suitable for power generation, and condensing moisture contained in the biogas to convert it into condensed water; A separator for separating the biogas and the condensed water by centrifugal force and for removing water-soluble impurities present in the biogas by rotating together the biogas cooled and the converted condensed water through the cooler; A second filter for passing the biogas separated by the separator to remove impurities; And a feedback unit for measuring the state of the biogas separated from the separator and sending out the biogas to the booster when it is determined that the state is not suitable for the power generation.
특허등록번호 제10-0985912호는 흡착제를 내부에 충전하고 있는 한 쌍의 흡착 탑을 포함하고, 바이오가스를 어느 하나의 흡착 탑으로 공급하여 바이오가스 중의 수분을 흡착제를 통해 흡착하는 수분 흡착 유닛; 및 어느 하나의 흡착 탑으로부터 배출되는 건조 바이오가스의 일부를 가온하는 가온 부분을 포함하고, 상기 가온 부분을 통해 가온된 바이오가스를 다른 하나의 흡착 탑으로 공급하여 흡착제에 흡착되어 있는 수분을 제거하는 흡착제 재생 유닛을 포함하는 바이오가스 수분 제거 장치에 대하여 개시한다.Patent Registration No. 10-0985912 discloses a biosensor comprising: a water adsorption unit including a pair of adsorption columns packed with an adsorbent, for supplying biogas to one adsorption column to adsorb moisture in the biogas through an adsorbent; And a warming part for warming a part of the dry biogas discharged from any one of the adsorption columns, and supplying the heated biogas to the other adsorption column through the warmed part to remove moisture adsorbed on the adsorbent A biogas moisture removal device including an adsorbent regeneration unit is disclosed.
특허등록번호 제10-1493731호는 이송 라인에 설치되고, 바이오가스가 통과하도록 하는 본체; 본체에 바이오가스가 다수로 나누어져서 각각 통과하도록 통과 홀이 나란하게 다수로 분포하도록 형성되는 다분할 통과부; 및 다분할 통과부의 주위에 마련되고, 상기 바이오가스와 열교환을 위한 냉각수를 통과하는 냉각부를 포함하는 바이오가스의 급속 수분 제거 장치에 대하여 개시한다.Patent Registration No. 10-1493731 discloses a biosensor comprising: a body installed in a transfer line for allowing biogas to pass therethrough; A multi-division passage portion formed in the main body such that a plurality of biogas are divided into a plurality of pass holes so as to pass therethrough; And a cooling portion provided around the multi-division passing portion and passing through the cooling water for heat exchange with the biogas.
상기 선행기술에서 개시된 수분 제거 장치는 장치 구조가 복잡하면서 수분이 완전하게 제거되도록 하는 것이 어렵다. 바이오가스에 포함된 수분 또는 유해 기체 성분의 제거를 위하여 적절한 필터 구조의 선택 및 온도 또는 기체 흐름이 제어되는 구조를 가지는 것이 유리하다. 예를 들어 필터의 기공을 적절하게 조절하는 것에 의하여 수분이 제거될 수 있는 것이 유리하다. 그러나 상기 선행기술은 이와 같이 수분 제거가 가능하도록 하는 필터 구조에 대하여 개시하지 않는다.The moisture removal device disclosed in the prior art is complicated in structure of the apparatus and difficult to completely remove moisture. It is advantageous to have a structure in which the selection of an appropriate filter structure and temperature or gas flow are controlled for the removal of moisture or harmful gas components contained in the biogas. For example, it is advantageous that the water can be removed by adjusting the pore of the filter appropriately. However, the prior art does not disclose a filter structure that allows moisture removal in this manner.
본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art and has the following purpose.
본 발명의 목적은 멤브레인 필터에 의하여 수분이 제거되는 것에 의하여 바이오가스에 포함된 수분이 사용 조건에 적합한 수준으로 제거될 수 있도록 하는 바이오가스의 수분 제거 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an apparatus for removing moisture of a biogas that allows moisture contained in the biogas to be removed to a level suitable for the use conditions by removing water by a membrane filter.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 바이오가스의 수분 제거 장치는 외부로부터 공급되는 바이오가스의 공급 양을 조절하는 공급 유닛; 공급 유닛과 연결되어 상기 바이오가스로부터 미세 입자 및 수분을 제거하는 1차 필터 유닛; 1차 필터 유닛으로부터 이송된 상기 바이오가스에 함유된 수분을 응축시키는 응축 유닛; 및 응축 유닛으로부터 이송된 바이오가스에 포함된 잔여 수분 및 미세 입자를 제거하는 2차 필터 유닛을 포함하고, 상기 1차 필터 유닛은 자갈 필터를 포함하고, 2차 필터 유닛은 PTFE 코팅 멤브레인 필터가 된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the apparatus for removing moisture of biogas comprises a supply unit for regulating the supply amount of biogas supplied from the outside; A primary filter unit connected to the supply unit for removing fine particles and moisture from the biogas; A condensing unit for condensing moisture contained in the biogas transferred from the primary filter unit; And a secondary filter unit for removing residual moisture and fine particles contained in the biogas transferred from the condensing unit, wherein the primary filter unit comprises a gravel filter and the secondary filter unit is a PTFE coated membrane filter .
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 응축 유닛은 열 응축 교환기 및 열 응축 교환기와 연결된 냉각기로 이루어진다.According to another preferred embodiment of the present invention, the condensing unit comprises a heat condensing exchanger and a condenser connected to the heat condensing exchanger.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 1차 필터 유닛 또는 2차 필터 유닛의 세척을 위하여 상기 바이오가스의 응축 성분이 배출되는 배출 튜브와 연결된 세척 유닛을 더 포함한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the washing apparatus further comprises a washing unit connected to a discharge tube through which the condensation component of the biogas is discharged for washing the primary filter unit or the secondary filter unit.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 응축 유닛과 2차 필터 유닛 사이에 2 탐지 유닛이 설치되고, 상기 2 탐지 유닛에서 탐지된 정보가 제어 유닛으로 전송되어 응축 유닛의 온도가 조절된다.According to another preferred embodiment of the present invention, two detection units are provided between the condensation unit and the secondary filter unit, and the information detected by the two detection units is transmitted to the control unit to adjust the temperature of the condensation unit.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 PTFE 코팅 멤브레인 필터는 유리 섬유에 PTEF가 적어도 하나의 면에 코팅된 멤브레인 필터가 되고, 상기 PTFE의 기공(pore)의 평균 직경은 10 내지 60 ㎛가 되고, 열팽창 계수는 100 내지 200 ℃의 온도에서 10×10-3/K 내지 10×10-6/K가 된다.According to another preferred embodiment of the present invention, the PTFE coated membrane filter is a membrane filter in which glass fibers are coated with PTFE on at least one surface, and the pores of the PTFE have an average diameter of 10 to 60 μm And the thermal expansion coefficient is 10 × 10 -3 / K to 10 × 10 -6 / K at a temperature of 100 to 200 ° C.
본 발명에 따른 수분 제거 장치는 간단한 구조로 인하여 설치가 용이하면서 멤브레인 필터를 적용하는 것에 의하여 수분 제거 효율이 높아지도록 한다. 또한 멤브레인 필터의 기공을 적절하게 선택하는 것에 의하여 사용 용도에 적합한 조건을 가지는 바이오가스의 생성이 가능하도록 한다. 또한 멤브레인 필터 사이의 압력을 탐지하여 바이오 가스의 흐름을 조절하는 것에 의하여 수분을 비롯한 유해 가스의 제거 효율이 높아지도록 한다. 추가로 본 발명에 따른 수분 제거 장치는 필터 또는 냉각 유닛을 적절하게 설계하는 것에 의하여 다양한 종류 또는 용도의 바이오가스의 처리가 가능하도록 한다.The water removal device according to the present invention has a simple structure, and the water removal efficiency is improved by applying a membrane filter while being easy to install. By appropriately selecting the pores of the membrane filter, it is possible to produce biogas having a condition suitable for use. Also, by detecting the pressure between the membrane filters, the flow of the biogas is regulated to increase the removal efficiency of the harmful gas including moisture. In addition, the water removal device according to the present invention makes it possible to treat biogas of various kinds or uses by appropriately designing a filter or a cooling unit.
도 1은 본 발명에 따른 수분 제거 장치의 전체 구조의 실시 예를 블록 구조로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 수분 제거 장치의 구체적인 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 수분 제거 장치에서 수분이 제거되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of an overall structure of a water removal device according to the present invention.
Fig. 2 shows a specific embodiment of the moisture removal device according to the present invention.
FIG. 3 shows an embodiment of the process of removing moisture in the moisture removal apparatus according to the present invention.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto. In the following description, components having the same reference numerals in different drawings have similar functions, so that they will not be described repeatedly unless necessary for an understanding of the invention, and the known components will be briefly described or omitted. However, It should not be understood as being excluded from the embodiment of Fig.
도 1은 본 발명에 따른 수분 제거 장치의 전체 구조의 실시 예를 블록 구조로 도시한 것이다.Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of an overall structure of a water removal device according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 바이오가스의 수분 제거 장치는 외부로부터 공급되는 바이오가스의 공급 양을 조절하는 공급 유닛(12); 공급 유닛(12)과 연결되어 상기 바이오가스로부터 미세 입자 및 수분을 제거하는 1차 필터 유닛(13); 1차 필터 유닛(13)으로부터 이송된 상기 바이오가스에 함유된 수분을 응축시키는 응축 유닛(14); 및 응축 유닛(14)으로부터 이송된 바이오가스에 포함된 잔여 수분 및 미세 입자를 제거하는 2차 필터 유닛(15)을 포함하고, 상기 1차 필터 유닛(13)은 자갈 필터를 포함하고, 2차 필터 유닛(15)은 PTFE 코팅 멤브레인 필터가 된다.1, the apparatus for removing moisture of biogas according to the present invention includes a
수분 제거 장치의 전체 작동은 제어 유닛(11)에 의하여 제어될 수 있고, 공급 유닛(12)에 의하여 공급되는 바이오가스의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어 공급 유닛(12)에 개폐 수준의 조절이 가능한 제어 밸브가 설치될 수 있고, 제어 유닛(11)에 의하여 개폐 수준이 조절될 수 있다. 공급 유닛(12)은 이송 도관에 의하여 1 필터 유닛(13)과 연결될 수 있고, 공급 유닛(12) 또는 이송 도관에 차압 센서와 같은 1 탐지 유닛(S1)이 배치될 수 있다. 그리고 차압 센서에서 측정된 압력에 따라 공급 유닛(12)에 의하여 공급되는 바이오가스의 양이 조절될 수 있다. 1 필터 유닛(13)은 예를 들어 자갈 필터 또는 PTFE(polytetrafluroethylene) 코팅 멤브레인 필터를 포함할 수 있다. 자갈 필터는 예를 들어 직경이 1 내지 20 ㎜가 되는 자갈로 이루어질 수 있고, 0.1 내지 100 ㎜의 두께를 가지는 층으로 이루어질 수 있다. 필요에 따라 자갈 필터는 다수 층으로 이루어질 수 있고, 모래 필터 층을 포함할 수 있다. 구체적으로 자갈 필터는 자갈 필터의 아래쪽으로부터 위쪽으로 바이오가스가 통과되도록 할 수 있고, 아래쪽으로부터 위쪽으로 평균 입자가 작아지도록 필터 층을 형성할 수 있다. 그리고 가장 위쪽에 0.1 내지 10 ㎜의 평균 두께를 가지는 모래 필터 층이 배치될 수 있다.The overall operation of the moisture removal device can be controlled by the
자갈 필터는 수분 흡착 능력이 크거나 내부에 기공이 형성된 현무암, 사암, 규암, 화강암, 맥반석 또는 제올라이트와 같은 성분이 될 수 있다. 그리고 자갈 필터에 의하여 예를 들면 바이오가스에 포함된 먼지 또는 분진과 같은 이물질과 액적 형태의 수분이 제거될 수 있다. 1차 필터 유닛(13)은 예를 들어 붕규산 유리섬유에 PTFE가 코팅된 PTFE 멤브레인 필터를 포함할 수 있다. PTFE 멤브레인 필터에 의하여 0.3 ㎛ 이상의 이물질과 수분이 제거될 수 있다. 이와 같이 1차 필터 유닛(13)에 의하여 먼지, 분진, 액적 또는 일정 크기 이상의 수분이 제거된 바이오가스는 이송 도관을 통하여 응축 유닛(14)으로 이송될 수 있다. 그리고 응축 유닛(14)에서 바이오가스에 포함된 수분이 응축될 수 있다. 응축 유닛(14)은 열교환기 구조로 만들어질 수 있고, 냉각기와 연결되어 냉매를 순환시킬 수 있다. 이와 같이 응축 유닛(14)에 의하여 수분이 제거된 바이오가스는 2차 필터 유닛(15)으로 이송되어 잔여 수분이 완전히 제거될 수 있다.Gravel filters can be components such as basalt, sandstone, quartzite, granite, elvanite or zeolite, which have high water absorption capacity or pores inside. The gravel filter can remove, for example, foreign matter such as dust or dust contained in the biogas and moisture in the form of droplets. The
응축 유닛(14)과 2차 필터 유닛(15) 사이에 차압 센서 또는 온도 센서와 같은 2 탐지 유닛(S2)이 배치될 수 있다. 2 탐지 유닛(S2)에서 탐지된 정보는 제어 유닛(11)으로 전송될 수 있다. 그리고 제어 유닛(11)은 전송된 정보에 기초하여 공급 유닛(12)의 공급 양 또는 응축 유닛(14)의 온도를 조절할 수 있다.A second detection unit S2 such as a differential pressure sensor or a temperature sensor may be disposed between the
2차 필터 유닛(15)은 유리섬유에 코팅된 PTFE 코팅 유리섬유가 될 수 있고, 예를 들어 0.2 내지 1.5 ㎜의 두께를 가지는 유리 섬유 기판의 적어도 한쪽 면에 0.05 내지 1.0 ㎜의 두께로 PTFE 폼으로 코팅된 PTFE 코팅 유리섬유 필터가 될 수 있다. 그리고 0.3 ㎛ 이하의 수분이 2차 필터 유닛(15)에 의하여 제거될 수 있다. 2차 필터 유닛(15)에 의하여 수분이 완전하게 제거된 바이오가스는 배출 유닛(16)을 통하여 배출될 수 있다. 필요에 따라 배출 유닛(16)에 온도 및 습도를 측정하는 3 탐지 유닛(S3)이 배치되어 배출되는 바이오가스이 온도 및 습도가 측정되어 제어 유닛(11)으로 전송될 수 있다.The
바이오가스로부터 수분 또는 이물질의 제거 과정에서 생성되는 액체 성분은 배수 튜브(T1, T2, T3)를 통하여 외부로 배출될 수 있고, 배수 튜브(T1, T2, T3)는 예를 들어 1차 필터 유닛(13), 응축 유닛(14) 및 2차 필터 유닛(15)에 배치될 수 있다. 그리고 1차 필터 유닛(13) 또는 2차 필터 유닛(15)이 일정 기간 동안 사용된 이후 포집된 이물질의 제거를 위하여 세척될 필요가 있다. 세척을 위한 세척 유닛(17)이 설치될 수 있고, 세척 유닛(17)은 펌프 및 스프레이로 이루어질 수 있다. 세척 유닛(17)은 배수 튜브(T1, T2, T3)와 연결될 수 있고, 예를 들어 응축 유닛(14)과 연결된 배수 튜브(T2)와 연결될 수 있다. 배수 튜브(T2)를 통하여 배출되는 물은 펌프를 통하여 스프레이로 공급되어 1차 필터 유닛(13) 또는 2차 필터 유닛(15)의 세척에 사용될 수 있다.The liquid components generated in the process of removing moisture or foreign matter from the biogas can be discharged to the outside through the drain tubes T1, T2 and T3, and the drain tubes T1, T2 and T3 are, for example, (13), the condensing unit (14) and the secondary filter unit (15). And it is necessary to clean the
바이오가스로부터 수분이 제거되는 1차 필터 유닛(13), 2차 필터 유닛(15) 또는 응축 유닛(14)의 온도 및 투과 압력이 적절하게 조절될 필요가 있다. 1차 필터 유닛(13) 또는 2차 필터 유닛(15)의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 수단이 배치될 수 있고, 응축 유닛(14)의 온도는 냉각기에 의하여 순환되는 냉매의 온도에 의하여 조절될 수 있다. 다양한 온도 조절 수단이 본 발명에 따른 수분 제거 장치에 배치될 수 있다.The temperature and permeation pressure of the
도 2는 본 발명에 따른 수분 제거 장치의 구체적인 실시 예를 도시한 것이다.Fig. 2 shows a specific embodiment of the moisture removal device according to the present invention.
도 2를 참조하면, 1차 필터 유닛은 자갈 필터(231) 및 1차 멤브레인 필터(232)로 이루어질 수 있고, 자갈 필터(231)는 위에서 설명된 것과 동일 또는 유사한 구조로 만들어질 수 있다. 그리고 1차 멤브레인 필터(232)는 PTFE 코팅 유리 섬유 필터가 될 수 있고, 필요에 따라 선택적으로 설치될 수 있다. 예를 들어 바이오가스에 많은 이물질이 포함되어 있는 경우 1차 멤브레인 필터(232)가 배치될 수 있다. 수분이 함유된 바이오가스는 공급 도관을 통하여 공급될 수 있고, 자갈 필터(231) 사이에 그리고 1차 멤브레인 필터(232)가 설치되는 경우 1차 멤브레인 필터(232) 사이에 각각 1 차압 센서(S11) 및 2 차압 센서(S12)가 배치될 수 있다. 또한 자갈 필터(231) 및 1차 멤브레인 필터(232)에서 응축된 수분은 1차 배수 도관(T1) 및 2차 배수 도관(T2)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 위에서 설명된 것처럼, 1, 2 차압 센서(S11, S12)에서 측정된 압력 정보는 제어 유닛으로 전송될 수 있다. 제어 유닛은 전송된 탐지 정보에 기초하여 바이오가스의 공급 속도를 조절할 수 있다. 또한 2 차압 센서(S12)에서 측정된 값에 기초하여 1차 멤브레인 필터(232)의 세척 시기가 결정될 수 있고, 3 차압 센서(S13)에서 측정된 값에 기초하여 2차 멤브레인 필터(25)의 세척 시기가 결정될 수 있다. 자갈 필터(231) 또는 1차 멤브레인 필터(232)를 통과하면서 예를 들어 먼지, 분진, 액적 또는 0.3 ㎛ 이상의 직경을 가지는 수분이 제거된 바이오가스는 응축 유닛에 해당하는 열 응축 교환기(24)로 이송될 수 있다. 열 응축 교환기(24)에 의하여 바이오가스에 포함된 수분이 응축이 되어 액체 상태로 만들어질 수 있다. 열 응축 교환기(24)는 냉각기(241)와 연결될 수 있고, 열 응축 교환기(24)와 냉각기(241)는 순환 도관(CT)에 의하여 연결될 수 있다. 순환 도관(CT)을 흐르는 물, 알코올 또는 적절한 액체 또는 기체 냉매에 의하여 바이오가스에 포함된 수분이 응축될 수 있고, 3 이송 도관(P3)을 통하여 바이오가스가 2차 멤브레인 필터(25)를 통과하면서 제거되어 3차 배수 도관(T3)을 통하여 배출될 수 있다. 그리고 수분이 완전하게 제거된 바이오가스가 4 이송 도관(P4)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 서로 다른 처리 유닛을 연결하는 각각의 1, 2, 3 또는 4 이송 도관(P1, P2, P3, P4)은 동일 또는 유사한 구조로 만들어질 수 있다. 세척 유닛(27)을 통하여 시수와 같은 세척을 위한 물이 공급되어 1차 멤브레인 필터(232) 또는 2차 멤브레인 필터(25)가 세척될 수 있다. 세척 유닛(27)은 제어 유닛(11)에 의하여 작동이 제어되는 전자 밸브(271)를 포함할 수 있다.2, the primary filter unit may be composed of a
열 응축 교환기(24)와 2차 멤브레인 필터(25) 사이에 온도 센서(S21)가 배치되어 열 응축 교환기(24)로부터 이송되는 바이오가스의 온도가 측정될 수 있다. 그리고 측정된 온도에 따라 냉각기(241)의 작동 조건이 결정될 수 있다. 또한 4 이송 도관(P4)에 온도 및 습도의 측정이 가능한 3 탐지 유닛(S3)이 설치되어 배출되는 바이오가스의 온도 및 습도가 측정되어 제어 유닛(11)으로 전송될 수 있다. 그리고 전송된 정보에 따라 바이오가스의 공급 속도가 조절될 수 있다. 응축된 수분의 배출, 바이오가스의 이송 또는 배출 또는 시수 공급을 위하여 적어도 하나의 펌프 유닛(28)이 설치될 수 있다.A temperature sensor S21 is disposed between the
위에서 설명된 것처럼, 1차 멤브레인 필터(232) 또는 2차 멤브레인 필터(25)는 PTFE 코팅 유리 섬유 필터가 될 수 있고, 유리 섬유는 예를 들어 붕규산유리(borosilicate)와 같은 것이 될 수 있다. PTFE 코팅 유리 섬유의 제조를 위하여 예를 들어 0.2 내지 1.5 ㎜의 두께를 가지는 유리 섬유 기판의 적어도 한쪽 면에 0.05 내지 1.0 ㎜의 두께로 PTFE 폼으로 코팅이 될 수 있다. 폼 형태의 PTFE에 의하여 유리 섬유 기판이 코팅이 되는 것에 의하여 PTFE가 유리 섬유 사이로 스며드는 것이 방지될 수 있다. 다만 PTFE는 다양한 형태로 유리 섬유 기판에 코팅이 될 수 있고 반드시 PTFE 폼 형태로 유리 섬유의 적어도 한쪽 면에 코팅이 되어야 하는 것은 아니다. PTFE 폼의 평균 기공의 크기는 두께 또는 제조 과정에서 조절될 수 있고, 예를 들어 PTFE의 기공(pore)의 평균 직경은 10 내지 60 ㎛가 되고, 열팽창 계수는 100 내지 200 ℃의 온도에서 10×10-3/K 내지 10×10-6/K가 될 수 있다. PTFE 코팅 유리 섬유 필터의 특성은 다양한 방법으로 결정될 수 있고, 1차 멤브레인 필터(232)와 2차 멤브레인 필터(25)는 서로 다른 기공 크기 또는 두께를 가지도록 만들어질 수 있다. PTFE 코팅 유리 섬유는 예를 들어 필터 양쪽에서 압력 감소가 1.0 내지 6.0 ㎜H2O/㎝/sec가 될 수 있다. 또는 필터 투과도는 4.0 내지 7.0 ㎤/㎠/sce가 되도록 설정될 수 있다. 기공의 크기 또는 투과도가 제시된 값에 비하여 작은 경우 제거 효율이 감소되면서 바이오가스의 흐름에 장애가 발생될 수 있고, 제시된 값에 비하여 큰 경우 수분이 충분히 제거되지 못할 수 있다. 1차 멤브레인 필터(232)와 2차 멤브레인 필터(25)는 서로 다른 물리적 특성을 가질 수 있고, 1차 멤브레인 필터(232) 또는 2차 멤브레인 필터(25)에 온도 조절 유닛이 설치될 수 있다. 또한 각각의 멤브레인 필터(232, 25)는 다층 필터가 될 수 있고, 예를 들어 서로 다른 두께 또는 기공 크기를 가지는 다층 필터가 될 수 있다.As described above, the
멤브레인 필터(232, 25)는 다양한 구조로 만들어질 수 있고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.The membrane filters 232 and 25 can be made in various structures, and the present invention is not limited to the embodiments shown.
아래에서 이와 같은 멤브레인 필터(232, 25)를 가진 본 발명에 따른 수분 제거 장치의 작동 과정에 대하여 설명된다.The operation of the water removal apparatus according to the present invention having
도 3은 본 발명에 따른 수분 제거 장치에서 수분이 제거되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다. FIG. 3 shows an embodiment of the process of removing moisture in the moisture removal apparatus according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 수분 제거 방법은 바이오가스를 유입시키는 단계(P31); 유입된 바이오가스로부터 먼지 또는 분진과 같은 1차 이물질이 제거되는 단계(P32); 1차 이물질이 제거된 바이오가스가 열 교환 방식으로 수분이 응축이 되는 단계(P33); 응축이 된 수분이 포집이 되는 2차 이물질 제거 단계(P34); 1차 이물질 제거 과정 또는 2차 이물질 제거 과정에서 압력 변화가 탐지되는 단계(P35); 탐지된 압력에 기초하여 제어 유닛에 의하여 바이오가스의 이송 속도가 산출되고, 서로 다른 두 지점 사이의 압력 감소가 미리 결정된 범위에 있는지 여부가 판단되는 단계(P36); 및 압력 감소의 판단에 따라 필터가 세척되거나 공급 압력이 조절되는 단계(P37)를 포함하고, 1차 이물질 제거 과정 또는 2차 이물질 제거 과정에서 PTFE 코팅 유리 섬유가 사용될 수 있다.Referring to FIG. 3, the method for removing water according to the present invention includes the steps of (P31) introducing biogas; A step P32 of removing a primary foreign matter such as dust or dust from the introduced biogas; A step in which the biogas from which the first foreign matter is removed is condensed by heat in a heat exchange manner (P33); A second foreign matter removing step (P34) in which condensed moisture is collected; A step (P35) in which a pressure change is detected in the first foreign substance removing process or the second foreign substance removing process; Determining whether the biogas feed rate is calculated by the control unit based on the detected pressure and whether the pressure decrease between two different points is within a predetermined range; And a step (P37) in which the filter is cleaned or the supply pressure is adjusted according to the determination of the pressure reduction, and the PTFE-coated glass fiber can be used in the primary foreign matter removal process or the secondary foreign matter removal process.
이물질은 먼지, 분진, 수분 또는 다른 가스 성분이 될 수 있고, 1차 이물질 제거 또는 2차 이물질 제거를 위하여 PTFE 코팅 유리 섬유 필터가 사용될 수 있다. 각각의 이물질 제거 과정에서 배출되는 수분은 적절한 배수 도관을 통하여 배출될 수 있고, 필요에 따라 여과가 되어 필터의 세척을 위한 용도로 사용될 수 있다. 필터는 바이오가스에 포함된 수분이 포집과정에서 응축이 되도록 저온 상태로 유지되는 것이 유리하다. 이를 위하여 1차 이물질 제거 또는 2차 이물질 제거를 위한 필터 주위로 냉각수가 흐르도록 하거나 저온의 기체가 흐르도록 할 수 있다.The foreign matter may be dust, dust, moisture or other gas components, and a PTFE-coated glass fiber filter may be used for primary foreign matter removal or secondary foreign matter removal. The water discharged from each foreign material removal process can be discharged through an appropriate drain pipe, filtered as needed, and used for cleaning the filter. The filter is advantageously kept at a low temperature so that water contained in the biogas is condensed during the collection process. For this purpose, it is possible to allow the cooling water to flow around the filter for removing the primary foreign matter or for the removal of the secondary foreign matter, or to allow the low temperature gas to flow.
장치 전체의 작동을 위하여 제어 유닛이 설치될 수 있고, 서로 다른 두 지점 또는 필터 유닛 사이의 압력이 탐지 유닛에 의하여 측정될 수 있다(P36). 만약 필터 사이의 압력 감소가 미리 결정된 범위 내에 있다면(NO), 주기적으로 압력이 측정되어 제어 유닛으로 전송될 수 있다. 이에 비하여 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우 필터가 세척되거나 공급 압력의 조절될 수 있다(P37).A control unit may be installed for operation of the entire apparatus, and the pressure between two different points or filter units may be measured by the detection unit (P36). If the pressure reduction between the filters is within a predetermined range (NO), the pressure can be periodically measured and transmitted to the control unit. On the other hand, if the pressure exceeds the predetermined range, the filter may be cleaned or the supply pressure may be adjusted (P37).
PTFE 코팅 유리 섬유 필터는 예를 들어 유리 섬유(fiber glass) 표면에 PTFE 멤브레인 또는 박막을 열접착을 시키거나 PTFE 폼 용액으로 유리 섬유 표면을 코팅하는 방법으로 만들어질 수 있다. PTFE 코팅 유리 섬유는 습윤성 이물질 또는 미세 이물질에 대한 집진 효율이 높고, 탈진 효과로 인하여 막힘 현상이 감소되면서 투과도가 유지되도록 한다는 이점을 가진다.The PTFE coated glass fiber filter can be made, for example, by thermally bonding a PTFE membrane or a thin film to a fiber glass surface or by coating a glass fiber surface with a PTFE foam solution. The PTFE-coated glass fiber has an advantage that the dust collecting efficiency is high with respect to the wettable foreign matter or the fine foreign matter, and the permeability is maintained while the clogging phenomenon is reduced due to the deodorizing effect.
바이오가스로부터 수분을 포함하는 이물질은 다양한 방법으로 제거될 수 있고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.Foreign matter containing moisture from the biogas can be removed in various ways, and the present invention is not limited to the embodiments shown.
본 발명에 따른 수분 제거 장치는 간단한 구조로 인하여 설치가 용이하면서 멤브레인 필터를 적용하는 것에 의하여 수분 제거 효율이 높아지도록 한다. 또한 멤브레인 필터의 기공을 적절하게 선택하는 것에 의하여 사용 용도에 적합한 조건을 가지는 바이오가스의 생성이 가능하도록 한다. 또한 멤브레인 필터의 사이의 압력을 탐지하여 바이오 가스의 흐름을 조절하는 것에 의하여 수분을 비롯한 유해 가스의 제거 효율이 높아지도록 한다. 추가로 본 발명에 따른 수분 제거 장치는 필터 또는 냉각 유닛을 적절하게 설계하는 것에 의하여 다양한 종류 또는 용도의 바이오가스의 처리가 가능하도록 한다.The water removal device according to the present invention has a simple structure, and the water removal efficiency is improved by applying a membrane filter while being easy to install. By appropriately selecting the pores of the membrane filter, it is possible to produce biogas having a condition suitable for use. Further, by detecting the pressure between the membrane filter and regulating the flow of the biogas, the removal efficiency of harmful gas including moisture is increased. In addition, the water removal device according to the present invention makes it possible to treat biogas of various kinds or uses by appropriately designing a filter or a cooling unit.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention . The invention is not limited by these variations and modifications, but is limited only by the claims appended hereto.
11: 제어 유닛 12: 공급 유닛
13: 1 필터 유닛 14: 응축 유닛
15: 2차 필터 유닛 16: 배출 유닛
17: 세척 유닛 24: 열 응축 교환기
25: 2차 멤브레인 필터 27: 세척 유닛
28: 펌프 유닛 231: 자갈 필터
232: 1차 멤브레인 필터 241: 냉각기
271: 전자 밸브 P1, P2: 1, 2 이송 도관
P3: 3 이송 도관 P4: 4 이송 도관
S1, S2, S3: 1, 2, 3 탐지 유닛 S11: 1 차압 센서
S12: 2 차압 센서 S13: 3 차압 센서
S21: 온도 센서 T1, T2, T3: 배수 튜브
T1: 1차 배수 도관 T2: 2차 배수 도관
T3: 3차 배수 도관11: control unit 12: supply unit
13: 1 filter unit 14: condensing unit
15: secondary filter unit 16: exhaust unit
17: cleaning unit 24: thermal condensing exchanger
25: Secondary membrane filter 27: Cleaning unit
28: Pump unit 231: Gravel filter
232: primary membrane filter 241: cooler
271: Solenoid valve P1, P2: 1, 2 transfer conduit
P3: 3 transfer conduit P4: 4 transfer conduit
S1, S2, S3: 1, 2, 3 Detection unit S11: Primary pressure sensor
S12: Secondary pressure sensor S13: Third pressure sensor
S21: Temperature sensors T1, T2, T3: Drain tube
T1: Primary drainage conduit T2: Secondary drainage conduit
T3: Third drainage conduit
Claims (5)
공급 유닛(12)과 연결되어 상기 바이오가스로부터 미세 입자 및 수분을 제거하는 1차 필터 유닛(13);
1차 필터 유닛(13)으로부터 이송된 상기 바이오가스에 함유된 수분을 응축시키는 응축 유닛(14); 및
응축 유닛(14)으로부터 이송된 바이오가스에 포함된 잔여 수분 및 미세 입자를 제거하는 2차 필터 유닛(15)을 포함하고,
상기 1차 필터 유닛(13)은 자갈 필터를 포함하고, 2차 필터 유닛(15)은 PTFE 코팅 멤브레인 필터가 되는 것을 특징으로 하는 바이오가스의 수분 제거 장치.A supply unit 12 for adjusting the supply amount of the biogas supplied from the outside;
A primary filter unit (13) connected to the supply unit (12) to remove fine particles and moisture from the biogas;
A condensing unit (14) for condensing water contained in the biogas transferred from the primary filter unit (13); And
And a secondary filter unit (15) for removing residual water and fine particles contained in the biogas transferred from the condensing unit (14)
Characterized in that the primary filter unit (13) comprises a gravel filter and the secondary filter unit (15) is a PTFE coated membrane filter.
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- 2015-12-31 KR KR1020150190616A patent/KR101955290B1/en active IP Right Grant
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