KR20200020093A - 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법 - Google Patents

바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200020093A
KR20200020093A KR1020180095377A KR20180095377A KR20200020093A KR 20200020093 A KR20200020093 A KR 20200020093A KR 1020180095377 A KR1020180095377 A KR 1020180095377A KR 20180095377 A KR20180095377 A KR 20180095377A KR 20200020093 A KR20200020093 A KR 20200020093A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
biogas
gas
concentration
less
water
Prior art date
Application number
KR1020180095377A
Other languages
English (en)
Inventor
이보원
정환종
주동훈
Original Assignee
주식회사 포스코건설
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코건설 filed Critical 주식회사 포스코건설
Priority to KR1020180095377A priority Critical patent/KR20200020093A/ko
Publication of KR20200020093A publication Critical patent/KR20200020093A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2866—Particular arrangements for anaerobic reactors
    • C02F3/2893—Particular arrangements for anaerobic reactors with biogas recycling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/10—Energy recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

본 발명은 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 처리하여 에너지화하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법에 관한 것으로서, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 정제 처리부와, 이 정제 처리부에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 정제처리하는 정제 처리부와 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리부를 구비함으로써, 기존 바이오가스 활용시에 문제가 된 발전기의 부식, 스케일 형성 및 발전효율 저하 등에 따른 유지관리비 상승과 바이오가스 연소시설에서의 미연소에 따른 문제점 해결할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ENERGIZATION USING BIO GAS}
본 발명은 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 처리하여 에너지화하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법에 관한 것이다.
탈원전 정책의 추진에 따라 유기성 폐기물을 대상으로 하는 바이오가스 사업이 주목 받고 있는 실정으로 음식물류폐기물, 하수슬러지 및 분뇨 등 유기성 폐기물을 대상으로 한 혐기소화시설에서 바이오가스는 LNG 대체 연료로서 그 활용 측면에서도 많은 관심이 필요한 실정이다.
2016년말 기준 국내 바이오가스화 시설 90개소에서 발생되는 연간 바이오가스량은 304,293천㎥이며, 이중 용도별 이용량을 살펴보면 발전 53,199천㎥(17.5%), 가스 외부 공급 72,205천㎥(23.7%), 자체이용 115,153천㎥(37.9%)로 나타났고, 활용하지 않는 단순 소각량은 전체 발생량의 20.1%인 63,736천㎥에 이르고 있는 실정이다.
또한, 바이오가스 조성을 살펴보면 아래의 표 1의 바이오가스의 구성요소의 평균 조성표에 나타낸 바와 같이, 메탄(CH4) 50∼75 vol.%, 이산화탄소(CO2) 25∼45vol.%로 대부분을 차지하고 있고, 바이오가스 활용에 있어서 제거해야하는 이물질로는 수분(H2O)이 2∼12 vol.%(20∼40℃)로 가장 많고, 황화수소(H2S) 20∼20,000ppm, 실록산(Siloxane) 2∼50ppm, 분진 5μm이하 이며, 이 밖에 미량의 질소(N2), 산소(O2), 수소(H2) 등이 포함되어 있다.
구성 요소 농도
메탄 (CH4) 50∼75 vol.%
이산화탄소 (CO2) 25∼45 vol.%
수분 (H2O) 2∼12 vol.% (20∼40 ℃)
황화수소 (H2S) 20∼20,000 ppm
실록산 (Siloxane) 2∼50 ppm
분진(미세먼지) < 5μm
질소 (N2) < 2 vol.%
산소 (O2) < 2 vol.%
수소 (H2) < 1 vol.%
바이오가스내 포함된 이물질 중 수분에 의한 영향으로는 수분(H2O)과 황화수소(H2S)의 반응에 의해 염화수소(HCl) 생성에 따라 설비와 배관의 부식을 일으키며, 수분에 의한 기계 오작동 유발, 배관 및 노즐의 결빙 현상이 발생한다는 문제점이 있었다.
황화수소에 의한 영향으로는 수분과 반응하여 부식성 염화수소를 생성하여 설비와 배관 부식이나 스트레스부식 등을 유발하며, 불완전 연소시 H2S의 대기 방출로 인한 악취 발생, 황화수소를 함유한 바이오가스를 연소할 경우 황화수소에 의해 황산화물(SOx)이 형성되어 대기환경 오염 뿐만 아니라 바이오가스 설비를 부식시킬 수 있다는 문제점이 있었다.
또한, 분진에 의한 영향으로는 연소 시설의 노즐 막힘 현상이 발생하며, 실록산(Siloxane)에 의한 영향으로는 바이오가스 내의 실록산은 연소과정에서 실리카로 전환되며 장비 내벽에 부착되어 설비의 수명단축, 유지보수 비용증가, 소음발생 및 발전량 감소 등을 초래하기 때문에 바이오가스의 에너지화를 위해서는 상기에서 언급한 황화수소, 수분, 분진, 실록산 등의 이물질 제거는 절대적으로 필요하다는 문제점이 있었다.
국내 운영중인 90개소의 혐기소화 시설에서 발생된 바이오가스 중 20% 이상 미활용 비율이 높은 이유 중의 하나는 바이오가스내 포함된 수분, 미세먼지, 황화수소, 실록산 등의 각종 이물질이 효과적인 분리가 되지 않아 이용 측면에서 바이오가스 활용설비의 효율 저하 및 유지관리 비용 상승 등으로 인한 경제성 저하의 이유도 큰 원인으로 작용하고 있다는 문제점이 있었다.
또한, 바이오가스를 이용한 발전의 경우 메탄 농도의 수시 변동, 바이오가스 정제 후 미량 이물질에 의한 발전기 축적, 잦은 기기 고장 및 발전 효율 저하 등으로 국내 운영중인 발전시설은 설계값 이상의 발전효율 및 발전량을 생산하는 시설이 전무하며 이에 따라 많은 양의 바이오가스가 발전에 이용되지 못하고 단순 소각처리 되고 있는 문제점이 있었다.
또힌, 바이오가스내 포함된 이물질 분리가 원활하지 않을 경우에는 미연소 현상 발생 및 보일러 등에 부식, 실록산 축적 등으로 인해 설비 내구성 저하 요인으로 작용한다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0049087호 (2015년05월08일) 대한민국 등록특허 제10-1641331호 (2016년07월29일) 대한민국 등록특허 제10-1439425호 (2014년09월12일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 바이오가스 활용시에 문제가 된 발전기의 부식, 스케일 형성 및 발전효율 저하 등에 따른 유지관리비 상승과 바이오가스 연소시설에서의 미연소에 따른 문제점 해결할 수 있는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 바이오가스내 포함된 황화수소, 수분, 미세먼지, 실록산 등의 이물질을 제거하는 동시에 바이오가스에 포함된 이물질의 정제효율을 향상시킬 수 있는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 혐기소화조 가온 및 슬러지 건조에 필요한 LNG를 완벽하게 바이오가스로 대체할 수 있는 시스템 구성을 통해 바이오가스 생산시설의 화석에너지 의존률을 최소화하여 에너지 자립형 시설을 구축할 수 있는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 혐기시설에서 발생되는 바이오가스의 20% 이상 단순 소각에 따른 시설의 경제성 저하등의 문제를 해결하고, 바이오가스 발전 시의 기기의 잦은 고장 및 발전효율 저하 등으로 인한 바이오가스의 미활용 등의 문제를 해결할 수 있는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 처리하여 에너지화하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템으로서, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 정제 처리부(100); 및 상기 정제 처리부(100)에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리부(200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 정제 처리부(100)는, FeCl3 주입설비, 수분 분리기 및 1차 가스필터를 구비한 1차 처리부; 상기 1차 처리부의 하류에 설치되며, 건식 탈황설비, 제습기, 가스이송 송풍기, 가스 가열기, 실록산 제거설비, 2차 가스필터를 구비한 2차 처리부; 및 상기 2차 처리부의 하류에 설치되며, 가스 저장조, 가스공급 송풍기, 3차 가스필터를 구비한 3차 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 1차 처리부는, FeCl3 주입설비에서 FeCl3의 농도를 25ppm으로 혐기소화조에 주입하여 바이오가스내 H2S의 농도를 500ppm 이하로 유지하고, 상기 수분 분리기에 의해 바이오가스 중에 포함된 수분을 40% 이하로 분리 제거하고, 상기 1차 가스필터에 의해 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 제거하여 바이오가스내 분진농도를 5.0㎛이하, 수분 농도를 30% 이하로 분리 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 2차 처리부는, 상기 건식 탈황설비에 의해 H2S를 제거하여 바이오가스내 H2S 농도를 10ppm 이하를 유지하고, 상기 제습기에 의해 바이오가스내 수분을 냉각 응축 제거하여 바이오가스 중에 포함된 수분을 5% 이하로 분리 제거하고, 상기 가스이송 송풍기를 통해 바이오가스의 풍속을 증가시키고, 실록산 제거설비의 최적 효율 유지를 위해 가스 가열기에 의해 바이오가스의 온도를 25℃까지 승온하고, 상기 실록산 제거설비에 의해 바이오가스내 실록산 농도를 0.05ppm 이하로 흡착 제거하고, 상기 2차 가스필터에 의해 2차 미세먼지 제거 및 4차 수분 제거를 통해 바이오가스내 분진농도를 1.0㎛ 이하, 수분 농도를 2% 이하로 분리 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 3차 처리부는, 상기 가스 저장조에 상기 2차 가스필터를 거친 바이오가스가 저장되고, 상기 가스 공급 송풍기에 의해 바이오가스를 수요처에 이송하고, 상기 바이오가스의 이송전에 3차 가스필터에 의해 바이오가스를 3차 미세먼지 및 5차 수분 제거하여 바이오가스내 분진농도를 0.5㎛ 이하, 수분 농도를 1% 이하로 분리 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 에너지화 처리부(200)는, 상기 정제 처리부(100)에 의해 이물질이 제거된 바이오가스가 공급되어 열원으로 사용되는 보일러와 열풍로 버너; 상기 보일러의 하류에 연결되어 보일러에서 생산된 스팀을 공급받아 전처리하고 가용화된 기질은 소화조로 공급하는 열가수분해설비; 상기 열풍로 버너에 공급된 바이오가스를 연소시켜 열풍을 생산하는 열풍로; 및 상기 열풍로에서 생산된 열풍에 의해 슬러지를 건조하여 건조물을 생산하는 슬러지 건조기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 에너지화 처리부(200)는, 상기 정제 처리부(100)에서 바이오가스의 미 활용시 고수분 및 분진제거설비, 탈황설비를 거친 바이오가스를 연소하는 잉여가스 연소기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 처리하여 에너지화하는 바이오가스를 이용한 에너지화 방법으로서, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 정제 처리단계; 및 상기 정제 처리단계에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 정제 처리단계는, FeCl3 주입설비에 의해 FeCl3를 혐기소화조에 주입하여 바이오가스내 H2S의 농도를 소정 이하로 유지하는 단계; 수분 분리기에 의해 바이오가스 중에 포함된 수분을 분리 제거하는 단계; 1차 가스필터에 의해 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 분리 제거하는 단계; 건식 탈황설비에 의해 H2S를 제거하여 바이오가스내 H2S 농도를 소정 이하를 유지하는 단계; 제습기에 의해 바이오가스내 수분을 냉각 응축 제거하여 바이오가스 중에 포함된 수분을 분리 제거하는 단계; 가스이송 송풍기를 통해 바이오가스의 풍속을 증가시키는 단계; 실록산 제거설비의 최적 효율 유지를 위해 가스 가열기에 의해 바이오가스의 온도를 승온하는 단계; 실록산 제거설비에 의해 바이오가스내 실록산 농도를 소정 이하로 흡착 제거하는 단계; 2차 가스필터에 의해 미세먼지 제거 및 수분 제거를 통해 바이오가스내 분진농도와 수분 농도를 소정 이하로 분리 제거하는 단계; 가스 저장조에 상기 2차 가스필터를 거친 바이오가스가 저장하는 단계; 상기 가스 저장조에 저장된 바이오가스를 가스 공급 송풍기에 의해 바이오가스를 수요처에 이송하는 단계; 및 상기 가스 공급 송풍기의 바이오가스의 이송전에 3차 가스필터에 의해 바이오가스내의 미세먼지 및 수분을 분리 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 에너지화 처리단계는, 상기 정제 처리단계에서 이물질이 제거된 바이오가스가 보일러와 열풍로 버너에 공급되어 열원으로 사용되는 단계; 상기 보일러에서 생산된 스팀을 열가수분해설비로 공급하여 전처리하고 가용화된 기질을 소화조로 공급하는 단계; 상기 열풍로 버너에 공급된 바이오가스를 열풍로에서 연소시켜 열풍을 생산하는 단계; 및 상기 열풍로에서 생산된 열풍에 의해 슬러지 건조기에서 슬러지를 건조하여 건조물을 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 정제처리하는 정제 처리부와 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리부를 구비함으로써, 기존 바이오가스 활용시에 문제가 된 발전기의 부식, 스케일 형성 및 발전효율 저하 등에 따른 유지관리비 상승과 바이오가스 연소시설에서의 미연소에 따른 문제점 해결할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 정제 처리부로서 1차 처리부와 2차 처리부와 3차 처리부를 구비함으로써, 바이오가스내 포함된 황화수소, 수분, 미세먼지, 실록산 등의 이물질을 제거하는 동시에 바이오가스에 포함된 이물질의 정제효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 에너지화 처리부로서 보일러와 열풍로 버너, 열가수분해설비, 열풍로, 슬러지 건조기를 구비함으로써, 혐기소화조 가온 및 슬러지 건조에 필요한 LNG를 완벽하게 바이오가스로 대체할 수 있는 시스템 구성을 통해 바이오가스 생산시설의 화석에너지 의존률을 최소화하여 에너지 자립형 시설을 구축할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 혐기소화조에서 생산된 바이오가스를 안정적으로 활용함으로써, 기존 혐기시설에서 발생되는 바이오가스의 20% 이상 단순 소각에 따른 시설의 경제성 저하등의 문제를 해결하고, 바이오가스 발전 시의 기기의 잦은 고장 및 발전효율 저하 등으로 인한 바이오가스의 미활용 등의 문제를 해결할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오가스를 이용한 에너지화 방법의 정제 처리단계를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오가스를 이용한 에너지화 방법의 에너지화 처리단계를 나타내는 구성도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오가스를 이용한 에너지화 방법의 정제 처리단계를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오가스를 이용한 에너지화 방법의 에너지화 처리단계를 나타내는 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템은, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 정제 처리부(100)와, 이 정제 처리부(100)에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리부(200)를 포함하여 이루어져, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 처리하여 에너지화하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템이다.
정제 처리부(100)는, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 정제 처리수단으로서, 1차 처리부(110), 2차 처리부(120) 및 3차 처리부(130)으로 이루어져 있다.
1차 처리부(110)는, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 1차적으로 제거하고 처리하는 처리수단으로서, FeCl3 주입설비(111), 수분 분리기(112) 및 1차 가스필터(113)로 이루어져 있다.
FeCl3 주입설비(111)는, 혐기소화조의 내부에 FeCl3를 주입하는 주입설비로서, 이러한 FeCl3 주입설비(111)에 의해 FeCl3의 농도를 25ppm으로 해서 혐기소화조에 주입하여 바이오가스내 H2S의 농도를 500ppm 이하로 유지하게 된다.
음식물, 분뇨, 슬러지 등의 유기성 폐기물에 의해 혐기소화조에서 발생하는 바이오가스에는 황화수소(H2S) 농도가 2,000ppm 전후로 1차로 FeCl3 주입설비(111)에서 25ppm주입을 통해 H2S 농도를 500ppm 이하로 낮추게 된다.
이때 FeCl3의 주입량이 35ppm을 초과할 경우에는 H2S 농도는 200ppm 이하로 낮아지나 소화여액을 탈수 후 건조시설에서 건조한 건조물의 황(S) 농도가 2%를 초과하여 폐기물관리법상 연료제품으로 석탄화력발전소에 활용되지 못하고 사업장폐기물로 분류되어 위탁처리 해야 하는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
수분 분리기(112)는, 바이오가스 중에 포함된 수분을 분리해서 제거하는 분리제거수단으로서, 이러한 수분 분리기(112)에 의해 바이오가스 중에 포함된 수분을 40% 이하로 분리해서 제거하게 된다.
그 이유는 혐기소화조에서 발생된 바이오가스 내에는 수분이 2∼12 vol.% 포함되어 있어 이를 적정하게 처리하지 않을 경우에는 바이오가스내 H2S와 반응하여 HCl을 생성하여 기기 및 배관의 부식 발생으로 유지관리비 증가 및 혐기소화시설 전체 가동을 중지해야 하는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
이때 수분 분리기(112)는 원통형으로 하부는 하부는 콘(cone) 구조이며, 싸이클론 형식으로 수분이 포함된 바이오가스를 수분 분리기 상부로 유입시켜 수분 분리기 내부에서 원심력에 의해 벽체와 충돌하고 충돌과정에서 온도차에 의한 응축이 일어나서 응축된 수분은 하부로 이동하고 1차 수분이 제거된 바이오가스는 1차 가스필터(103)로 이동하게 된다.
이러한 수분 분리기(112)의 하부에는 수분을 자동으로 배출할 수 있는 자동 배수밸브를 설치하며 수분 분리기 재질은 부식에 의한 영향이 없도록 STS 304 이상으로 제작하는 것이 바람직하다.
1차 가스필터(113)는, 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 제거하는 필터수단으로서, 1차 가스필터(113)에 의해 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 제거하여 바이오가스내 분진농도를 5.0㎛이하, 수분 농도를 30% 이하로 분리 제거하게 된다.
바이오가스내 포함된 미세분진을 제거하는 1차 가스필터(113)에서는 수분 분리기(112)를 거친 바이오가스내 포함된 미세먼지를 0.5㎛ 이상의 입자를 제거하게 된다.
1차 가스필터(113)의 통과 후의 분진 농도는 0.1㎛이하 이며, 재질은 폴리프로필렌(Polypropylene)으로 내 알칼리성, 내산성, 우수한 내마모성을 특징으로 하고, 1차 가스필터 사이즈는 0.5㎛이다.
가스필터 형상은 수직 원통형의 구조로 하부에 응집된 미량의 수분은 드레인 밸브를 이용하여 배수될 수 있도록 가스필터 하부에는 자동배수 밸브를 설치하고 필터(Filter)의 교체가 용이하도록 본체 상부는 플랜지 형식으로 제작하는 것이 바람직하다.
또한, 1차 가스필터(113)는 바이오가스와 접촉하는 본체 및 내부 설비는 부식이 일어나지 않도록 STS 304 이상의 재질로 선정하고, 수직 원통형의 구조로 하부에 응집된 미량의 수분은 드레인 밸브를 이용하여 배수될 수 있으며, 필터(Filter)의 교체가 용이하도록 본체 상부는 플랜지 형식으로 제작하고, 접합부 패킹은 바이오가스 전용 패킹을 사용하여 물리적, 화학적 내성을 가지는 것이 바람직하다.
이러한 1차 처리부(110)에 의하면 혐기소화조에서 발생하는 수분을 수분 분리기(112)에서 응축을 통해 40% 이하로 분리 제거하고, 다음 단계로서 1차 가스필터(113)를 거치면서 수분 농도는 30% 이하로 분리 제거된다. 이때 1차 가스필터(113)에서는 미세분진과 수분을 동시에 제거할 수 있는 것도 가능함은 물론이다.
2차 처리부(120)는, 1차 처리부(110)의 하류에 설치되어 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 2차적으로 제거하고 처리하는 처리수단으로서, 건식 탈황설비(121), 제습기(122), 가스이송 송풍기(123), 가스 가열기(124), 실록산 제거설비(125), 2차 가스필터(126)로 이루어져 있다.
건식 탈황설비(121)는, 바이오가스 내에 포함된 H2S를 제거하는 탈황설비로서, 이러한 건식 탈황설비(121)에 의해 H2S를 제거하여 바이오가스내 H2S 농도를 10ppm 이하를 유지하게 된다.
이와 같이 바이오가스 탈황설비로는 FeCl3 주입설비(111)와 건식탈황설비(121)로 구성되며 혐기소화조에 FeCl3 25ppm 주입하여 바이오가스내 H2S 농도를 500ppm 이하로 1차 탈황을 실시하고, 2차 탈황은 산화철(Fe2O3)이 충진된 건식탈황설비(121)에서 흡착 반응을 거쳐 H2S를 제거함으로써 바이오가스내 H2S의 농도를 10ppm 이하를 유지함으로써 바이오가스 활용설비에 H2S에 의한 부식 등의 문제를 해결할 수 있게 된다.
이러한 건식 탈황설비(121)는 혐기성 소화조에서 생성된 가스 중 황화수소를 산화철이 충진된 탈황탑에서 산화철 충진층이나 촉매층을 통과시켜 흡착의 원리를 이용하여 처리하는 방식으로 구성되어 있다.
촉매반응식 Fe2O3 + H2S → Fe2S3 + 3H2O 에서 발생하는 H2O는 상향류 형태의 촉매탑에서 촉매 파괴상태 이전까지 하부층에 누적되나 배출가스의 수분 함유량에는 지장을 주지 않고 다만 유입 바이오가스에 수분이 다량 함유된 경우에는 탈황제 촉매의 화학흡착반응을 방해하므로 수분 함유량은 40% 이하를 유지하게 된다.
건식 탈황설비(121)의 내부는 부식에 의한 영향이 없도록 STS 304 이상의 재질로 재작하며 탈황설비 하부에는 수분을 자동 배출할 수 있는 자동배수밸브를 설치하는 것이 바람직하다.
제습기(122)는, 바이오가스내 수분을 냉각 응축 제거하는 제습수단으로서, 이러한 제습기(122)에 의해 바이오가스내 수분을 냉각 응축 제거하여 바이오가스 중에 포함된 수분을 5% 이하로 분리 제거하게 된다.
제습기(122)에서는 바이오가스에 포함된 수분을 냉각 응축 제거하는 열교환 코일과 데미스터(Demister)로 구성되며, 제습기(122)의 출구온도는 약 10℃ 정도 유지되고 바이오가스와 접촉하는 본체 및 내부 설비는 부식이 일어나지 않는 STS 304 재질로 하며 데미스터(Demister)의 유지관리와 교체가 용이하도록 본체 상부는 플랜지 형식으로 제작하고, 냉각 응축 제거된 수분은 제습기 본체 하부에 설치된 자동 배수밸브에 의해 원활하게 배출되는 구조로 되어 있는 것이 바람직하다.
가스이송 송풍기(123)는, 바이오가스의 풍속을 증가시켜 바이오가스의 송풍량을 조절하는 송풍수단으로서, 가스이송 송풍기(123)를 통해 바이오가스의 풍속을 증가시켜 송풍량을 증가시키게 된다.
가스 가열기(124)는, 가스이송 송풍기(123)의 하류에 설치되어 바이오가스를 가열하는 가열수단으로서, 실록산 제거설비(125)의 최적 효율 유지를 위해 가스 가열기에 의해 바이오가스의 온도를 25℃까지 승온시키게 된다.
가스 가열기(124)에서는 제습기(105)를 거쳐 수분이 제거된 바이오가스는 온도가 10℃까지 떨어진 상태이므로, 후단 실록산 제거설비(108)의 운전조건에 적절하도록 바이오가스 온도를 승온하기 위한 열교환 코일로 구성되어 있다.
가스 가열기(124)는 제습기(122)의 출구온도 10℃를 실록산 제거설비(125)의 운전온도인 20∼30℃를 고려하여 실록산 제거설비(125)로 공급되는 바이오가스 온도를 25℃로 공급함으로써 실록산 제거효율을 극대화하도록 하는 것이 바람직하다.
가스 가열기(124)에서 바이오가스와 접촉하는 본체 및 내부 설비는 부식이 일어나지 않는 STS 303이상의 재질로 하고, 열교환 과정에서 제거된 수분은 본체에 설치된 자동배수밸브에 의해 원활하게 배출하게 된다.
실록산 제거설비(125)는, 바이오가스 내에 함유된 실록산을 흡착해서 제거하는 제거수단으로서, 이러한 실록산 제거설비(125)에 의해 바이오가스내 실록산 농도를 0.05ppm 이하로 흡착 제거하게 된다.
실록산 제거설비(125)는 바이오가스내 포함된 실록산(Siloxane)의 제거를 위해 가스 가열기(124)를 거쳐 승온된 바이오가스를 다공질의 활성탄이 충진된 실록산 제거설비(125)를 거쳐 바이오가스내 실록산 농도를 0.05ppm 이하로 흡착 제거하는 설비로서, 활성탄 충진부, 토출부, 맨홀로 구성되며, 2개의 배슬(Vessel)이 직병렬 및 스위칭 할 수 있는 배관 구조로 되어 있어 1개의 배슬(Vessel)에 충진재를 교채할 경우에도 1개의 배슬(Vessel) 만으로도 실록산을 제거할 수 있도록 배관 연결이 되어 있으며, 바이오가스와 접촉하는 본체 및 내부 설비는 부식이 일어나지 않는 STS 304 재질로 제작하는 것이 바람직하다.
2차 가스필터(126)는, 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 제거하는 필터수단으로서, 2차 가스필터(126)에 의해 2차 미세먼지 제거 및 4차 수분 제거를 통해 바이오가스내 분진농도를 1.0㎛ 이하, 수분 농도를 2% 이하로 분리 제거하게 된다. 따라서 2차 가스필터(126)를 통해 수분 농도를 2% 이하로 분리 제거되며 이때 바이오가스내 분진도 함께 제거하게 된다.
2차 가스필터(126)의 통과 후의 분진 농도는 0.1㎛이하 이며, 재질은 폴리프로필렌(Polypropylene)으로 내 알칼리성, 내산성, 우수한 내마모성을 특징으로 하고, 2차 가스필터 사이즈는 0.1㎛이다.
가스필터 형상은 수직 원통형의 구조로 하부에 응집된 미량의 수분은 드레인 밸브를 이용하여 배수될 수 있도록 가스필터 하부에는 자동배수 밸브를 설치하고 필터(Filter)의 교체가 용이하도록 본체 상부는 플랜지 형식으로 제작한다는 것이 바람직하다.
또한, 2차 가스필터(126)는 바이오가스와 접촉하는 본체 및 내부 설비는 부식이 일어나지 않도록 STS 304 이상의 재질로 선정하고, 수직 원통형의 구조로 하부에 응집된 미량의 수분은 드레인 밸브를 이용하여 배수될 수 있으며, 필터(Filter)의 교체가 용이하도록 본체 상부는 플랜지 형식으로 제작하고, 접합부 패킹은 바이오가스 전용 패킹을 사용하여 물리적, 화학적 내성을 가지는 것이 바람직하다.
따라서, 2차 가스필터(126)는 실록산 제거설비(125)로 부터 넘어 오는 흡착제 미분을 제거하는 장치로서, 바이오가스에 포함된 0.1㎛ 이상의 미세 입자를 제거하게 된다.
3차 처리부(130)는, 2차 처리부(120)의 하류에 설치되어 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 3차적으로 제거하고 처리하는 처리수단으로서, 가스 저장조(131), 가스공급 송풍기(132), 3차 가스필터(133)로 이루어져 있다.
가스 저장조(131)는, 2차 처리부(120)의 하류에 설치되어 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진이 제거된 바이오가스를 저장하는 저장수단으로서, 이러한 가스 저장조(131)에는 2차 가스필터(126)를 거친 바이오가스를 저장하게 된다.
가스 저장조(131)에 저장된 바이오가스는 3차 가스필터(133)에서 최종적으로 수분과 분진을 제거하고 보일러(210) 및 열풍로 버너(220)로 공급되어 스팀과 열을 생산하여 각 에너지 수요처에 공급하게 된다.
이와 같이 혐기소화조에서 발생된 바이오가스는 탈황설비, 수분 및 분진 제거설비, 실록산 제거설비를 거치면서 황화수소, 수분, 분진 및 실록산 등의 이물질을 완벽하게 제거함으로써, 후단의 바이오가스 활용설비에 최적화 할 수 있고, 상기의 설비를 거친 바이오가스내 이물질 함유 농도는 황화수소 10ppm 이하, 수분 0.5% 이하, 실록산 0.05ppm 이하, 분진 0.1㎛ 이하가 유지되며 가스저장조(131)에 저장된 후 보일러(210) 및 열풍로(240)의 에너지원으로 활용된다. 가스저장조(131)는 더블 멤브레인(Double Membrane) 형식의 가스 저장 탱크로서 공기압에 의하여 지지되는 항구적 구조물로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
가스공급 송풍기(132)는, 바이오가스의 풍속을 증가시켜 바이오가스의 이송량을 조절하는 이송수단으로서, 가스 공급 송풍기(132)에 의해 바이오가스를 수요처에 이송하여 공급하게 된다.
3차 가스필터(133)는, 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 제거하는 필터수단으로서, 바이오가스의 이송 전에 이러한 3차 가스필터(133)에 의해 바이오가스를 3차 미세먼지 및 5차 수분 제거하여 바이오가스내 분진농도를 0.5㎛ 이하, 수분 농도를 1% 이하로 분리 제거하게 된다.
3차 가스필터(133)의 통과 후의 분진 농도는 0.1㎛이하 이며, 재질은 폴리프로필렌(Polypropylene)으로 내 알칼리성, 내산성, 우수한 내마모성을 특징으로 하고, 3차 가스필터 사이즈는 0.1㎛이다.
가스필터 형상은 수직 원통형의 구조로 하부에 응집된 미량의 수분은 드레인 밸브를 이용하여 배수될 수 있도록 가스필터 하부에는 자동배수 밸브를 설치하고 필터(Filter)의 교체가 용이하도록 본체 상부는 플랜지 형식으로 제작한다는 것이 바람직하다.
또한, 3차 가스필터(133)는 가스저장조(131)에 저장된 바이오가스 내 포함된 미세먼지를 최종적으로 제거하는 설비로서 바이오가스 활용설비인 보일러(210) 및 열풍로 버너(220)에 0.1㎛ 이상의 이물질이 유입되는 것을 막고 제거하는 장치로서, 미세먼지 입자는 0.1㎛ 이상을 제거할 수 있는 성능을 가져며, 3차 가스필터(133)의 출구에서의 최종 먼지(Dust)의 농도는 10mg/N㎥ 이하를 유지하는 것이 바람직하다.
따라서, 3차 가스필터(133)를 통해 바이오가스 내 수분은 1% 이하를 유지함으로써 후단의 바이오가스 활용설비에 수분에 의해 미치는 영향을 사전에 제거할 수 있게 된다.
이러한 본 발명에서는 수분 제거를 위해 정제 처리부(100)에서 다단계를 거쳐 바이오가스내 포함된 수분을 0.5% 이하로 유지함으로써, 바이오가스를 이용하는 보일러(210), 열풍로 버너(220) 및 열풍로(240) 등의 에너지화 처리부(200)에 미치는 미착화 및 미연소, 부식 발생 등의 영향을 사전에 차단할 수 있게 된다.
에너지화 처리부(200)는, 정제 처리부(100)에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리수단으로서, 보일러(210), 열풍로 버너(220), 열가수분해설비(230), 열풍로(240), 슬러지 건조기(250), 전처리 시설(260), 유기성 폐기물(270) 및 잉여가스 연소기(280)로 이루어져 있다.
보일러(210)는, 정제 처리부(100)에 의해 이물질이 제거된 바이오가스가 공급되어 열원으로 사용되는 가열수단으로서, 이물질이 정제된 바이오가스의 1차 활용처이며 이러한 보일러(210)에서는 190℃의 스팀을 생산하여 열가수분해설비(230)에 공급하게 된다.
열풍로 버너(220)는, 정제 처리부(100)에 의해 이물질이 제거된 바이오가스가 공급되어 열원으로 사용되는 가열수단으로서, 정제 바이오가스의 2차 활용처로는 열풍을 생산하는 시설로서 3차 가스필터(133)를 통해 정제가 완료된 바이오가스는 열풍로 버너(220)에 공급되어 점화되어 열풍로(240)에서 연소하게 된다.
열가수분해설비(230)는, 보일러(210)의 하류에 연결되어 보일러(210)에서 생산된 스팀을 공급받아 전처리하는 처리수단으로서, 여기에서 처리된 가용화 기질은 혐기소화조로 공급하게 된다.
또한, 열가수분해설비(230)는 혐기소화 대상 기질인 유기성 폐기물을 대상으로 190℃, 10bar의 고온 고압의 스팀을 주입하여 기질의 세포벽을 파괴하고 세포중합체 용해를 통해 혐기소화조에서 빠른 시간내에 많은 유기물질을 분해하는 설비로서, 이러한 열가수분해설비(230)에서 가용화된 기질인 유기성 폐기물은 혐기소화조에 공급되어 일정 체류시간을 거쳐 유기물질이 분해되어 바이오가스를 생산하게 된다.
열풍로(240)는, 열풍로 버너(220)에 공급된 바이오가스를 연소시키는 가열수단으로서, 여기에서 바이오가스의 연소에 의해 열풍을 생산하게 된다. 이러한 열풍로(24)의 길이는 필요 열풍량에 따라 상이하며 열풍로 끝단에서의 온도는 400℃ 전후이다.
이러한 열풍로(240)에서 연소되어 생산된 350∼400℃의 열풍은 슬러지 건조기(250)에 공급하게 되어 건조를 통해 건조물을 생산하며 생산된 건조물은 석탄화력발전소에 공급되어 유연탄과 혼소된다. 이와 같이 슬러지 건조기(250)에서의 건조 열풍을 바이오가스를 연소한 연소열로 대체함으로써 LNG와 같은 화석에너지를 절감할 수 있게 된다.
슬러지 건조기(250)는, 열풍로(240)에서 생산된 열풍에 의해 슬러지를 건조하는 건조수단으로서, 열풍에 의해 슬러지를 건조시켜 슬러지 건조물을 생산하게 된다.
전처리 시설(260)은, 열가수분해설비(230)의 상류에 연결되어 유기성 폐기물(270)을 전처리하는 처리수단으로서, 유기성 폐기물에 포함된 협잡물이나 고형물등의 이물질을 전처리 시설에 의해 제거하게 된다.
잉여가스 연소기(280)는, 정제 처리부(100)에서 이물질이 제거된 바이오가스의 미 활용시 잔류하는 바이오가스를 연소시키는 연소수단으로서, 고수분 및 분진제거설비, 탈황설비를 거친 바이오가스를 연소시키게 된다.
특히, 바이오가스 활용설비의 정기 점검 및 고장 등의 원인으로 정상적인 가동이 어려울 경우에는 혐기소화조에서 발생하는 바이오가스는 잉여가스 연소기(280)에서 연소시키게 된다.
이때 잉여가스 연소기(280)에 수분에 의한 미연소 현상을 방지하기 위하여 수분분리기(112), 건식탈황설비(121) 및 제습기(122)를 거친 후 수분, 분진 및 H2S를 제거 한 후 잉여가스 연소기(280)에 공급함으로써, 잉여가스 연소기(280)에서 미활용 바이오가스의 완전 연소를 통해 대기중에 바이오가스 미연소에 따른 악취 문제 등을 차단할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오가스를 이용한 에너지화 방법은, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 정제 처리단계와, 이 정제 처리단계에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리단계를 포함하여 이루어져, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 처리하여 에너지화하는 바이오가스를 이용한 에너지화 방법이다.
정제 처리단계는, 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 단계로서, FeCl3 주입단계(S111), 수분 제거단계(S112), 1차 필터링단계(S113), 건식 탈황단계(S114), 제습단계(S115), 가스이송단계(S116), 가스가열단계(S117), 실록산 제거단계(S118), 2차 필터링단계(S119), 가스저장단계(S120), 가스공급단계(S121), 3차 필터링단계(S122)로 이루어져 있다.
FeCl3 주입단계(S111)는, FeCl3 주입설비(111)에 의해 FeCl3를 혐기소화조에 주입하는 단계로서, 이러한 FeCl3 주입설비(111)에 의해 FeCl3의 농도를 25ppm으로 해서 혐기소화조에 주입하여 바이오가스내 H2S의 농도를 500ppm 이하로 유지하게 된다.
수분 제거단계(S112)는, 수분 분리기(112)에 의해 바이오가스 중에 포함된 수분을 분리 제거하는 단계로서, 이러한 수분 분리기(112)에 의해 바이오가스 중에 포함된 수분을 40% 이하로 분리해서 제거하게 된다.
1차 필터링단계(S113)는, 1차 가스필터(113)에 의해 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 분리 제거하는 단계로서, 1차 가스필터(113)에 의해 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 제거하여 바이오가스내 분진농도를 5.0㎛이하, 수분 농도를 30% 이하로 분리 제거하게 된다.
바이오가스내 포함된 미세분진을 제거하는 1차 가스필터(113)에서는 수분 분리기(112)를 거친 바이오가스내 포함된 미세먼지를 0.5㎛ 이상의 입자를 제거하게 된다.
건식 탈황단계(S114)는, 건식 탈황설비(121)에 의해 H2S를 제거하여 바이오가스내 H2S 농도를 소정 이하를 유지하는 단계로서, 이러한 건식 탈황설비(121)에 의해 H2S를 제거하여 바이오가스내 H2S 농도를 10ppm 이하를 유지하게 된다.
제습단계(S115)는, 제습기(122)에 의해 바이오가스내 수분을 냉각 응축 제거하여 바이오가스 중에 포함된 수분을 분리 제거하는 단계로서, 이러한 제습기(122)에 의해 바이오가스내 수분을 냉각 응축 제거하여 바이오가스 중에 포함된 수분을 5% 이하로 분리 제거하게 된다.
가스이송단계(S116)는, 가스이송 송풍기를 통해 바이오가스의 풍속을 증가시키는 단계로서, 가스이송 송풍기(123)를 통해 바이오가스의 풍속을 증가시켜 송풍량을 증가시키게 된다.
가스가열단계(S117)는, 실록산 제거설비의 최적 효율 유지를 위해 가스 가열기에 의해 바이오가스의 온도를 승온하는 단계로서, 실록산 제거설비(125)의 최적 효율 유지를 위해 가스 가열기(124)에 의해 바이오가스의 온도를 25℃까지 승온시키게 된다.
실록산 제거단계(S118)는, 실록산 제거설비에 의해 바이오가스내 실록산 농도를 소정 이하로 흡착 제거하는 단계로서, 이러한 실록산 제거설비(125)에 의해 바이오가스내 실록산 농도를 0.05ppm 이하로 흡착 제거하게 된다.
2차 필터링단계(S119)는, 2차 가스필터에 의해 미세먼지 제거 및 수분 제거를 통해 바이오가스내 분진농도와 수분 농도를 소정 이하로 분리 제거하는 단계로서, 2차 가스필터(126)에 의해 2차 미세먼지 제거 및 4차 수분 제거를 통해 바이오가스내 분진농도를 1.0㎛ 이하, 수분 농도를 2% 이하로 분리 제거하게 된다. 따라서 2차 가스필터(126)를 통해 수분 농도를 2% 이하로 분리 제거되며 이때 바이오가스내 분진도 함께 제거하게 된다.
가스저장단계(S120)는, 가스 저장조에 상기 2차 가스필터를 거친 바이오가스가 저장하는 단계로서, 이러한 가스 저장조(131)에는 2차 가스필터(126)를 거친 바이오가스를 저장하게 된다.
가스공급단계(S121)는, 가스 저장조에 저장된 바이오가스를 가스 공급 송풍기에 의해 바이오가스를 수요처에 이송하는 단계로서, 가스 공급 송풍기(132)에 의해 바이오가스를 수요처에 이송하여 공급하게 된다.
3차 필터링단계(S122)는, 가스 공급 송풍기의 바이오가스의 이송전에 3차 가스필터에 의해 바이오가스내의 미세먼지 및 수분을 분리 제거하는 단계로서, 바이오가스의 이송 전에 이러한 3차 가스필터(133)에 의해 바이오가스를 3차 미세먼지 및 5차 수분 제거하여 바이오가스내 분진농도를 0.5㎛ 이하, 수분 농도를 1% 이하로 분리 제거하게 된다.
에너지화 처리단계는, 정제 처리단계에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 단계로서, 열원 공급단계(S210), 스팀 공급단계(S220), 열풍 생산단계(S230), 건조물 생산단계(S240)로 이루어져 있다.
열원 공급단계(S210)는, 정제 처리단계에서 이물질이 제거된 바이오가스가 보일러(210)와 열풍로 버너(220)에 열원으로 공급되는 단계로서, 보일러(210)와 열풍로 버너(220)에서 바이오가스가 열원으로 사용된다.
따라서, 보일러(210)에서는 190℃의 스팀을 생산하여 열가수분해설비(230)에 공급하게 되고, 열풍로 버너(220)에서는 바이오가스가 점화되어 열풍로(240)에서 연소하게 된다.
스팀 공급단계(S220)는, 보일러(210)에서 생산된 스팀을 열가수분해설비(230)로 공급하는 단계로서, 열가수분해설비(230)에서는 보일러(210)에서 생산된 스팀을 공급받아 전처리하고 여기에서 처리된 가용화 기질은 혐기소화조로 공급하게 된다.
또한, 열가수분해설비(230)에서는 혐기소화 대상 기질인 유기성 폐기물을 대상으로 190℃, 10bar의 고온 고압의 스팀을 주입하여 기질의 세포벽을 파괴하고 세포중합체 용해를 통해 혐기소화조에서 빠른 시간내에 많은 유기물질을 분해하게 되고, 이러한 열가수분해설비(230)에서 가용화된 기질인 유기성 폐기물은 혐기소화조에 공급되어 일정 체류시간을 거쳐 유기물질이 분해되어 바이오가스를 생산하게 된다.
열풍 생산단계(S230)는, 열풍로 버너(220)에 공급된 바이오가스를 열풍로(240)에서 연소시켜 열풍을 생산하는 단계로서, 열풍로(240)에서 연소되어 생산된 350∼400℃의 열풍은 슬러지 건조기(250)에 공급하게 된다.
건조물 생산단계(S240)는, 열풍로(240)에서 생산된 열풍에 의해 슬러지 건조기(250)에서 슬러지를 건조하는 단계로서, 열풍로(240)에서 생산된 열풍은 슬러지 건조기(250)에 공급하여 건조를 통해 건조물을 생산하며 생산된 건조물은 석탄화력발전소에 공급되어 유연탄과 혼소된다. 이와 같이 슬러지 건조기(250)에서의 건조 열풍을 바이오가스를 연소한 연소열로 대체함으로써 LNG와 같은 화석에너지를 절감할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 유기성 폐기물을 대상으로 하는 혐기소화시설에서 발생하는 바이오가스를 효율적, 안정적으로 활용할 수 있으며, 바이오가스의 연소를 통해 스팀 및 연소열 생산하고 활용하는 바이오가스 활용 에너지화 시스템을 제공하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 정제처리하는 정제 처리부와 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리부를 구비함으로써, 기존 바이오가스 활용시에 문제가 된 발전기의 부식, 스케일 형성 및 발전효율 저하 등에 따른 유지관리비 상승과 바이오가스 연소시설에서의 미연소에 따른 문제점 해결할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 정제 처리부로서 1차 처리부와 2차 처리부와 3차 처리부를 구비함으로써, 바이오가스내 포함된 황화수소, 수분, 미세먼지, 실록산 등의 이물질을 제거하는 동시에 바이오가스에 포함된 이물질의 정제효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 에너지화 처리부로서 보일러와 열풍로 버너, 열가수분해설비, 열풍로, 슬러지 건조기를 구비함으로써, 혐기소화조 가온 및 슬러지 건조에 필요한 LNG를 완벽하게 바이오가스로 대체할 수 있는 시스템 구성을 통해 바이오가스 생산시설의 화석에너지 의존률을 최소화하여 에너지 자립형 시설을 구축할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 혐기소화조에서 생산된 바이오가스를 안정적으로 활용함으로써, 기존 혐기시설에서 발생되는 바이오가스의 20% 이상 단순 소각에 따른 시설의 경제성 저하등의 문제를 해결하고, 바이오가스 발전 시의 기기의 잦은 고장 및 발전효율 저하 등으로 인한 바이오가스의 미활용 등의 문제를 해결할 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
100: 정제처리부
110: 1차 처리부
120: 2차 처리부
130: 3차 처리부
200: 에너지화 처리부

Claims (10)

  1. 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 처리하여 에너지화하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템으로서,
    혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 정제 처리부(100); 및
    상기 정제 처리부(100)에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리부(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정제 처리부(100)는,
    FeCl3 주입설비, 수분 분리기 및 1차 가스필터를 구비한 1차 처리부;
    상기 1차 처리부의 하류에 설치되며, 건식 탈황설비, 제습기, 가스이송 송풍기, 가스 가열기, 실록산 제거설비, 2차 가스필터를 구비한 2차 처리부; 및
    상기 2차 처리부의 하류에 설치되며, 가스 저장조, 가스공급 송풍기, 3차 가스필터를 구비한 3차 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 처리부는, FeCl3 주입설비에서 FeCl3의 농도를 25ppm으로 혐기소화조에 주입하여 바이오가스내 H2S의 농도를 500ppm 이하로 유지하고, 상기 수분 분리기에 의해 바이오가스 중에 포함된 수분을 40% 이하로 분리 제거하고, 상기 1차 가스필터에 의해 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 제거하여 바이오가스내 분진농도를 5.0㎛이하, 수분 농도를 30% 이하로 분리 제거하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 2차 처리부는, 상기 건식 탈황설비에 의해 H2S를 제거하여 바이오가스내 H2S 농도를 10ppm 이하를 유지하고, 상기 제습기에 의해 바이오가스내 수분을 냉각 응축 제거하여 바이오가스 중에 포함된 수분을 5% 이하로 분리 제거하고, 상기 가스이송 송풍기를 통해 바이오가스의 풍속을 증가시키고, 실록산 제거설비의 최적 효율 유지를 위해 가스 가열기에 의해 바이오가스의 온도를 25℃까지 승온하고, 상기 실록산 제거설비에 의해 바이오가스내 실록산 농도를 0.05ppm 이하로 흡착 제거하고, 상기 2차 가스필터에 의해 2차 미세먼지 제거 및 4차 수분 제거를 통해 바이오가스내 분진농도를 1.0㎛ 이하, 수분 농도를 2% 이하로 분리 제거하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 3차 처리부는, 상기 가스 저장조에 상기 2차 가스필터를 거친 바이오가스가 저장되고, 상기 가스 공급 송풍기에 의해 바이오가스를 수요처에 이송하고, 상기 바이오가스의 이송전에 3차 가스필터에 의해 바이오가스를 3차 미세먼지 및 5차 수분 제거하여 바이오가스내 분진농도를 0.5㎛ 이하, 수분 농도를 1% 이하로 분리 제거하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지화 처리부(200)는,
    상기 정제 처리부(100)에 의해 이물질이 제거된 바이오가스가 공급되어 열원으로 사용되는 보일러와 열풍로 버너;
    상기 보일러의 하류에 연결되어 보일러에서 생산된 스팀을 공급받아 전처리하고 가용화된 기질은 소화조로 공급하는 열가수분해설비;
    상기 열풍로 버너에 공급된 바이오가스를 연소시켜 열풍을 생산하는 열풍로; 및
    상기 열풍로에서 생산된 열풍에 의해 슬러지를 건조하여 건조물을 생산하는 슬러지 건조기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 에너지화 처리부(200)는, 상기 정제 처리부(100)에서 바이오가스의 미 활용시 고수분 및 분진제거설비, 탈황설비를 거친 바이오가스를 연소하는 잉여가스 연소기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템.
  8. 혐기소화조에서 발생되는 바이오가스를 처리하여 에너지화하는 바이오가스를 이용한 에너지화 방법으로서,
    혐기소화조에서 발생되는 바이오가스에 포함된 이물질, 수분, 분진을 제거하여 정제처리하는 정제 처리단계; 및
    상기 정제 처리단계에서 정제처리된 바이오가스를 열원으로 사용하여 에너지화하는 에너지화 처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정제 처리단계는,
    FeCl3 주입설비에 의해 FeCl3를 혐기소화조에 주입하여 바이오가스내 H2S의 농도를 소정 이하로 유지하는 단계;
    수분 분리기에 의해 바이오가스 중에 포함된 수분을 분리 제거하는 단계;
    1차 가스필터에 의해 바이오가스에 포함된 미세먼지 및 수분을 분리 제거하는 단계;
    건식 탈황설비에 의해 H2S를 제거하여 바이오가스내 H2S 농도를 소정 이하를 유지하는 단계;
    제습기에 의해 바이오가스내 수분을 냉각 응축 제거하여 바이오가스 중에 포함된 수분을 분리 제거하는 단계;
    가스이송 송풍기를 통해 바이오가스의 풍속을 증가시키는 단계;
    실록산 제거설비의 최적 효율 유지를 위해 가스 가열기에 의해 바이오가스의 온도를 승온하는 단계;
    실록산 제거설비에 의해 바이오가스내 실록산 농도를 소정 이하로 흡착 제거하는 단계;
    2차 가스필터에 의해 미세먼지 제거 및 수분 제거를 통해 바이오가스내 분진농도와 수분 농도를 소정 이하로 분리 제거하는 단계;
    가스 저장조에 상기 2차 가스필터를 거친 바이오가스가 저장하는 단계;
    상기 가스 저장조에 저장된 바이오가스를 가스 공급 송풍기에 의해 바이오가스를 수요처에 이송하는 단계; 및
    상기 가스 공급 송풍기의 바이오가스의 이송전에 3차 가스필터에 의해 바이오가스내의 미세먼지 및 수분을 분리 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 에너지화 처리단계는,
    상기 정제 처리단계에서 이물질이 제거된 바이오가스가 보일러와 열풍로 버너에 공급되어 열원으로 사용되는 단계;
    상기 보일러에서 생산된 스팀을 열가수분해설비로 공급하여 전처리하고 가용화된 기질을 소화조로 공급하는 단계;
    상기 열풍로 버너에 공급된 바이오가스를 열풍로에서 연소시켜 열풍을 생산하는 단계; 및
    상기 열풍로에서 생산된 열풍에 의해 슬러지 건조기에서 슬러지를 건조하여 건조물을 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오가스를 이용한 에너지화 방법.
KR1020180095377A 2018-08-16 2018-08-16 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법 KR20200020093A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180095377A KR20200020093A (ko) 2018-08-16 2018-08-16 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180095377A KR20200020093A (ko) 2018-08-16 2018-08-16 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200020093A true KR20200020093A (ko) 2020-02-26

Family

ID=69637727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180095377A KR20200020093A (ko) 2018-08-16 2018-08-16 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200020093A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220026369A (ko) 2020-08-25 2022-03-04 에이티이 주식회사 바이오가스 정제시스템용 싸이클론 타입 트랩 및 필터장치
KR20220036415A (ko) * 2020-09-14 2022-03-23 주식회사 포스코건설 Map 저감부를 구비한 혐기소화 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101439425B1 (ko) 2014-06-10 2014-09-12 주식회사 유일이엔지 에너지 절감형 바이오가스 플랜트
KR20150049087A (ko) 2013-10-29 2015-05-08 (주)다산기술 유기성 폐기물이 혼재된 생활폐기물의 에너지화 방법 및 시스템
KR101641331B1 (ko) 2014-04-02 2016-07-29 한국수자원공사 고농도 질소함유 유기성 폐기물의 혐기성 바이오가스 생산효율 향상을 위한 처리 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150049087A (ko) 2013-10-29 2015-05-08 (주)다산기술 유기성 폐기물이 혼재된 생활폐기물의 에너지화 방법 및 시스템
KR101641331B1 (ko) 2014-04-02 2016-07-29 한국수자원공사 고농도 질소함유 유기성 폐기물의 혐기성 바이오가스 생산효율 향상을 위한 처리 방법
KR101439425B1 (ko) 2014-06-10 2014-09-12 주식회사 유일이엔지 에너지 절감형 바이오가스 플랜트

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220026369A (ko) 2020-08-25 2022-03-04 에이티이 주식회사 바이오가스 정제시스템용 싸이클론 타입 트랩 및 필터장치
KR20220036415A (ko) * 2020-09-14 2022-03-23 주식회사 포스코건설 Map 저감부를 구비한 혐기소화 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2135273C1 (ru) Система производства целевого газа, устройство для извлечения тепла и удаления кислого газа на ее основе и способ получения целевого газа
KR20020026536A (ko) 산성가스세정장치 및 방법
KR20090021246A (ko) 가스의 정제를 위한 방법 및 설치
CN108636108B (zh) 基于焦化生产工序协同的化产尾气净化工艺
RU2353590C2 (ru) Способ и система для термической утилизации отходов и их применение для обработки отходов с высоким содержанием воды
BRPI0712489A2 (pt) sistema de condicionamento de gás para condicionar um gás de entrada a partir de um ou mais locais dentro de um sistema de gaseificação e processo para prover um gás condicionado a partir de um gás de entrada para um ou mais locais dentro de um sistema de gaseificação
US8110028B2 (en) Regenerable purification system for removal of siloxanes and volatile organic carbons
US9005337B2 (en) System for the treatment and purification of biogas
JP4540628B2 (ja) 廃棄物ガス化装置
KR101200479B1 (ko) 폐기물 처리시스템
KR20060121899A (ko) 유기물 처리방법 및 처리장치
KR20150060967A (ko) 배기 가스 처리 장치 및 배기 가스 처리 방법
KR20110117809A (ko) 고순도 바이오가스 정제시스템 및 바이오가스 정제방법
KR101442730B1 (ko) 연료전지용 바이오가스 전처리 장치
KR20200020093A (ko) 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법
US20230074981A1 (en) Double fluidized bed reactor system including staircase-type helical blade
CN113739165A (zh) 一种工业固废焚烧炉及烟气处理装置
KR101807244B1 (ko) 바이오가스 제조 장치
JP2012107110A (ja) ガス処理排水の処理方法、炭素質原料のガス化装置及び炭素質原料の処理方法
CN204865515U (zh) 一种净化处理天然气锅炉烟气中污染物的系统
CN102506575B (zh) 一种褐煤提质废水的处理工艺及褐煤提质系统
CN106482131A (zh) 一种污水场废气处理方法
JP2009096888A (ja) 高含水燃料の乾燥時に生成した蒸気を有効利用したガス化システム
CN109310943A (zh) 从生物气流中联合除去硅氧烷和含硫化合物的方法
US20220362686A1 (en) Ammonia Stripper Apparatus and Method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application