KR20210037898A - Biofuel production system using organic waste and biofuel production method using same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오 연료 생산 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기성폐기물을 산발효시켜 수소를 생산함은 물론, 산발효조의 발효액은 고액분리기를 거쳐 고형성분과 액상성분으로 분리하되, 액상성분은 전기투석장치를 통해 알콜의 원료물질인 부틸산음이온이 포함된 유기산의 함량을 높여 알콜 생산 수율을 높이는 한편, 고형성분은 바이오가스 발효조에서 메탄 발효시킨 후 바이오가스 정제부를 통해 이산화탄소를 제거하여 고순도의 바이오가스를 생산할 수 있도록 한 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오 연료 생산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biofuel production system using organic waste and a biofuel production method using the same, and more particularly, to produce hydrogen by acid fermentation of organic waste, and the fermentation broth of the acid fermentation tank is solid through a solid-liquid separator. Separation into a component and a liquid component, but the liquid component increases the alcohol production yield by increasing the content of the organic acid containing the butyrate anion, the raw material of alcohol through an electrodialysis device, while the solid component is fermented with methane in a biogas fermentation tank. The present invention relates to a biofuel production system using organic waste that can produce high-purity biogas by removing carbon dioxide through a biogas purification unit, and a biofuel production method using the same.
현재 국내에서 발생되는 유기성 폐기물(하수슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기, 유기성 도시 고형 폐기물)은 연간 1억톤 이상으로 매립 및 해양투기와 같은 원시적인 처리 방법과 호기성 공정을 통한 퇴비화, 액비화, 사료화 등에 의해 처리되고 있는 실정이다.Currently, organic wastes (sewage sludge, livestock manure, food waste, organic urban solid waste) generated in Korea are over 100 million tons per year. It is being processed.
그러나 매립부지 부족 및 2차 오염원의 수계 유입 가능성 등으로 인해 유기성 폐기물의 매립에 대한 부정적인 인식이 이미 팽배한 실정이며, 경제적, 기술적 장점으로 인해 가장 대표적인 처리방법이었던 해양투기 역시 런던협약에 의해 금지되었다.However, due to the lack of landfill sites and the possibility of inflow of secondary pollutants into the water system, negative perceptions about the reclamation of organic wastes have already prevailed, and ocean dumping, which was the most representative treatment method due to economic and technical advantages, was also prohibited by the London Convention. .
또한 호기성 공정을 이용한 처리방법은 공기주입으로 인해 소모되는 과도한 에너지 소모 및 생산된 최종산물의 낮은 질로 인한 판매처 확보의 어려움 등으로 인해 혐기성 소화 공정이 가장 친환경적인 처리 방안으로 인식되고 있다.In addition, the anaerobic digestion process is recognized as the most environmentally friendly treatment method due to the difficulty of securing a vendor due to excessive energy consumption due to air injection and the low quality of the final product produced.
그러나 기존의 혐기성 소화 공정을 통한 바이오가스화 기술은 높은 초기 시설 투자비, 낮은 바이오 가스 생산율, 긴 체류시간 등으로 인해 문제가 되고 있으며, 국내 유기성 폐기물의 특성과 맞지 않는 외국기술의 도입으로 인해 성공적인 운전사례가 극히 드문 것으로 알려져 있다. 또한, 바이오가스는 전력으로 이용시에는 전환 효율이 낮고, 차량용 연료 및 도시가스로의 활용시에는 고비용의 정제 비용이 추가로 발생되는 문제점이 있다.However, the existing biogasification technology through anaerobic digestion is problematic due to high initial facility investment, low biogas production rate, and long residence time, and successful operation cases due to the introduction of foreign technology that does not match the characteristics of domestic organic waste. Is known to be extremely rare. In addition, when biogas is used as electric power, conversion efficiency is low, and when it is used as vehicle fuel and city gas, there is a problem that expensive refining costs are additionally incurred.
한편 종래기술에 따른 유기성폐기물 처리 방법의 일 예가 대한민국 특허공개번호 제2016-0132165호(2016년11월17일자 공개, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다.Meanwhile, an example of a method for treating organic waste according to the prior art is disclosed in Korean Patent Publication No. 2016-0132165 (published on November 17, 2016, hereinafter referred to as'Patent Document 1').
그러나 이러한 특허문헌 1은 소규모의 목질계 유기성폐기물만을 처리할 수 있기 때문에 그 활용성이 떨어질 수 있다는 문제점이 있다.However, since
아울러 본원 출원인에 출원된 바이오 연료 동시 생산 시스템 및 그 생산방법(대한민국 특허등록 제1814482호, 이하 '특허문헌 2'이라 함)이 등록된 바 있다.In addition, a biofuel simultaneous production system and its production method (Korean Patent Registration No. 1814482, hereinafter referred to as'Patent Document 2') applied to the applicant of the present application have been registered.
하지만 특허문헌 2로 생산된 바이오가스는 이산화탄소가 포함되어 메탄의 순도가 낮은 문제점이 있고, 또한 고액분리기에서 알콜발효조로 직접 액상성분을 공급함으로써, 액상성분에 포함된 유기산 외에 다른 불순물들이 포함되어 알콜 생산 수율이 떨어지는 문제점이 있었다.However, the biogas produced by Patent Document 2 contains carbon dioxide and has a problem that the purity of methane is low, and by supplying the liquid component directly from the solid-liquid separator to the alcohol fermentation tank, other impurities other than the organic acid contained in the liquid component are included. There was a problem that the production yield was low.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1목적은, 유기성폐기물을 산발효시켜 수소를 생산함은 물론, 산발효조의 발효액은 고액분리기를 거쳐 고형성분과 액상성분으로 분리하되, 액상성분은 전기투석장치를 통해 알콜 생성의 원료물질인 부틸산음이온이 포함된 유기산의 함량을 높여 알콜 생산 수율을 향상시킨 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오 연료 생산 방법을 제공하는데 있다.The present invention was conceived in consideration of the above problems, and the first object of the present invention is to produce hydrogen by acid fermentation of organic waste, and the fermentation broth of the acid fermentation tank is converted into solid components and liquid components through a solid-liquid separator. Separation, but the liquid component is a biofuel production system using organic waste that improves the alcohol production yield by increasing the content of organic acid including butyrate anion, which is a raw material for alcohol production, through an electrodialysis device, and a biofuel production method using the same. It is to provide.
더 나아가 본 발명의 제2목적은, 고액분리기에서 분리된 고형성분은 바이오가스 발효조에서 메탄 발효시킨 후 바이오가스 정제부를 통해 황화수소와, 실록산과, 이산화탄소가 제거된 고순도의 바이오가스를 생산할 수 있도록 한 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오 연료 생산 방법을 제공하는데 있다.Further, a second object of the present invention is to produce high-purity biogas from which hydrogen sulfide, siloxane and carbon dioxide are removed through the biogas purification unit after methane fermentation of the solid components separated in the solid-liquid separator is fermented with methane in a biogas fermentor. It is to provide a biofuel production system using organic waste and a biofuel production method using the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면 제 1발명은, 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템에 관한 것으로, 이를 위해 유기성폐기물을 저장하는 저장탱크;와, 상기 저장탱크로부터 유기성폐기물을 공급받아 분쇄하는 분쇄기;와, 상기 분쇄기에서 공급되는 유기성폐기물을 산 발효시켜 유기산으로 분해함과 동시에 수소를 생산하는 산발효조;와, 상기 산발효조에서 공급되는 발효액을 고형성분과 액상성분로 고액분리하는 고액분리기;와, 상기 고액분리기에서 분리된 고형성분을 발효하여 바이오가스를 생성하는 바이오가스 발효조; 및 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분을 공급받아 알콜을 생산하는 알콜발효조;를 포함하여 이루어지되, 상기 바이오가스 발효조는 바이오가스에 포함된 이산화탄소를 분리시켜 고순도의 바이오가스로 정제하는 바이오가스 정제부와 연결되되, 상기 바이오가스 정제부는 바이오가스에 포함된 이물질을 제거하는 적어도 2개 이상의 필터부와, 상기 필터부를 거친 바이오가스에 포함된 황화수소와, 실록산을 제거하기 위한 흡착타워와, 황화수소와 실록산이 제거된 바이오가스의 고압력으로 압축하는 압축기와, 압축된 바이오가스를 공급받아 이산화탄소를 제거하는 정제부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to a feature for achieving the above object, the first invention relates to a biofuel production system using organic waste, a storage tank for storing organic waste for this purpose; And, supplying organic waste from the storage tank A pulverizer for receiving and pulverizing; And an acid fermentation tank for acid-fermenting organic waste supplied from the pulverizer to decompose into organic acids and simultaneously producing hydrogen; and for solid-liquid separation of the fermentation broth supplied from the acid fermentation tank into solid and liquid components. A solid-liquid separator; and a biogas fermentation tank for generating biogas by fermenting the solid components separated in the solid-liquid separator; And an alcohol fermentation tank for producing alcohol by receiving the liquid components separated from the solid-liquid separator, wherein the biogas fermentation tank separates carbon dioxide contained in the biogas and purifies it into high-purity biogas. The biogas purification unit includes at least two filter units for removing foreign substances contained in the biogas, hydrogen sulfide and an adsorption tower for removing siloxane, hydrogen sulfide and siloxane. It is characterized in that it comprises a compressor that compresses the removed biogas at a high pressure, and a purification unit that receives the compressed biogas and removes carbon dioxide.
제2발명은, 제1발명에서, 상기 고액분리기와 알콜발효조의 사이에는 액상성분에 포함된 불순물들을 제거하고, 알콜 생성의 원료물질인 부틸산음이온이 포함된 유기산을 알코발효조에 공급하여 알콜 생산 수율을 높일 수 있는 전기투석장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the second invention, in the first invention, impurities contained in the liquid component are removed between the solid-liquid separator and the alcohol fermentation tank, and an organic acid containing butyrate anion, a raw material for alcohol production, is supplied to the alcohol fermentation tank to produce alcohol. It characterized in that it further comprises an electrodialysis device capable of increasing the yield.
제3발명은, 제2발명에서, 상기 정제부는 내부 압력이 상승되도록 입구 및 출구 보다 상대적으로 큰 직경을 갖는 선형의 몸체와, 상기 몸체의 내부에 충전된 Polyimide hollow fiber막과, 상기 몸체의 둘레방향에 형성되어 Polyimide hollow fiber막을 통과한 이산화탄소를 배출하는 배출공을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the third invention, in the second invention, the refining unit has a linear body having a diameter relatively larger than that of the inlet and the outlet so that the internal pressure is increased, a polyimide hollow fiber membrane filled in the body, and a circumference of the body. It is formed in the direction and characterized by comprising a discharge hole for discharging carbon dioxide that has passed through the polyimide hollow fiber membrane.
제4발명은, 제3발명의 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템을 이용한 바이오 연료 생산 방법에 관한 것으로, 이를 위해 유기성폐기물을 저장탱크에 저장하는 단계;(S10)와, 상기 저장탱크에 저장된 유기성폐기물을 분쇄기로 분쇄하는 단계;(S20)와, 상기 분쇄기에서 공급되는 유기성폐기물을 산발효조에서 산 발효시켜 유기산으로 분해함과 동시에 수소를 생산하는 산발효 단계;(S30)와, 상기 산발효조에서 공급되는 발효액을 고액분리기에서 고형성분과 액상성분으로 고액 분리하는 단계;(S40)와, 상기 고액분리기에서 분리된 고체성분은 바이오가스 발효조로 공급하여 바이오가스를 생산하고(S51), 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분은 알콜발효조로 공급되어 알콜(부탄올)을 생산하는 단계;(S52)로 이루어지되, 상기 S51단계는 바이오가스에 포함된 이물질을 필터링하고, 탈황처리 및 이산화탄소를 분리 정제하여 고순도의 바이오가스를 획득하는 후처리 단계(S511)를 더 포함하고, 상기 S52단계는 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분을 전기투석장치에 투입하여 알콜의 생성물질인 유기산을 분리하는 전처리 단계(S521)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The fourth invention relates to a biofuel production method using a biofuel production system using organic waste of the third invention, the step of storing organic waste in a storage tank for this purpose; (S10) and stored in the storage tank Crushing organic waste with a grinder; (S20) and acid fermentation step of acid-fermenting the organic waste supplied from the grinder in an acid fermentation tank to decompose it into organic acid and to produce hydrogen at the same time; (S30) and the acid fermentation tank Separating the fermentation broth supplied from the solid-liquid separator into solid components and liquid components in a solid-liquid separator; (S40), and the solid components separated in the solid-liquid separator are supplied to a biogas fermentation tank to produce biogas (S51), and the solid-liquid The liquid component separated in the separator is supplied to an alcohol fermentation tank to produce alcohol (butanol); it consists of (S52), wherein the step S51 filters foreign substances contained in the biogas, desulfurization treatment and carbon dioxide are separated and purified. A post-treatment step (S511) of obtaining high-purity biogas is further included, and the step S52 is a pretreatment step of separating an organic acid that is a product of alcohol by introducing the liquid component separated in the solid-liquid separator into an electrodialysis device (S521). ) Characterized in that it further comprises.
제5발명은, 제4발명에서, 상기 S511단계는 적어도 2개 이상의 필터부를 통해 바이오가스에 포함된 이물질을 제거하는 단계(S511a)와, 상기 필터부를 거친 바이오가스를 흡착타워로 공급하여 바이오가스에 포함된 황화수소와, 실록산을 제거하는 단계(S511b)와, 상기 흡착타워를 통해 황화수소와 실록산이 제거된 바이오가스를 압축기로 고압축하는 단계(S511c)와, 압축기를 통해 압축된 바이오가스를 Polyimide hollow fiber막을 갖는 정제부에 공급하여 고순도의 바이오가스를 획득하는 단계(S511d)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the fifth invention, in the fourth invention, the step S511 includes removing foreign substances contained in the biogas through at least two filter units (S511a), and supplying the biogas that has passed through the filter unit to the adsorption tower. The step of removing hydrogen sulfide and siloxane contained in (S511b), the step of high-compressing the biogas from which hydrogen sulfide and siloxane are removed through the adsorption tower (S511c), and the biogas compressed through the compressor is polyimide hollow It is characterized in that consisting of a step (S511d) of obtaining high-purity biogas by supplying it to a purification unit having a fiber membrane.
본 발명의 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오 연료 생산 방법에 따르면, 전기투석장치를 통해 알콜생성의 원료물질인 유기산을 분리한 상태로 알콜발효조에 공급하여 고품질의 알콜을 생산할 수 있는 효과가 있다.According to the biofuel production system using organic waste of the present invention and the biofuel production method using the same, it is possible to produce high-quality alcohol by supplying to an alcohol fermentation tank in a state where an organic acid, a raw material for alcohol production, is separated through an electrodialysis device. There is an effect.
또한 바이오가스 발효조에서 메탄 발효시킨 후 바이오가스 정제부를 통해 황화수소와, 실록산과, 이산화탄소가 제거된 고순도의 바이오가스를 생산할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect of producing high-purity biogas from which hydrogen sulfide, siloxane, and carbon dioxide are removed through a biogas purification unit after methane fermentation in a biogas fermentation tank.
도 1은 본 발명에 따른 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템의 구성도,
도 2는 도 1의 바이오가스 정제부를 나타내는 세부 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템을 이용한 바이오 연료 생산 방법의 순서도,
도 4는 도 3의 S511단계의 세부순서도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템을 이용하여 생산된 바이오 가스의 시험 성적서,
도 7 및 도 8은 정제되지 않은 바이오 가스의 시험 성적서이다.1 is a block diagram of a biofuel production system using organic waste according to the present invention,
2 is a detailed configuration diagram showing the biogas purification unit of FIG. 1;
3 is a flow chart of a biofuel production method using a biofuel production system using organic waste according to the present invention,
4 is a detailed flowchart of step S511 of FIG. 3;
5 and 6 are test reports of biogas produced using the biofuel production system using organic waste of the present invention,
7 and 8 are test reports of unpurified biogas.
이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.The following objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.
오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprise" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically describe the invention and to aid in understanding. However, readers who have knowledge in this field to the extent that they can understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it should be mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not significantly related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the invention.
이하에서는 본 발명에 따른 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a biofuel production system using organic waste according to the present invention will be described in detail together with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1의 바이오가스 정제부를 나타내는 세부 구성도이다.1 is a configuration diagram of a biofuel production system using organic waste according to the present invention, and FIG. 2 is a detailed configuration diagram showing a biogas purification unit of FIG. 1.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 유기성폐기물을 산발효시켜 수소를 생산함은 물론, 산발효조의 발효액은 고액분리기를 거쳐 고형성분과 액상성분으로 분리하되, 액상성분은 전기투석장치를 통해 알콜 의 원료물질인 부틸산음이온이 포함된 유기산의 함량을 높여 알콜 생산 수율을 높이는 한편, 고형성분은 바이오가스 발효조에서 메탄 발효시킨 후 바이오가스 정제부를 통해 이산화탄소를 제거하여 고순도의 바이오가스를 생산할 수 있도록 한 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템에 관한 것이다.1 and 2, the present invention produces hydrogen by acid fermentation of organic waste, and the fermentation broth of the acid fermentation tank is separated into a solid component and a liquid component through a solid-liquid separator, but the liquid component is electrodialysis. High purity biogas by removing carbon dioxide through the biogas purification unit after methane fermentation in the biogas fermentation tank for solid components by increasing the content of organic acids containing butyrate anions, the raw material of alcohol through the device. It relates to a biofuel production system using organic waste that enables the production of biofuel.
본 발명의 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템은 분쇄기(10)와, 저장탱크(20)와, 산발효조(30)와, 고액분리기(40)와, 전기투석장치(50)와, 알콜발효조(60)와 바이오가스 발효조(70)로 구성된다.The biofuel production system using organic waste of the present invention includes a
상기 분쇄기(10)는 산발효조(30)에서 산 발효과정이 효과적으로 수행할 수 있도록 저장탱크(20)의 유기성폐기물을 공급받아 이를 잘게 분쇄하는 기능을 한다.The
상기 산발효조(30)는 상기 분쇄기(10)에서 공급되는 유기성폐기물을 발효시켜 유기산으로 분해함과 동시에 수소를 생산하는 기능을 한다.The acid fermentation tank 30 functions to ferment the organic waste supplied from the
이를 위해 상기 산발효조(30)는 유기성 폐 유기성폐기물을 교반하여 C2-C4의 복합 유기산으로 분해함과 동시에 청정에너지원인 수소(H2)를 생산한다.To this end, the
이 때 산발효조(30)로 추가적인 식종균을 주입하지 않은 상태에서 유기성폐기물 내의 아세트산/뷰틸산 생성균을 이용하고, 아세트산/뷰틸산의 알콜 전환율이 타 유기산에 비해 높아지는 것을 이용하여 산발효조(30)에서는 물리 화학적 전처리를 통해 유산과 프로피온산의 발생을 최소화한다At this time, the
본 발명에 따른 산발효조(30)에서 산 발효 과정이 수행된 후의 물질 수지는 2 ㎥의 체적을 기준으로 다음의 [표 1]과 같다.The mass balance after the acid fermentation process is performed in the
상기 [표 1] 참조하여 보면, 본 발명에 따른 산발효조(30)에서는 유기성폐기물 1톤당 수소 24 ㎥가 생성됨을 알 수 있다.Referring to [Table 1], it can be seen that 24 ㎥ of hydrogen per ton of organic waste is generated in the
그리고 고액분리기(40)는 산발효조(30)의 발효액을 고형성분과 액상성분으로 분리시킨다.And the solid-
이러한 상기 고액분리기(40)는 기존의 습식소화가 아닌 건식소화 기술을 적용함으로써, 바이오가스 생산 속도를 극대화하고 원심 분리를 통해 발효액에 포함된 고형성분을 분리하는 과정을 수행한다.The solid-
상기 전기투석장치(50)는 상기 고액분리기(40)에서 분리된 액상성분에서 알콜 생성에 방해되는 불순물들을 제거하는 기능을 한다.The
이러한 전기투석장치(50)는 액상성분에 포함된 다양한 불순물들을 제외한 부틸산음이온이 포함된 유기산을 알콜발효조(60)에 공급하여 알콜 생산 수율을 높일 수 있도록 기능한다.The
따라서 상기 알콜발효조(60)는 상기 전기투석장치(50)를 통해 알콜의 원료물질인 유기산을 포함한 액상성분을 공급받고, 알콜을 생산하는 균주를 별도로 접종시킴으로써 알콜의 생산 수율을 높이고, 보다 고품질의 알콜을 생산할 수 있게 된다.Therefore, the
한편, 상기 바이오가스 발효조(70)는 고액분리기(40)에서 분리된 고형성분을 발효하여 바이오가스를 생산하는 기능을 한다.Meanwhile, the biogas fermentation tank 70 functions to produce biogas by fermenting the solid components separated by the solid-
이러한 바이오가스 발효조(70)는 건식 혐기성 소화를 고압 조건에서 진행하여 바이오가스를 생산한다.The biogas fermentation tank 70 produces biogas by performing dry anaerobic digestion under high pressure conditions.
이렇게 생산된 바이오가스의 성분은 도 7 및 도 8의 시험성적서와 같이 메탄 70.9%, 이산화탄소 24.6%인 것으로, 고순도의 바이오가스로 정제하기 위해 바이오가스 정제부(80)와 연결된다.The components of the biogas thus produced are 70.9% of methane and 24.6% of carbon dioxide, as shown in the test reports of FIGS. 7 and 8, and are connected to the
상기 바이오가스 정제부(80)는 바이오가스에 포함된 황화수소와, 실록산을 제거하고, 더불어 이산화탄소를 분리시켜 고순도의 바이오가스로 정제하는 기능을 한다.The
이러한 상기 바이오가스 정제부(80)는 필터부(81)와, 흡착타워(82)와, 압축기(83)와, 정제부(84)로 구성된다.The
상기 필터부(81)는 2개 이상으로 복수 설치되며, 바이오가스에 포함된 이물질을 다단계로 제거한다.The
그리고 상기 흡착타워(82)는 상기 필터부(81)를 거친 바이오가스를 공급받아 황화수소와, 실록산을 흡착 제거하여 바이오가스의 품질을 향상시킨다.In addition, the
상기 압축기(83)는 황화수소와 실록산이 제거된 바이오가스를 통해 고압력으로 압축하여 정제부(84)로 하여금 이산화탄소의 제거를 용이하게 해준다.The
상기 정제부(84)에는 바이오가스에 포함된 이산화탄소를 제거하여 고순도의 바이오가스를 획득할 수 있도록 기능을 한다.The
이러한 정제부는 선형의 몸체(841)와, 상기 몸체(841)의 내부에 충전된 Polyimide hollow fiber막(842)과, 상기 몸체(841)의 둘레방향에 형성되어 Polyimide hollow fiber막(842)을 통과한 이산화탄소를 배출하는 배출공(841c)을 포함하여 구성된다.This refining part passes through a
이러한 정제부(84)의 몸체(841)는 입구(841a) 및 출구(841b)와의 내경 차이에 의해 내부 압력을 상승시켜 상기 몸체(841)의 내부에 충전된 Polyimide hollow fiber막(842)으로 이산화탄소가 분리되도록 한다.The
이렇게 생산된 바이오 가스의 성분은 도 5 및 도 6의 시험 성적서와 같이 이산화탄소가 제거되어 순도 86% 이상의 고순도임을 알 수 있었다.As for the components of the biogas produced in this way, it was found that the carbon dioxide was removed as shown in the test reports of FIGS. 5 and 6 and thus had a high purity of 86% or more.
이하에서는 본 발명에 따른 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템을 이용한 바이오 연료 생산 방법에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 설명하기 한다.Hereinafter, a biofuel production method using a biofuel production system using organic waste according to the present invention will be described together with the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템을 이용한 바이오 연료 생산 방법의 순서도이고, 도 4는 도 3의 S511단계의 세부순서도이다.3 is a flowchart of a biofuel production method using a biofuel production system using organic waste according to the present invention, and FIG. 4 is a detailed flowchart of step S511 of FIG. 3.
도 3과 같이, 우선 유기성폐기물을 저장탱크에 저장한다.(S10)As shown in Fig. 3, first, organic waste is stored in a storage tank (S10).
그리고 상기 저장탱크에 저장된 유기성폐기물을 분쇄기로 잘게 분쇄하여 산발효조에서 산 발효과정이 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.(S20)In addition, the organic waste stored in the storage tank is finely pulverized with a grinder so that the acid fermentation process can be effectively performed in an acid fermentation tank (S20).
그리고 상기 분쇄기에서 분쇄된 유기성폐기물은 산발효조에서 산 발효시켜 유기산으로 분해함과 동시에 수소를 생산한다.(S30)And the organic waste pulverized in the pulverizer is acid-fermented in an acid fermentation tank to decompose into organic acids and produce hydrogen at the same time. (S30)
그리고 상기 산발효조에서 공급되는 발효액은 고액분리기에 투입하여 고형성분과 액상성분으로 분리한다.(S40)And the fermentation broth supplied from the acid fermentation tank is put into a solid-liquid separator and separated into a solid component and a liquid component (S40).
그리고 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분은 알콜발효조로 공급되어 알콜(부탄올)을 생산하고(S52), 동시에 고액분리기에서 분리된 고체성분은 바이오가스 발효조로 공급하여 바이오가스를 생산한다.(S51) And the liquid component separated in the solid-liquid separator is supplied to the alcohol fermentation tank to produce alcohol (butanol) (S52), and the solid component separated in the solid-liquid separator is supplied to the biogas fermentation tank to produce biogas (S51).
이 때 상기 S52단계에 앞서 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분을 전기투석장치에 투입하여 알콜의 원료물질인 유기산을 분리하는 과정이 선행되어야 한다.(S521)In this case, prior to the step S52, a process of separating the organic acid as a raw material of alcohol by introducing the liquid component separated in the solid-liquid separator into the electrodialysis device must be preceded (S521).
그리고 S51단계 이후, 도 5와 같이, 정제 단계를 거치게 되는데, 먼저 바이오가스에 포함된 이물질은 필터부를 통해 제거한다.(S521a)And after step S51, as shown in FIG. 5, a purification step is performed, and first, foreign substances contained in the biogas are removed through the filter unit (S521a).
그리고 상기 필터부를 거친 바이오가스는 흡착타워를 통해 황화수소와, 실록산을 흡착 제거하여 바이오가스의 품질을 향상시킨다.(S521b)In addition, the biogas passing through the filter unit adsorbs and removes hydrogen sulfide and siloxane through an adsorption tower, thereby improving the quality of the biogas (S521b).
그리고 황화수소와 실록산이 제거된 바이오가스는 압축기(83)를 통해 고압력으로 압축되어 정제부로 하여금 이산화탄소의 제거를 용이하게 해준다.(S521c)In addition, the biogas from which hydrogen sulfide and siloxane have been removed is compressed at high pressure through the
마지막으로 압축기를 통해 압축된 바이오가스를 Polyimide hollow fiber막을 갖는 정제부에 공급하여 이산화탄소가 제거된 순도 86% 이상의 바이오가스를 획득한다.(S521d)Finally, biogas compressed through a compressor is supplied to a purification unit having a polyimide hollow fiber membrane to obtain biogas having a purity of 86% or more from which carbon dioxide has been removed (S521d).
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Since the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all the technical spirit of the present invention, various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.
10: 분쇄기
20: 저장탱크
30: 산발효조
40: 고액분리기
50: 전기투석장치
60: 알콜발효조
70: 바이오가스 발효조
80: 바이오가스 정제부
81: 필터부
82: 흡착타워
83: 압축기
84: 정제부
841: 몸체
841a: 입구
841b: 출구
841c: 배출공
842: Polyimide hollow fiber막10: grinder
20: storage tank
30: acid fermentation tank
40: solid-liquid separator
50: electrodialysis device
60: alcohol fermentation tank
70: biogas fermentation tank
80: biogas purification unit 81: filter unit 82: adsorption tower
83: compressor 84: purification unit
841:
841b:
842: Polyimide hollow fiber membrane
Claims (5)
상기 저장탱크(20)로부터 유기성폐기물을 공급받아 분쇄하는 분쇄기(10);
상기 분쇄기(10)에서 공급되는 유기성폐기물을 산 발효시켜 유기산으로 분해함과 동시에 수소를 생산하는 산발효조(30);
상기 산발효조(30)에서 공급되는 발효액을 고형성분과 액상성분로 고액분리하는 고액분리기(40);
상기 고액분리기에서 분리된 고형성분을 발효하여 바이오가스를 생성하는 바이오가스 발효조(70); 및
상기 고액분리기(40)에서 분리된 액상성분을 공급받아 알콜을 생산하는 알콜발효조(60);를 포함하여 이루어지되,
상기 바이오가스 발효조(70)는 바이오가스에 포함된 이산화탄소를 분리시켜 고순도의 바이오가스로 정제하는 바이오가스 정제부(80)와 연결되되,
상기 바이오가스 정제부(80)는 바이오가스에 포함된 이물질을 제거하는 적어도 2개 이상의 필터부(81)와, 상기 필터부(81)를 거친 바이오가스에 포함된 황화수소와, 실록산을 제거하기 위한 흡착타워(82)와, 황화수소와 실록산이 제거된 바이오가스의 고압력으로 압축하는 압축기(83)와, 압축된 바이오가스를 공급받아 이산화탄소를 제거하는 정제부(84)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템.
A storage tank 20 for storing organic waste;
A crusher 10 for receiving and pulverizing organic waste from the storage tank 20;
An acid fermentation tank 30 for producing hydrogen at the same time by acid-fermenting the organic waste supplied from the pulverizer 10 to decompose it into organic acids;
A solid-liquid separator 40 for separating the fermentation broth supplied from the acid fermentation tank 30 into a solid component and a liquid component;
A biogas fermentation tank 70 for generating biogas by fermenting the solid components separated in the solid-liquid separator; And
Containing an alcohol fermentation tank 60 for producing alcohol by receiving the liquid components separated by the solid-liquid separator 40,
The biogas fermentation tank 70 is connected to a biogas purification unit 80 that separates carbon dioxide contained in the biogas and purifies it into high-purity biogas,
The biogas purification unit 80 includes at least two filter units 81 for removing foreign substances contained in the biogas, and hydrogen sulfide and siloxane contained in the biogas that has passed through the filter unit 81. Organic waste comprising an adsorption tower 82, a compressor 83 for compressing the biogas from which hydrogen sulfide and siloxane are removed at high pressure, and a purification unit 84 for removing carbon dioxide by receiving the compressed biogas. Biofuel production system utilizing the.
상기 고액분리기(40)와 알콜발효조(60)의 사이에는 액상성분에 포함된 불순물들을 제거하고, 알콜 생성의 원료물질인 부틸산음이온이 포함된 유기산을 알코발효조에 공급하여 알콜 생산 수율을 높일 수 있는 전기투석장치(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템.
The method of claim 1
Between the solid-liquid separator 40 and the alcohol fermentation tank 60, impurities contained in the liquid component are removed, and an organic acid containing butyrate anion, which is a raw material for alcohol generation, is supplied to the alcohol fermentation tank to increase the alcohol production yield. Biofuel production system using organic waste, characterized in that it further comprises an electrodialysis device (50).
상기 정제부(84)는 내부 압력이 상승되도록 입구(841a) 및 출구(841b) 보다 상대적으로 큰 직경을 갖는 선형의 몸체(841)와, 상기 몸체(841)의 내부에 충전된 Polyimide hollow fiber막(842)과, 상기 몸체(841)의 둘레방향에 형성되어 Polyimide hollow fiber막(842)을 통과한 이산화탄소를 배출하는 배출공(841c)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템.
The method of claim 1,
The refining unit 84 includes a linear body 841 having a relatively larger diameter than the inlet 841a and the outlet 841b so that the internal pressure is increased, and a polyimide hollow fiber membrane filled in the body 841 Biofuel using organic waste, characterized in that it comprises a discharge hole (841c) formed in the circumferential direction of the body (841) to discharge carbon dioxide that has passed through the polyimide hollow fiber membrane (842) Production system.
유기성폐기물을 저장탱크에 저장하는 단계;(S10)
상기 저장탱크에 저장된 유기성폐기물을 분쇄기로 분쇄하는 단계;(S20)
상기 분쇄기에서 공급되는 유기성폐기물을 산발효조에서 산 발효시켜 유기산으로 분해함과 동시에 수소를 생산하는 산발효 단계;(S30)
상기 산발효조에서 공급되는 발효액을 고액분리기에서 고형성분과 액상성분으로 고액 분리하는 단계;(S40)
상기 고액분리기에서 분리된 고체성분은 바이오가스 발효조로 공급하여 바이오가스를 생산하고(S51), 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분은 알콜발효조로 공급되어 알콜(부탄올)을 생산하는 단계;(S52)로 이루어지되,
상기 S51단계는 바이오가스에 포함된 이물질을 필터링하고, 탈황처리 및 이산화탄소를 분리 정제하여 고순도의 바이오가스를 획득하는 후처리 단계(S511)를 더 포함하고,
상기 S52단계는 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분을 전기투석장치에 투입하여 알콜의 생성물질인 유기산을 분리하는 전처리 단계(S521)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 연료 생산 생산 방법.
In the biofuel production method using the biofuel production system using organic waste of claim 3,
Storing organic waste in a storage tank; (S10)
Crushing the organic waste stored in the storage tank with a crusher; (S20)
Acid fermentation step of acid-fermenting the organic waste supplied from the grinder in an acid fermentation tank to decompose it into organic acid and to produce hydrogen at the same time; (S30)
Separating the fermentation broth supplied from the acid fermentation tank into solid components and liquid components in a solid-liquid separator; (S40)
The solid component separated in the solid-liquid separator is supplied to a biogas fermentation tank to produce biogas (S51), and the liquid component separated in the solid-liquid separator is supplied to an alcohol fermentation tank to produce alcohol (butanol); (S52) Is made of,
The step S51 further includes a post-treatment step (S511) of filtering foreign substances contained in the biogas, desulfurization treatment, and separating and purifying carbon dioxide to obtain high-purity biogas,
The step S52 further comprises a pretreatment step (S521) of separating an organic acid, which is a product of alcohol, by introducing the liquid component separated in the solid-liquid separator into an electrodialysis device.
적어도 2개 이상의 필터부를 통해 바이오가스에 포함된 이물질을 제거하는 단계(S511a)와,
상기 필터부를 거친 바이오가스를 흡착타워로 공급하여 바이오가스에 포함된 황화수소와, 실록산을 제거하는 단계(S511b)와,
상기 흡착타워를 통해 황화수소와 실록산이 제거된 바이오가스를 압축기로 고압축하는 단계(S511c)와,
압축기를 통해 압축된 바이오가스를 Polyimide hollow fiber막을 갖는 정제부에 공급하여 고순도의 바이오가스를 획득하는 단계(S511d)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오 연료 생산 생산 방법.The step S511 is
Removing foreign substances contained in the biogas through at least two or more filter units (S511a),
Supplying the biogas that has passed through the filter unit to the adsorption tower to remove hydrogen sulfide and siloxane contained in the biogas (S511b),
High-pressure compression of the biogas from which hydrogen sulfide and siloxane have been removed through the adsorption tower (S511c),
Biofuel production production method comprising the step of obtaining high-purity biogas by supplying the biogas compressed through a compressor to a purification unit having a polyimide hollow fiber membrane (S511d).
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