KR102347499B1 - Biofuel production system using organic waste and biofuel production method using same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오 연료 생산 방법에 관한 것으로, 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 있는 특징이 있다.The present invention relates to a biofuel production system using organic waste and a biofuel production method using the same, wherein the organic waste is acid-fermented to produce hydrogen, and the fermentation broth of the acid fermentation tank is passed through a solid-liquid separator to produce a solid component and a liquid component. However, the liquid component increases the alcohol production yield by increasing the content of organic acid containing butyrate anion, the raw material of alcohol, through an electrodialysis device, while the solid component is methane-fermented in a biogas fermenter and then the biogas purification unit is used. It has the characteristic of being able to produce high-purity biogas by removing carbon dioxide through it.
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. The liquid component is separated into a component and a liquid component, but the content of the organic acid containing butyrate anion, the raw material of alcohol, is increased through an electrodialysis device to increase the alcohol production yield, while the solid component is methane-fermented in a biogas fermenter. To a biofuel production system using organic wastes capable of producing high-purity biogas by removing carbon dioxide through a biogas refining 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 waste (sewage sludge, livestock manure, food waste, organic city solid waste) generated in Korea is more than 100 million tons per year, and it is due to primitive treatment methods such as landfilling and sea dumping and composting, liquid manure, and feed through aerobic processes. 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 secondary pollutants entering the water system, negative perceptions about the landfill of organic waste are already prevalent. .
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, as for the treatment method using the aerobic process, the anaerobic digestion process is recognized as the most eco-friendly treatment method due to the excessive energy consumption due to air injection and the difficulty in securing a vendor due to the low quality of the produced final product.
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 biogasification technology through the existing anaerobic digestion process is a problem due to the high initial facility investment cost, low biogas production rate, and long residence time. 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 in that high-cost refining cost is additionally generated.
한편 종래기술에 따른 유기성폐기물 처리 방법의 일 예가 대한민국 특허공개번호 제2016-0132165호(2016년11월17일자 공개, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다.On the other hand, an example of an organic waste treatment method 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, this
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 a production method (Korean Patent Registration No. 1814482, hereinafter referred to as 'Patent Document 2') applied to the present applicant 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 in Patent Document 2 has a problem of low purity of methane because it contains carbon dioxide, 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 fell.
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 has been devised in view of the above problems, and the first object of the present invention is to produce hydrogen by acid fermentation of organic waste, as well as the fermentation broth of the acid fermentation tank to a solid component and a liquid component through a solid-liquid separator. A biofuel production system using organic wastes that have improved the alcohol production yield by increasing the content of organic acids including butyrate anions, which are raw materials for alcohol production, through an electrodialysis device, and a biofuel production method using the same 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.Furthermore, the second object of the present invention is to produce high-purity biogas from which hydrogen sulfide, siloxane, and carbon dioxide have been removed through a biogas purification unit after methane fermentation of the solid component separated in the solid-liquid separator in a biogas fermenter. An object of the present invention 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 the characteristics for achieving the above object, the first invention relates to a biofuel production system using organic waste, and a storage tank for storing organic waste for this purpose; and supplying organic waste from the storage tank and a pulverizer that receives and pulverizes the organic waste supplied from the pulverizer; an acid fermentation tank that decomposes organic waste into organic acids and produces hydrogen at the same time; and 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 fermenter for fermenting the solid components separated in the solid-liquid separator to generate biogas; and an alcohol fermentation tank for producing alcohol by receiving the liquid component separated from the solid-liquid separator, wherein the biogas fermenter separates carbon dioxide contained in biogas and purifies it into high-purity biogas Doedoe, the biogas purification unit includes at least two or more filter units for removing foreign substances contained in biogas, an adsorption tower for removing hydrogen sulfide and siloxane contained in the biogas that has passed through the filter unit, and hydrogen sulfide and siloxane It is characterized in that it consists of a compressor for compressing the removed biogas with a high pressure, and a purification unit for receiving the compressed biogas and removing 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 is 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 tablet portion has a linear body having a relatively larger diameter than the inlet and outlet so that the internal pressure is increased, a polyimide hollow fiber film filled inside the body, and the circumference of the body It is characterized in that it is formed in the direction and includes an exhaust hole for discharging carbon dioxide that has passed through the polyimide hollow fiber film.
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 the biofuel production system using the organic waste of the third invention, and for this, storing the organic waste in a storage tank; (S10) and stored in the storage tank Grinding the organic waste with a grinder; (S20) and acid fermentation of the organic waste supplied from the grinder in an acid fermentation tank to decompose it into organic acids and at the same time to produce hydrogen; (S30) and the acid fermentation tank Separating the fermented broth supplied from the solid-liquid into a solid component and a liquid component in a solid-liquid separator; (S40), and the solid component separated in the solid-liquid separator is supplied to a biogas fermenter to produce biogas (S51), the solid-liquid The liquid component separated in the separator is supplied to an alcohol fermentation tank to produce alcohol (butanol); consists of (S52), the step S51 is to filter foreign substances contained in biogas, desulfurize and separate and purify carbon dioxide. The method further includes a post-treatment step (S511) of obtaining high-purity biogas, wherein the step S52 is a pre-treatment step (S521) of adding the liquid component separated in the solid-liquid separator to the electrodialysis apparatus to separate the organic acid, which is a product of alcohol (S521). ) is 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 the steps of removing foreign substances contained in the biogas through at least two or more filter units (S511a), and supplying the biogas that has passed through the filter unit to the adsorption tower to provide biogas The step of removing hydrogen sulfide and siloxane contained in (S511b), the step of high-compression of the biogas from which hydrogen sulfide and siloxane have been removed through the adsorption tower (S511c), and the step of compressing the biogas compressed through the compressor into a Polyimide hollow It is characterized in that it consists of a step (S511d) of obtaining high-purity biogas by supplying it to a refining 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 it to an alcohol fermentation tank in a state in which organic acid, which is 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 the biogas refining unit after methane fermentation in the biogas fermenter.
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;
Figure 2 is a detailed configuration diagram showing the biogas purification unit of Figure 1;
3 is a flowchart 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 results of biogas produced using the biofuel production system using organic waste of the present invention;
7 and 8 are test reports of unrefined 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 readily understood through the following preferred embodiments in conjunction with 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 subject matter may be thorough and complete, and that the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.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 also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the terms 'comprise' and/or 'comprising' do 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 explain and help the understanding of the invention. However, a reader having enough knowledge in this field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts which are commonly known and not largely related to the invention in describing 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 the 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 not only produces hydrogen by acid fermentation of organic waste, but also separates the fermentation broth of the acid fermentation tank into a solid component and a liquid component through a solid-liquid separator, but the liquid component is electrodialyzed High-purity biogas by increasing the content of organic acid containing butyrate anion, the raw material of alcohol, through the device, while increasing the yield of alcohol production. It relates to a biofuel production system using organic waste that can produce
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, acetic acid / butyl acid producing bacteria in organic waste are used in the state where additional seed bacteria are not injected into the
본 발명에 따른 산발효조(30)에서 산 발효 과정이 수행된 후의 물질 수지는 2 ㎥의 체적을 기준으로 다음의 [표 1]과 같다.The material 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 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.Accordingly, the
한편, 상기 바이오가스 발효조(70)는 고액분리기(40)에서 분리된 고형성분을 발효하여 바이오가스를 생산하는 기능을 한다.On the other hand, the biogas fermenter 70 functions to produce biogas by fermenting the solid components separated in the solid-
이러한 바이오가스 발효조(70)는 건식 혐기성 소화를 고압 조건에서 진행하여 바이오가스를 생산한다.The biogas fermenter 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% methane and 24.6% 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.Such a tablet portion 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 shown in the test report of FIGS. 5 and 6 , the biogas produced in this way has a high purity of 86% or more because carbon dioxide is removed.
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 Figure 3, first, the organic waste is stored in the storage tank. (S10)
그리고 상기 저장탱크에 저장된 유기성폐기물을 분쇄기로 잘게 분쇄하여 산발효조에서 산 발효과정이 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.(S20)Then, 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 the 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 it into organic acids and at the same time produce hydrogen. (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 to separate it 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 at the same time, the solid component separated in the solid-liquid separator is supplied to the biogas fermenter to produce biogas. (S51)
이 때 상기 S52단계에 앞서 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분을 전기투석장치에 투입하여 알콜의 원료물질인 유기산을 분리하는 과정이 선행되어야 한다.(S521)At this time, prior to step S52, the process of separating the organic acid, which is a raw material of alcohol, by putting the liquid component separated in the solid-liquid separator into the electrodialysis device should 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. 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 to improve 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 with 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 with 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.The embodiments described in this 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, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and examples.
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 fermenter
80: biogas purification unit 81: filter unit 82: adsorption tower
83: compressor 84: refining unit
841:
841b:
842: Polyimide hollow fiber film
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 포함하되,
상기 바이오가스 발효조(70)는 메탄 70.9%, 이산화탄소 24.6%인 바이오가스에 포함된 이산화탄소를 분리시켜 86% 이상 순도의 바이오가스로 정제하는 바이오가스 정제부(80)와 연결되고,
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 압력으로 압축하는 압축기(83)와, 압축된 바이오가스를 공급받아 이산화탄소를 제거하는 정제부(84)로 이루어지고,
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 포함하며,
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 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템.
a storage tank 20 for storing organic waste;
a pulverizer 10 for receiving and pulverizing organic waste from the storage tank 20;
an acid fermentation tank 30 for acid-fermenting organic waste supplied from the pulverizer 10 to decompose it into organic acids and at the same time to produce hydrogen;
a solid-liquid separator 40 for separating the fermentation broth supplied from the acid fermentation tank 30 into solid and liquid components;
a biogas fermentation tank 70 for fermenting the solid components separated in the solid-liquid separator to generate biogas; and
An alcohol fermentation tank (60) for producing alcohol by receiving the liquid component separated from the solid-liquid separator (40);
The biogas fermenter 70 is connected to a biogas purification unit 80 that separates carbon dioxide contained in biogas of 70.9% methane and 24.6% carbon dioxide and purifies it into biogas with a purity of 86% or more,
The biogas purification unit 80 includes at least two filter units 81 for removing foreign substances contained in biogas, and hydrogen sulfide and siloxane contained in the biogas that have passed through the filter unit 81. Consists of an adsorption tower 82, a compressor 83 that compresses the biogas from which hydrogen sulfide and siloxane are removed, and a purification unit 84 that receives the compressed biogas and removes carbon dioxide,
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, a raw material for alcohol production, is supplied to the alcohol fermentation tank to increase the alcohol production yield. It further includes an electrodialysis device 50 with
The refining unit 84 has a linear body 841 having a relatively larger diameter than the inlet 841a and outlet 841b so that the internal pressure is increased, and a polyimide hollow fiber film filled inside the body 841. Biofuel production using organic waste, characterized in that it includes an 842 and 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 film 842 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 알콜을 생산하는 단계(S52);로 이루어지되,
상기 바이오가스를 생산하는(S51)단계는 바이오가스에 포함된 이물질을 필터링하고, 탈황처리 및 이산화탄소를 분리 정제하여 소정의 순도의 바이오가스를 획득하는 후처리 단계(S511)와,
상기 알콜을 생산하는(S52)단계는 상기 고액분리기에서 분리된 액상성분을 전기투석기에 투입하여 알콜의 생성물질인 유기산으로 분리하는 전처리 단계(S521)로 이루어지되,
상기 바이오 가스를 획득하는 후처리단계(S511)는,
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 소정의 순도의 바이오가스를 획득하는 단계(S511d)로 이루어지고,
상기 바이오가스 생산단계(S51)이후의 정제단계로서,
바이오가스에 포함된 이물질을 필터부를 통해 제거하는 단계(S521a),
상기 필터부를 거친 바이오가스를 바이오 가스의 품질을 향상시키기 위해 흡착타워를 통해 황화수소와, 실록산을 흡착 제거하는 단계(S521b),
상기 황화수소와 실록산이 제거된 바이오가스는 압축기(83)를 통해 압축시켜서 정제부로 하여금 이산화탄소를 제거하는 단계(S521c),
상기 압축기를 통해 압축된 바이오가스를 Polyimide hollow fiber막을 갖는 정제부에 공급하여 이산화탄소가 제거된 순도 86% 이상의 바이오가스를 획득하는 단계(S521d)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오 연료 생산 방법.
In the biofuel production method using the biofuel production system using organic waste,
Storing organic waste in a storage tank (S10);
pulverizing the organic waste stored in the storage tank with a grinder (S20);
an acid fermentation step (S30) of acid-fermenting the organic waste supplied from the crusher in an acid fermentation tank to decompose it into organic acids and at the same time produce hydrogen;
Separating the fermentation broth supplied from the acid fermentation tank into solid and liquid in a solid-liquid separator (S40);
The solid component separated in the solid-liquid separator is supplied to a biogas fermenter to produce biogas (S51), and the liquid component separated in the solid-liquid separator is supplied to the alcohol fermentation tank to produce alcohol (S52); ,
The step of producing the biogas (S51) includes a post-treatment step (S511) of filtering foreign substances contained in the biogas, desulfurization and separation and purification of carbon dioxide to obtain biogas of a predetermined purity;
The step of producing the alcohol (S52) consists of a pretreatment step (S521) of injecting the liquid component separated in the solid-liquid separator into an electrodialysis machine and separating it into an organic acid, which is a product of alcohol,
The post-processing step (S511) of obtaining the biogas is,
removing foreign substances contained in biogas through at least two or more filter units (S511a);
supplying the biogas passing through the filter unit to an adsorption tower to remove hydrogen sulfide and siloxane contained in the biogas (S511b);
High-compression of the biogas from which hydrogen sulfide and siloxane have been removed through the adsorption tower with a compressor (S511c);
It consists of a step (S511d) of supplying biogas compressed through a compressor to a purification unit having a polyimide hollow fiber membrane to obtain biogas of a predetermined purity,
As a purification step after the biogas production step (S51),
removing foreign substances contained in the biogas through the filter unit (S521a);
adsorbing and removing hydrogen sulfide and siloxane through an adsorption tower to improve the quality of biogas from the biogas passing through the filter unit (S521b);
The biogas from which the hydrogen sulfide and siloxane have been removed is compressed through a compressor 83 to allow the purification unit to remove carbon dioxide (S521c),
A biofuel production method comprising the step (S521d) of supplying biogas compressed through the compressor to a purification unit having a polyimide hollow fiber membrane to obtain biogas with a purity of 86% or more from which carbon dioxide has been removed.
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