KR20160013686A - 바이오 가스 전처리 장치 - Google Patents

바이오 가스 전처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20160013686A
KR20160013686A KR1020140095811A KR20140095811A KR20160013686A KR 20160013686 A KR20160013686 A KR 20160013686A KR 1020140095811 A KR1020140095811 A KR 1020140095811A KR 20140095811 A KR20140095811 A KR 20140095811A KR 20160013686 A KR20160013686 A KR 20160013686A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
biogas
adsorption
compressor
adsorbent
cooler
Prior art date
Application number
KR1020140095811A
Other languages
English (en)
Inventor
황철용
Original Assignee
황철용
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 황철용 filed Critical 황철용
Priority to KR1020140095811A priority Critical patent/KR20160013686A/ko
Publication of KR20160013686A publication Critical patent/KR20160013686A/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407Constructional details of adsorbing systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462Temperature swing adsorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047Pressure swing adsorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/229Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26Drying gases or vapours
    • B01D53/261Drying gases or vapours by adsorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B01J20/0225Compounds of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt
    • B01J20/0229Compounds of Fe
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B01J20/08Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/103Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02Biological treatment
    • C02F11/04Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/30Sulfur compounds
    • B01D2257/304Hydrogen sulfide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/55Compounds of silicon, phosphorus, germanium or arsenic
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/20Sludge processing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

본 발명은 바이오가스 전처리 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 바이오가스 전처리 장치는, 혐기성 소화조로부터 공급되는 바이오가스를 일정압력으로 압축하여 공급하는 제1압축기와; 상기 제1압축기로부터 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하는 제1냉각기와; 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 제1흡착유닛과; 상기 제1흡착유닛에서 수분가 황화수소가 제거된 바이오가스에서 실록산을 제거하기 위한 제2흡착유닛과; 상기 제2흡착유닛을 통과한 바이오가스를 일정 압력으로 압축하여 공급하는 제2압축기와; 상기 제2압축기를 통해 압축된 바이오 가스를 일정온도로 냉각시키는 제2냉각기와; 상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오 가스에서 이산화탄소(CO2)를 제거하기 위한 흡착모듈을 구비한다.

Description

바이오 가스 전처리 장치{BIOGAS PRETREATMENT APPARATUS}
본 발명은 바이오 가스 전처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 바이오가스에서 황화수소를 제거하기 전에 바이오 가스에 포함된 수분을 제거하여 황화수소를 제거하는 탈황공정에서 흡착성능을 최대화시켜, 흡착제의 효율 향상 및 흡착탑의 소형화와 전처리 장치 전체의 소형화를 이룰 수 있는 바이오가스의 전처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가축분뇨, 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 등의 고농도 유기성 폐기물을 처리하는 혐기성 소화조와 매립지에서는 유기 물질이 혐기성 상태에서 분해되면서 바이오가스가 발생된다.
하수 슬러지를 처리하는 혐기성 소화 공정에서 발생되는 바이오 가스는 에너지원으로사용될 수 있는 약 65%의 메탄과 약 35%의 이산화탄소(CO2) 이외에 ppm 내지 ppb 단위의 황화수소(H2S), 암모니아(NH3), 메틸 메르캅탄 등의 악취물질과 실록산류 등을 포함한다.
여기서, 상기 바이오가스는 메탄이 주성분이기 때문에, 가연성 물질로서 에너지원으로 사용이 가능하다. 이러한 이유로 인하여 바이오가스는 신재생 에너지원으로서 보일러, 열병합 발전 등 전기나 열을 생산하는 공정의 연료로서 사용되고 있다.
종래 기술에서 대부분의 바이오가스 처리 시설에서는 바이오가스 중에 포함된 메탄 이외의 불순 물질을 제거하기 위한 전처리 장치를 구비하고 있다.
종래의 바이오가스 전처리 장치는, 혐기성 소화조의 바이오 가스를 전처리하기 위해 혐기성 소화조에서 바로 탈황유닛으로 바이오 가스를 공급하는 방식을 취하고 있다. 이 경우에 탈황유닛으로 공급되는 바이오 가스의 압력은 0.02bar 정도를 매우 낮아 공급능력에 한계를 가지게 된다. 또한 바이오 가스에 함유된 많은 수분량으로 인해, 탈황유닛으로 바이오 가스가 바로 공급되는 경우, 황화수소가 흡착되기 전에 수분이 먼저 흡착되게 되므로, 황화수소의 흡착능력이 현저하게 떨어지는 문제점이 발생되게 된다. 이에 따라 탈황유닛의 사이즈를 크게 하여야 하는 문제점도 발생되게 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0985911호(2010.09.30)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 바이오가스의 전처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 바이오가스에서 황화수소를 제거하는 탈황공정에서 흡착성능을 최대화시켜, 흡착제의 효율 향상 및 흡착탑의 소형화 및 전처리 장치 전체의 소형화를 이룰 수 있는 바이오가스의 전처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 바이오가스 전처리 장치는, 혐기성 소화조로부터 공급되는 바이오가스를 일정압력으로 압축하여 공급하는 제1압축기와; 상기 제1압축기로부터 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하는 제1냉각기와; 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 제1흡착유닛과; 상기 제1흡착유닛에서 수분가 황화수소가 제거된 바이오가스에서 실록산을 제거하기 위한 제2흡착유닛과; 상기 제2흡착유닛을 통과한 바이오가스를 일정 압력으로 압축하여 공급하는 제2압축기와; 상기 제2압축기를 통해 압축된 바이오 가스를 일정온도로 냉각시키는 제2냉각기와; 상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오 가스에서 이산화탄소(CO2)를 제거하기 위한 흡착모듈을 구비한다.
상기 제1흡착유닛은, 하부에는 수분(H2O)을 제거하기 위한 제1흡착제가 충진되고 상부에는 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 제2흡착제가 충진되어, 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스가 하부에서 상부방향으로 통과하면서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 흡착탑을 구비할 수 있다.
상기 제1흡착유닛은, 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분을 제거하기 위한 수분제거용 흡착탑과; 상기 수분제거용 흡착탑을 통해 수분이 제거된 바이오 가스에서 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착탑을 구비할 수 있다.
상기 바이오가스 전처리 장치는, 상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 먼지(dust)나 분진을 포함하는 입자형 불순물을 제거하여 상기 흡착모듈로 공급하는 필터를 더 구비할 수 있다.
상기 제1압축기는 스크류(screw) 타입 압축기가 이용되고, 상기 제2압축기는 스크류타입 압축기 또는 왕복동 압축기(reciprocating compressor)가 이용될 수 있다.
상기 제1냉각기 및 상기 제2냉각기는 Shell & Tube 열교환기(Shell & Tube Type Heat Exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate Type Heat Exchanger)가 이용될 수 있다.
상기 흡착모듈은, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)방식, 온도변동흡착(Temperature Swing Adsorption)방식 또는 멤브레인(membrane) 방식의 흡착모듈일 수 있다.
상기 제1흡착유닛에 구비되는 흡착탑은, 하부에 충진되는 수분제거용 제1흡착제와; 상부에 충진되는 황화수소 제거용 제2흡착제와; 상기 제1흡착제와 상기 제2흡착제를 분리하기 위해 상기 제1흡착제와 상기 제2흡착제의 사이즈보다 작은 구멍을 가지는 메시구조의 적어도 하나의 스크린을 구비할 수 있다.
상기 제1흡착제는 알루미나 또는 실리카겔이고 상기 제2흡착제는 산화철 또는 카본일 수 있다.
본 발명에 따르면, 황화수소 제거를 위한 흡착탑 또는 흡착유닛으로 유입되는 바이오 가스의 온도를 낮추고 수분함유량을 낮춰 황화수소 흡착효율을 높일 수 있으며, 바이오 가스의 가압력을 높여 바이오 가스의 공급능력을 높일 수 있다. 또한 흡착탑의 소형화와 전처리 장치 전체의 소형화가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치의 개략도이고,
도 2는 도 1의 제1흡착모듈의 개략도이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 바이오 가스 전처리 장치의 개략도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치(100)는 혐기성 소화조(110), 제1압축기(120), 제1냉각기(130), 제1흡착유닛(140), 제2흡착유닛(150), 제2압축기(160), 제2냉각기(170) 및 흡착모듈(180)을 구비한다. 경우에 따라 필터(180)가 추가될 수 있다.
상기 혐기성 소화조(110)는, 바이오매스 폐기물, 에너지 작물 및 하수 슬러지 등의 고농도 유기성 폐기물을 처리하는 데 사용되는 탱크이다. 상기 혐기성 소화조(110)는, 상기 유기성 폐기물을 발효시켜 메탄, 이산화탄소, 황화수소 및 실록산 등을 포함하는 바이오 가스(Bio gas)를 생산한다.
상기 제1압축기(120)는 혐기성 소화조(110)로부터 공급되는 바이오가스를 3~5bar의 압력으로 압축하여 상기 제1냉각기(130)에 공급한다.
종래의 전처리 장치의 경우에는 혐기성 소화조에서 직접 탈황을 위한 흡착탑으로 바이오 가스를 공급하였으나 이 경우 가스 가압력이 크지 않아 가스가 저속으로 공급되고 많은 수분함유로 인하여 탈황공정에서 황화수조 제거율이 낮다는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명에서는 제1압축기(120)를 이용하여 혐기성 소화조(110)로부터 공급되는 바이오가스를 3bar 이상의 압력으로 압축하여 상기 제1냉각기(130)에 공급한다. 여기서 상기 제1압축기(110)는 스크류(screw) 타입 압축기가 이용될 수 있다.
상기 제1냉각기(130)는 상기 제1압축기(120)로부터 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하여 상기 제1흡착유닛(140)에 공급한다.
상기 제1냉각기(130)는 상기 제1압축기(110)에 의해 바이오 가스 압축시에 발생된 압축열로 상승한 바이오 가스의 온도를 낮추어 공급하기 위한 것으로, 상기 제1압축기(110)에서 공급되는 110℃ 정도의 온도를 가지는 바이오 가스를 대략 20℃ 정도로 낮추어 공급하게 된다. 상기 제1냉각기(130)로는 Shell & Tube 열교환기(Shell & Tube Type Heat Exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate Type Heat Exchanger)가 이용될 수 있다.
상기 제1흡착유닛(140)은 상기 제1냉각기(130)를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 것이다.
상기 제1흡착유닛(140)은 도 2에 도시된 바와 같이, 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하고 재생을 서로 교번하여 수행하기 위한 한쌍의 흡착탑(140a,140b)로 구성된다. 여기서 한쌍의 흡착탑(140a,140b)은 서로 동일구조를 가지며, 하나의 흡착탑(예를 들면, 140a)이 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하는 공정을 수행하는 동안 다른 하나의 흡착탑(예를 들면, 140b)은 재생공정을 수행하게 된다.
상기 제1흡착유닛(140)은 한쌍의 흡착탑(140a, 140b) 각각의 내부에 2종의 흡착을 수행하기 위해 두 종류의 흡착제가 충진되는 구조를 가진다. 예를 들어, 하부에는 수분(H2O)을 제거하기 위한 제1흡착제(142)가 충진되고 상부에는 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 제2흡착제(144)가 충진되어, 상기 제1냉각기(130)를 통해 냉각된 바이오가스가 하부에서 상부방향으로 통과하면서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하게 된다.
여기서 제1흡착제(142) 및 제2흡착제(144)가 서로 섞이지 않고 분리되도록 하기 위해, 상기 제1흡착제(142)와 상기 제2흡착제(144) 사이를 구분하는 적어도 하나의 스크린(146)이 구비될 수 있다. 상기 적어도 하나의 스크린(146)은 상기 제1흡착제(142)와 상기 제2흡착제(144)의 사이즈보다 작은 구멍을 가지는 메시구조를 가질 수 있다.
상기 적어도 하나의 스크린(146)은 3개가 구비되어, 상기 흡착탑(140a,140b)의 최상부, 최하부, 중간부에 각각 구비될 수 있다. 이에 따라 최상부의 스크린과 중간부의 스크린 사이에는 제2흡착제(144)가 구비되고, 중간부의 스크린과 최하부의 스크린 사이에는 제1흡착제(142)가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 적어도 하나의 스크린(146)으로는 상기 제1흡착제(142)와 상기 제2흡착제(144)의 무게를 견딜 수 없기 때문에, 흡착제(142,144)들의 무게를 견딜 수 있도록, 상기 흡착탑(140a,140b) 각각의 의 최하부에 다공성 플레이트(148)가 구비될 수 있다. 상기 다공성 플레이트(148)는 최하부에 위치되는 스크린의 하부에 구비될 수 있다.
여기서 상기 제1흡착제(142)는 알루미나 또는 실리카겔이고 상기 제2흡착제(144)는 산화철 또는 카본일 수 있으며, 이외에도 통상의 기술자에게 잘 알려진 수분제거용 흡착제, 황화수소 제거용 흡착제가 채용될 수 있다.
상기 제2흡착유닛(150)은 상기 제1흡착유닛(140)에서 수분과 황화수소가 제거된 바이오가스에서 실록산을 제거하기 위한 것이다.
상기 제2흡착유닛(150)은 서로 교번하여 실록산을 제거하고 재생을 수행하기 위한 한쌍의 흡착탑으로 구성될 수 있다. 상기 제2흡착유닛(150)에는 실록산 제거를 위한 제올라이트(zeolite) 등의 흡착제가 충진될 수 있다.
상기 제2압축기(160)는 상기 제2흡착유닛(150)을 통과한 바이오가스를 9~11bar의 압력으로 압축하여 공급하기 위한 것이다.
상기 제2압축기(160)는 상기 제2흡착유닛(150)으로부터 공급되는 바이오가스를 9 bar 이상의 압력으로 압축하여 상기 제2냉각기(170)에 공급한다. 여기서 상기 제2압축기(160)는 스크류(screw) 타입 압축기 또는 왕복동 압축기(reciprocating compressor)가 이용될 수 있다.
상기 제2압축기(160)는 상기 흡착모듈(190)에서 이산화탄소(CO2)의 제거 또는 분리를 위해 바이오 가스를 고압으로 압축하기 위한 것이다.
상기 제2냉각기(170)는 상기 제2압축기(160)로부터 압축되어 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하여 상기 흡착모듈(190) 또는 상기 필터(180)에 공급한다.
상기 제2냉각기(170)는 상기 제2압축기(160)에 의해 바이오 가스 압축시에 발생된 압축열로 상승한 바이오 가스의 온도를 낮추어 공급하기 위한 것으로, 상기 제2압축기(160)에서 공급되는 180℃ 정도의 온도를 가지는 바이오 가스를 대략 20℃ 정도로 낮추어 공급하게 된다. 상기 제2냉각기(170)로는 Shell & Tube 열교환기(Shell & Tube Type Heat Exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate Type Heat Exchanger)가 이용될 수 있다.
상기 흡착모듈(190)은 상기 제2냉각기(170)를 통해 냉각된 바이오 가스에서 이산화탄소(CO2)를 제거하기 위한 것이다.
상기 흡착모듈(190)은, 한쌍의 흡착탑들로 구성될 수 있으며, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)방식, 온도변동흡착(Temperature Swing Adsorption)방식 또는 멤브레인(membrane) 방식의 흡착모듈일 수 있다.
상기 압력변동흡착모듈은, 압력변동을 통해 기체 혼합물로부터 특정 성분을 분리하거나 혹은 제거시켜 기체를 분리, 정제하는 데 사용되는 방법이다. 탄소분자흡착체(CMS, Carbon Molecular Sieve)로 채워진 흡착베드를 혼합기체가 고압상태로 통과하면서 선택도가 높은 성분들이 우선 흡착하게 되고, 나머지 성분들은 흡착베드 밖으로 배출된다. 흡착된 성분들을 제거하기 위해 흡착베드내의 압력을 떨어뜨려 재생하게 된다.
상기 필터(180)는 상기 제2냉각기(170)를 통해 냉각된 바이오가스에서 먼지(dust)나 분진을 포함하는 입자형 불순물을 제거하여 상기 흡착모듈(190)로 공급하기 위한 것이다. 상기 필터(180)는 필요에 따라 구비될 수도 있고 구비되지 않을 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치의 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치(200)는 혐기성 소화조(110), 제1압축기(120), 제1냉각기(130), 제1흡착유닛(240), 제2흡착유닛(150), 제2압축기(160), 제2냉각기(170) 및 흡착모듈(180)을 구비한다. 경우에 따라 필터(180)가 추가될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치(200)는 상기 제1흡착유닛(240)을 제외한 나머지 구성들, 즉 혐기성 소화조(110), 제1압축기(120), 제1냉각기(130), 제2흡착유닛(150), 제2압축기(160), 제2냉각기(170), 흡착모듈(180) 및 필터(180)는 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오가스 전처리 장치(100)와 동일한 구성을 가지므로 설명을 생략한다.
상기 제1흡착유닛(240)은 상기 제1냉각기(130)를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 것이다.
상기 제1흡착유닛(140)은 도 3에 도시된 바와 같이, 수분을 제거하기 위한 수분제거용 흡착탑(242)와 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착탑(244)이 별도로 구비된다. 본 발명의 제1실시예의 경우는 하나의 흡착탑에 수분제거용 흡착제와 황화수소 제거용 흡착제를 함께 충진하여 수분과 황화수소를 제거하였으나, 본 발명의 제2실시예의 경우는 수분을 제거하기 위한 수분제거용 흡착탑(242)와 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착탑(244)이 별도로 구비된다.
상기 수분제거용 흡착탑(242)은 상기 제1냉각기(130)를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분을 제거하여 상기 황화수소 제거용 흡착탑(244)로 수분이 제거된 바이오가스를 공급한다.
여기서 수분제거용 흡착탑(242)은 수분제거 공정과 재생공정을 서로 교번하여 함께 수행하기 위해 한쌍의 흡착탑 구조를 가질 수 있다. 상기 수분제거용 흡착탑(242)에는 흡착제로 알루미나 또는 실리카겔이 충전된 구성을 가질 수 있다.
그리고, 상기 황화수소 제거용 흡착탑(244)은 상기 수분제거용 흡착탑(242)를 통해 수분이 제거된 바이오 가스에서 황화수소를 제거하여 상기 제2흡착탑(150)에 공급한다. 이후의 구성은 본 발명의 제1실시예의 경우와 동일하다.
여기서 황화수소제거용 흡착탑(244)은 황화수소제거 공정과 재생공정을 서로 교번하여 함께 수행하기 위해 한쌍의 흡착탑 구조를 가질 수 있다. 상기 황화수소제거용 흡착탑(244)에는 흡착제로 산화철 또는 카본이 충전된 구성을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 황화수소 제거를 위한 흡착탑 또는 흡착유닛으로 유입되는 바이오 가스의 온도를 낮추고 수분함유량을 낮춰 황화수소 흡착효율을 높일 수 있으며, 바이오 가스의 가압력을 높여 바이오 가스의 공급능력을 높일 수 있다. 또한 흡착탑의 소형화가 가능한 장점이 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
110 : 혐기성 소화조 120 ; 제1압축기
130 : 제1냉각기 140 : 제1흡착유닛
150 : 제2흡착유닛 160 : 제2압축기
170 : 제2냉각기 180 ; 필터
190 : 흡착모듈

Claims (9)

  1. 혐기성 소화조로부터 공급되는 바이오가스를 일정압력으로 압축하여 공급하는 제1압축기와;
    상기 제1압축기로부터 공급되는 바이오가스를 일정온도로 냉각하는 제1냉각기와;
    상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 제1흡착유닛과;
    상기 제1흡착유닛에서 수분가 황화수소가 제거된 바이오가스에서 실록산을 제거하기 위한 제2흡착유닛과;
    상기 제2흡착유닛을 통과한 바이오가스를 일정 압력으로 압축하여 공급하는 제2압축기와;
    상기 제2압축기를 통해 압축된 바이오 가스를 일정온도로 냉각시키는 제2냉각기와;
    상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오 가스에서 이산화탄소(CO2)를 제거하기 위한 흡착모듈을 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1흡착유닛은, 하부에는 수분(H2O)을 제거하기 위한 제1흡착제가 충진되고 상부에는 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 제2흡착제가 충진되어, 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스가 하부에서 상부방향으로 통과하면서 수분과 황화수소를 순차적으로 제거하기 위한 흡착탑을 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1흡착유닛은, 상기 제1냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 수분을 제거하기 위한 수분제거용 흡착탑과;
    상기 수분제거용 흡착탑을 통해 수분이 제거된 바이오 가스에서 황화수소(H2S)를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착탑을 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 바이오가스 전처리 장치는, 상기 제2냉각기를 통해 냉각된 바이오가스에서 먼지(dust)나 분진을 포함하는 입자형 불순물을 제거하여 상기 흡착모듈로 공급하는 필터를 더 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1압축기는 스크류(screw) 타입 압축기가 이용되고, 상기 제2압축기는 스크류타입 압축기 또는 왕복동 압축기(reciprocating compressor)가 이용됨을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1냉각기 및 상기 제2냉각기는 Shell & Tube 열교환기(Shell & Tube Type Heat Exchanger) 또는 판형 열교환기(Plate Type Heat Exchanger)가 이용됨을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 흡착모듈은, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)방식, 온도변동흡착(Temperature Swing Adsorption)방식 또는 멤브레인(membrane) 방식의 흡착모듈임을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 제1흡착유닛에 구비되는 흡착탑은,
    하부에 충진되는 수분제거용 제1흡착제와;
    상부에 충진되는 황화수소 제거용 제2흡착제와;
    상기 제1흡착제와 상기 제2흡착제를 분리하기 위해 상기 제1흡착제와 상기 제2흡착제의 사이즈보다 작은 구멍을 가지는 메시구조의 적어도 하나의 스크린을 구비함을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
  9. 청구항 2 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 제1흡착제는 알루미나 또는 실리카겔이고 상기 제2흡착제는 산화철 또는 카본임을 특징으로 하는 바이오가스 전처리 장치.
KR1020140095811A 2014-07-28 2014-07-28 바이오 가스 전처리 장치 KR20160013686A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140095811A KR20160013686A (ko) 2014-07-28 2014-07-28 바이오 가스 전처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140095811A KR20160013686A (ko) 2014-07-28 2014-07-28 바이오 가스 전처리 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160013686A true KR20160013686A (ko) 2016-02-05

Family

ID=55353518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140095811A KR20160013686A (ko) 2014-07-28 2014-07-28 바이오 가스 전처리 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160013686A (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190052375A (ko) * 2017-11-08 2019-05-16 한양대학교 에리카산학협력단 가스 정제 방법 및 시스템
KR20190101077A (ko) * 2018-02-22 2019-08-30 한국과학기술연구원 바이오가스 내 황화수소 및 실록산을 제거하는 바이오가스 정제 장치
KR102045191B1 (ko) * 2018-12-26 2019-11-14 주식회사 한국종합기술 에너지 독립형 유기성 폐기물 처리시스템
KR102196559B1 (ko) * 2019-07-04 2020-12-29 (주)이앤켐솔루션 바이오가스의 불순물 제거방법 및 제거시스템
KR20210073477A (ko) * 2019-12-10 2021-06-18 비앤이테크(주) 바이오가스의 열병합발전을 위한 가스정제 장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190052375A (ko) * 2017-11-08 2019-05-16 한양대학교 에리카산학협력단 가스 정제 방법 및 시스템
KR20190101077A (ko) * 2018-02-22 2019-08-30 한국과학기술연구원 바이오가스 내 황화수소 및 실록산을 제거하는 바이오가스 정제 장치
KR102045191B1 (ko) * 2018-12-26 2019-11-14 주식회사 한국종합기술 에너지 독립형 유기성 폐기물 처리시스템
KR102196559B1 (ko) * 2019-07-04 2020-12-29 (주)이앤켐솔루션 바이오가스의 불순물 제거방법 및 제거시스템
KR20210073477A (ko) * 2019-12-10 2021-06-18 비앤이테크(주) 바이오가스의 열병합발전을 위한 가스정제 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Miltner et al. Review on available biogas upgrading technologies and innovations towards advanced solutions
KR100985911B1 (ko) 바이오가스 전처리 시스템
KR101349424B1 (ko) 바이오 가스의 정제장치 및 그 제어방법
KR101086798B1 (ko) 매립지 가스로부터 고순도 메탄가스의 분리방법 및 메탄가스 정제장치
US20120097027A1 (en) Method and system for purifying biogas for extracting methane
KR101529129B1 (ko) 고순도 메탄가스의 분리를 위한 다단계 막분리 정제공정 및 장치
CN103920365B (zh) 变频变压吸附回收焙烧硫铁矿炉气中的氮气和二氧化硫的方法
US20110244555A1 (en) Method and system for purifying raw gases, particularly biogas, for obtaining methane
KR101388266B1 (ko) 고로가스의 분리방법 및 장치
US20110123878A1 (en) Dual Purpose Gas Purification by Using Pressure Swing Adsorption Columns for Chromatographic Gas Separation
JP5906074B2 (ja) 水素製造システム
KR101207532B1 (ko) 고순도 바이오메탄 정제시설에서 바이오메탄의 건조 및 불순물 제거 공정을 수행하는 장치
KR20160013686A (ko) 바이오 가스 전처리 장치
JP2012149138A (ja) メタン回収方法およびメタン回収装置
EP2732865A2 (en) Integrated hybrid membrane/absorption process for CO2 capture and utilization
KR100951367B1 (ko) 바이오메탄가스와 혼합된 가스를 압축과 냉각수를 이용하여 가스의 밀도와 비중차에 의해 바이오 메탄가스로 정제하는 정제장치 및 그 정제방법
KR101529130B1 (ko) 저온 저압의 운전조건을 특징으로 하는 고순도 메탄가스의 분리를 위한 다단계 막분리 정제공정 및 장치
JP6659717B2 (ja) 水素回収法
CN216404319U (zh) 一种利用烟道气分离二氧化碳和氮气的废气回收***
CN104098069B (zh) 一种煤气提氢的装置
CN111411004B (zh) 一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法和装置
KR101604731B1 (ko) 바이오 가스의 정제 시스템 및 그 제어방법
US20130060074A1 (en) Method for Producing High Purity Biomethane Without Adding Unacceptable Quantities of Moisture
CN106811251A (zh) 一种变压变温吸附结合的小型沼气提纯技术
KR100985912B1 (ko) 바이오가스 수분 제거장치

Legal Events

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