KR20190052375A - 가스 정제 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
가스 정제 방법이 제공된다. 상기 가스 정제 방법은, 타겟 가스가 유입되는 단계, 상기 타겟 가스로부터 탄소 및 황을 포함하는 제1 가스를 제거하는 제1 단계, 상기 제1 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터 산소 및 규소를 포함하는 제2 가스를 제거하는 제2 단계, 및 상기 제2 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터 수소 및 황을 포함하는 제3 가스를 제거하는 제3 단계를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 단계가 순차적으로 수행될 수 있다.
Description
본 발명은 가스 정제 방법 및 시스템에 관련된 것으로, 타겟 가스로부터 제1 내지 제3 가스가 순차적으로 제거되는 가스 정제 방법 및 시스템에 관련된 것이다.
하수 슬러지, 음식물 쓰레기, 가축분뇨 및 도축 폐기물 등의 유기성 물질을 산소가 차단된 상태에서 혐기성 소화과정을 거치면 혐기성 소화가스(Anaerobic Digestion Gas, ADG) 또는 바이오 가스(Biogas)라 불리우는 가스가 발생한다. 바이오가스는 45 ~ 70 %의 메탄과 30 ~ 55 %의 이산화탄소, 수백 ~ 수천 ppm의 황화수소, 수백 ~ 수천 ppm의 암모니아, 수분, 실록산 등의 미량성분으로 조성되어 있다. 바이오가스 중에 포함되어 있는 메탄은 지구온난화지수 21로 대표적인 온실가스로 지정되어 있으며, 자체적인 에너지양이 약 5,000 kcal/㎥이므로 바이오가스 중 메탄을 정제, 회수하여 사용하면 지구온난화 방지, 자원재활용, 신재생에너지 확보라는 목적을 달성 할 수 있다.
바이오 가스를 자원화하는 방법으로는 직접연소에 의한 전력 및 열 생산(Combined Heat and Power, CHP), 정제를 거쳐 고순도화하여 도시가스 및 자동차연료로 사용할 수 있으며, 바이오 가스 발생원 주변의 환경과 경제성에 따라 다양한 활용법이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0050087(출원번호: 10-2015-0151154, 출원인: 한국생산기술연구원)에는, 바이오 가스에 포함되어 있는 불순물과 이산화탄소 제거 및 분리하여 고온형 연료전지 발전을 위한 고순도 메탄 공급을 위한 바이오가스 전처리 및 이산화탄소 자원화 융합 공정 모듈 시스템이 개시되어 있다. 이 밖에도, 다양한 바이오 가스 관련 기술들이 연구 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 정제공정의 효율이 향상된 가스 정제 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 황화합물 및 실록산을 함께 제거할 수 있는 가스 정제 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 공정 설계가 용이한 가스 정제 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 가스 정제 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스 정제 방법은, 타겟 가스가 유입되는 단계, 상기 타겟 가스로부터 탄소 및 황을 포함하는 제1 가스를 제거하는 제1 단계, 상기 제1 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터 산소 및 규소를 포함하는 제2 가스를 제거하는 제2 단계, 및 상기 제2 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터 수소 및 황을 포함하는 제3 가스를 제거하는 제3 단계를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 단계가 순차적으로 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 단계는, 각각 활성탄을 포함하는 제1 필터, 실리카겔을 포함하는 제2 필터, 및 수산화철을 포함하는 제3 필터를 사용할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 필터는, 각각 상기 타겟 가스가 이동하는 제1 내지 제3 유로를 포함하되, 상기 제3 유로의 길이는, 상기 제1 및 제2 유로의 길이보다 긴 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터가 포함하는 활성탄의 양 및 상기 제2 필터가 포함하는 실리카겔의 양 대비 상기 제3 필터가 포함하는 수산화철의 양이 더 많은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제 3 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터, 메탄 및 이산화탄소를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 가스 정제 시스템을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스 정제 시스템은, 타겟 가스 유입부, 상기 타겟 가스 내의 탄소 및 황을 포함하는 제1 가스, 산소 및 규소를 포함하는 제2 가스, 수소 및 황을 포함하는 제3 가스를 순차적으로 제거하는 정제부, 및 상기 정제부로부터 배출된 상기 타겟 가스 내의 메탄 및 이산화탄소를 분리하는 분리부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 정제부는, 활성탄을 포함하는 제1 필터, 실리카겔을 포함하는 제2 필터, 및 수산화철을 포함하는 제3 필터를 포함하되, 상기 타겟 가스가 상기 제1 내지 제3 필터를 순차적으로 이동하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 필터는, 각각 상기 제1 내지 제3 가스를 제거하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 가스는 이황화탄소이고, 상기 제2 가스는 실록산이고, 상기 제3 가스는 황화수소인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 가스는 바이오 가스인 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 방법은, 타겟 가스가 유입되는 단계, 상기 타겟 가스로부터 탄소 및 황을 포함하는 상기 제1 가스를 제거하는 제1 단계, 상기 제1 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터 산소 및 규소를 포함하는 제2 가스를 제거하는 제2 단계, 및 상기 제2 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터 수소 및 황을 포함하는 제3 가스를 제거하는 제3 단계를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 단계가 순차적으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 가스의 정제 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 시스템이 포함하는 정제부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 가스 정제 방법들을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 가스 정제 방법의 바이오 가스에 대한 흡착특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 시스템이 포함하는 정제부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 가스 정제 방법들을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 가스 정제 방법의 바이오 가스에 대한 흡착특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 가스 정제 시스템은, 타겟 가스 유입부(100), 정제부(200), 및 분리부(300)로 구성될 수 있다.
상기 타겟 가스 유입부(100)는, 상기 타겟 가스(10)를 외부로부터 유입할 수 있다. 유입된 상기 타겟 가스(10)는, 상기 정제부(200)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 타겟 가스(10)는, 바이오 가스일 수 있다.
상기 정제부(200)는, 제1 가스, 제2 가스, 및 제3 가스를 제거할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 가스는, 탄소 및 황을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 가스는, 이황화탄소(CS2) 또는 황화카르보닐(COS)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 가스는, 산소 및 규소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 가스는, 실록산(siloxane)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 가스는, 수소 및 황을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 가스는, 황화수소(H2S)일 수 있다.
상기 정제부(200)는, 제1 필터, 제2 필터, 및 제3 필터를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터는 활성탄을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 필터는 실리카겔을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 필터는 수산화철을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 필터는 각각 상기 제1 내지 제3 가스를 제거할 수 있다. 즉, 상기 제1 가스가 이황화탄소 또는 황화카르보닐인 경우, 상기 제1 필터 내의 활성탄에 의해 제거될 수 있다. 상기 제2 가스가 실록산인 경우, 상기 제2 필터 내의 실리카겔에 의해 제거될 수 있다. 상기 제3 가스가 황화수소인 경우, 상기 제3 필터 내의 수산화철에 의해 제거될 수 있다.
상기 타겟 가스(10)는 상기 제1 내지 제3 필터를 순차적으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 가스(10)가 포함하는 제1 내지 제3 가스가 순차적으로 제거될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10)는, 상기 정제부(200)로부터 배출되어, 상기 분리부(300)로 유입될 수 있다.
상기 분리부(300)는, 상기 정제부(200)로부터 배출된 상기 타겟 가스(10) 내의 메탄 및 이산화탄소를 분리할 수 있다. 보다 구체적으로 말하면, 상기 정제부(200)를 통해 상기 제1 내지 제3 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10)는, 메탄 및 이산화탄소를 포함할 수 있다. 상기 분리부(300)는, 상기 제1 내지 제3 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10) 내의 메탄 및 이산화탄소를 분리할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 분리된 메탄 가스는, SOFC(solid oxide fuel cell)의 연료로 사용될 수 있다.
이하, 상술된 정제부(200) 내에서 상기 제1 내지 제3 가스가 제거되는 공정이 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 방법을 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 시스템이 포함하는 정제부를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 타겟 가스(10)가 상기 정제부(200)로 유입될 수 있다(S110). 상기 정제부(200)는, 상기 제1 필터(210), 상기 제2 필터(220), 상기 제3 필터(230), 및 격막(240)을 포함하는 흡착 모듈(250)로 구성될 수 있다.
상기 타겟 가스(10)가 상기 정제부(200)로 유입된 경우, 상기 제1 가스가 제거될 수 있다(S120). 상기 제1 내지 제3 가스는 순차적으로 제거될 수 있다. 상기 제1 가스는, 상기 제1 필터(210)에 의해 제거될 수 있다. 상기 제1 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10)는, 상기 제2 가스가 제거될 수 있다(S130). 상기 제2 가스는, 상기 제2 필터(220)에 의해 제거될 수 있다. 상기 제2 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10)는, 상기 제3 가스가 제거될 수 있다(S140). 상기 제3 가스는, 상기 제3 필터(220)에 의해 제거될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 가스 및 상기 타겟 가스(10)는, 도 1을 참조하여 설명된 상기 가스 정제 시스템에서의 상기 제1 내지 제3 가스 및 상기 타겟 가스(10)와 같을 수 있다. 상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230) 또한 상술된 상기 가스 정제 시스템에서의 상기 제1 내지 제3 필터와 같을 수 있다.
상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230)는, 각각 상기 타겟 가스(10)가 이동하는 제1 내지 제3 유로부(210a, 220a, 230a)를 포함할 수 있다. 상기 타겟 가스(10)는 상기 제1 내지 제3 유로부(210a, 220a, 230a)의 길이 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 가스(10)는, 상기 제1 내지 제3 유로부(210a, 220a, 230a)를 통과하는 동안, 상기 제1 내지 제3 가스가 순차적으로 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230) 내의 활성탄, 실라카겔, 및 수산화철의 양은 상기 제1 내지 제3 유로부(210a, 220a, 230a)의 길이(L1, L2, L3)에 따라 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 내지 제3 유로부(210a, 220a, 230a)의 길이(L1, L2, L3)가 길어짐에 따라, 상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230) 내의 활성탄, 실라카겔, 및 수산화철의 양이 증가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 유로부(230a)의 길이(L3)는, 상기 제1 및 제2 유로부(210a, 220a)의 길이(L1, L2)보다 길 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 유로부(210a)의 길이(L1) 및 상기 제2 유로부(220a)의 길이(L2)는 서로 같을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 유로부(210a, 220a)의 길이(L1, L2)는 각각 10mm일 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 유로부(230a)의 길이(L3)는 20mm일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 가스(10)가 바이오 가스인 경우, 상기 타겟 가스(10) 내에 상기 제3 가스가 상기 제1 및 제2 가스보다 많음에 따라, 상기 제1 필터(210)가 포함하는 활성탄의 양 및 상기 제2 필터(220)가 포함하는 실리카겔의 양 대비 상기 제3 필터(230)가 포함하는 수산화철의 양이 더 많을 수 있다.
즉, 상기 타겟 가스(10)가 바이오 가스인 경우, 상기 타겟 가스(10) 내에 상기 제3 가스가 상기 제1 및 제2 가스보다 많음에 따라, 상기 제3 가스의 제거량이 상기 제1 가스의 제거량보다 많을 수 있다.
상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230)는 상기 격막(240)에 의해 각각 분리될 수 있다. 즉, 상기 격막(240)은 상기 제1 및 제2 필터(210, 220) 사이와 상기 제2 및 제3 필터(220, 230) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 격막(240)은, 다공성 막일 수 있다.
상기 격막(240)이 상기 제1 및 제2 필터(210, 220) 사이에 배치됨에 따라, 상기 제1 필터(210) 내의 상기 활성탄과, 상기 제2 필터(220) 내의 상기 실리카겔이 혼합되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 상기 격막(240)이 상기 제2 및 제3 필터(220, 230) 사이에 배치됨에 따라, 상기 제2 필터(220) 내의 상기 실리카겔과 상기 제3 필터(230) 내의 상기 수산화철이 혼합되는 것이 방지될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10)는, 메탄 및 이산화탄소가 분리될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 분리된 메탄은 SOFC의 연료로 사용될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 방법과 달리, 상기 타겟 가스(10)가 상기 제1 가스, 상기 제2 가스, 및 상기 제3 가스의 순서대로 제거되지 않는 경우, 황화수소의 제거율이 저하되어, 정제 효율이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정제 방법은, 상기 타겟 가스(10)가 유입되는 단계, 상기 타겟 가스(10)로부터 탄소 및 황을 포함하는 상기 제1 가스를 제거하는 제1 단계, 상기 제1 단계가 수행된 상기 타겟 가스(10)로부터 산소 및 규소를 포함하는 상기 제2 가스를 제거하는 제2 단계, 및 상기 제2 단계가 수행된 상기 타겟 가스(10)로부터 수소 및 황을 포함하는 제3 가스를 제거하는 제3 단계를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 단계가 순차적으로 수행될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 및 제2 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10) 내의 상기 제3 가스의 농도가 증가될 수 있다. 상기 제3 가스가 황화수소인 경우, 황화수소의 제거율은 수산화철의 표면에서 일어나는 화학 반응속도보다 황화수소에서 수산화철로 확산에 의한 물질전달속도의 영향이 크기 때문에, 농도가 증가된 황화수소의 제거율이 향상될 수 있다. 결과적으로, 상기 타겟 가스(10)의 정제 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 가스 정제 방법은, 상기 제2 가스를 제거하는 제2 단계가 수행된 직후(directly after), 상기 제3 가스를 제거하는 제3 단계가 수행됨에 따라, 상기 타겟 가스(10)의 정제 효율이 향상될 수 있다.
이하, 상술된 실시 예에 따른 가스 정제 방법을 수행하기 위한 다양한 변형 예들이 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명된다.
도 4는 본 발명의 제1 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제3 변형 예에 따른 가스 정제 방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 변형 예에 따른 가스 정제 방법은, 제1 내지 제3 흡착 모듈(250a, 250b, 250c)을 통해 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 흡착 모듈(250a, 250b, 250c)은 각각 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 흡착 모듈(250a, 250b, 250c)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 바와 같을 수 있다.
이에 따라, 상기 타겟 가스(10)는 상기 제1 내지 제3 흡착 모듈(250a, 250b, 250c)이 포함하는 상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230)에서, 각각 상기 제1 내지 제3 가스가 순차적으로 제거될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 변형 예에 따른 가스 정제 방법은, 제1 및 제2 흡착 모듈(250a, 250b)을 통해 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 흡착 모듈(250a)은 상기 제1 필터(210), 상기 제2 필터(220), 및 상기 제1 필터(210)와 상기 제2 필터(220) 사이에 배치되는 상기 격막(240)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 흡착 모듈(250b)은 상기 제3 필터(230)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 흡착 모듈(250a, 250b)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 바와 같을 수 있다.
이에 따라, 상기 타겟 가스(10)는 상기 제1 흡착 모듈(250a)이 포함하는 상기 제1 및 제2 필터(210, 220)에서, 각각 상기 제1 및 제2 가스가 순차적으로 제거될 수 있다. 상기 제1 및 제2 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10)는 상기 제2 흡착 모듈(250b)로 이동하여, 상기 제3 필터(230)에서, 상기 제3 가스가 제거될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 변형 예에 따른 가스 정제 방법은, 제1 및 제2 흡착 모듈(250a, 250b)을 통해 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 흡착 모듈(250a)은 상기 제1 필터(210)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 흡착 모듈(250b)은 상기 제2 필터(220), 상기 제3 필터(230), 및 상기 제2 필터(220)와 상기 제3 필터(230) 사이에 배치되는 상기 격막(240)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 흡착 모듈(250a, 250b)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 필터(210, 220, 230)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 바와 같을 수 있다.
이에 따라, 상기 타겟 가스(10)는 상기 제1 흡착 모듈(250a)이 포함하는 상기 제1 필터(210)에서, 상기 제1 가스가 제거될 수 있다. 상기 제1 가스가 제거된 상기 타겟 가스(10)는 상기 제2 흡착 모듈(250b)로 이동하여, 상기 제2 및 제3 필터(220, 230)에서, 상기 제2 및 제3 가스가 순차적으로 제거될 수 있다.
이하, 상술된 실시 예에 따른 가스 정제 방법의 구체적인 실험 방법 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 가스 정제 방법
10mm 길이를 갖고 활성탄을 포함하는 제1 필터(210), 10mm 길이를 갖고 실리카겔을 포함하는 제2 필터(220), 20mm 길이를 갖고 수산화철을 포함하는 제3 필터(230)가 준비된다. 흡착 모듈 내에 제1 필터(210), 제2 필터(220), 및 제3 필터(230)를 순서대로 배치하였다.
이후, 60 wt% 농도의 CH4, 40 wt% 농도의 CO2, 1900 ppm 농도의 H2S, 100ppm 농도의 COS, 100ppm 농도의 CS2, 10ppm 농도의 siloxane D4, 및 20 ppm 농도의 siloxane D5를 포함하는 바이오 가스를 300 mL/min의 속도로 흡착 모듈에 제공하여 정제하였다.
비교 예 1에 따른 가스 정제 방법
상술된 실시 예 1에 따른 방법으로 바이오 가스를 정제하되, 상기 흡착 모듈 내에 제2 필터(220), 제1 필터(210), 및 제3 필터(230)를 순서대로 배치하였다.
비교 예 2에 따른 가스 정제 방법
상술된 실시 예 1에 따른 방법으로 바이오 가스를 정제하되, 상기 흡착 모듈 내에 제3 필터(230), 제1 필터(210), 및 제2 필터(220)를 순서대로 배치하였다.
비교 예 3에 따른 가스 정제 방법
상술된 실시 예 1에 따른 방법으로 바이오 가스를 정제하되, 상기 흡착 모듈 내에 제3 필터(230), 제2 필터(220), 및 제1 필터(210)를 순서대로 배치하였다.
비교 예 4에 따른 가스 정제 방법
상술된 실시 예 1에 따른 방법으로 바이오 가스를 정제하되, 상기 흡착 모듈 내에 제1 필터(210), 제3 필터(230), 및 제2 필터(220)를 순서대로 배치하였다.
비교 예 5에 따른 가스 정제 방법
상술된 실시 예 1에 따른 방법으로 바이오 가스를 정제하되, 상기 흡착 모듈 내에 제2 필터(220), 제3 필터(230), 및 제1 필터(210)를 순서대로 배치하였다.
상기 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 5에 따른 가스 정제 방법이 아래 <표 1>로 정리된다.
구분 | 구조 |
실시 예 1 | 제1 필터 - 제2 필터 - 제3 필터 |
비교 예 1 | 제2 필터 - 제1 필터 - 제3 필터 |
비교 예 2 | 제3 필터 - 제1 필터 - 제2 필터 |
비교 예 3 | 제3 필터 - 제2 필터 - 제1 필터 |
비교 예 4 | 제1 필터 - 제3 필터 - 제2 필터 |
비교 예 5 | 제2 필터 - 제3 필터 - 제1 필터 |
도 7은 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 가스 정제 방법들을 나타내는 도면이다.
도 7의 (a) 내지 (f)를 참조하면, 상기 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 5에 따른 가스 정제 방법으로 바이오 가스를 정제하고, 정제된 바이오 가스가 포함하는 물질들의 흡착능(mg/g) 및 정제된 바이오 가스에서 물질에 따라 검출되는데 소요되는 시간(min)을 측정하였다. 흡착능 및 검출시간은, 정제된 바이오 가스가 포함하는 물질들이 초기 바이오 가스가 포함하는 물질들 대비 0.1 wt% 농도를 갖는 시점을 기준으로 하였다. 도 7의 (a) 내지 (f)는, 각각 상기 실시 예 1, 비교 예 1 내지 비교 예 5에 따른 가스 정제 방법을 나타낸다.
상기 실시 예 1 및 비교 예 1 내지 5에 따른 가스 정제 방법으로 정제된 바이오 가스의 특성이 아래 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 | 특성 | CH4 | CO2 | H2S | COS | CS2 | Siloxane (D4) |
Siloxane (D5) |
실시 예 1 | 흡착능 (mg/g) |
0 | 0 | 92.9 | 0.3 | 5.6 | 18.1 | 45.3 |
검출시간 (min) |
- | - | 138.5 | 0.2 | 87.4 | - | - | |
비교 예 1 | 흡착능 (mg/g) |
0 | 0 | 86.0 | 0.3 | 4.1 | 18.1 | 45.3 |
검출시간 (min) |
- | - | 113.8 | 0.2 | 26.4 | - | - | |
비교 예 2 | 흡착능 (mg/g) |
0 | 0 | 68.4 | 0.4 | 5.1 | 18.1 | 45.3 |
검출시간 (min) |
- | - | 87.8 | 0.2 | 43.9 | - | - | |
비교 예 3 | 흡착능 (mg/g) |
0 | 0 | 78.5 | 0.3 | 4.5 | 18.1 | 45.3 |
검출시간 (min) |
- | - | 77.3 | 0.2 | 43.8 | - | - | |
비교 예 4 | 흡착능 (mg/g) |
0 | 0 | 82.8 | 0.4 | 4.2 | 18.1 | 45.3 |
검출시간 (min) |
- | - | 105.0 | 0.2 | 61.3 | - | - | |
비교 예 5 | 흡착능 (mg/g) |
0 | 0 | 70.79 | 0.5 | 5.0 | 18.1 | 45.3 |
검출시간 (min) |
- | - | 106.3 | 0.2 | 26.4 | - | - |
상술된 <표 2>에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 가스 정제 방법으로 바이오 가스를 정제한 경우, 정제된 바이오 가스가 포함하는 물질들의 흡착능(mg/g)이 가장 높게 나타나고, 정제된 바이오 가스에서 물질에 따라 검출되는데 소요되는 시간(min)이 가장 긴 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상기 실시 예 1에 따른 가스 정제 방법이 상기 비교 예 1 내지 비교 예 5에 따른 가스 정제 방법 보다, 바이오 가스를 정제하는데 효율적이라는 것을 알 수 있다. 즉, 바이오 가스를 정제하는 경우, 이황화탄소 및 황화카르보닐 제거, 실록산 제거, 황화수소 제거의 순서대로 구성하는 것이 효율적이라는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 가스 정제 방법의 바이오 가스에 대한 흡착특성을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 가스 정제 방법으로 바이오 가스를 정제하고, 바이오 가스 내의 초기 물질의 양(C0) 대비 바이오 가스 내의 정제된 물질의 양(C)을 시간에 따라 나타내었다.
도 8에서 알 수 있듯이, 초기 황화카르보닐(COS)의 양 대비 정제된 황화카르보닐(COS)의 양이 같아지는데(C/C0=1) 소요되는 시간은 500분으로 나타나고, 초기 이황화탄소(CS2)의 양 대비 정제된 이황화탄소(CS2)의 양이 같아지는데 소요되는 시간은 1500분으로 나타나고, 초기 황화수소(H2S)의 양 대비 정제된 황화수소(H2S)의 양이 같아지는데 소요되는 시간은 5500분으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 1에 따른 가스 정제 방법으로 바이오 가스를 정제하는 경우, 바이오 가스 내의 황화수소가 검출되는 시간이 가장 오래걸리는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 타겟 가스
100: 타겟 가스 유입부
200: 정제부
210, 220, 230: 제1 필터, 제2 필터, 제3 필터
210a, 220a, 230a: 제1 유로, 제2 유로, 제3 유로
240: 격막
250: 흡착 모듈
250a, 250b, 250c: 제1 흡착 모듈, 제2 흡착 모듈, 제3 흡착 모듈
L1, L2, L3: 제1 유로의 길이, 제2 유로의 길이, 제3 유로의 길이
300: 분리부
100: 타겟 가스 유입부
200: 정제부
210, 220, 230: 제1 필터, 제2 필터, 제3 필터
210a, 220a, 230a: 제1 유로, 제2 유로, 제3 유로
240: 격막
250: 흡착 모듈
250a, 250b, 250c: 제1 흡착 모듈, 제2 흡착 모듈, 제3 흡착 모듈
L1, L2, L3: 제1 유로의 길이, 제2 유로의 길이, 제3 유로의 길이
300: 분리부
Claims (10)
- 타겟 가스가 유입되는 단계;
상기 타겟 가스로부터 탄소 및 황을 포함하는 제1 가스를 제거하는 제1 단계;
상기 제1 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터 산소 및 규소를 포함하는 제2 가스를 제거하는 제2 단계; 및
상기 제2 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터 수소 및 황을 포함하는 제3 가스를 제거하는 제3 단계를 포함하되,
상기 제1 내지 제3 단계가 순차적으로 수행되는 가스 정제 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 단계는, 각각
활성탄을 포함하는 제1 필터;
실리카겔을 포함하는 제2 필터; 및
수산화철을 포함하는 제3 필터를 사용하는 가스 정제 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 필터는, 각각 상기 타겟 가스가 이동하는 제1 내지 제3 유로를 포함하되,
상기 제3 유로의 길이는, 상기 제1 및 제2 유로의 길이보다 긴 것을 포함하는 가스 정제 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 필터가 포함하는 활성탄의 양 및 상기 제2 필터가 포함하는 실리카겔의 양 대비 상기 제3 필터가 포함하는 수산화철의 양이 더 많은 것을 포함하는 가스 정제 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제 3 단계가 수행된 상기 타겟 가스로부터, 메탄 및 이산화탄소를 분리하는 단계를 더 포함하는 가스 정제 방법.
- 타겟 가스 유입부;
상기 타겟 가스 내의 탄소 및 황을 포함하는 제1 가스, 산소 및 규소를 포함하는 제2 가스, 수소 및 황을 포함하는 제3 가스를 순차적으로 제거하는 정제부; 및
상기 정제부로부터 배출된 상기 타겟 가스 내의 메탄 및 이산화탄소를 분리하는 분리부를 포함하는 가스 정제 시스템.
- 제6 항에 있어서,
상기 정제부는,
활성탄을 포함하는 제1 필터;
실리카겔을 포함하는 제2 필터; 및
수산화철을 포함하는 제3 필터를 포함하되,
상기 타겟 가스가 상기 제1 내지 제3 필터를 순차적으로 이동하는 것을 포함하는 가스 정제 시스템.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 필터는, 각각 상기 제1 내지 제3 가스를 제거하는 것을 포함하는 폐기 가스 정제 시스템.
- 제6 항에 있어서,
상기 제1 가스는 이황화탄소이고, 상기 제2 가스는 실록산이고, 상기 제3 가스는 황화수소인 것을 포함하는 가스 정제 시스템.
- 제6 항에 있어서,
상기 타겟 가스는 바이오 가스인 것을 포함하는 가스 정제 시스템.
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3689404A (en) * | 1971-04-05 | 1972-09-05 | Calgon Corp | Separation of hydrocarbons with activated carbon |
KR100985911B1 (ko) * | 2010-02-02 | 2010-10-08 | 한솔이엠이(주) | 바이오가스 전처리 시스템 |
KR20130003236A (ko) * | 2011-06-30 | 2013-01-09 | 한국전력공사 | 바이오 가스 전처리 시스템 및 그 점검 방법 |
KR20160013686A (ko) * | 2014-07-28 | 2016-02-05 | 황철용 | 바이오 가스 전처리 장치 |
KR101597322B1 (ko) * | 2014-11-18 | 2016-02-24 | (주)케이에프 | 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치 |
KR101613575B1 (ko) * | 2010-04-14 | 2016-04-19 | 클라리안트 프로두크테 (도이칠란트) 게엠베하 | 유체 또는 유체 스트림의 흡착 처리용 장치 |
KR20170050087A (ko) | 2015-10-29 | 2017-05-11 | 한국생산기술연구원 | 고온형 연료전지 발전용 바이오가스 전처리 융합 자원화 공정 시스템 |
-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3689404A (en) * | 1971-04-05 | 1972-09-05 | Calgon Corp | Separation of hydrocarbons with activated carbon |
KR100985911B1 (ko) * | 2010-02-02 | 2010-10-08 | 한솔이엠이(주) | 바이오가스 전처리 시스템 |
KR101613575B1 (ko) * | 2010-04-14 | 2016-04-19 | 클라리안트 프로두크테 (도이칠란트) 게엠베하 | 유체 또는 유체 스트림의 흡착 처리용 장치 |
KR20130003236A (ko) * | 2011-06-30 | 2013-01-09 | 한국전력공사 | 바이오 가스 전처리 시스템 및 그 점검 방법 |
KR20160013686A (ko) * | 2014-07-28 | 2016-02-05 | 황철용 | 바이오 가스 전처리 장치 |
KR101597322B1 (ko) * | 2014-11-18 | 2016-02-24 | (주)케이에프 | 바이오 가스 중의 오염물질 제거를 위한 다중 흡착장치 |
KR20170050087A (ko) | 2015-10-29 | 2017-05-11 | 한국생산기술연구원 | 고온형 연료전지 발전용 바이오가스 전처리 융합 자원화 공정 시스템 |
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