KR20200077310A - Apparatus and Method of Producing Methane Gas using Sewage Sludge - Google Patents

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Abstract

An embodiment of the present invention relates to a methane gas production apparatus and method using sewage sludge, in which sewage sludge undergoes a hydrothermal carbonization process under conditions of a temperature of 180 to 220°C, a pressure of 10 to 40 bars, and a reaction time of 1 to 6 hours, and then the liquid product is fermented in an anaerobic digestion reactor, so that methane gas capable of increasing the anaerobic digestion rate can be produced. The produced methane gas can be useful as fuel for a heating device for heating a hydrothermal carbonation reactor.

Description

하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치 및 방법 {Apparatus and Method of Producing Methane Gas using Sewage Sludge}Apparatus and Method of Producing Methane Gas using Sewage Sludge}

본 발명은 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for producing methane gas using sewage sludge.

산업수준 및 경제 성장에 따라 하수처리장의 수 및/또는 용량이 증가하였고, 이에 따라 하수처리장에서 발생하는 하수 슬러지 발생량도 꾸준히 증가하였다. 과거에는 하수 슬러지를 해양 투기하여 처리하기도 했으나, 해양환경오염을 방지하기 위해 이러한 해양투기는 금지되고 있다.As the industry level and economic growth, the number and/or capacity of sewage treatment plants increased, and accordingly, the amount of sewage sludge generated in the sewage treatment plants increased steadily. In the past, sewage sludge was also treated by ocean dumping, but such dumping is prohibited to prevent pollution of the marine environment.

한편, 하수 처리 후 발생하는 폐잉여 슬러지는 고형물 함량(중량%, 건조)이 약 20 내지 40%로 건조시 발열량 3,000 내지 4,000 kcal/kg을 발현할 수 있는 에너지원이라 할 수 있다. 따라서, 고유가 시대를 맞이하여 에너지 재활용의 필요성 및 신에너지 자원의 개발이 절실해지고 있는 현재 슬러지 처리와 동시에 에너지원으로 활용할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 그러나, 함수율 80% 정도의 하수 슬러지는 건조 과정에서 세포수(결합수) 를 제거하는 데 있어서 고비용의 에너지가 소요되어 처리 및 재활용에 많은 제약이 있으며, 또한, 악취 발생 등의 환경 문제가 발생하고 있다.On the other hand, the waste surplus sludge generated after sewage treatment can be said to be an energy source capable of expressing 3,000 to 4,000 kcal/kg of calorific value when dried with a solid content (% by weight, dry) of about 20 to 40%. Therefore, it is necessary to develop a technology that can be used as an energy source at the same time as the current sludge treatment, in which the necessity of energy recycling and the development of new energy resources are urgently needed in the era of high oil prices. However, sewage sludge having a water content of about 80% requires expensive energy in removing cell number (bound water) during the drying process, and thus has many restrictions on treatment and recycling, and also causes environmental problems such as odor generation. have.

한국의 경우에는, 약 600개의 하수처리시설에서 발생되는 하수 슬러지의 양이 년간 365만톤 이상이다. 또한, 한국환경공단에서는 2020년에 450만톤, 2025년에는 530만톤의 하수 슬러지가 발생할 것으로 추정하고 있다. In Korea, the amount of sewage sludge generated by about 600 sewage treatment facilities is more than 365 million tons per year. In addition, the Korea Environment Corporation estimates that 4.5 million tons of sewage sludge will be generated in 2020 and 5.3 million tons in 2025.

따라서, 하수 슬러지를 친환경적으로 대규모 처리하면서 동시에 에너지원으로 활용할 수 있는 기술 개발이 절실하게 요구되고 있다.Accordingly, there is an urgent need to develop technologies that can treat sewage sludge in an eco-friendly, large-scale manner and simultaneously utilize it as an energy source.

하수 슬러지는 2 ㎛ 의 크기를 갖는 미생물의 사체가 주된 물질로서, 점도를 갖는 물질이 플록을 형성하여 100 내지 1000 ㎛ 크기의 입자를 형성하고, 플록 및 세포벽 내부에 수분이 다량 함유된다.Sewage sludge is the main material of the body of microorganisms having a size of 2 μm, and substances having a viscosity form flocs to form particles having a size of 100 to 1000 μm, and a large amount of moisture is contained inside the flocs and cell walls.

현재 하수 슬러지 처리기술은 건조시 에너지가 많이 소비되며, 다량의 악취가 수반되는 문제점이 있다. 또한 일반 혐기소화기술로 처리 시 미생물의 사멸 등으로 인한 소화효율이 저하되어 메탄발생효율이 저감되는 단점이 있다. 따라서 악취 등 대기오염을 방지함으로써 친환경적이고 에너지 저소비형 처리기술을 이용한 메탄 가스를 제조할 수 있는 장치 및 방법이 요구되고 있는 실정이다.Current sewage sludge treatment technology consumes a lot of energy during drying, and has a problem that a large amount of odor is accompanied. In addition, when treated with general anaerobic digestion technology, the digestion efficiency due to the killing of microorganisms is lowered, thereby reducing the efficiency of methane generation. Therefore, there is a need for an apparatus and method for manufacturing methane gas using an environmentally friendly and low energy consumption type treatment technology by preventing air pollution such as odor.

대한민국 공개특허 제 10-2014-0145038호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0145038

본 발명의 목적은 하수 슬러지 처리에 있어서, 혐기소화율을 증대시켜, 이로부터 메탄 가스를 제조할 수 있는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for producing methane gas using sewage sludge capable of producing methane gas therefrom by increasing the anaerobic digestion rate in treating sewage sludge.

상기한 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명은 일실시예에서, The present invention in one embodiment,

하수 슬러지를 포함하는 원료가 투입되어, 상기 하수 슬러지를 탄화 슬러리로 수열탄화 하는 수열탄화 반응기;A hydrothermal carbonization reactor in which a raw material containing sewage sludge is introduced and hydrothermal carbonized the sewage sludge into a carbonization slurry;

탄화 슬러리로부터 고체 생성물과 액체 생성물을 분리하는 고액 분리기;A solid-liquid separator separating the solid product and the liquid product from the carbonized slurry;

액체 생성물을 발효시켜서 메탄가스를 생성하는 혐기소화 반응기; 및An anaerobic digestion reactor for fermenting a liquid product to produce methane gas; And

혐기소화 반응기에서 배출되는 메탄가스가 공급되며, 상기 공급된 메탄가스를 이용하여 상기 수열탄화 반응기를 가열하는 가열장치; 를 포함하며,Methane gas discharged from the anaerobic digestion reactor is supplied, and a heating device for heating the hydrothermal carbonization reactor using the supplied methane gas; It includes,

상기 수열탄화 반응기는, 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치를 제공한다.The hydrothermal carbonization reactor provides a methane gas production apparatus using sewage sludge, characterized in that it is performed under conditions of a temperature of 160 to 220°C, a pressure of 10 to 40 bar, and a reaction time of 1 to 6 hours.

본 발명은 다른 실시예에서,The present invention in another embodiment,

하수 슬러지를 수열탄화 반응기로 투입시켜, 상기 수열탄화 반응기에서 상기 하수 슬러지를 수열탄화 하여 탄화 슬러리를 제조하는 단계;Introducing a sewage sludge into a hydrothermal carbonization reactor to hydrocarbonize the sewage sludge in the hydrothermal carbonization reactor to prepare a carbonized slurry;

탄화 슬러리는 수열탄화 반응기로부터 고액 분리기로 유체 이동하고, 상기 탄화 슬러리로부터 고체 생성물과 액체 생성물을 분리하는 단계; A step of fluidizing the carbonized slurry from a hydrothermal carbonization reactor to a solid-liquid separator, separating the solid product and the liquid product from the carbonized slurry;

액체 생성물을 고액 분리기로부터 혐기소화 반응기로 유체 이동하고, 상기 액체 생성물을 발효시켜서 메탄가스를 생성하는 단계; 및Fluidly moving the liquid product from a solid-liquid separator to an anaerobic digestion reactor, and fermenting the liquid product to produce methane gas; And

메탄가스는 수열탄화 반응기를 가열하는 가열장치로 공급하는 단계; 를 포함하며,Supplying methane gas to a heating device for heating the hydrothermal carbonization reactor; It includes,

상기 탄화 슬러리를 제조하는 단계는, 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법을 제공한다.The step of preparing the carbonized slurry provides a method for producing methane gas using sewage sludge, characterized in that it is performed under conditions of a temperature of 160 to 220°C, a pressure of 10 to 40 bar, and a reaction time of 1 to 6 hours.

본 발명의 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치 및 방법에 따르면, 하수 슬러지가 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수열탄화 공정을 거친 후, 액체 생성물을 혐기소화 반응기에서 발효시킴으로써, 혐기소화율을 증대시킬 수 있는 메탄 가스를 제조할 수 있다.According to the apparatus and method for producing methane gas using sewage sludge of the present invention, after the sewage sludge undergoes a hydrothermal carbonization process at a temperature of 160 to 220° C., a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours, the liquid product is anaerobic. By fermenting in a digestion reactor, methane gas capable of increasing the anaerobic digestion rate can be produced.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치의 개략도 이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수열탄화 반응기의 배출 시스템에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치에 대한 전체 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법의 순서도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실험예에서 공정수의 TS(Total Solid)를 평가한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험예에서 수행한 BMP 테스트 결과를 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of a methane gas production apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a discharge system of a hydrothermal hydrocarbon reactor according to an embodiment of the present invention.
3 is an overall conceptual diagram of a methane gas production apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method for producing methane gas using sewage sludge according to an embodiment of the present invention.
5 is a view evaluating the total solid (TS) of the process water in the experimental example of the present invention.
6 is a view showing the results of the BMP test performed in the experimental example of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것을 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the technical scope of the present invention are included.

본 발명에서, “포함한다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate the existence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

본 발명에서, "수열탄화(HTC, hydrothermal carbonization)" 란, 저함수율을 갖는 재료와 물을 혼합한 재료 또는 고함수율을 갖는 재료를 폐쇄형 반응기에 넣어 가온시키고, 이러한 가온에 의해 물이 포화되어 수증기압이 발생되면서 수분 증발 없이 탄화 반응이 진행되는 공정을 의미한다. 특히, 이러한 수열탄화는 고함수 하수 슬러지 처리에 용이한 기술로, 증발잠열 없이, 반응 후 기계적 탈수만으로 수분을 제거할 수 있어, 건조기술에 비해 에너지가 적게 소비되는 이점이 있다.In the present invention, the term "hydrothermal carbonization (HTC)" means that a material having a low water content and a water-mixed material or a material having a high water content is heated in a closed reactor and water is saturated by this heating. Refers to a process in which the carbonization reaction proceeds without evaporation of water as water vapor pressure is generated. Particularly, such hydrothermal carbonization is an easy technique for treating high-functional sewage sludge, and can remove moisture by mechanical dehydration after reaction without latent heat of evaporation, and thus has less energy consumption than drying techniques.

한편, 본 발명에서 하수 슬러지는 고함수율을 가지므로, 별도의 물을 공급하지 않아도, 수열탄화 반응기에서 탄화 반응이 일어날 수 있다. 구체적으로, 수열탄화 반응기에 열이 가해질수록, 수열탄화 반응기에 공급된 하수 슬러지의 탄소함량이 증가할 수 있다. 다시 말해, 수열반응에 의해 하수 슬러지의 산소, 질소 등이 감소되고, 이에 따라 하수 슬러지의 탄소 함량은 상대적으로 증가하는 것이다. 상기 "하수 슬러지"는 염색슬러지 등을 포함하는 폐수슬러지, 음식물 폐기물 등의 유기성 폐기물을 의미할 수 있다.On the other hand, since the sewage sludge in the present invention has a high water content, a carbonization reaction may occur in the hydrothermal carbonization reactor without supplying additional water. Specifically, as heat is applied to the hydrothermal hydrocarbon reactor, the carbon content of the sewage sludge supplied to the hydrothermal hydrocarbon reactor may increase. In other words, oxygen and nitrogen of the sewage sludge are reduced by the hydrothermal reaction, and accordingly, the carbon content of the sewage sludge is relatively increased. The "sewage sludge" may mean organic wastes such as wastewater sludge and food waste including dyeing sludge.

본 발명에서 "혐기소화(Anaerobic digestion) 반응"은 혐기 상태에서 미생물을 이용하여 폐수를 처리하는 방법을 의미하는 것으로, 혐기성 분해라고도 하며, 무산소성균이 슬러지 중의 유기물을 섭취하여 환원 분해하고, 무용한 무기화합물을 방출하는 것을 의미할 수 있다. 본 발명에서, 중온(mesophilic temperature) 범위에서의 혐기성 처리 공정은 고온 처리(thermophilic treatment) 보다 높은 수준의 메탄화 및 처리 안정성을 달성할 수 있다. In the present invention, “anaerobic digestion reaction” refers to a method of treating wastewater using microorganisms in an anaerobic state, also called anaerobic decomposition, and anaerobic bacteria reduce and decompose by ingesting organic matter in sludge, and useless It can mean releasing inorganic compounds. In the present invention, the anaerobic treatment process in the mesophilic temperature range can achieve a higher level of methanation and treatment stability than the thermophilic treatment.

본 발명은 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for producing methane gas using sewage sludge.

종래, 하수 슬러지 처리에 있어서 건조시 에너지가 많이 소비되며, 다량의 악취가 수반되는 문제점이 있었다. 또한 일반 혐기소화기술로 처리시 미생물의 사멸 등으로 인한 소화효율이 저하되어 메탄발생효율이 저감되는 단점이 있었다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명은 하수 슬러지를 수열탄화하고, 이때 발생한 액체 생성물의 혐기소화 반응을 통한 소화효율을 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.Conventionally, in the treatment of sewage sludge, a lot of energy is consumed during drying, and there is a problem that a large amount of odor is accompanied. In addition, when treated with general anaerobic digestion technology, the digestion efficiency due to the death of microorganisms was lowered, resulting in a decrease in methane generation efficiency. In order to overcome this problem, the present invention provides an apparatus and method for hydrothermal carbonization of sewage sludge and improving digestion efficiency through an anaerobic digestion reaction of a liquid product generated at this time.

본 발명에 따르면, 하수 슬러지가 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수열탄화 공정을 거친 액체 생성물을 혐기소화 반응기에서 발효시킴으로써, 혐기소화율을 증대시킬 수 있는 메탄 가스를 제조할 수 있다.According to the present invention, the sewage sludge is fermented in an anaerobic digestion reactor by fermenting a liquid product subjected to a hydrothermal carbonization process at a temperature of 160 to 220° C., a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours, thereby increasing the anaerobic digestion rate. Methane gas can be produced.

이렇게 제조된 메탄가스는 수열탄화 반응기를 가열하는 가열장치의 연료로 유용하게 사용될 수 있다.The methane gas thus produced can be usefully used as a fuel for a heating device for heating a hydrothermal carbonization reactor.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치의 개략도 이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. 1 is a schematic diagram of a methane gas production apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치는, 하수 슬러지를 포함하는 원료가 투입되어, 상기 하수 슬러지를 탄화 슬러리로 수열탄화 하는 수열탄화 반응기(107); 탄화 슬러리로부터 고체 생성물과 액체 생성물을 분리하는 고액 분리기(115); 액체 생성물을 발효시켜서 메탄가스를 생성하는 혐기소화 반응기(200); 및 혐기소화 반응기(200)에서 배출되는 메탄가스가 공급되며, 상기 공급된 메탄가스를 이용하여 상기 수열탄화 반응기(107)를 가열하는 가열장치(108); 를 포함하며, 상기 수열탄화 반응기는, 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행한다.Referring to FIG. 1, in the methane gas production apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention, a raw material containing sewage sludge is input, and a hydrothermal carbonization reactor 107 hydrothermal carbonizing the sewage sludge into a carbonization slurry. ; A solid-liquid separator 115 separating the solid product and the liquid product from the carbonized slurry; An anaerobic digestion reactor 200 for fermenting a liquid product to produce methane gas; And a heating device 108 for supplying methane gas discharged from the anaerobic digestion reactor 200 and heating the hydrothermal carbonization reactor 107 using the supplied methane gas. Including, the hydrothermal hydrocarbon reactor, the temperature is 160 to 220 ℃, pressure 10 to 40 bar and the reaction time is carried out under conditions of 1 to 6 hours.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상술한 조건에서 수열탄화 공정을 거친 후, 액체 생성물을 혐기소화 반응기에서 발효시킴으로써, 혐기소화율을 증대시킬 수 있는 메탄 가스를 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 혐기소화 반응기에서의 혐기소화율은 75 내지 85 % 일 수 있으며, 이때, 혐기소화 반응기에서 생성되는 바이오 가스 중, 상기 메탄 가스의 함량은 75 내지 80 % 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after the hydrothermal carbonization process under the above-described conditions, methane gas capable of increasing the anaerobic digestion rate can be prepared by fermenting the liquid product in an anaerobic digestion reactor. For example, the anaerobic digestion rate in the anaerobic digestion reactor of the present invention may be 75 to 85%, wherein, in the biogas produced in the anaerobic digestion reactor, the content of the methane gas may be 75 to 80%.

이하, 본 발명에 따른 하수 슬러지를 이용한 메탄가스의 제조시 제조장치 및 공정에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a manufacturing apparatus and a process for producing methane gas using sewage sludge according to the present invention will be described in detail.

도 2는 수열탄화 반응기의 배출 시스템에 대한 모식도이다. 도 2를 참조하면, 수열탄화 반응기(107)는 유입 라인을 통해 반응 원료가 유입되고, 유출 라인을 통해 반응이 완료된 반응물이 유출된다. 본 발명에서, 수열탄화 반응기는 유입 라인 및 유출 라인이 형성된 밀폐형 구조의 수열탄화 반응기에서 이루어질 수 있다.2 is a schematic view of the discharge system of the hydrothermal hydrocarbon reactor. Referring to Figure 2, the hydrothermal carbonization reactor 107, the reaction raw material is introduced through the inlet line, the reactant is completed through the outlet line is discharged. In the present invention, the hydrothermal carbonization reactor may be made in a hydrothermal carbonization reactor having a closed structure having an inflow line and an outflow line.

상기 수열탄화 반응기는 고압 반응기로, 대기압 보다 높은 압력에서 반응이 진행될 수 있으며, 상기 수열탄화 반응기의 허용 내압이 10 bar 이상일 수 있다. 하나의 예에서, 상기 수열탄화 반응기는 허용 내압이 10 내지 40 bar, 15 내지 35 bar, 15 내지 30 bar, 15 내지 20 bar 또는 16 내지 19 bar 범위일 수 있다.The hydrothermal hydrocarbon reactor is a high-pressure reactor, the reaction may proceed at a pressure higher than atmospheric pressure, and the allowable internal pressure of the hydrothermal hydrocarbon reactor may be 10 bar or more. In one example, the hydrothermal hydrocarbon reactor may have an allowable internal pressure in the range of 10 to 40 bar, 15 to 35 bar, 15 to 30 bar, 15 to 20 bar, or 16 to 19 bar.

수열탄화 반응기(107) 유출 라인을 통해 유출된 반응물은 배출 부재(112)를 경유하여, 저장조(113a)로 이동된다. 상기 저장조(113a)는 내부에 교반수단이 구비된 구조일 수 있으며, 후단에 고체 성분과 액체 성분을 분리하는 고액 분리기(115)가 순차 연결된다. 고액 분리기(115)에서는 고체 성분과 액체 성분을 분리하여 배출한다. 여기서, 반응 원료는 하수 슬러지를 의미하며, 반응이 완료된 반응물은 탄화 슬러리를 의미할 수 있다.The reactant that has flowed out through the hydrothermal carbonization reactor 107 outlet line is transferred to the reservoir 113a via the discharge member 112. The storage tank 113a may have a structure having a stirring means therein, and a solid-liquid separator 115 separating a solid component and a liquid component is sequentially connected to the rear end. The solid-liquid separator 115 separates and discharges the solid component and the liquid component. Here, the reaction raw material means sewage sludge, and the reactant after the reaction is completed may mean a carbonized slurry.

한편, 배출 부재(112)는 수열탄화 반응기(107)에서 반응이 완료된 반응물을 연속적으로 유출시키는 역할을 수행한다. 상기 배출 부재(112)는 부재 내부의 유체 흐름 방향을 따라 순차 혹은 연속적으로 압력이 감압되는 구간을 포함하는 감압 수단일 수 있다. 아울러, 배출 부재(112)는 스크류가 회전하는 방향을 따라 반응물이 유출되는 구조일 수 있다. 또한, 상기 배출 부재(112)는, 예를 들어, 유체 흐름을 따라 내경이 순차 혹은 연속적으로 증가하는 구조이거나 유체 흐름을 따라 순차 또는 연속적으로 압력이 감소하는 구조로 설계된다. 여기서, '순차적으로 또는 연속적으로 감압되는 구간'을 포함하는 의미는, 유체가 이동하는 관내의 압력이 일시적으로 낮아지는 것이 아니라, 일정 거리 또는 일정 시간 간격에 따라 압력이 순차적 또는 연속적으로 낮아진다는 것을 의미한다. 이는 반응물 배출시 압력이 일시적으로 낮아지는 일반적인 배출 펌프, 또는 밸브형의 배출 구조와는 구별되는 개념이다.On the other hand, the discharge member 112 serves to continuously flow out the reaction is complete reaction in the hydrothermal carbonization reactor 107. The discharge member 112 may be a decompression means including a section in which pressure is sequentially or continuously depressurized along a fluid flow direction inside the member. In addition, the discharge member 112 may be a structure in which reactants flow out along a direction in which the screw rotates. In addition, the discharge member 112 is designed, for example, to have a structure in which the inner diameter increases sequentially or continuously along the fluid flow, or a structure in which the pressure decreases sequentially or continuously along the fluid flow. Here, the meaning of the'sequentially or continuously depressurized section' means that the pressure in the pipe through which the fluid moves is not temporarily lowered, but the pressure is sequentially or continuously lowered according to a certain distance or a certain time interval. it means. This is a concept different from a general discharge pump or a valve type discharge structure in which the pressure is temporarily lowered when the reactant is discharged.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치에 대한 전체 개념도이다. 도 3을 참조하면, 반응 원료인 하수 슬러지가 저장조(101)에 유입되고, 저장조(101)에 수용된 하수 슬러지는 공급 부재(102)를 거쳐 수열탄화 반응기(107)로 유입된다. 상기 공급 부재(102)는 반응기 수위가 일정 수준 이상인 경우, 공급 부재의 작동을 멈추거나 공급 부재의 공급 유량을 저감한다. 이때, 상기 수열탄화 반응기(107)에는 내부의 수위를 측정하는 수위 센서가 형성된다.3 is an overall conceptual diagram of a methane gas production apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the sewage sludge, which is a reaction raw material, flows into the storage tank 101, and the sewage sludge accommodated in the storage tank 101 flows into the hydrothermal carbonization reactor 107 through the supply member 102. When the reactor water level is above a certain level, the supply member 102 stops the operation of the supply member or reduces the supply flow rate of the supply member. At this time, the hydrothermal carbonization reactor 107 is formed with a water level sensor for measuring the water level inside.

상기 공급 부재(102)와 반응기(107)의 유체 흐름 상에는 보조 반응기(103a, 103b)가 위치한다. 필요에 따라서는, 상기 보조 반응기(103a, 103b)는 2개의 반응기가 병렬된 위치로 형성된 구조이다. 상기 보조 반응기(103a, 103b)에서는 하수 슬러지를 70 내지 80℃ 범위로 예열하거나 100 내지 110℃ 범위로 가열하여 예비 탄화를 수행한다.Auxiliary reactors 103a and 103b are located on the fluid flows of the supply member 102 and the reactor 107. If necessary, the auxiliary reactors 103a and 103b are structures in which two reactors are formed in parallel positions. In the auxiliary reactors 103a and 103b, preliminary carbonization is performed by preheating the sewage sludge in the range of 70 to 80°C or heating it in the range of 100 to 110°C.

보조 반응기(103a, 103b)를 거친 하수 슬러지는 10 내지 40 bar 범위의 압력으로 가압된 상태로 수열탄화 반응기(107)로 유입 된다. 또한, 약품 저장조(105)에 저장된 촉매가 약품 펌프(106)를 경유하여 수열탄화 반응기(107) 내로 첨가된다. 상기 촉매로는 황산을 사용한다. 필요에 따라서는, 촉매의 사용을 배제할 수 있다. 수열탄화 반응기(107)의 일측에는 별도의 가열장치(열매유 히터)(108)가 구비된다. 상기 가열장치(108)를 통해, 수열탄화 반응기(107)를 가열하거나 온도를 유지한다. 상기 반응기(107) 내부는 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 범위로 가열 및 가압된다. 예를 들면, 상기 반응기(107) 내부는 온도 180 내지 200 ℃ 및 반응시간 4 내지 5 시간 범위로 가열 및 가압될 수 있다. 상기 가열 및 가압 조건에서, 반응기(107) 내부의 하수 슬러지는 탄화과정을 거쳐 고체 생성물과 액상 탈리액을 함유하는 탄화 슬러리(고액 슬러리)로 전환된다.Sewage sludge that has passed through the auxiliary reactors 103a and 103b flows into the hydrothermal carbonization reactor 107 under pressure at a pressure in the range of 10 to 40 bar. In addition, the catalyst stored in the chemical storage tank 105 is added into the hydrothermal carbonization reactor 107 via the chemical pump 106. Sulfuric acid is used as the catalyst. If necessary, the use of a catalyst can be excluded. On one side of the hydrothermal carbonization reactor 107, a separate heating device (heat oil heater) 108 is provided. Through the heating device 108, the hydrothermal carbonization reactor 107 is heated or the temperature is maintained. The inside of the reactor 107 is heated and pressurized in a temperature range of 160 to 220°C, a pressure of 10 to 40 bar, and a reaction time of 1 to 6 hours. For example, the inside of the reactor 107 may be heated and pressurized in a temperature range of 180 to 200°C and a reaction time of 4 to 5 hours. Under the heating and pressurizing conditions, the sewage sludge inside the reactor 107 is converted to a carbonized slurry (solid-liquid slurry) containing a solid product and a liquid desorption liquid through a carbonization process.

수열탄화 반응기(107)의 유출 라인을 통해 반응물이 유출된다. 유출된 반응물은 제1 열교환기(109) 및 제2열교환기(110)를 거쳐 배출 부재(112)로 유입된다. 상기 제1 열교환기(109)는 반응기(107)에서 유출된 고온의 반응물에서 발생되는 열을 보조 반응기(103a, 103b)에 공급하게 된다. 필요에 따라서는 상기 제1 열교환기(109)는 열매유를 통해 보조 반응기(103a, 103b)에 열을 공급한다. 이 경우 제1 열교환기(109)와 보조 반응기(103a, 103b) 사이에는 열매유 펌프(104)가 위치한다. 또한, 상기 제2 열교환기(110)의 일측에는 별도의 냉각기(111)가 형성된 구조이다. 상기 제2 열교환기(110)를 통해, 배출 부재(112)로 유입되는 반응물의 온도를 60 내지 70℃ 범위로 냉각 한다.The reactant flows out through the outlet line of the hydrothermal hydrocarbon reactor 107. The reactant that flows out flows into the discharge member 112 through the first heat exchanger 109 and the second heat exchanger 110. The first heat exchanger 109 supplies the heat generated from the high temperature reactant discharged from the reactor 107 to the auxiliary reactors 103a and 103b. If necessary, the first heat exchanger 109 supplies heat to the auxiliary reactors 103a and 103b through the heating oil. In this case, the heat exchanger pump 104 is positioned between the first heat exchanger 109 and the auxiliary reactors 103a and 103b. In addition, a separate cooler 111 is formed on one side of the second heat exchanger 110. Through the second heat exchanger 110, the temperature of the reactants flowing into the discharge member 112 is cooled to 60 to 70°C.

배출 부재(112)로 유입된 반응물은, 배출 부재(112)를 통과하는 동안 감압되는 과정을 거치게 된다. 상기 배출 부재(112)를 통과하는 동안, 반응물의 압력은 10 내지 40 bar에서 대기압(약 1 bar) 수준으로 감압된다. 상기 배출 부재(112)는 반응물을 연속적으로 유출하며, 동시에 부재 내부의 유체 흐름 방향을 따라 반응물의 압력을 순차 적으로 또는 연속적으로 낮추게 된다. 상기 배출 부재(112)는 기체 분리기(113b)의 수위가 일정 수준 이상인 경우, 배출 부재의 작동을 멈추거나 배출 부재의 유출 유량을 저감한다. 이때, 상기 기체 분리기(113b)에는 내부의 수위를 측정하는 수위 센서가 형성된다.The reactants introduced into the discharge member 112 undergo a process of being depressurized while passing through the discharge member 112. While passing through the discharge member 112, the pressure of the reactants is reduced from 10 to 40 bar to atmospheric pressure (about 1 bar). The discharge member 112 continuously discharges the reactant, and at the same time, the pressure of the reactant is sequentially or continuously lowered along the fluid flow direction inside the member. When the water level of the gas separator 113b is higher than a certain level, the discharge member 112 stops the operation of the discharge member or reduces the flow rate of the discharge member. At this time, the gas separator 113b is formed with a water level sensor for measuring the water level inside.

배출 부재(112)를 경유한 반응물은, 고액 분리기(115)로 유입된다. 상기 고액 분리기(115)에서 반응물은 고체 생성물과 액상 탈리액으로 분리된다. 상기 고체 생성물은 화력발전소 등의 고형연료로 활용될 수 있으며, 상기 액상 탈리액은 혐기소화 반응기로 공급되어 메탄 가스를 생성하는데 재이용된다.The reactant passed through the discharge member 112 flows into the solid-liquid separator 115. In the solid-liquid separator 115, the reactants are separated into a solid product and a liquid stripping liquid. The solid product may be utilized as a solid fuel such as a thermal power plant, and the liquid desorption liquid is supplied to an anaerobic digestion reactor and reused to generate methane gas.

예를 들면, 고액 분리기(115)는 양면에 멤브레인을 융착한 형태의 여과판을 포함하는 필터 프레스일 수 있다.For example, the solid-liquid separator 115 may be a filter press including a filter plate in which membranes are fused on both sides.

구체적으로, 탄화 슬러리는 여과판과 여과판 사이에 형성된 여과실에 인입될 수 있으며, 그리고, 탄화 슬러리는 여과실에 인입되는 압력에 의해 여과판에 압착되면서 1차 탈수될 수 있다. 다음으로, 여과실 내부의 압력이 일정 압력 이상 되면, 1차 탈수를 중지하고, 멤브레인이 확장될 수 있다. 따라서, 1차 탈수된 탄화 슬러리는 확정되는 멤브레인에 의해 2차 탈수될 수 있다.Specifically, the carbonized slurry may be introduced into the filter chamber formed between the filter plate and the filter plate, and the carbonized slurry may be primary dehydrated while being compressed on the filter plate by pressure introduced into the filter chamber. Next, when the pressure inside the filtration chamber exceeds a certain pressure, the primary dehydration is stopped, and the membrane can be expanded. Thus, the primary dehydrated carbonized slurry can be secondary dehydrated by a defined membrane.

이와 같이, 탄화 슬러리는 2회 탈수됨에 따라, 탈수 효율이 향상될 수 있다. As such, as the carbonized slurry is dehydrated twice, dehydration efficiency may be improved.

다만, 본 실시예에서는, 고액 분리기가 멤브레인 필터 프레스인 경우를 일 예로 설명하였으나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 고액 분리기는 수열탄화된 하폐수 슬러지를 기계적으로 탈수시킬 수 있는 진공 여과기, 원심 분리기, 벨트 프레스, 건조기능이 있는 필터프레스 등일 수 있다.However, in this embodiment, the case where the solid-liquid separator is a membrane filter press is described as an example, but the spirit of the present invention is not limited thereto. For example, the solid-liquid separator may be a vacuum filter capable of mechanically dehydrating hydrothermal carbonized wastewater sludge, a centrifugal separator, a belt press, a filter press having a drying function, or the like.

다음으로, 혐기소화 반응기는 메탄가스를 생성하기 위한 반응기일 수 있다.Next, the anaerobic digestion reactor may be a reactor for producing methane gas.

구체적으로, 혐기소화 반응기는 공정수에 포함된 다당류, 단백질, 지질 등을 단당류, 아미노산, 글리세롤, 고급 지방산 등으로 가수분해시킬 수 있고, 그 후, 아세트산 또는 부틸산과 같은 유기산의 생성을 유도할 수 있다.Specifically, the anaerobic digestion reactor can hydrolyze polysaccharides, proteins, lipids, etc. included in the process water into monosaccharides, amino acids, glycerol, higher fatty acids, etc., and then induce the production of organic acids such as acetic acid or butyric acid. have.

이와 같이 생성된 유기산은 메탄 발효될 수 있다. 이때, 유기산이 메탄 발효되는 과정에서 발생되는 가스는 메탄, 이산화탄소 등을 포함할 수 있으며, 그 중 메탄가스는 보일러로 공급될 수 있다. 혐기소화 반응기는 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor), AF(Anaerobic Filter), UASB (Upflow anaerobic sludge blanket digestion) 등의 혐기소화 반응기일 수 있으며, 바람직하게는 UASB (Upflow anaerobic sludge blanket digestion) 반응기 일 수 있다. The organic acid produced in this way can be fermented with methane. At this time, the gas generated in the process of fermenting the organic acid to methane may include methane, carbon dioxide, etc., of which methane gas may be supplied to the boiler. The anaerobic digestion reactor may be an anaerobic digestion reactor such as Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), Anaerobic Filter (AF), Upflow anaerobic sludge blanket digestion (UASB), and preferably UASB (Upflow anaerobic sludge blanket digestion) reactor. .

한편, 상기 혐기소화 반응기의 용량은 일반 혐기소화조의 1/30 내지 1/3 범위일 수 있다. 이는 통상적인 혐기소화 반응기의 30 분의 1 정도의 용량일 수 있다. 이는, 혐기소화 반응 전, 하수 슬러지를 수열탄화를 거침으로써, 슬러지 플럭을 파괴하여 세포 내 원형질의 배출을 유도하여 슬러지의 체적을 감소시키며, 탈수과정을 통해 액체 생성물만 혐기소화 반응기로 유입되므로 혐기소화 반응기의 용량을 줄일 수 있다. Meanwhile, the capacity of the anaerobic digestion reactor may range from 1/30 to 1/3 of the general anaerobic digestion tank. This can be on the order of one-third the capacity of a conventional anaerobic digestion reactor. This, prior to the anaerobic digestion reaction, the sewage sludge undergoes hydrothermal carbonization, thereby destroying the sludge floc to induce the release of protoplasm in the cell, thereby reducing the volume of the sludge, and through the dehydration process, only the liquid product flows into the anaerobic digestion reactor. The capacity of the digestion reactor can be reduced.

아울러, 본 발명의 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치는 혐기소화 반응기(200) 및 가열장치(108)와 유체 연결되어, 혐기소화 반응기(200)로부터 메탄가스를 공급받아 메탄가스에 함유된 황 성분을 제거하기 위한 탈황기(300)를 더 포함할 수 있다. In addition, the methane gas production apparatus using the sewage sludge of the present invention is fluidly connected to the anaerobic digestion reactor 200 and the heating device 108, receiving methane gas from the anaerobic digestion reactor 200, sulfur component contained in the methane gas It may further include a desulfurizer 300 for removing.

구체적으로, 탈황기(300)는 상기 메탄가스에 포함된 황산화물의 원인물질은 황화수소를 제거할 수 있다. 상기 탈황기(300)는 황화수소를 제거할 수 있는 통상의 탈황장치일 수 있다. 예를 들면, 상기 탈황기(300)는 내부로 공급된 메탄가스에 포함된 황화수소를 실질적으로 제거하는 건식 필터링 수단을 포함할 수 있다. 상기 건식 필터링 수단은 황화수소를 포함하는 미세한 이물질 등이 흡착 필터링 될 수 있는 헤파필터일 수 있다.Specifically, the desulfurizer 300 may remove hydrogen sulfide as a source of sulfur oxides contained in the methane gas. The desulfurizer 300 may be a conventional desulfurization device capable of removing hydrogen sulfide. For example, the desulfurizer 300 may include dry filtering means that substantially removes hydrogen sulfide contained in methane gas supplied therein. The dry filtering means may be a hepa filter capable of adsorbing and filtering fine foreign matter including hydrogen sulfide.

상기 탈황기(300)를 거친 메탄가스는 수열탄화 반응기(107)를 가열하는 가열장치(108)로 공급되어 상기 수열탄화 반응기(107)의 연료로 이용될 수 있다.The methane gas that has passed through the desulfurizer 300 is supplied to a heating device 108 that heats the hydrothermal carbonization reactor 107, and may be used as fuel for the hydrothermal carbonization reactor 107.

발명의 일실시예에 따른 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법은, Method for producing methane gas using sewage sludge according to an embodiment of the invention,

하수 슬러지를 수열탄화 반응기로 투입시켜, 상기 수열탄화 반응기에서 상기 하수 슬러지를 수열탄화 하여 탄화 슬러리를 제조하는 단계(S100);A step in which a sewage sludge is introduced into a hydrothermal carbonization reactor to hydrocarbonize the sewage sludge in the hydrothermal carbonization reactor to prepare a carbonized slurry (S100);

탄화 슬러리는 수열탄화 반응기로부터 고액 분리기로 유체 이동하고, 상기 탄화 슬러리로부터 고체 생성물과 액체 생성물을 분리하는 단계(S200); The carbonized slurry is fluidly transferred from a hydrothermal carbonization reactor to a solid-liquid separator, and separating a solid product and a liquid product from the carbonized slurry (S200);

액체 생성물을 고액 분리기로부터 혐기소화 반응기로 유체 이동하고, 상기 액체 생성물을 발효시켜서 메탄가스를 생성하는 단계(S300); 및A step of fluidly transferring the liquid product from the solid-liquid separator to the anaerobic digestion reactor, and fermenting the liquid product to generate methane gas (S300); And

메탄가스는 수열탄화 반응기를 가열하는 가열장치로 공급하는 단계(S400); 를 포함하며,The methane gas is supplied to a heating device for heating the hydrothermal carbonization reactor (S400); It includes,

상기 탄화 슬러리를 제조하는 단계는, 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행하는 것을 특징으로 한다(도 4 참조).The step of preparing the carbonized slurry is characterized in that it is performed under conditions of a temperature of 160 to 220°C, a pressure of 10 to 40 bar, and a reaction time of 1 to 6 hours (see FIG. 4).

수열탄화 반응기에 공급되는 하수 슬러지는 염색슬러지 등을 포함하는 폐수슬러지, 음식물 폐기물 등의 유기성 폐기물을 의미할 수 있다. 특히, 상기 수열탄화 반응기에 공급되는 하수 슬러지는 고함수율을 갖는 유기성 폐기물일 수 있으며, 구체적으로, 하수 슬러지의 함수율은 70 내지 90 %, 72 내지 88 %, 73 내지 86 % 또는 71 내지 84 % 일 수 있다.Sewage sludge supplied to the hydrothermal carbonization reactor may refer to organic wastes such as wastewater sludge including dyeing sludge and food waste. In particular, the sewage sludge supplied to the hydrothermal carbonization reactor may be an organic waste having a high water content, specifically, the water content of the sewage sludge is 70 to 90%, 72 to 88%, 73 to 86% or 71 to 84% days Can.

예를 들면, 하수 슬러지는 상술한 범위의 함수율을 가지므로, 별도의 물을 공급하지 않아도, 수열탄화 반응기에서 탄화 반응이 일어날 수 있다.For example, since the sewage sludge has a water content in the above-described range, a carbonization reaction may occur in the hydrothermal carbonization reactor without supplying additional water.

상기 메탄가스 제조방법에서, 하수 슬러지를 수열탄화 반응기 내에서 수열탄화하여 탄화 슬러리를 제조하는 단계(S100)는, 온도 160 내지 220 ℃ 및 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건, 또는 온도 180 내지 210 ℃ 및 압력 15 내지 35 bar 및 반응시간 2 내지 5 시간 조건일 수 있으며, 바람직하게는 180 내지 200 ℃ 및 압력 15 내지 30 bar 및 반응시간 2 내지 4 시간 조건일 수 있으며, 보다 바람직하게는 180 ℃ 및 압력 15 내지 20 bar 및 반응시간 5 시간 조건의 수열탄화 반응기에서 수행될 수 있다.In the method for producing methane gas, the step (S100) of preparing a hydrocarbon slurry by hydrothermal carbonization of sewage sludge in a hydrothermal carbonization reactor is performed at a temperature of 160 to 220°C and a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours, or Temperature 180 to 210 ℃ and pressure 15 to 35 bar and reaction time may be a 2 to 5 hours condition, preferably 180 to 200 ℃ and pressure 15 to 30 bar and reaction time may be 2 to 4 hours condition, more preferably It can be carried out in a hydrothermal hydrocarbon reactor at 180 ℃ and a pressure of 15 to 20 bar and a reaction time of 5 hours.

상기 온도 범위 및 압력에서, 반응물(하수 슬러지)의 탈수성을 효과적으로 개선시킴과 동시에 메탄가스 함량이 높은 바이오 가스를 제조할 수 있다. 예를 들면, 반응온도가 160 ℃ 미만인 경우에는 액체 생성물(공정수)의 유기물질 함량이 낮아 메탄 발생량이 제한적이며, 반응온도가 220 ℃ 를 초과하는 경우, 액체 생성물(공정수)의 암모니아 농도가 급격히 증가하여 혐기소화 반응시 악영향을 끼칠 수 있다. In the temperature range and pressure, it is possible to effectively improve the dehydration property of the reactants (sewage sludge) and to produce biogas having a high methane gas content. For example, when the reaction temperature is less than 160 °C, the organic content of the liquid product (process water) is low, so the amount of methane generation is limited. When the reaction temperature exceeds 220 °C, the ammonia concentration of the liquid product (process water) It can increase rapidly and adversely affect anaerobic digestion.

아울러, 수열탄화 반응시 반응 시간은 바람직하게는 4 내지 5 시간일 수 있으며, 상기 범위에서 액체 생성물에서의 유기물질 함량(COD) 이 증가하여 메탄발생량을 증가시킬 수 있다. In addition, the reaction time in the hydrothermal carbonization reaction may be preferably 4 to 5 hours, and the organic material content (COD) in the liquid product increases in the above range to increase the amount of methane generated.

하수 슬러지를 온도 180 내지 220℃ 및 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건의 반응기 내에서 수열탄화하여 탄화 슬러리를 제조하는 단계에서, 하수 슬러지는 50~150℃ 온도로 예열된 상태로 반응기로 유입될 수 있다. 구체적으로는, 상기 하수 슬러지는 50 내지 110℃ 범위로 예열된 상태로 유입되며, 이는 반응기 내부의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있다. 또는, 상기 하수 슬러지는 120 내지 150℃ 범위로 예열된 상태로 유입되며, 이 경우에는 상기 하수 슬러지가 예비 혹은 부분 탄화된다. 이를 통해 하수 슬러지의 탄화 효율을 높이는 효과가 있다.In the step of preparing a hydrocarbon slurry by hydrothermal carbonization in a reactor having a temperature of 180 to 220°C and a pressure of 10 to 40 bar and a reaction time of 1 to 6 hours, the sewage sludge is preheated to a temperature of 50 to 150°C. It can be introduced into the reactor. Specifically, the sewage sludge flows in a preheated state in the range of 50 to 110°C, which can prevent a rapid temperature change inside the reactor. Alternatively, the sewage sludge is introduced in a preheated state in the range of 120 to 150°C, in which case the sewage sludge is preliminarily or partially carbonized. This has the effect of increasing the carbonization efficiency of sewage sludge.

하나의 예에서, 상기 탄화 슬러리를 수열탄화 반응기로부터 저장조로 유체 이동하고, 상기 탄화 슬러리로부터 고체 생성물과 액상 탈리액을 분리하는 단계(S200)를 거쳐 수행 가능하다.In one example, the carbonization slurry may be fluidly moved from a hydrothermal carbonization reactor to a storage tank, and may be performed through a step (S200) of separating a solid product and a liquid desorption solution from the carbonization slurry.

상기 고액 분리 과정을 수행한 고체 생성물은 건조하여 고형연료를 제조할 수 있으며, 또는 이를 성형하는 단계를 거칠 수 있다. 예를 들면, 고형연료를 성형하는 단계에서는 펠릿 등으로 성형할 수 있으며, 직경 50 mm 및 길이 100 mm 이하의 크기로 성형할 수 있다. 그리고, 액체 생성물은 혐기소화 반응기로 이동되어 메탄가스를 포함하는 바이오 가스를 생성할 수 있다. The solid product that has undergone the solid-liquid separation process may be dried to produce solid fuel, or may be subjected to a step of molding it. For example, in the step of forming the solid fuel, it may be molded into pellets or the like, and may be molded to a size of 50 mm in diameter and 100 mm in length or less. And, the liquid product can be transferred to an anaerobic digestion reactor to produce biogas containing methane gas.

구체적으로, 메탄가스를 생성하는 단계(S300)는 혐기소화 반응기(200)에서 액체 생성물이 혐기 소화되어 메탄가스가 생성될 수 있으며, 이러한 메탄가스는 가열 장치의 에너지원으로 공급될 수 있다. Specifically, in the step of generating methane gas (S300), the liquid product may be anaerobic digested in the anaerobic digestion reactor 200 to generate methane gas, and the methane gas may be supplied as an energy source of a heating device.

상기 메탄가스를 생성하는 단계는, 30 내지 38 ℃ 온도에서 15 내지 40 시간 조건에서 수행될 수 있으며, 예를 들면, 상기 온도 범위에서, 15 내지 35 시간, 15 내지 30 시간, 또는 15 내지 20 시간 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수열탄화 공정을 거친 후, 혐기소화 반응을 수행하여, 비교적 짧은 시간 내에 메탄가스를 생성할 수 있다. 예를 들면, 액체 생성물 내의 유기물질(COD)은 20 시간 내에 바이오 가스로 전환될 수 있다.The step of generating the methane gas may be performed under a condition of 15 to 40 hours at a temperature of 30 to 38 °C, for example, in the temperature range, 15 to 35 hours, 15 to 30 hours, or 15 to 20 hours Can be performed. According to an embodiment of the present invention, after a hydrothermal carbonization process, an anaerobic digestion reaction is performed, and methane gas can be generated in a relatively short time. For example, organic matter (COD) in a liquid product can be converted to biogas within 20 hours.

다음으로, 메탄가스를 생성하는 단계(S400)에서 생성된 메탄가스는, 상기 메탄가스에 함유된 황 성분을 제거하는 단계를 수행할 수 있다. 그리고, 황 성분이 제거된 메탄가스는 수열탄화 반응기(107)를 가열하는 가열 장치의 에너지원으로 공급될 수 있다.Next, the methane gas generated in the step (S400) for generating methane gas, may perform a step of removing the sulfur component contained in the methane gas. In addition, the methane gas from which the sulfur component has been removed may be supplied as an energy source of a heating device for heating the hydrothermal carbonization reactor 107.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 조건에서 수열탄화 공정을 거친 후, 액체 생성물을 혐기소화 반응기에서 발효시킴으로써, 혐기소화율을 증대시킬 수 있는 메탄 가스를 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 혐기소화 반응기에서의 혐기소화율은 75 내지 85 % 일 수 있으며, 이때, 혐기소화 반응기에서 생성되는 바이오 가스 중, 상기 메탄 가스의 함량은 75 내지 80 % 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after the hydrothermal carbonization process under the above-described conditions, methane gas capable of increasing the anaerobic digestion rate may be prepared by fermenting the liquid product in an anaerobic digestion reactor. For example, the anaerobic digestion rate in the anaerobic digestion reactor of the present invention may be 75 to 85%, wherein, in the biogas produced in the anaerobic digestion reactor, the content of the methane gas may be 75 to 80%.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as limited by these examples.

<실시예><Example>

실시예 1. Example 1.

메탄가스 제조장치를 이용하여 하수 슬러지로 메탄가스를 제조하였다. 구체적으로, 함수율이 80% 인 하수 슬러리 2kg 를 온도 180 ℃ 및 압력 30 bar 전후 조건의 수열탄화 반응기 내에서 4 시간 동안 가열 및 가압하여 수열탄화 하였다. 그리고, 이를 저장조로 유체이동시켜 고체 생성물과 액상 탈리액(이하, 공정수라 함)을 분리하였다. 상기 공정수를 혐기소화 반응기로 유체 이동시켜 30~38 ℃ 온도에서, 2일 동안 발효시켜 메탄가스를 제조하였다. Methane gas was produced from sewage sludge using a methane gas production system. Specifically, 2 kg of the sewage slurry having a water content of 80% was heated and pressed for 4 hours in a hydrothermal carbonization reactor at a temperature of 180° C. and a pressure of 30 bar before and after the hydrothermal carbonization. Then, the fluid was transferred to a storage tank to separate the solid product and the liquid desorption liquid (hereinafter referred to as process water). The process water was fluidly transferred to an anaerobic digestion reactor, and fermented for 2 days at a temperature of 30 to 38° C. to prepare methane gas.

비교예 1.Comparative Example 1.

열 가수분해 장치와 혐기소화 장치를 이용하여 하수 슬러지로 메탄가스를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 하수 슬러지를 165 ℃, 6~9 기압에서 조건의 열가수분해 장치에서 90분 동안 열 가수분해하였다. 그리고, 실시예 1과 동일한 혐기소화 장치에서 38~42 ℃ 온도에서 15일 동안 발효시켜 메탄가스를 제조하였다.Methane gas was produced from sewage sludge using a thermal hydrolysis device and an anaerobic digestion device. The same sewage sludge as in Example 1 was thermally hydrolyzed for 90 minutes in a thermohydrolysis apparatus under conditions at 165°C and 6 to 9 atmospheres. Then, in the same anaerobic digestion apparatus as in Example 1, methane gas was prepared by fermenting at a temperature of 38 to 42° C. for 15 days.

비교예 2.Comparative Example 2.

혐기소화 장치를 이용하여 하수 슬러지로 메탄가스를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 하수 슬러지를 혐기소화 장치에서 25일 동안 발효시켜 메탄가스를 제조하였다.Methane gas was produced from sewage sludge using an anaerobic digestion system. Methane gas was prepared by fermenting the same sewage sludge as in Example 1 in an anaerobic digestion apparatus for 25 days.

실시예 1, 비교예 1, 2의 주요 변수에 따른 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The results according to the main variables of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.

주요 변수Main variables 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 혐기소화 체류시간(일)Anaerobic digestion residence time (days) 1~21-2 12~1512~15 20~2520~25 소화조 용량Digester capacity 0.030.03 0.30.3 1One pHpH 6.5~8.06.5~8.0 7.5~8.07.5~8.0 6.8~7.56.8~7.5 온도(℃)Temperature (℃) 30~3830-38 38~4238-42 35~3735~37 메탄함량(%)Methane content (%) 75~8075-80 65~6865-68 60~6560-65 소화효율(%)Digestion efficiency (%) 75~8575~85 55~6555-65 35~5035~50

표 1을 참조하면, 비교예 1, 2 대비 실시예 1의 장치를 이용하여 메탄가스를 제조하였을 때, 제조된 메탄함량과 소화 효율이 가장 높았으며, 공정수의 혐기소화 체류시간이 가장 짧았다. 특히, 실시예 1에서 발생된 바이오 가스중 메탄함량이 75 내지 80 % 를 차지하였다. 뿐만 아니라, 실시예 1은 혐기소화 반응기의 체류시간을 대폭 줄어들었다. Referring to Table 1, when methane gas was prepared using the apparatus of Example 1 compared to Comparative Examples 1 and 2, the produced methane content and digestion efficiency were the highest, and the anaerobic digestion residence time of the process water was the shortest. In particular, the methane content in the biogas generated in Example 1 occupied 75 to 80%. In addition, Example 1 drastically reduced the residence time of the anaerobic digestion reactor.

이는, 하수 슬러지를 수열탄화 하여, 공정수의 내의 유기물질 함량이 증가하여 메탄발생량이 증가한 것으로 판단된다.This is considered to increase the amount of methane generated by hydrothermal carbonization of sewage sludge, increasing the organic matter content in the process water.

<실험예><Experimental Example>

실험예 1. 공정수 평가Experimental Example 1. Process water evaluation

함수율이 80% 인 하수 슬러지 2kg 를 온도 180 ℃ 및 압력 30 bar 전후 조건의 수열탄화 반응기에서 가열하여 수열탄화 하였다. 그리고, 탄화 슬러리에서 공정수(액상 탈리액)을 분리하였다. 이때, 수열탄화 공정을 시간별로 수행하였으며, 수행한 후 공정수의 CODCr 및 TS 를 평가하였다. 2 kg of sewage sludge having a water content of 80% was heated in a hydrothermal carbonization reactor at a temperature of 180° C. and a pressure of 30 bar before and after the hydrothermal carbonization. Then, the process water (liquid desorption liquid) was separated from the carbonized slurry. At this time, the hydrothermal carbonization process was performed hourly, and the COD Cr and TS of the process water were evaluated after it was performed.

CODCr 은 수질오염공정시험기준 (Es 04315.3 화학적 산소요구량-적정법-다이크롬산칼륨법)에 근거한 방법으로 분석하였으며, TS 의 함량은 폐기물공정시험방법에 명시된 삼성분 분석법을 근거하여 분석하였다.COD Cr was analyzed by the method based on the water pollution process test standard (Es 04315.3 chemical oxygen demand-titration method-potassium dichromate method).

그리고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.And the results are shown in Table 2.

단위unit 2 시간2 hours 3 시간3 hours 4 시간4 hours 5 시간5 hours CODCr COD Cr mg/Lmg/L 93,00093,000 93,00093,000 95,00095,000 121,000121,000 TSTS mg/Lmg/L 111,270111,270 110,000110,000 103,000103,000 97,04097,040

표 2를 참조하면, 반응시간이 길어질수록 CODCr 이 증가하였으며 TS 물질은 감소하였다. Referring to Table 2, COD Cr increased and TS material decreased as the reaction time increased.

실험예 2. 공정수 평가-2Experimental Example 2. Process water evaluation-2

함수율이 80% 인 하수 슬러지 2kg 를 4시간 동안 온도 220 ℃ 및 압력 30 bar 전후 조건의 수열탄화 반응기에서 가열 및 가압하여 수열탄화 하였다. 그리고, 탄화 슬러리에서 공정수(액상 탈리액)을 분리하여 TS 를 측정하였으며, 이를 실험에 1에서 평가한 TS와 비교하였으며, 이를 도 5에 나타내었다.Hydrothermal carbonization was performed by heating and pressurizing 2 kg of sewage sludge having a water content of 80% in a hydrothermal carbonization reactor at a temperature of 220° C. and a pressure of 30 bar for 4 hours. Then, TS was measured by separating the process water (liquid desorption liquid) from the carbonized slurry, and this was compared with TS evaluated in 1 in the experiment, and this is shown in FIG. 5.

도 5를 참조하면, 4 시간 동안 180 ℃ 에서 수열탄화할 때 보다 220 ℃ 에서 수열탄화할 때, TS 값이 낮았다. 한편, 반응시간이 길어질수록 TS 값은 감소하였다.Referring to FIG. 5, TS values were lower when hydrothermal carbonization at 220° C. than when hydrothermal carbonization at 180° C. for 4 hours. On the other hand, the TS value decreased as the reaction time increased.

실험예 3. 메탄발생량(BMP Test; Biochemical Methane Potential) 평가Experimental Example 3. Evaluation of BMP Test (Biochemical Methane Potential)

BMP Test는 용기에 시료를 일정량 넣고 그래뉴얼 혐기성 미생물을 식종한 다음 밀폐시켜 최적온도(35~37 ℃) 조건에서 배양하면서 시료의 혐기성 분해에 의해 발생하는 가스량을 경시적으로 측정하여 시료에 있는 생물분해 가능한 유기물로부터 발생할 수 있는 최대가스(메탄)량을 평가하는 방법이다. 구체적으로 1.5% NaOH 용액을 serum-bottle에 각 1 L씩 넣어 준비하고, 다른 serum-bottle에는 각각 granular 미생물 250 mL와 중탄산나트륨 1.2 g, 시료 250 mL(첫 번째 serum-bottle에는 액체 생성물(하수슬러지) 250 mL, 두 번째 serum-bottle에는 액체 생성물(음식물쓰레기) 250 mL) 준비한 후, 매 시간마다 눈금실린더로 떨어진 NaOH 양을 측정하여 전환된 메탄발생량을 산정하였다.BMP Test is a living organism in a sample by measuring the amount of gas generated by anaerobic decomposition of the sample over time while placing a certain amount of sample in a container, inoculating a new anaerobic microorganism, and then sealing it to incubate at the optimum temperature (35~37 ℃). It is a method to evaluate the maximum amount of gas (methane) that can be generated from decomposable organic matter. Specifically, 1.5% NaOH solution is prepared by adding 1 L of each to the serum-bottle, 250 mL of granular microorganisms and 1.2 g of sodium bicarbonate, and 250 mL of the sample in the other serum-bottle (liquid product in the first serum-bottle (sewage sludge ) 250 mL, 250 mL of liquid product (food waste) was prepared in the second serum-bottle), and the amount of NaOH that was dropped into the graduated cylinder was measured every hour to calculate the converted amount of methane.

도 6를 참조하면, BMP Test 결과 두 액체 생성물 모두 8시간 내에 메탄생성량이 평행에 다달았으며, 미생물의 혐기성 분해가 활발히 이루어진 것으로 보임에 따라 액체 생성물의 생물분해가 가능한 유기물이 다량 함유되어 있는 것으로 판단되었다.Referring to FIG. 6, as a result of the BMP test, both liquid products had a methane production amount in parallel within 8 hours, and it was determined that the biodegradable liquid product contained a large amount of organic matter as it appeared that the anaerobic decomposition of microorganisms was actively performed. Became.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been focused on the preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be interpreted as being included in the present invention.

100: 수열탄화 반응기
101: 슬러지 저장조 102: 공급 부재
103a, 103b: 보조 반응기 104: 열매유 펌프
105: 약품저장조 106: 약품 펌프
107: 반응기 108: 가열장치
109: 제1 열교환기 110: 제2 열교환기
111: 냉각기 112: 배출 부재
113a: 저장조 또는 기체 분리기 113b: 기체 분리기
114: 배기체 정화기 115: 고/액 분리기
200: 혐기소화 반응기
300: 탈황기100: hydrothermal carbonization reactor
101: sludge storage tank 102: no supply
103a, 103b: auxiliary reactor 104: heating oil pump
105: chemical storage tank 106: chemical pump
107: reactor 108: heating device
109: first heat exchanger 110: second heat exchanger
111: cooler 112: exhaust member
113a: reservoir or gas separator 113b: gas separator
114: exhaust purifier 115: solid/liquid separator
200: anaerobic digestion reactor
300: desulfurizer

Claims (15)

하수 슬러지를 포함하는 원료가 투입되어, 상기 하수 슬러지를 탄화 슬러리로 수열탄화 하는 수열탄화 반응기;
탄화 슬러리로부터 고체 생성물과 액체 생성물을 분리하는 고액 분리기;
탄화 슬러리로부터 분리된 액체 생성물을 발효시켜서 메탄가스를 생성하는 혐기소화 반응기; 및
혐기소화 반응기에서 배출되는 메탄가스가 공급되며, 상기 공급된 메탄가스를 이용하여 상기 수열탄화 반응기를 가열하는 가열장치; 를 포함하며,
상기 수열탄화 반응기는, 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치.
A hydrothermal carbonization reactor in which a raw material containing sewage sludge is introduced and hydrothermal carbonizing the sewage sludge into a carbonization slurry;
A solid-liquid separator separating the solid product and the liquid product from the carbonized slurry;
An anaerobic digestion reactor for fermenting the liquid product separated from the carbonized slurry to produce methane gas; And
Methane gas discharged from the anaerobic digestion reactor is supplied, and a heating device for heating the hydrothermal carbonization reactor using the supplied methane gas; It includes,
The hydrothermal carbonization reactor, methane gas production apparatus using sewage sludge, characterized in that is carried out under conditions of a temperature of 160 to 220 ℃, pressure of 10 to 40 bar and reaction time of 1 to 6 hours.
제1항에 있어서,
상기 수열탄화 반응기는, 온도 180 내지 200 ℃ 및 반응시간 4 내지 5 시간 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치.
According to claim 1,
The hydrothermal carbonization reactor, methane gas production apparatus using sewage sludge, characterized in that is carried out under conditions of a temperature of 180 to 200 ℃ and reaction time of 4 to 5 hours.
제1항에 있어서,
수열탄화 반응기는, 하수 슬러지를 유입하는 유입 라인과 탄화 슬러리를 유출하는 유출 라인이 형성되며,
상기 유입 라인에 유체 연결되어, 하수 슬러지를 공급하는 공급 부재를 포함하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치.
According to claim 1,
In the hydrothermal carbonization reactor, an inflow line flowing into the sewage sludge and an outflow line flowing through the carbonized slurry are formed,
Methane gas production apparatus using sewage sludge, which is fluidly connected to the inflow line, and includes a supply member for supplying sewage sludge.
제3항에 있어서,
공급 부재와 수열탄화 반응기 사이의 유체 라인 상에 형성되며, 수열탄화 반응기에 공급되는 하수 슬러지를 예열 또는 예비탄화하는 보조 반응기;
수열탄화 반응기의 유출 라인에 유체 연결되어 탄화 슬러리를 유출하는 배출 부재;
수열탄화 반응기와 배출 부재 사이의 유체 라인 상에 형성되며, 수열탄화 반응기에서 배출되는 고온의 탄화 슬러리에서 발생되는 열을 열매유를 통해 보조 반응기로 공급하는 열 교환기; 및
배출 부재로부터 유출되는 탄화 슬러리를 수용하는 저장조; 를 포함하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치.
According to claim 3,
An auxiliary reactor which is formed on a fluid line between the supply member and the hydrothermal carbonization reactor, and preheats or precarbonizes the sewage sludge supplied to the hydrothermal carbonization reactor;
A discharge member fluidly connected to the outlet line of the hydrothermal hydrocarbon reactor to discharge the carbonized slurry;
A heat exchanger formed on the fluid line between the hydrothermal carbonization reactor and the discharge member, and supplying heat generated from the high temperature carbonized slurry discharged from the hydrothermal carbonization reactor to the auxiliary reactor through heat transfer oil; And
A storage tank accommodating the carbonized slurry flowing out of the discharge member; Methane gas production apparatus using sewage sludge comprising a.
제4항에 있어서,
배출 부재는, 내부의 유체 흐름 방향을 따라 순차적으로 또는 연속적으로 압력이 감압되는 구간을 포함하는 감압 수단인 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치.
According to claim 4,
The discharge member is a methane gas production apparatus using sewage sludge, which is a decompression means that includes a section in which pressure is sequentially or continuously depressurized along a fluid flow direction therein.
제1항에 있어서,
혐기소화 반응기 및 가열장치와 유체 연결되어, 혐기소화 반응기로부터 메탄가스를 공급받아 메탄가스에 함유된 황 성분을 제거하기 위한 탈황기를 더 포함하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치.
According to claim 1,
A methane gas production apparatus using sewage sludge further connected to an anaerobic digestion reactor and a heating device, and further receiving a methane gas from the anaerobic digestion reactor to further remove a sulfur component contained in the methane gas.
제1항에 있어서,
수열탄화 반응기에 공급되는 하수 슬러지의 함수율은, 70 내지 90 % 범위인 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치.
According to claim 1,
Methane gas production apparatus using sewage sludge, characterized in that the water content of the sewage sludge supplied to the hydrothermal reactor is in the range of 70 to 90%.
제1항에 있어서,
혐기소화 반응기의 용량은, 일반 혐기소화조의 1/30 내지 1/3 범위인 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조장치.
According to claim 1,
Methane gas production apparatus using sewage sludge, characterized in that the capacity of the anaerobic digestion reactor is in the range of 1/30 to 1/3 of the general anaerobic digestion tank.
하수 슬러지를 수열탄화 반응기로 투입시켜, 상기 수열탄화 반응기에서 상기 하수 슬러지를 수열탄화 하여 탄화 슬러리를 제조하는 단계;
탄화 슬러리는 수열탄화 반응기로부터 고액 분리기로 유체 이동하고, 상기 탄화 슬러리로부터 고체 생성물과 액체 생성물을 분리하는 단계;
액체 생성물을 고액 분리기로부터 혐기소화 반응기로 유체 이동하고, 상기 액체 생성물을 발효시켜서 메탄가스를 생성하는 단계; 및
메탄가스는 수열탄화 반응기를 가열하는 가열장치로 공급하는 단계; 를 포함하며,
상기 탄화 슬러리를 제조하는 단계는, 온도 160 내지 220 ℃, 압력 10 내지 40 bar 및 반응시간 1 내지 6 시간 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법.
Introducing a sewage sludge into a hydrothermal carbonization reactor to hydrocarbonize the sewage sludge in the hydrothermal carbonization reactor to prepare a carbonized slurry;
The carbonized slurry is fluidly transferred from a hydrothermal hydrocarbon reactor to a solid-liquid separator, and separating the solid product and the liquid product from the carbonized slurry;
Fluidly moving the liquid product from a solid-liquid separator to an anaerobic digestion reactor, and fermenting the liquid product to produce methane gas; And
Supplying methane gas to a heating device for heating the hydrothermal carbonization reactor; It includes,
The step of preparing the carbonized slurry is a method for producing methane gas using sewage sludge, characterized in that it is performed under conditions of a temperature of 160 to 220°C, a pressure of 10 to 40 bar, and a reaction time of 1 to 6 hours.
제9항에 있어서,
상기 탄화 슬러리를 제조하는 단계는, 온도 180 내지 200 ℃ 및 반응시간 4 내지 5 시간 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법.
The method of claim 9,
The step of preparing the carbonized slurry is a method for producing methane gas using sewage sludge, which is performed under conditions of a temperature of 180 to 200°C and a reaction time of 4 to 5 hours.
제9항에 있어서,
수열탄화 반응기에 공급되는 하수 슬러지의 함수율은, 70 내지 90 % 범위인 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법.
The method of claim 9,
Method for producing methane gas using sewage sludge, characterized in that the water content of the sewage sludge supplied to the hydrothermal carbonization reactor is in the range of 70 to 90%.
제9항에 있어서,
탄화 슬러리를 제조하는 단계에서, 하수 슬러지는 50 내지 150℃ 온도로 예열된 상태로 수열탄화 반응기에 공급되는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법.
The method of claim 9,
In the step of manufacturing the carbonized slurry, the sewage sludge is a method for producing methane gas using sewage sludge, characterized in that it is supplied to the hydrothermal carbonization reactor in a preheated state to a temperature of 50 to 150 ℃.
제9항에 있어서,
탄화 슬러리를 제조하는 단계에서 제조된 탄화 슬러리는, 상기 수열탄화 반응기로부터 유체 흐름 방향을 따라 순차적으로 또는 연속적으로 감압되는 구간을 경유하여 감압된 상태로 배출되는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법.
The method of claim 9,
Methane gas using sewage sludge, characterized in that the carbonized slurry prepared in the step of preparing the carbonized slurry is discharged from the hydrothermal hydrocarbon reactor in a depressurized state via a section that is sequentially or continuously depressurized along the fluid flow direction. Manufacturing method.
제9항에 있어서,
메탄가스를 생성하는 단계에서 생성된 메탄가스는, 상기 메탄가스에 함유된 황 성분을 제거하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법.
The method of claim 9,
Methane gas produced in the step of generating methane gas, a method for producing methane gas using sewage sludge, characterized in that to perform the step of removing the sulfur component contained in the methane gas.
제9항에 있어서,
메탄가스를 생성하는 단계는, 30 내지 38 ℃ 온도에서 15 내지 40 시간 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지를 이용한 메탄가스 제조방법.
The method of claim 9,
The step of generating methane gas is a method for producing methane gas using sewage sludge, which is performed at a temperature of 30 to 38° C. for 15 to 40 hours.
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