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바이오가스 고질화와 초저온액화공정을 통한 액화바이오메탄 생산
심동민(Shim, Dongmin),성현제(Sung, Hyunje),박성범(Park, Seongbum),김낙주(Kim, Nackjoo),장호명(Chang, Homyung),이재영(Lee, Jaeyoung),이영민(Lee, Youngmin),이우철(Lee, Woocheul),오화수(Oh, Hwasoo) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
본 연구는 바이오가스의 에너지효율성을 높이기 위한 연구로서 바이오가스 정제공정과 초저온액화공정을 통하여 액화바이오메탄을 생산하는 바이오가스 고질화기술개발 연구이다. 바이오가스 정제공정은 탈황, 제습, 흡착, 압축, CO₂/CH₄ 분리공정으로 구성하고, 초저온액화공정은 열교환기, CO₂ 제거설비, 질소냉매 공급공정으로 구성하여 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스(CH₄ 농도: 60~65%, H₂S: 1,500~2,500ppm)를 200Nm³/hr의 유량으로 인입시켜 액화바이오메탄을 생산하였다. 연구결과, 탈황공정에서는 가성소다 세정법을 이용하여 1,500~2,500ppm으로 인입되는 H₂S를 100ppm 이하로 제거한 후, 흡착법을 이용하여 H₂S를 완전히 제거하였다. 바이오가스에 포화된 수분은 냉각제습과 흡착제습공정을 통해 Dew point -70{sim}-90?C까지 제거하여 안정적으로 CO₂/CH₄ 분리공정에 인입시켰다. CO₂/CH₄ 분리공정은 흡착방식을 적용하여 CH₄ 순도가 95% 이상인 바이오메탄을 생산하였으며, 이때 메탄 회수율은 약 87%이였다. CO₂가 분리된 바이오메탄은 초저온액화공정을 이용하여 액화바이오메탄으로 전환시켰다. 이때 초저온액화공정은 Reverse Brayton cycle로 구성하였으며, 냉매로는 질소를 사용하였다. 액화바이오메탄의 생산은 바이오메탄을 등엔트로피과정인 단열팽창을 통하여 -155{sim}-159?C의 초저온으로 냉각되는 질소냉매와 열교환기에서 열교환시켜 이루어졌으며 그 생산량은 3.46m³/day(1bar, -161?C)이었다.