한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집 2013년 추계학술발표회 논문집 (p.14-14)

매립가스를 이용한 바이오가스 연료화 기술개발 연구

키워드 :
기체 분리,바이오 연료,메탄,매립가스,바이오가스

초록

국가 환경정책의 방향이 폐기물 제로형 자원순환사회로 전환된 이후, 우리나라의 2012년 폐자원에너지 생산량은 약 5,657천 TOE로 국가 1차에너지의 약 2.2% 수준에 그치고 있다. 이는 2007년의 폐기물 에너지화율 1.9%에서 얼마 증가하지 않았음을 고려할 때, 폐자원 에너지화 기술의 지속적 개발과 적용이 필요함을 알 수 있다. 매립가스는 우리나라 폐기물 재생에너지원 중 바이오가스부분의 44%를 차지하는 대단히 중요한 신재생에너지원으로 2015년 시행될 의무재생연료 사용기준인 RFS와 관련하여 그 중요성이 커지고 있다. 본 연구는 매립가스에서 CO₂와 N₂를 분리, 정제하여 바이오가스 연료기준에 적합한 고순도 메탄가스를 생산하는 실험을 수행하였다. 매립지 가스의 주요 성분은 CH₄, CO₂ 및 포집 과정에서 유입되는 N₂, O₂ 이외에 H₂S, 수분 등 여러 미량물질이 포함되어있다. 바이오가스 연료품질기준에 적합한 메탄가스 생산을 위해서는 매립가스에 적합한 가스분리 및 CH₄ 회수기술이 필요한 상태이다. 조성변화가 심한 매립가스의 특성을 감안하여 CO₂ 및 CH₄의 조성 변화에 비교적 대응이 용이한 분리막 공정을 CO₂ 주 분리공정으로, 소량성분인 N₂와 O₂등의 정제를 위해 PSA공정을 후처리공정으로 하는 혼합처리공정을 설계하여 1.0Nm³/min 규모의 실증플랜트를 수도권 매립지 내에 설치하여 실험을 수행하였고 각 공정의 CH₄의 회수성능을 평가하였다. 2단 직렬 재순환 분리막 공정은 7 ~ 10bar의 압력을 유지하여 운전하였으며 PSA공정은 분리막공정의 후단압력을 이용하여 운전하였다. 운전 조건인 1단, 2단 분리막 면적비와 PSA 압력변동 운전시간은 유입되는 매립가스의 성상에 따라 상이하였으며, 시설 운전 결과 생산가스의 CH₄ 농도는 평균 96%로 바이오가스 품질기준인 CH₄ 95%를 안정적으로 만족시키며 CH₄ 회수율은 71.3%로 나타났다.