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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한솔이엠이(주) |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2010-12 |
과제시작연도 | 2009 |
주관부처 | 지식경제부 Ministry of Knowledge Economy |
등록번호 | TRKO201400028987 |
과제고유번호 | 1415101764 |
사업명 | 신재생에너지기술개발(에특) |
DB 구축일자 | 2014-11-29 |
키워드 | 바이오가스.정제.초저온 액화.LNG. |
핵심기술
바이오가스 중에 포함되어 있는 불순물을 제거하고 이산화탄소를 분리하여 메탄농도가 95%이상으로 정제하고 초저온 액화공정을 통해 메탄농도가 97% 이상인 LNG를 생산하는 기술이다.
최종목표
본 기술개발의 최종목표는 메탄액화공정으로 인입될 바이오가스의 적절한 조성 및 농도로 유지하기 위한 바이오가스 전처리공정과 이산화탄소/메탄 분리공정 , 메탄액화공정의 도출과 각 공정이 조합된 1,000gallon/day LNG 생산 Pilot Plant의 설치/운전을 통해 최적운전조건 도출과 메탄농도가 97%이상인 LNG를
핵심기술
바이오가스 중에 포함되어 있는 불순물을 제거하고 이산화탄소를 분리하여 메탄농도가 95%이상으로 정제하고 초저온 액화공정을 통해 메탄농도가 97% 이상인 LNG를 생산하는 기술이다.
최종목표
본 기술개발의 최종목표는 메탄액화공정으로 인입될 바이오가스의 적절한 조성 및 농도로 유지하기 위한 바이오가스 전처리공정과 이산화탄소/메탄 분리공정 , 메탄액화공정의 도출과 각 공정이 조합된 1,000gallon/day LNG 생산 Pilot Plant의 설치/운전을 통해 최적운전조건 도출과 메탄농도가 97%이상인 LNG를 생산하는 것이다.
개발내용 및 결과
기술개발 결과 바이오가스 액화공정을 통해 LNG를 생산하기 위해 바이오가스 전처리공정과 메탄액화공정을 도출하였으며, 도출된 공정을 토대로 1,000gallon/day LNG 생산규모의 Pilot Plant를 설치·운전하여 성공적으로 LNG를 생산하였고, 이산화탄소를 분리·회수할 수 있는 새로운 공정을 도출하였으며 , Pilot Plant를 바탕으로 5,000gallon/day LNG 생산규모 플랜트의 기본설계를 진행하였다. 또한 국내 시장현황을 조사하였으며 이를 토대로 바이오가스 LNG화에 대한 경제성을 분석하였다.
바이오가스 전처리공정은 탈황공정, 압축공정, 냉각제습공정, 흡착공정, 흡착 제습공정, 이산화탄소/메탄 분리공정(흡착공정 - Pressure Swing Adsorption)으로 구성해 Pilot Plant 설치·운전하였다. 반응표면분석을 통해 최적운전조건을 도출하였으며, 최적운전조건으로 운전한 결과 메탄농도가 98%이상인 바이오가스를 생산하였다. 이때 바이오가스에는 황화수소, 실록산은 검출되지 않았으며 , 수분은 dew point -70℃이하로 제거하여 기술개발 목표를 만족하였다. 바이오가스 전처리공정의 에너지원단위는 0.41kW/Nm3 biogas로 다른 경쟁기술과 비교하였을 때 동등한 수준이었다.
메탄액화공정으로는 수정형 역브레이튼사이클이 도출되었다. 수정형 역브레이튼사이클은 초저온열교환기와 Turbo expander가 적용된 질소냉매사이클로 구성된다. 도출된 공정을 Pilot Plant에 적용하여 설치하였으며, Pilot Plant 최적화운전결과 메탄농도가 99.84%이고, 발열량이 39.87MJ/m3인 고품질의 LNG를 1,069gallon/day LNG로 생산하였다. 기술개발목표인 1,000gallon/day LNG보다 많은 양의 LNG를 안정적이고 성공적으로 생산하였다. 이때에 질소는 -154.4℃, 메탄은 -138.9℃로 냉각되었고, 액화효율은 16%이였으며, 에너지 원단위는 2.07kW/Nm3 Clean gas(CH4: 100%)이였다.
새로운 이산화탄소 분리·회수공정은 바이오가스 전처리공정에서 이산화탄소/메탄 분리공정 없이 하나의 열교환기에서 메탄을 액화시키는 동시에 이산화탄소를 고체화시켜 분리하는 공정을 도출하였다.
1,000gallon/day LNG 생산 Pilot Plant를 바탕으로 5,000gallon/day LNG 생산 플랜트에 대한 기본설계를 진행하여 Process Flow Diagram을 작성하였으며, 이를 바탕으로 소요되는 면적을 산출한 결과 약 2,125m3가 필요하였다.
바이오가스 LNG화 기술에 대한 경제성 분석결과 경제성이 있는 것으로 조사된 3,000gallon/day LNG 생산 규모에 대하여 국내 설치가능한 곳을 조사한 결과 매립장은 20개소, 하수처리장은 20개소, 음식물쓰레기·음폐수 처리 혐기성소화조는 20개소로 총 60개소에 설치가 가능할것으로 기대된다. 3,000gallon/day LNG 생산플랜트에 대한 NPV, IRR을 통한 경제성 분석결과 LNG를 760원/Nm3이상으로 판매할 경우 경제성이 확보되었으며, 경유차량과 LNG 전소차량의 연료절감액을 비교한 결과 전소차량이 연료비를 42% 절감할 수 있다. 바이오가스 LNG화 기술의 경제성 확보와 산업의 활성화를 위해서는 바이오가스를 이용하여 가스발전할 경우 지원해주는 발전차액제도나 조만간 도입되는 RPS(Renewable Portfolio Standard)와 유사한 지원 정책의 수립이 수반되어야 할 것으로 판단된다.
기술개발배경
현재 바이오가스의 일부는 보일러나 가스발전을 통해 활용되고 있고, 대부분은 단순소각 또는 대기확산으로 처리되고 있어 국가적으로 귀중한 에너지 자원이 미활용되고 있다. 바이오가스를 가스발전하여 에너지화 할 경우 수요범위가 제한될 수 있으며, 에너지의 저장성 및 효율성이 떨어지는 문제가 있다. 바이오가스LNG화 기술은 바이오가스를 액화하여 사용하기 때문에 에너지의 저장과 이동이 가능하여 효율성과 활용성을 높일 수 있는 기술로서 바이오가스의 경제적 가치를 높여 줄 수 있어 관련 산업을 활성화시킬 수 있는 기술이다. 또한 정부에서도 신재생에너지 공급비율을 높이기 위한 정책을 추진하고 있는 상황에서 정부정책과 부합되는 기술개발을 통해 신재생에너지의 공급비율을 높여야 하며, 지구온난화로 인한 기후변화 등을 막기 위해 온실가스 저감이 필요하다.
핵심개발기술의 의의
국내 최초로 개발된 바이오가스 LNG화 기술은 국내 바이오가스 시장을 선점할 수 있으며, 또한 전세계적으로도 5번째로 기술을 보유하게 되어 기술 및 시장선점이 가능하다.
바이오가스 LNG화를 통해 바이오가스의 활용성 및 효율성을 높여 바이오가스의 경제적 가치를 높여 관련 산업을 활성화시킬 수 있는 계기가 되었다.
바이오가스 LNG와 기술의 메탄액화공정은 소형액화공정으로서 소규모의 다양한 액화플랜트에 적용이 가능한 기술로서 기술의 확장성이 높다.
적용분야
바이오가스 액화공정을 통한 LNG 생산 및 CO2 회수기술에서 바이오가스 전처리공정은 LNG화 공정뿐만 아니라 바이오가스를 정제하는 분야로서 CNG화,천연가스배관 주입공정에도 적용이 가능하다. 메탄액화공정은 소형액화공정으로서 바이오가스뿐만 아니라 Coal Bed Methane 에너지화 및 LNG boil-off gas 재액화분야 등 다양한 액화사업에 적용이 가능하다.
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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