초록 ▼

개발 목적 및 필요성
본 정제공정은 음식물 쓰레기 혐기성 처리장내의 메탄가스 분리효율(순도) 98%이상,분리회수율 90% 이상의 공정효율을 가진 실증 플랜트(100Nm³/hr)처리규모의 전처리-막분리 혼성 정제시스템 및 막분리 공정 핵심기술 및 상용화(1,000Nm³/hr) 설계기술개발

연구개발결과
- 전체공정의 구성은 습식 전처리 공정, 다단 막분리 공정으로 각각의 구성요소의 장점을 최대한 살려 설계되었음
- 황화수소, 암모니아를 99% 이상 제거 가능한 고효율

개발 목적 및 필요성
본 정제공정은 음식물 쓰레기 혐기성 처리장내의 메탄가스 분리효율(순도) 98%이상,분리회수율 90% 이상의 공정효율을 가진 실증 플랜트(100Nm³/hr)처리규모의 전처리-막분리 혼성 정제시스템 및 막분리 공정 핵심기술 및 상용화(1,000Nm³/hr) 설계기술개발

연구개발결과
- 전체공정의 구성은 습식 전처리 공정, 다단 막분리 공정으로 각각의 구성요소의 장점을 최대한 살려 설계되었음
- 황화수소, 암모니아를 99% 이상 제거 가능한 고효율 전처리 기술 확보
- 2차 폐수가 발생하지 않고 재생이 용이한 세정 기술 확보
- 현장 적용성이 우수한 이동식 고속순환 다단 흡수탑 기술 확보
- 기체분리막 제조에 사용된 고분자로는 Polysulfone, 용매로는 NMP, 비용매로는 Alcohol류를 사용하여 건/습식 상전이법을 통한 방사를 실시하여 표면선택층과 지 지층으로 이루어진 비대칭 중공사막을 제조하였음.
- 내압성이 향상된 Sponge-like structure 구조의 중공사막을 제조하여 4인치 모듈을 개발하였음
- 내압성 및 내구성이 뛰어난 중공사막을 제조하여 3단 재순환공정 조건에 따라 파일럿(6Nm³/hr) 플랜트 설계하고 설치하여 분리효율(순도) 98%이상, 분리회수율 90% 이상의 공정효율을 가진 분리막 공정조건을 확립하였음.
- 실증(100Nm³/hr) 플랜트는 3단 공정일 경우 막면적을 변화시키면서 실험한 결과 분리효율(순도) 98%이상, 분리회수율 90% 이상의 공정효율을 나타냈으며, 4단 재순환 분리막 정제공정은 최적의 운전조건인 막면적비가 0.X4 : 1 : 2 : 1, 15 ~ 20℃이하의 저온, 운전압력, 9 bar 이상으로 실험한 결과 메탄가스 농도는 97 ~ 99%, 메탄회수율은 95 ~ 98%로 확인되었으며, 배출가스의 이산화탄소 농도는 90 ~ 96%, 이산화탄소 회수율은 94 ~ 97%로 나타냄.
- 요소기술인 전처리 공정조건과 파일럿(6Nm³/hr) 플랜트 공정조건을 바탕으로 경제성을 고려하여 효율적으로 연계하여 국내특허 및 국제특허을 등록하였으며, 실증(100Nm³/hr) 플랜트의 기본 및 상세설계를 수행하였음.
- 실증(100Nm³/hr) 플랜트의 최적의 운전조건을 바탕으로 환경신기술 인증을 취득하였으며, 환경신기술 현장 검증을 통한 검증 중 임. 또한 막분리 공정 핵심기술을 바탕으로 경제성 확보하여 향후 사업화 활용하기 위해 상용화(1000Nm3/hr) 플랜트 설계기술 확보
- 본 개발기술은 세계최초로 개발된 독창적인 저온 4단 재순환 막분리 공정으로 전 세계 최고 기술인 독일의 에보닉 기술에 비해 동일한 순도 및 회수율을 보이면서도 국산화된 저가의 폴리설폰 분리막을 적용함으로 플랜트 설치비 및 운전비가 저렴하여 신재생연료 생산기반 구축 및 기체분리막 소재 및 공정의 완전 국산화로 대외 경쟁력 확보됨.
- 4단 재순환 공정의 특허인 고순도 메탄가스의 분리를 위한 다단계 막분리 정제공정 및 장치(PCT/KR2015/007930)를 중국, 인도네시아, 미국에 신청하여 진행 중임.

성능사양 및 기술개발 수준
-고내열성 폴리머를 이용한 비대칭구조의 중공사막 및 대형모듈 제조기술 개발
(기체분리막 : 투과도, 100GPU, 선택도 40이상, 막모듈면적 50 m² 이상, 내압성 10bar, 직경 6inch)
- 사이클론/흡수/촉매법을 이용한 전처리 정제기술개발
(실록산 10ppb 이하, 황화수소 20ppm이하, 암모니아 10ppm이하)
- 100Nm3/hr 메탄가스 분리정제 다단막분리 공정 개발 및 시스템의 제작 및 설계기술 개발 (메탄순도 98%, 메탄회수율 90% 이상)

활용계획
국내 순수 독자 분리막 소재 및 공정기술, 전처리 탈황 기술을 이용한 메탄정제 막분리 플랜트 및 분리막 원천 제품기술개발로 국내/외의 다양한 지역의 중소형 메탄발생원의 메탄가스를 정제하여 고순도화하는 사업을 계획

( 출처 : 요약서 6p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
The overall process is composed of wet-pretreatment process and multi-stage membrane process, and designed with the advantages of individual process.

The basic design factors are derived from single gas permeances and permselectivites on pressure and temperature, and mixed gas s

Ⅳ. Results
The overall process is composed of wet-pretreatment process and multi-stage membrane process, and designed with the advantages of individual process.

The basic design factors are derived from single gas permeances and permselectivites on pressure and temperature, and mixed gas separation behaviors on stage-cut, feed pressure and temperature, being supported by process simulation.

Pilot plant treating 6 Nm₃/hr of biogas is designed constructed using hollow fiber membrane modules sustainable under high pressure and harsh conditions, and 3 stages of membrane recycled process.

Operation conditions of membrane process is confirmed with high separation efficiency such as high methane purity over 98% of methane and high recovery ratio over 90% of methane from the process.

From the element technology from pretreatment and 6Nm₃/hr pilot plant operation condition, domestic and international patents are filed.

Basic and detailed design of the 100Nm₃/hr plant is obtained with economic feasibility and efficiently correlated system.

Operation conditions of 3/4-stage membrane process of the 100Nm₃/hr plant is confirmed with high separation efficiency such as high methane purity over 97-99% of methane and high methane recovery over 96-97% from the process.

( 출처 : SUMMARY 21p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 제출서 ... 2
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 6
• 요 약 문 ... 10
• SUMMARY ... 20
• 목차 ... 23
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 24
• 1-1. 연구개발 목적 ... 24
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 24
• 1-3. 연구개발 범위 ... 30
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 31
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 40
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 40
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 44
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 215
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도(환경적 성과 포함) ... 218
• 4-1. 목표달성도 ... 218
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 240
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 242
• 제1절 연구개발결과의 활용계획 ... 242
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 243
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 247
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 ... 247
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 247
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 247
• 11. 기타사항 ... 247
• 12. 참고문헌 ... 248
• 끝페이지 ... 250