20m3/일급 무동력 모듈형 바이오가스 정제설비 설계 및 제작에 관한 연구

Design and Implementation of Module Type Biogas Purification System

동남아시아 국가에서는 가정용 취사연료원으로 사용하기 위한 소형 혐기성소화조를 설치하여공급하고 있다. 그러나 취사연료원으로 보급되고 있는 바이오가스는 전처리 공정없이 공급되어 바이오가스 내 H2S 등 유독가스 함유로 인해 인체 위해요인이 발생되는 문제가 있다. 이러한 이유로 취사용 스토브나 전력용으로 사용중인 바이오가스는 on-site 소규모 전처리 기술이 요구되어 소형화, 가격정쟁력, 고내구성, 운전안정성 및 교체 용이성 등이 필수적인 컴팩트한 소형 바이오가스 정제설비모듈화 기술이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 예비연구를 통해 개발한 바이오가스 정제장치를20m3/일 규모로 scale-up하고 컴팩트한 모듈화된 바이오가스 정제 시스템을 설계 및 제작하였다. 설비 검증을 위해 전자유량계 등 동력시스템으로 운전되었으나, 별도의 에어순간유량계 등을 설치하여무동력 상태에서도 운전이 가능하도록 설계하였다. 설계 모델은 물질수지를 도출하고 CAE 수치해석을 진행하여 성능인자 평가 및 최적화하는 단계를 거쳤다. 이를 기반으로 제작된 정제장치는 테스트베드 내 파일롯 운전을 통해 그 성능을 검증 및 최적화하였다. 그 결과, 최대 99.82%의 바이오가스정제 효율을 나타내었고 약 90일간 메디아의 정제 기능이 유지되었음을 확인하였다. 이를 기반으로실제 동남아시아 현장 적용 가능성에 관한 고찰이 이루어졌으며, 지속적인 연구를 통해 전력공급 등이 원활하지 않은 동남아시아 현지 여건 등을 반영하여 100% 무동력 장치로만 이루어진 더 컴팩트한 바이오가스 정제 장치를 개발할 예정이다.