바이오가스 황화수소 제거용 산소 발생기
친환경 전환 및 에너지 비용 상승 등의 최근의 추세로 인해 바이오가스에서 바이오메탄으로 수요가 증가하고 있습니다. 재생 가능한 천연가스(RNG)로도 알려진 바이오메탄을 생산하려면 바이오가스에서 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 물을 제거해야 합니다. 다단계 접근 방식의 일환으로 산소(O2) 발생기를 사용하여 H2S를 제거할 수 있습니다. 이 장비는 공급원료 폐기물을 처리하는 소화조에 산소를 주입합니다. 또한 최상의 결과를 위해 다른 기술과 함께 사용됩니다.
이 문서는 H2S와 관련하여 바이오가스용 산소 발생기에 대해 좀 더 구체적으로 다루고 있습니다. 황화수소는 바이오가스를 생성하는 데 사용되는 폐기물의 부산물이기 때문에 부식성이 강한 H2S를 처리하지 않으면 에너지 생산에 문제가 발생할 수 있습니다. 실제로 대부분의 천연가스 그리드에는 가스의 허용 한도가 정해져 있습니다. 바이오가스에 대한 간략한 소개 후, H2S 제거에 산소가 가장 적합한 방법인 이유를 알아보겠습니다.
바이오가스와 바이오메탄이란 무엇일까요?
바이오가스를 만들 때는 다양한 종류의 폐기물이 사용됩니다. 여기에는 농업, 유기, 산업 폐기물이 포함됩니다. 바이오가스는 기본적으로 이러한 쓰레기가 분해되는 과정에서 형성되며, 이를 "혐기성 소화"라고 합니다. 폐기물에는 H2S를 포함한 고농도의 황 화합물이 포함되어 있으므로 이를 분리해야 합니다. H2S는 부식을 일으킬 뿐만 아니라 환경에도 유해합니다.
앞서 언급했듯이 바이오가스를 바이오메탄으로 전환하기 위해서는 H2S를 제거하는 것이 필수입니다. 다단계 공정에는 일반적으로 소화조, 바이오가스 블로어, 저압 냉동식 드라이어, 바이오가스 압축, PSA 또는 멤브레인 CO2 제거 및/또는 기타 기술이 포함됩니다. CO2 회수도 가능하며, 이는 바이오가스 공장에서 수익을 창출하는 방법 중 하나입니다.
위에서 설명한대로, 소화조에 산소가 미량으로 주입되어 H2S 제거를 위한 처리가 이루어집니다. 소화조에서 폐기물이 분해되어 가스로 전환됩니다. 따라서, 바이오메탄은 정제된 바이오가스이며 천연가스와 동일한 것으로 간주됩니다.
H2S 제거에 산소를 사용하는 이유는 무엇인가요?
바이오가스에서 H2S를 제거하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일반적인 방법으로는 산소 주입과 철염 주입이 있습니다. 최적의 방법을 고려할 때, 산소 주입이 더 낮은 유지 관리가 필요하고 비용 효율적이라는 점을 고려해야 합니다.
철염 주입의 경우, 철염/염화물을 정기적으로 보충해야 합니다. 마찬가지로 활성탄 필터는 교체가 필요하므로 추가적인 운영 비용이 발생합니다. 이러한 비용은 아래 설명된 다른 방법에도 적용됩니다. 또한 산소 투여가 최적의 방법인 이유를 알아보겠습니다.
추가 방법
다른 방법으로는 수산화철 스크러빙, 수산화나트륨(NaOH) 스크러빙, 산화철 펠릿 등이 있습니다. 처음 두 가지는 화학 공정을 포함하며 재생 및 신중한 폐기물 관리가 필요합니다. 산화철 펠릿의 경우, 펠릿을 올바르게 보관했다가 사용하는 것이 중요하며, 재생 과정이 복잡할 수 있습니다.
물 스크러빙은 쉽게 구할 수 있는 물을 사용하지만, H2S 농도가 높은 바이오가스에는 적합하지 않습니다. 또한, H2S 포화수는 적절하게 폐기해야 합니다.
산소 생성: 효율적이며 경제적인 대안
이러한 방법의 대안으로, 산소를 주입하여 H2S 수치를 낮출 수 있습니다. 이는 산소와 H2S 간의 생화학적 반응을 통해 발생합니다. 이러한 호기성 반응으로 인해 H2S가 황과 물로 변환됩니다. 이때, 적절한 농도의 산소를 사용하는 것이 중요합니다. 이는 0.3~3% 범위 내에서 제어됩니다. 일반적으로 최상의 결과를 얻으려면 바이오가스에 1%의 산소가 필요합니다.
소개 부분에서 언급했듯이 현장 산소 발생기는 이 상황에서 최적의 선택입니다. 화학물질을 사용할 필요가 없으므로, 철염 주입과 같은 방식보다 더 지속 가능한 접근 방식입니다. 또한, 유지 관리가 상대적으로 적어서 총 소유 비용(TCO)을 낮출 수 있습니다. 아래 산소 발생기에 대한 자세한 설명이 있습니다.
산소 순도를 고려할 때 유의해야 할 사항
산소를 사용하여 바이오가스를 바이오메탄으로 전환할 때는 O2 순도에 주의를 기울이는 것이 중요합니다. 농도가 너무 낮으면 질소(N2)가 너무 많이 유입될 수 있습니다. 이는 바이오가스의 에너지를 감소시킵니다. 반면, 과도한 산소(순도 및 유량)는 불필요하며, 안전상 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 바이오메탄 생산을 위한 적합한 산소 순도 수준 지식을 갖춘 가스 전문가와 협력하는 것이 좋습니다.
바이오가스용 현장 산소 발생기
이 문서에 설명된 바와 같이 산소 공급을 제어하는 최적의 방법은 현장 발생기를 사용하는 것입니다. 이 장비를 사용하면 순도 수준을 설정할 수 있으므로 위에서 언급한 위험을 완화할 수 있습니다. 또한 불필요한 산소 순도를 생성하지 않아 비용을 절감할 수 있습니다.
산소를 배달받는 것도 가능하지만, 이로 인해 생산 과정에 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 현장 발생기를 사용하면 물류 문제를 피할 수 있습니다. 또한, 산소 배달 차량에서 발생하는 CO2로 인해 환경에 더 큰 피해를 주게 됩니다. 이러한 장점 외에도 산소 발생기 관련 문서에서 더 많은 내용을 확인할 수 있습니다.
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