소화가스 최적의 연료화를 위한 실록산 (SILOXANE) 제거 공정 목차 1. 회사소개 2. 실록산 (Siloxane)

Presentation on theme: "소화가스 최적의 연료화를 위한 실록산 (SILOXANE) 제거 공정 목차 1. 회사소개 2. 실록산 (Siloxane)"— Presentation transcript:

1 소화가스 최적의 연료화를 위한 실록산 (SILOXANE) 제거 공정 목차 1. 회사소개 2. 실록산 (Siloxane)

2 CAPSTONE 社 Micro Turbine 공급
01 회사소개 최초설립일(유한회사-미국) 2005년 01월 04일 변경일(주식회사-한국) 2013년 12월 31일 소재지 경기도 시흥시 오이도로 21, 13동 1331호(정왕동, 스틸랜드) 회사명 에스시에스코리아 ㈜ 대표자 김종국 종업원 수 8명 (소기업) 주요 취급 품목 바이오가스 전처리 설비, 환경설비기계 제작, 일반 산업기기 CAPSTONE 社 Micro Turbine 공급 연락처 Tel Fax \ HP

3 01 회사소개 해외 기술(제품) 제휴 바이오가스 (소화가스)자원화 전문(美) 바이오가스 소형 터빈 제작사(美)
바이오가스 (소화가스)자원화 전문(美) 바이오가스 가스압축기 제작사(美)

4 02 실록산 (Siloxane) Siloxane (규소화합물)
규소화합물 중 실록산(Siloxanes)은 유기기를 함유한 규소(organosilicon)와 산소 등이 실록산 결합(Si-O-Si)으로 연결된 화합물을 의미. 이에 따라 분자구조상 무기적인 성질과 유기적인 성질을 동시에 갖게 된다. 즉, 분자 구조상 실록산 결합(Si-O-Si)에 기인하는 무기적 특성 때문에 내열성, 화학적 안정성, 전기 절연성, 내 마모성, 광택성 등이 우수하며 사슬구조의 유기적 특성에 의하여 우수한 반응성, 용해성 작업성을 갖는다. 실록산(Siloxanes)의 화학적 성질로 가장 많이 알려진 것은 열 및 산화에 대해 강하다는 것이다. 규소(Si)와 산소(O)는 전기음성도의 차이 가 크기 때문에 이온결합에 가깝고 그런 이유로 에너지적으로 또한 안정되어 있어 열과 산화에 강하다. 따라서 그 안정성으로 인해 고온 에서도 유용하게 사용될 수 있다. 이런한 Siloxane은 polydimethylSiloxane(PDMS)의 고분자 물질로서 그 형태에 따라 포괄적으로 오일(oil), 고무 (rubber),수지(resin)의 3가지 기본형으로 구분되며 사용목적에 따라 변형, 배합한 복합물로 제품화되어 세제, 샴푸, 냄새제거제, 화장품 등의 생활용품과 수지, 합성고무 등의 산업용품 전반에 걸쳐 광범위하게 이용되고 있다. 주요 규소화합물류(Siloxanes)의 종류와 특성 매립가스에는 L2, L3 ,D3, D4, D5 등의 여러가지 Siloxane이 포함되어 있는 반면, 혐기성 소화가스 에서의 Siloxane은 D4와 D5가 대부분을 차지하여 90%가 넘는 것으로 분석되고 있다. 소화가스상의 유기성화합물인 Siloxane이 연소과정에서 이산화규소(silicon dioxide, SiO2)로 전환되고, 불연성분인 SiO2가 배가스 경로에서 회백색의 침적층을 형성시키고 있다.

5 02 실록산 (Siloxane) 실록산의 피해사례 : 설비 위험노출 가스 Engine 가스 Turbine
실록산의 피해사례 : 설비 위험노출 가스 Engine Engine 실린더 헤드 Engine 배기 밸브 Engine 연소부 가스 Turbine IR 사의 70KW 마이크로 터빈 recuperator CAPSTONE 사의 30KW 마이크로 터빈 recuperator/TurboComp. 바이오가스 발전기 제작업체 에서 실록산 에 대한 강화된 연료조건을 제시 하고 성능보장 입장 고수. → 바이오가스 (소화가스를 포함한) 전처리설비 절대적 필요. (※ LFG 와 ADG 동일 기준 적용)

6 Bag이 실리콘 막과 실리콘 접착제로 밀봉되어 있는 경우 분석결과가 부정확
02 실록산 (Siloxane) 실록산 의 분석 시료채취방법 사용매체 단점 장점 비고 활성탄흡착 활성탄, 탈리용 용매(CS2, 벤질알콜, CH2CH2) 낮은 회수율 - 부적합 이온교환수지흡착 XAD2, XAD4, 탈리용 용매(헥산) 가스포집백 Tedler Bag Bag이 실리콘 막과 실리콘 접착제로 밀봉되어 있는 경우 분석결과가 부정확 흡수법 용매/Solvent (메탄올, 헥산, 디젤, 아세톤) 용매가 냉각되어야 한다 정량적으로 검출이 용이 적합 메탄올 impinger 방법의 시료 채취 개요 및 장치

7 Landfilling age (month)
02 실록산 (Siloxane) 실록산 채취 분석 결과 시료채취방법 국내 12개 매립지 국내 8개 소화조 황화수소 [ppm] 20~1,400 500~3,000 실록산 [mg/M3] 1.9 ~ 21.2 11.8 ~ 51.4  매립가스 실록산의 특성  혐기성 소화가스 실록산의 특성 Total siloxane (mg/m3) Landfilling age (month)

8 02 실록산 (Siloxane) 소화가스 현장 (하수처리장) 분석 - 공인기관 ▼ 참조 : 현장별 소화가스 실록산 유입농도
‘2009~2014 속초,춘천,부산, 대구,서남 등 하수처리장 현장 에서 공인기관 의뢰 측정 소화가스 현장 (하수처리장) 분석 - 공인기관 서남 물 재생 센터 ▼ 참조 : 현장별 소화가스 실록산 유입농도 춘천 서남 부천 현장 유입농도 (mg/m3) 서남 물재생센터 (1) 57.6 (‘13.08) 서남 물재생센터 (2) 23.4 (‘14.02) 부천 하수처리장 9.98 (‘14.06) 대구 북부 하수처리장 13.3 (‘12.08) 대구 신천 하수처리장 3.43 (‘12.04) 부산 강변 하수처리장 5.9 (‘10.01) 대구 신천 하수처리장 대구북부 하수처리장 대구 부산 부산 강변 하수처리장

9 02 실록산 (Siloxane) 소화가스 현장 (서남) 분석 – 공인기관 ( KTR) ▼ 공정 설치후 실록산 유입/유출 분석
▼ 공정 설치후 실록산 유입/유출 분석 ▼ 가스 성분 분석 (실록산 제거공정 설치 이전)

10 Micro pore Volume [cm3/g]
02 실록산 (Siloxane) 실록산 제거방식 제거방식 사용매체 제거율 비고 저온 냉각 열교환 방식에 의한 소화가스 냉각 (-30℃) 25.9% 부적합 용매 흡수 용매를 채운 Vessel 을 통과시켜 Siloxane 성분 흡수 방식 60.0% 초저온 냉각 -70℃ 이하로 소화가스를 냉각시켜 Siloxane 제거 99.3% 흡착제 (활성탄) 흡착제 (활성탄)로 충진된 흡착탑을 통과시켜 Siloxane 흡착제거 99.5% 적합 실록산 제거를 위한 흡착제 선정 흡착제의 물성 흡착제종류 Surface Area [m2/g] Micro pore Area [m2/g] Micro pore Volume [cm3/g] Pore Size [nm] 야자계 활성탄 899 880 0.34 1.63 석탄계 활성탄 955 910 0.42 1.95 첨착 활성탄 1,035 995 0.57 2.4

11 02 실록산 (Siloxane) 흡착제 표면 특성 (전자현미경 x2,000 x5,000) ▼ 야자계 활성탄 ▼ 실리카겔
▼ 야자계 활성탄 ▼ 실리카겔 ▼ 석탄계 활성탄 ▼ 활성알루미나

12 02 실록산 (Siloxane) 흡착제 선정을 위한 분석 흡착능력을 평가하기 위한 흡착평형 실험 (대학교 실험실)
실험 방법 : 흡착제를 넣은 흡착평형반응기에 실록산 STD GAS 를 주입, 24시간 동안 항온 조건에서 Shaking. 반 응 기 : Teflon재질의 Septum과 Screw Cap으로 밀봉. 분 석 : 가스상 시료 100uL를 GC-MSD로 직접 분석 실험 결과 : 흡착제 0.1g과 200ppm, 800ppm의 고농도 실록산 주입 시에도 질석과 활성알루미나를 제외한 대부분의 흡착제에서 99% 이상 흡착 되었으나, 탄소 야자계가 상대적으로 안정적이고 높은 흡착능을 나타냄. 조건 : 흡착제 0.1g + Sx 1.6mg 조건 : 흡착제 0.1g + Sx 4.0 mg 흡착제 1회 2회 [%]　 제거율 흡착비 탄소 1(야자 1) 99.7 1.6 92.1 1.5 100 4 96.7 3.9 탄소 2(야자 2) 99.8 99.5 99.9 탄소 3(석탄 1) 98.5 84.2 3.4 탄소 4(석탄 2) 탄소 5(첨착 1) 99.6 99.2 탄소 6(첨착 2) 비탄소 1(활성알루미나) 88.0 1.4 95.3 91.6 3.7 87.2 3.5 비탄소 2(실리카겔) 98.6 광물 1(몬모릴로나이트) 99.1 96.2 43.3 1.7 35.6 광물 2(질석) 63.9 1 15.7 0.3 14.3 0.6 27.4 1.1 실록산 농도의 표준물질에 대한 크로마토그램 L2→ D3 → L3 → D4 → L4 → D5 → L5 → D6

13 02 실록산 (Siloxane) 실록산 제거 공정 설치사례 (서남) ▼ 기존설비 주요부 설명 구 분 기 능 1차필터
/ day ▼ 기존설비 주요부 설명 구 분 기 능 1차필터 · 소화가스의 이물질 제거 송풍기 · 발전기 소화가스 승압 공급 2차필터 · 송풍기 오일 제거 가스1차필터 송풍기 가스2차필터

14 02 실록산 (Siloxane) 실록산 제거 설비 공정 (서남) ▼ 주요 설비 설명 ▼ 실록산 흡착탑 ▼ 수분제거설비
▼ 주요 설비 설명 구 분 기 능 Washing 유니트 유입 되는 소화가스 이물질 을 제거. 1차 가스필터 소화가스 분진 불순물(탈황제)을 제거. 냉각기(칠러) 가스의 온도를 낮추기 위해 수분제거기로 냉각수를 공급. 가스 송풍기 발전기로의 소화가스를 승압 하여 이송. 예열열교환기 (Gas to Gas) 실록산 흡착의 효율을 높이기 위해 적절한 가스 온도를 유지. 수분제거설비 소화가스를 냉각 하여 수분을 응축시켜 제거. 실록산 흡착탑 흡착제를 이용하여 실록산을 제거 2차 가스 필터 실록산 흡착제의 분진 제거. ▼ 수분제거설비 ▼ 예열 열교환기 ▼ 실록산 흡착탑

15 02 실록산 (Siloxane) 탈황설비 전단 수분제거설비 공정 (서남 ) ▼ 수분제거 설비 ▼ 예열열교환기
▼ 수분제거 설비 ▼ 예열열교환기 ▼ 수분제거 설비 전경 (서남 ) ▼ 주요 설비 설명 구 분 기 능 수분제거기 소화가스를 냉각하여 응축된 수분을 제거. 냉각기 가스의 온도를 낮추기 위해 수분제거기로 냉각수를 공급. 예열열교환기 (Gas to Gas) 냉각된 소화가스에서 수분을 제거 후 탈황설비 전단 낮은 습도를 만 들기 위해 일정한 온도를 유지. 가스 송풍기 수분제거 설비로 인한 압력손실로 방지.

16 02 실록산 (Siloxane) 실록산 제거를 위한 최적 공정 설계 소화가스의 온도와 습도 중점관리
1. 소화가스의 습도가 흡착제의 흡착량에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 최저의 습도를 유지토록 해야 한다. 2. 활성탄으로 처리하기 앞서 소화가스를 냉각시키는 것은 냉각기를 통해 실록산의 제거 효과를 갖게 되고 흡착제의 수명을 연장하는 효과가 있다. 소화가스의 온도와 습도 중점관리 여수 연료전지 MPC 현장 흡착제 교체작업 ▶

17 당사는 그 동안 여러 현장에서 소화가스 최적의 연료화와 관련된 작업을 하며 경험과 노하우를 쌓아왔으며,
이를 바탕으로 더욱더 발전된 설비 제작을 위해 나갈 수 있도록 끊임없이 노력할 것을 약속 드리며, 앞으로도 저희 에스시에스코리아는 더욱 안전하고 효율적인 성과를 위해 점점 확대될 바이오가스 의 모든 현장에서 안전사고를 방지할 수 있도록 최선의 노력을 다하겠습니다 감사합니다.