매립가스 저감 방안 및매립가스 저감 방안 및중질가스연료로의 이용중질가스연료로의 이용

3조

• 95304012 김용희• 96006108 정현석• 99006017 김연주

⊙서론 ...

• 국내의 매립가스 저감 및 재활용할 수 있는 방안에 대하여 이루어진 연구

• 국내 매립지에서 이용 가능한 LFG 의 회수 및 활용 기술

⊙본론…우리나라 매립가스 발생량우리나라 매립가스 발생량 ...... ·

폐기물에서 발생하는 가스는 주로 메탄과 이산화탄소 ·

메탄은 매립지 , 이산화탄소는 소각장에서 발생

구분 ‘90 ‘95 ‘96 ‘97

계 29,237 26,772 28,997 30,118

매립 28,501 24,010 25,632 26,689처리량

(단위 : 천톤)

소각 736 2,762 3,345 3,429

계 9,084 10,073 10,751 11,157

매립(CH4) 8,906 9,410 9,984 10,332온실가스 발생량

(단위 : 천톤)

소각(CO2) 178 663 803 825

폐기물 처리량 및 온실가스 배출량

매립가스의 발생량 전망매립가스의 발생량 전망 ......

구분 1997 2000 2010 2020 1997~2020연평균 증가율

계 30,118 33,538 46,846 67,576 -

매립 26,689 29,859 41,230 58,827 -

처리량(단위 : 천톤)

소각 3,429 3,679 5,616 8,739 -

계 11,157 12,390 16,810 23,590 3.3

매립(CH4) 10,332 11,510 15,460 21,490 4.7

온실가스발생량

(단위 : 천톤)

소각(CO2) 825 880 1,350 2100 3.4

폐기물 처리량 및 온실가스 배출량 전망

• 폐기물의 온실가스 배출량은 2000 년 이후 연평균 3.3% 증가• 인구증가에 따른 폐기물 발생량 증가 온실가스 배출량 증가 예상

매립가스매립가스 (Landfill Gas)(Landfill Gas) 란…란…

매립된 폐기물 중 유기물질이 혐기성 분해과정에서 발생

주된 구성 성분은 메탄 (4060%) 과 이산화탄소 (3050%)

그 외에도 탄산가스와 질소가 주된 성분 초기에는 탄산가스가 많지만 2 년 후부터 탄산가스와 메탄가스의 비율이 거의 비슷

매립지에서의 가스발생 과정매립지에서의 가스발생 과정 ......

매립가스의 특성매립가스의 특성 ......

• 매립 폐기물 톤당 112230m3 정도 발생• 매립 후 23 년 동안 최대로 발생

매립 후 2030 년까지 발생 가능• CH4, NH3, H2S 가 가장 생활 환경에 영향

• CH4 는 독성은 없고 무색무취 , 에너지 풍부

• 대기오염 유발 , 악취발생 , 화염 및 폭발가능성 등의 위해 요소 포함

매립가스의 배출제어매립가스의 배출제어 ......

1. 발생원 대책 기술에 대한 메탄가스 억제

소각 처리 분해성 유기물만을 소각하여 안정화

퇴비화 처리

메탄발생이 없는 호기성 발효를 강제적으로 시행

2. 배출억제기술에 의한 메탄가스 억제

매립구조에 의한 억제기술

통기기능 보강에 의한 발생제어

3. 발생처리기술에 대한 메탄가스 억제 발생처리기술은 발생한 메탄가스를 흡착 등 포집에 의해 다른 물질로 변환시키는 기술 연소처리

토양처리 (메탄환원균에 의한 처리 )

활성탄 흡착처리

집가스관 설비에 의한 호기성 영역확대

국외의 매립가스 이용기술 현황국외의 매립가스 이용기술 현황 ......

•1970년 후반에 처음으로 LFG 이용 시작 대체에너지로서 이용 위한 연구 완성 , 진행

•매립가스 자원화기술 : 매립가스 직접이용법 정제하여 이용하는 방법

•미국 , 독일 , 영국이 세계 LFG 이용의 75% 차지 대부분이 전력 생산에 이용

< 미국의 매립가스 자원화 시설 >자원화 유형 운영중 건설중 계획 계

가스엔진 147 55 46 248

가스터빈 35 4 1 40

스팀터빈 5 0 1 6

복합화력 3 0 1 4

열병합 1 0 1 2

발전

기 타 14 7 10 31

중질가스 70 13 29 112가스생산

고질가스 7 9 8 24

침출수 증발 9 2 2 13

연료전지 2 0 1 3

온실용 1 0 2 3

메탄올 합성 0 0 1 1

기 타

미확인 41 41

계 294 90 144 528

< 미국의 Mcbeth Road Landfill>

•제공처 :

4 백톤 아스팔트플랜트

•LFG 이송거리 :4.3Km

•매립지 면적 :

1,149,291M3

•폐기물 반입량 :

1,300 톤 / 일•설계 매립량 :

1,100 만 톤•설계 LFG 량 :

105m3/min

( 메탄 50% 함유 )

매립가스의 전처리 공정기술매립가스의 전처리 공정기술 ......

•대상 : 수도권 매립지에서 발생하는 LFG

•실험 종목 : 실험실 규모 전처리 공정 실험 ,

전처리 파일럿 플랜트 운전 실험 ,

LFG 성분조사 등•전처리 공정 : 물리적 수분제거 (Cyclone type dehydrator 및 Compressor)

화학적 수분제거(Molecular sieve 흡착탑)

미량 유해성분 제거(Activated carbon 흡착탑)

< 수도권 매립지 매립가스 성분분석 결과 >

수분(wt%) 0.13 ~ 4.92

CH4 47.45 ~ 67.89

CO2 28.86 ~ 40.44

N2 0.15 ~ 18.52

주요 성분

O2 0 ~ 5.87

Benzen 1.04 ~ 10

Toluene 9.62 ~ 60.58

Ethylbenzene 0.62~30.06

B.T.E.X.(ppmV)

Xylene 0.51~30.33

Chloroform 78.63~329.25

Carbontetrachloride 41.55~127.08

Trichloroethylene 0.92~3.69

cl화합물(ppmV)

Tetrachloroethylene 0.71~3.71

황화합물 H2S(ppmV) 15.1~427.56

< 활성탄에 대한 매립가스의 B.T.E.X 와 염소화합물에 대한 흡착파과 실험 결과 >

결과결과 ......

•농도분석 결과 수분제거공정 결과•

•파과 실험 결과 흡착탑 실험 결과•

•Pilot Plant 운전 결과

혼합연료의 화염 안정화 특성혼합연료의 화염 안정화 특성 ......

• 목적 : 화염 안정영역을 찾고 순수 CH4 화염과 비교 , 안정화 특성 검토< 도시가스 (LNG) 와 매립가스 혼합연료의 특성 >

LFG T100%

LNG100%

LFG70%+LPG30%

LFG50%+LPG50%

CH4

100%CH495%+CO25%

CH490%+CO210%

CH485%+CO215%

CH4 54.5 89.78 38.15 27.25 100 95 90 85

C2H6 0.0 7.48 0.00 0.00 0 0 0 0

C3H8 0.0 2.02 30.00 50.00 0 0 0 0

C4H10 0.0 0.70 0.00 0.00 0 0 0 0

CO2 37.5 0.00 26.25 18.75 0 5 10 15

N2 7.0 0.02 4.90 3.50 0 0 0 0

조

성

O2 1.0 0.00 0.70 0.50 0 0 0 0

고위발열량(HHV:kcal/m3)

5207.62 10528.56 10793.42 14517.29 9468.92 8995.47 8522.03 8048.58

웨버지수(kcal/m3)

5.33 13.35 10.17 13.03 12.81 11.67 10.68 9.70

< 실용연소기에서 CH4 및 각 LFG 혼합연료의 안정 연소범위 >

< 선회도 1.08 의 강선회일 경우 CH4 와 LFG 혼합연료의 안정화 영역 >

< 선회도 1.02 의 강선회에서 CH4+CO2 혼합연료의 안정화 영역 >

혼합연료 화염 안정화 실험종목혼합연료 화염 안정화 실험종목 ......

•Pilot Plant 운전실험

•증열공정

•연소실험

•실용연소기를 이용한 실증실험

결과결과 ......

•LFG 자체만으로도 연료로 사용 가능•LPG와 적절히 혼합 기존의 도시가스와 호환가능•선회 연소기에서의 확산화염의 안정성•LFG 혼합가스에 첨가된 CO2

Thermal NO와 Prompt NO를 동시에 저감•pilot plant에서 실용연소기를 이용한 실증실험 연료 공급용 노즐 , 공기 공급 조절 필요

⊙ 결론 ...

• Pilot plant 실험 결과로부터 매립가스 저감 효율은 클 것으로 예상• 에너지로서의 활용 환경적 , 경제적인 이익 예상• 매립가스 회수 , 활용기술개발 요구• 매립가스의 조성과 정제 및 활용에 따른 최적화 방안 필요

< 실증실험 결과 >

•중온수보일러에 LFG 혼합연료 주입 , 연소 연소상태 양호•노즐 직경 조절하여 성능시험 실시한 결과

가스유량(l/min)

난방열효율(%) 온수공급능력

노즐경 변경 LNG 혼합연료 기준 시험치 기준(t25℃)

시험치

1.9 2.1mm 37.35 34.75 77%이상 70.4 13 l/min 11.8 l/m

매립구조에 의한 억제기술

•준호기성 매립에 의한 메탄가스 배출억제•매립층내 호기성 영역 확대를 도모하기 위한 순환식 준호기성 매립 메탄의 일부가 침출수내로 용해 효과 기대

통기기능 보강에 의한 메탄제어

• 입경이 큰 폐기물의 매립 공기 유입 증대 , 호기성 분해영역 확대

• 투기성 높은 사질토 또는 자갈혼합사토로 복토

• 가스배출 설비의 설치개소수의 증가

• 다짐방법의 변경

연소처리

•메탄가스가 약 515% 범위의 농도인 경우에 연소가 가능

•메탄가스는 연소에 의해 이산화탄소로 변환 지구 온난화에 주는 영향을 한 분자당 1/20 으로 감소 가능

토양처리 ( 메탄산화균에 의한 처리 )

•메탄산화균 : 토양 중에 존재 메탄을 기질로 이용하여 산화

•복토 중에 메탄산화균 혼합 메탄가스의 대기로의 방출 억제

활성탄 흡착처리

매립지 전면에서의 메탄가스 처리보다는• 발생 가스를 포집하여 집중 처리

가스포집정 설치에 의한 호기성 영역 확대

•메탄가스 발생 그 자체를 억제•혐기성 매립지에 수직 산소주입 pipe 설치 매립층의 호기적 영역 확대

<Molecular sieve 흡착탑 >

•molecular sieve 13X 사용 수분 , 탄화수소류 및 황화합물 제거

•실공정에서는 병렬로 설치하여 흡착 , 재생공정을 교대로 거치는 시스템으로 사용

•재생온도 : 300℃정도로 설정

<Activated carbon 흡착탑 >

•미량유해성분 (ex.탄화수소류 , 염소화합물 ,

황화합물 ) 제거공정

•병렬로 연결 , 흡착과 재생공정을 교대로 거치는 시스템으로 사용

•재생온도 : 150 ℃ 정도로 설정