Reusing Low-Concentration Methane Gas

Reusing Low-Concentration Methane & Vam

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저농도 메탄 활용 현황

저농도 메탄은 배출량이 크다

  • In 2018, the global coal mine methane leakage was 40 million tons, equivalent to the emission of 1 billion tons of CO2 equivalent greenhouse gases. China’s emissions account for over half of the total global methane emissions from coal mining.
  • 2018년 중국은 130억 입방미터의 가스를 추출했으며, 이 중 9% 이상의 농도를 가진 53억 입방미터가 활용되었고, 활용률은 40.7%였습니다.
  • 석탄 채굴 과정에서 저농도 가스 중 약 60%~70%가 9% 미만으로, 이용률은 2%에 불과합니다. 이 중 대부분은 활용되지 않고 대기 중으로 직접 배출 및 누출되어 환경을 오염시킵니다.
  • China’s coal mines emit a total of 24 billion cubic meters of methane into the atmosphere every year, accounting for one-third of the total industrial methane exhaust volume and generating 200 million tons of carbon emissions.
  • 가스는 가연성 및 폭발성이 있습니다(5%~15%)(안전 문제).

메탄가스 특성: 연료+비 CO2 온실가스

  • 메탄가스는 깨끗한 연료 자원입니다.
  • Gas (methane) is a greenhouse gas. The greenhouse effect of methane has a “100 year time frame warming potential GWP” that is 28 times that of carbon dioxide.
  • 메탄 배출량의 대폭 감소는 지구 온난화 통제를 달성하는 데 필요한 조건이 될 것입니다. 1.5℃ 이하.
  • 2021년 1월, 생태환경보호부는 온실가스 모니터링을 강화하고 이를 생태환경 모니터링 체계 전반으로 점진적으로 통합할 필요성을 제기했습니다. 주요 배출원 수준에서는 석유 및 가스, 석탄 채굴 등 주요 산업의 메탄 배출량을 모니터링하는 시범 사업을 추진할 예정입니다.
  • 국가공인자발적배출감축(CCER) 프로그램 재개가 임박했습니다. (톤당 50위안으로 계산, 가스값 약 0.75위안/Nm³에 해당)
  • 배기가스의 산화 및 파괴는 앞으로 메탄 배출 감소를 위한 방향 중 하나가 될 것입니다.

저농도 메탄의 재사용 모드

정화 및 공급 모드

    난방(냉방) 모드

      발전 모드

        열저장 산화 열병합 발전 모드

          석탄 광산의 메탄 농도의 계단식 및 관리
          (2020년 중국을 예로 들면)

          The coalbed methane associated with coal mining is commonly known as “gas”, and its main component is methane (CH4).
          현재 8% 이하의 농도를 가진 모든 가스는 대기 중으로 방출되어 막대한 오염을 유발하고 있습니다.
          난방 및 전력 생산을 위해 이러한 자원을 최대한 활용하면 상당한 경제적 이점과 탄소 감소 혜택을 얻을 수 있습니다.

          열 저장 및 산화 에너지 캐스케이드 활용 기술

          프로세스 흐름도

          저농도 CH4 및 Vam의 안전한 운송 및 혼합

          • 기능:
            저농도 가스를 배출구에서 가스 소비구까지 안전하게 운반하고 운반되는 가스의 품질을 보장합니다. 관련 배출구는 가스 추출 스테이션이고 관련 가스구는 혼합 시스템입니다.
          • 설치:
            가스 추출 스테이션의 배기구에 직접 연결된 3방향 파이프는 파이프라인을 수정할 필요가 없습니다.

          Main Equipment ① — Electric release valve

          • 원리 및 기능:
            전기 방출 장치는 주로 시스템 압력을 비상 방출하는 데 사용되며, 수송 파이프라인의 시작과 끝에 설치되며, 특히 석탄 광산 가스 배수 스테이션과 혼합 시스템의 보호에 중점을 둡니다.
          • 설치 요구 사항:
            석탄 광산 가스 배출장의 배출관과 배출구 배출관에 설치합니다. 방출 밸브 후단에는 건식 화염 방지기를 설치하여 방출된 가스가 파이프라인에 영향을 미치지 않도록 해야 합니다.

          Main Equipment ② — Powder automatic powder spraying and explosion suppression device

          • 원리 및 기능:
            전기 방출 장치는 주로 시스템 압력을 비상 방출하는 데 사용되며, 수송 파이프라인의 시작과 끝에 설치되며, 특히 석탄 광산 가스 배수 스테이션과 혼합 시스템의 보호에 중점을 둡니다.
          • 설치 요구 사항:
            석탄 광산 가스 배출장의 배출관과 배출구 배출관에 설치합니다. 방출 밸브 후단에는 건식 화염 방지기를 설치하여 방출된 가스가 파이프라인에 영향을 미치지 않도록 해야 합니다.

          1. 폭발 억제 장치 노즐

          2. 폭발 억제 장치 분말 저장 실린더

          3. 소화제 완충액

          4. 가스발생기

          5. 터미널

          6. 케이블

          7. 컨트롤러

          8. 자외선 화염 센서

          Main Equipment ③ —분말 자동분무 및 폭발 억제 장치

          • 원리 및 기능:
            전기 방출 장치는 주로 시스템 압력을 비상 방출하는 데 사용되며, 수송 파이프라인의 시작과 끝에 설치되며, 특히 석탄 광산 가스 배수 스테이션과 혼합 시스템의 보호에 중점을 둡니다.
          • 설치 요구 사항:
            석탄 광산 가스 배출장의 배출관과 배출구 배출관에 설치합니다. 방출 밸브 후단에는 건식 화염 방지기를 설치하여 방출된 가스가 파이프라인에 영향을 미치지 않도록 해야 합니다.

          Main Equipment ④ —Explosion prevention and venting device

          • 광전식 화염 센서, 압력 제어 센서 및 전기 기계식 연결을 결합하여 자동 방폭 장치의 작동을 제어합니다.
          • 설치 방향에 주의하세요

          Main Equipment ⑤ —Dry flame arrester

          • 원리 및 기능:
            건식 화염 차단기는 스테인리스 강판을 구부리고 겹쳐 좁은 틈새에 화염을 차단하는 원리를 이용하여 매우 작은 틈으로 화염을 소화하는 소화층을 형성합니다. 파이프라인에서 화염이 발생하면 건식 화염 차단기가 화염을 차단하여 화염을 소화하거나 화재 강도를 감소시킵니다. 화염 확산을 차단하는 역할을 합니다.
            난연제 코어에 과도한 물이 축적되어 사용에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 바닥에 배수 밸브가 있는데, 이 밸브를 정기적으로 열어야 합니다.
            난연 코어의 상단 양쪽에는 난연 코어가 막혔는지 여부를 모니터링하는 압력 게이지가 있습니다.

          Main Equipment ⑥ —건식 화염 방지기

          • 원리 및 기능:
            고효율 복합기액분리기는 탈수, 먼지제거, 압력안정화 등 다양한 기능을 갖춘 기체정화처리장비입니다.
            사이클론 분리 기술을 채택하여 원심력을 이용하여 기액 분리를 수행합니다. 분리된 물은 실린더 벽을 따라 아래로 흐르고, 가스는 실린더 벽을 따라 나선형으로 상승하여 상부 분리층의 2차 정화 효과를 통해 가스 측으로 유입됩니다. 이를 통해 가스 정화를 달성하고 가스 엔진에서 요구하는 가스 지표를 충족합니다.

          믹싱 시스템

          복잡한 근무 조건

          1. 저농도 메탄 농도의 변동
          2. 저농도 메탄 유량 변동
          3. 저농도 메탄의 온도 변동
          4. 저농도 메탄 압력 변동
          5. 저농도 메탄 습도 변동
          6. Vam 및 메탄 농도의 변동

          연구 방법

          1. 입력 매개변수 모니터링 및 조정을 위한 신경망의 적응형 고속 응답 알고리즘 연구
          2. 탄성 감쇠 원리를 기반으로 한 블렌더 설계 연구
          3. 믹서 구조의 CFD 유체 계산 최적화

          응답 출력

          1. 혼합 후 가스 농도 변동 범위는 1.2% ± 0.1%입니다.
          2. 10% 내 농도의 순간적 변동
          3. 1초 이내 즉각적인 반응

          Blender – Simulation Analysis

          위 그림에서 볼 수 있듯이, 배출구 농도는 시간에 따라 점차 증가하여 3초 후 1.2%로 안정화됩니다. 오른쪽 구름도는 시간에 따른 배출구 농도의 변화를 보여줍니다.