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바람의 색에 대해 아십니까?
에머슨 프로세스 매니지먼트 Rosemount Analytical 제품 마케팅 매니저
매립지에서는 시설에 존재하는 폐기물의 분해 과정에서 연료 보일러나 건조기 및 히터, 엔진과 터빈 발전소 또는 천연 가스 네트워크에서 판매 가능한 메탄이 풍부한 기체 같은 가치 있는 부산물이 생산됩니다. 이러한 상황에서 발생되는 기체를 사용하는 것은 플레어링(flaring)이나 벤팅(venting)과 관련하여 오래 전부터 선호되어 온 관례입니다. 플레어링과 벤팅은 환경적으로 무책임한 행위이며, 아무런 긍정적인 이점 없이 온실효과를 부추기는 기체를 발생시킵니다.
운용 중 매립지 기체(LFG)를 활용하거나 이를 천연가스 네트워크에 판매하기 위하여, 매립지 운영자는 기체에 존재하는 구성요소 및 그 농도에 대해 이해해야 합니다.
가스 크로마토그래피(gas chromatography)는 가스 혼합물 분석에 가장 광범위하게 이용되는 기술 중 하나입니다. 크로마토그래피의 일부 이점으로는 측정의 범위 - 백만분율(ppm) 레벨부터 최대 100% - 와, 광범위한 범위의 구성 요소를 감지할 수 있는 능력을 들 수 있습니다. 크로마토그래피를 이용하면 이전 측정의 복제가 용이합니다.
적용 상황과 관계없이, 가스 크로마토그래피는 모두 동일한 기본 요소와 작동 이론을 공유합니다. 샘플은 세척 및 건조되어야 하며, 압력은 효과적인 샘플 처리 시스템을 통해 제어되어야 합니다. 가스 크로마토그래피의 분석 요소는 온도 제어 오븐 내에 포함됩니다. 다양한 크로마토그래프 컬럼(column)은 샘플의 각 요소를 분리합니다. 적은 부피의 멀티 포트 분석 밸브는 샘플 주입을 제어하고 분석 흐름 경로(flow path)를 조작합니다. 탐지기는 각 구성요소가 컬럼에서 용출될 때 그 농도를 측정합니다.
탐지기 신호는 크로마토그램이라고 하는 분석 정보를 생산하고 각 농도 및 샘플의 다른 물리적 특성을 계산하는 컨트롤러에 의해 처리됩니다. 마지막으로 컨트롤러는 연속적이거나 분리된 출력을 통해 결과를 전달합니다.
메탄과 이산화탄소(CO2)는 LFG 애플리케이션에서 종종 발견되는 농도 수준이 가장 높은 두 가지 요소에 해당됩니다. 일반적으로 산소, 질소 및 물 역시 퍼센트 수준으로 발견됩니다. 암모니아, 실레인(silanes), 그리고 황화수소(H2S)와 같은 다른 성분들 역시 수백 ppm 농도 수준으로 존재할 수 있습니다.
일반적인 LFG 의 각 구성 성분의 농도에 대해 안다면 적절한 가스 처리, 혼합 또는 이용 방법을 결정할 수 있습니다. 이러한 농도는 또한 현지의 대기오염 위원회나 환경 에이전시의 허용 규정을 충족시키기 위한 요건에 해당합니다.
매립지 가스 사용을 위한 몇몇 일반적인 가이드라인에는 다음이 포함됩니다.
- 높은 에너지 함량과 적은 불순물을 지닌 매립지 가스는 천연 가스 네트워크에서 판매될 수 있다.
- 규정된 범위의 에너지 수치(CV나 BTU)를 충족시키며 LFP에 의해 연료가 공급되는 기기는 효율적이며 신뢰도 높은 운영을 보장할 것이다. 이러한 규정 범위에서 벗어난 LFG를 이용하면 기기나 성능의 손상이 초래될 수 있다.
- LFG의 비메탄 구성요소의 비율이 너무 높다면, 합당한 엔진 성능을 위해서는 적절하지 않을 수 있으며, 천연가스나 기타 다른 연료 자원을 추가해야 할 필요가 있다.
- H2S함량이 기기 평가나, 파이프라인의 사양, 또는 규제 관련 단체가 허용한 수준보다 높다면, 제거되어야 할 것이다. 일관적인 H2S 레벨을 안전하게 결정하는 유일한 방법은 온라인 분석기를 사용하는 것이다. 수동 테스트를 이용하면 인간에게 노출되면 안전하지 않은 농도나 변수를 놓치고 지나칠 수 있기 때문이다.
- H2S를 제거하는 일반적인 방법에는 물을 이용한 세척, 아민(amine) 흡수, 압력 스윙 흡수(PSA) 혹은 터보 익스팬더(turbo expander)의 사용이 포함된다. 이용된 시스템에 무관하게 주입구의 ‘사워(sour)’ 가스와 유출구의 ‘스위트(sweet)’ 가스를 모니터링 하는 것은 H2S제거 프로세스의 효과적인 운영을 위해 필수적이다. 스위트 가스 중 H2S 농도가 갑작스럽게 변화하거나 점진적으로 증가하면 제거 시스템에 검사나 유지관리 작업이 필요하다. H2S유출구에서 H2S의 농도를 모니터하는 프로세스 가스 크로마토그래피는 조건에서 벗어난 가스를 초기에 식별하여 전체 배치(batch)가 오염되는 것을 방지한다.
- 높은 산소(O2)레벨은 심각한 운영 상의 안전 관련 위험성이 존재한다는 뜻이거나, 매립지 프로세스 저하와 관련된 문제가 존재한다는 것을 의미할 수 있다.
안전 관련 리스크 : 0.5-1%(부피 비율) 이상의 산소 함량은 종종 경보 발령 지점으로, 4% 이상의 농도는 가스 생산이 중지되는 지점입니다. 증가된 산소 레벨에 대한 우려는, 이것이 LFG를 ‘가연성’ 가스(연소를 위해 공기 및 점화가 요구됨)에서 ‘발화성’ 가스(점화만 요구됨)로 변화시키는 것과 관련됩니다.
운영상의 우려 : 산소는 메탄과 관련된 혐기성 생산이 시작되기 전 분해의 초기 호기성 단계 동안 소비되어야 합니다. 매립지 가스 유출구에 산소의 레벨이 증가한다는 것은 혐기성 프로세스와 관련하여 문제가 있다는 것을 의미합니다.
매립지 가스 공급자와 최종 사용자를 위한 계약 및 허가에는 종종, 명시된 범위 내에 존재하는 에너지 수치 및 각 구성요소의 농도가 요구됩니다.
“효율적이고 안전한 매립지의 계속적인 운영을 보장하고,
계약 세부 사항 및 보고 관련 요건의 충족을 약속하기 위하여
가스 크로마토그래피가 설치될 수 있으며,
이를 통해 각 구성요소나 에너지 함량에 관련된
현재 수치를 계속적으로 공급할 수 있고,
작업자는 매립지 가스의 최대 성능을 현실화할 수 있게 될 것입니다.”