초록 ▼

연구의 목적 및 내용
가스하이드레이트 형성 및 해리 원리를 이용한 신개념 해수담수화 공정 개발을 위해 각 단위 공정 기술개발(제조/탈수/해리)과 전후처리 공정 개발 및 최적화, 전체 공정에 대한 기술의 경제성 평가 및 공정모델을 개발하는 것임.
○ 가스하이드레이트 원리를 이용한 해수담수화 요소기술 개발 및 연속식 해수담수pilot-plant 구축 (2m³/d)
○ 가스 하이드레이트 해수담수화 시스템에서 하이드레이트 공정에 필요한 해수의 전처리 공정과 후처리 공정의 개발 및 최적화
○ 연속식

연구의 목적 및 내용
가스하이드레이트 형성 및 해리 원리를 이용한 신개념 해수담수화 공정 개발을 위해 각 단위 공정 기술개발(제조/탈수/해리)과 전후처리 공정 개발 및 최적화, 전체 공정에 대한 기술의 경제성 평가 및 공정모델을 개발하는 것임.
○ 가스하이드레이트 원리를 이용한 해수담수화 요소기술 개발 및 연속식 해수담수pilot-plant 구축 (2m³/d)
○ 가스 하이드레이트 해수담수화 시스템에서 하이드레이트 공정에 필요한 해수의 전처리 공정과 후처리 공정의 개발 및 최적화
○ 연속식 담수화 공정 전체를 대상으로 기술 및 비용 타당성 평가를 통한 경쟁 기술 대비 경제성 분석

연구개발성과
○ 하이드레이트 슬러리의 안정적인 공급을 위한 제조 공정 구축
○ 해수담수화 연속식 공정 구축 및 운영 확인
○ 염 추가제거를 위해 롤러 압착식 탈수 장치내 하이드레이트 중력탈수 및 세척 공정 설치 및 운영 데이터 확보
○ 하이드레이트 공정 염제거율 향상을 위한 탈수 장치 테스트 및 개선 완료
○ 하이드레이트 핵심 공정 연계 운전 및 세척 공정을 통한 염제거율 약 74% (2단 기준시 93% 제거) 달성
○ 하이드레이트 공정 처리수 염농도 기준으로 최종 염제거율 99%이상 달성
○ 상온에서도 매우 낮은 압력 조건으로 가스하이드레이트를 형성할 수 있는 객체가스 선정과 이를 액화시켜 고용량으로 수화물을 형성하는 반응기 및 탈수기를 개발하였고, 이를 토대로 기초 및 파일롯 연구를 통해 60여건의 논문 및 특허를 창출하였음
○ 내부 연구 및 외부기관을 통해 다양한 case에 대한 경제성 분석 완료
- 톤당 총비용(OPEX + CAPEX): 약12,000원
- LNG 냉열 이용시: 약 8,000원
- LNG 냉열+해리열 이용시: 약 4,000원
(50,000톤 기준, 하이드레이트 공정 염제거율 80% 기준)

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ 저에너지/고효율의 해수담수화는 기존의 증발법 위주의 해수담수화 플랜트 공정의 효율성 제고와 신규 공정 개발의 필요성이 증가하고 있는 상황에서 향후 다양한 시장 요구의 해결책이 됨
○ 해수담수화 기술 분야에서 국내의 현실은 원천기술의 전량 수입과 기술 자립도가 매우 낮은 상태이므로 본 연구를 통해 평가된 자료를 활용하면 기술개발 시간을 단축시켜 원천기술을 확보할 수 있는 기간을 줄여 수입대체 효과와 아울러 수출 효과를 기대할 수 있음
○ 가스하이드레이트 형성 원리를 이용한 기술은 생산기반기술과 타 기술과의 융합시도를 통한 기술 저변 확대 및 새로운 시장 창출 효과가 기대
○ 저에너지/고효율의 해수담수화 공법으로 해안‧도서 산간 지역의 물 부족 문제에 대해 직접적인 대안이 될 수 있을 것으로 예상
○ 담수 생산단가 절감 및 고부가가치 원천기술 및 이와 관련된 생산기반기술 혁신에 기여
○ 특히 최근의 연구결과는 기존 역삼투 방법으로 진행하지 못하는 고농도의 해수나 유기물 등의 난분해성 오염수를 처리할 수 있어 다양한 수처리 공정 개발에 활용가능

(출처 : 요약문 3p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
Research and development of individual process-units(manufacturing, dehydration, dissociation), development and optimization of pre/post treatment process systems, economic evaluation of the entire process system, and development of a model for the process system in order to de

Purpose & Contents
Research and development of individual process-units(manufacturing, dehydration, dissociation), development and optimization of pre/post treatment process systems, economic evaluation of the entire process system, and development of a model for the process system in order to develop an energy efficient desalination process systems based on the fundamentals of gas hydrate formation and decomposition
○ Development of descriptive elements for desalination and establishment of continuous desalination pilot-plant by hydrate-based technology
○ Development and optimization of pre/post treatment of seawater process, which is necessary for hydrate-based systems
○ Technological and cost-benefit analysis of continuous desalination process systems with respect to its competing technology

Results
○ Development of hydrate formation process to ensure a stable supply of hydrate slurry
○ Development and operation of continuous desalination process systems (2ton/day)
○ Development and optimization of a gravity dehydration and washing process to improve salt removal efficiency of dehydrator
○ 74% of salt removal efficiency in a single stage gas hydrate desalination process (double-stage process: 93%)
○ Over 99% of salt removal efficiency in a hybrid process(Hydrate RO)
○ Economic analysis of gas hydrate process in various cases
- Total cost (OPEX CAPEX): $ 10/ton
- Heat of vaporization of LNG: $ 6.6/ton
- Heat of vaporization of LNG Heat of dissociation: $ 3.3/ton
(50,000ton, 80% of removal efficiency in hydrate process)

Expected Contribution
○ Taking into account the increasing needs for the enhancement of efficiency of today’s evaporation-centered desalination plant process systems and development of a new process system, energy efficient desalination fulfills various demands of the future market.
○ Currently, importation of the original desalination technology to South Korea and the nation’s technology independence are very low in this area. Therefore, utilization of data evaluated from this research will reduce the time necessary for developing and securing the original technology. Overall, this research will bring the effect of improving exports along with import substitution effect.
○ Means of energy efficient desalination is expected to provide direct solutions for the water deficiency in coastal, insular, and mountain regions
○ Contribution to the reduction of cost for producing desalinated water, and innovation of high value added technology and its related production-based technology

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 6
• 목차 ... 7
• 제 1 장. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 제 1 절. 연구개발 목적 ... 9
• 제 2 절. 연구개발의 필요성 ... 12
• 1. 기술적 측면 ... 12
• 2. 경제/산업적 측면 ... 16
• 3. 기술적 측면 ... 16
• 제 3 절. 연구개발 범위 ... 17
• 1. 최종 목표 ... 17
• 제 2 장. 국내외 기술 개발 현황 ... 19
• 제 1 절. 기술 동향 ... 19
• 1. 국외 기술 동향 ... 19
• 2. 국내 기술 동향 ... 23
• 제 2 절. 특허 동향 ... 25
• 1. 국내 특허 동향 ... 25
• 2. 국외 특허 동향 ... 25
• 제 3 절. 정부 지원정책 현황 ... 32
• 제 4 절. 동향 분석 ... 33
• 제 3 장 연구 수행 내용 및 성과 ... 34
• 제 1 절. 기초 연구 내용 ... 34
• 1. 전처리 관련 ... 34
• 2. 하이드레이트 관련 ... 40
• 3. 후처리 관련 ... 113
• 제 2 절. 단위 공정 개발 ... 150
• 1. 전처리 관련 ... 150
• 2. 하이드레이트 관련 ... 161
• 3. 후처리 관련 ... 221
• 제 3 절. Pilot plant 연구 내용 ... 287
• 1. 가스하이드레이트 해수담수화 공정 개발 ... 287
• 2. pilot plant 운영계획 수립 ... 294
• 3. 하이드레이트 Pilot plant 테스트 ... 297
• 4. 전체 공정 관련 연구 결과의 성과 및 장점 분석 ... 341
• 제 4 절. 경제성 평가 ... 344
• 1. 해수담수화 각 공정의 생산단가 분석 ... 344
• 2. 가스하이드레이트를 이용한 해수의 염제거 ... 348
• 3. P&ID 에 근거한 경제성 평가 ... 366
• 4. LNG 냉열을 Process의 경제성 평가 ... 370
• 5. Shale gas 생산 시 발생한 produced water의 처리 ... 372
• 6. Scale-up 과정에서 경제성 평가와 관련된 불확실성 ... 377
• 제 4 장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 379
• 제 1 절. 목표 달성도 ... 379
• 1. 정량적 목표 ... 379
• 2. 계량적 목표 ... 379
• 제 2 절. 관련 분야 기여도 ... 380
• 1. 해수담수화 신공정 개발 ... 380
• 2. 고농도 오염 수처리 공정 성능개선 및 타분야 활용 ... 380
• 제 5 장. 연구개발성과의 활용계획 ... 381
• 제 1 절. 셰일가스 고체화 이송/저장 및 수처리 통합기술 개발 ... 381
• 제 2 절. 가스수화물법을 이용한 신개념 폐수처리를 통한 수자원확보 기술개발 ... 387
• 제 3 절. 해수 중 용존 자원 추출/회수 기술개발 ... 389
• 제 4 절. 해수담수화 경제성 향상을 위한 LNG 생산기지 내 냉열 이용을 통한 냉각 비용감소 ... 391
• 제 5 절. 쓰레기 매립장 침출수 처리 ... 393
• 제 6 장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 396
• 제 1 절. 해수담수화 기술 ... 396
• 제 2 절. 셰일가스 수처리 분야 ... 400
• 제 7 장. 연구개발성과의 보안등급 ... 403
• 제 8 장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 404
• 제 9 장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치이행 실적 ... 405
• 제 10 장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 406
• 제 11 장. 기타 사항 ... 407
• 제 12 장. 참고 문헌 ... 408
• 부 록 ... 411
• 끝페이지 ... 496