HFC-가스 하이드레이트 기반 melting process 를 활용한 담수화 공정에 관한 연구

Abstract

As the importance and value of water have increased owing to population growth, rapid industrialization, and urbanization, the desalination industry has been steadily grown. But due to the high energy cost and problem of processing high salinity water at conventional desalination methods, much researches are being conducted on hydrate-based desalination(HBD), which can solve those problems. HBD can overcome the shortcomings of existing desalination methods because fresh water is separated based on the principle of forming gas hydrates without any special processes. However, due to the slow rate of hydrate formation and the difficulty of solid-liquid separation, it is important to select an appropriate guest gas and increase the efficiency of solid-liquid separation. In this study, HFC-gases were selected as appropriate guest gases, and the melting process of pelletizer was used to increase the efficiency of solid- liquid separation. When comparing the hydrate formation rates for each guest gas at the same temperature and pressure, HFC-134a had the fastest rate at all salinities. By comparing the salt removal efficiency of each guest gas with different salinity and melting ratio, HFC-125 showed the highest salt removal efficiency, and it was also confirmed that the HBD process can separate fresh water at high salinity with all the selected HFC gases.|인구증가, 급속한 산업화 및 도시화 등으로 인하여 물의 중요성과 가치가 높아짐에 따라 해수 담수화 산업이 꾸준히 성장해오고 있다. 하지만 기존에 주로 사용되는 해수 담수화법들은 높은 에너지 비용과 고염수에서의 처리에 대한 제한점 등의 이유로 인해 이를 해결할 수 있는 하이드레이트 기반 담수화법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 하이드레이트 기반 담수화의 경우, 가스 하이드레이트의 형성 원리에 따라 별 다른 공정없이 담수가 분리되기 때문에 기존 담수화법의 단점을 극복할 수 있다. 그러나 느린 하이드레이트 형성 속도와 고·액분리의 어려움 때문에 적절한 객체가스를 선정하는 것과 고·액분리의 효율을 높이는 것이 핵심이다. 본 연구에서는 적절한 객체가스 선정을 위해 상평형이 고온·저압에 형성되는 객체가스로 HFC 계열 가스들을 선정하고, 펠렛타이저 장비를 이용해 염수에서 하이드레이트 펠렛을 생성한 후 일정한 압력으로 펠렛을 압착해 녹이는 멜팅 모드를 통해 고·액분리의 효율을 높였다. 같은 온도, 압력에서 객체가스별 하이드레이트 형성 속도를 비교했을 때 모든 염도에서 HFC-134a 의 속도가 가장 빨랐다, 염도와 멜팅 비율을 달리하여 객체가스 별 염 제거 효율을 비교한 실험에서는 HFC-125 가 가장 높은 염 제거 효율을 나타냈고, 고염수에서도 해수와 유사한 염 제거 효율로 하이드레이트 기반 담수화 공정이 고염에서의 담수 분리가 가능함을 확인했다.