KR101700925B1

KR101700925B1 - 불소화 액체를 사용한 수 전처리 유닛

Info

Publication number: KR101700925B1
Application number: KR1020117020277A
Authority: KR
Inventors: 수자 기욤므 드
Original assignee: 아디오닉스
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2017-02-13
Also published as: AU2010209569A1; MX2011008161A; EP2391584B1; EP2463239A1; CA2751248A1; US9376330B2; JP2014237129A; IL214336A; US20120012529A1; IL214336A0; FR2941691A1; US20160318771A1; CA2751248C; KR20110127172A; WO2010086575A1; FR2941691B1; EP2391584A1; JP5899270B2; AU2010209569B2; JP2012516763A

Abstract

본 발명은, 열 및/또는 이온 처리에 의한, 특히 염수와 같은, 물의 전처리를 위한 수 전처리 유닛을 제공한다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은, 1.25 보다 큰 밀도를 가지며 물과 섞이지 않는 불소화 액체를 포함하는 연속적인 또는 분산된 상을 갖는 직접 접촉 열 및/또는 이온 교환기를 포함하는 전처리 유닛을 제공한다.

Description

불소화 액체를 사용한 수 전처리 유닛 {Water pretreatment unit using a fluorinated liquid}

본 발명은, 특히 염수와 같은, 물의 전처리를 위한 유닛에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 열 및/또는 이온 처리에 의한 수 전처리 유닛에 관한 것이다.

담수(fresh water)가 점점 더 부족해지고 있기 때문에, 염수(예를 들면, 바닷물, 기수(brackish water), 함수(brine))를 탈염하기 위한 공정이 더욱 더 탐구되고 있다. 그러나, 그러한 공정에 소요되는 비용은 여전히 높고, 그러한 공정이 환경에 미치는 영향 역시 문제가 되고 있다. 기존의 공정은 빈번히, 훨씬 더 비싼 기술(물리적 기술, 화학적 기술, 생물학적 기술 및/또는 막을 이용한 공정들)을 사용한다. 그러한 기술을 개선하기 위한 하나의 해결책은, 염수의 담수로의 전환율을 상당량 증가시키는 것일 것이다. 그러나, 특히 바닷물과 같은 염수를 전처리하기 위한 오늘날의 공정들은, “스케일링(scaling)을 일으키는 염(salts)”의 존재로 인하여, 현재로서는 상기 전환율을 50% 이상으로 증가시킬 수가 없다. “염수의 담수로의 전환율”이라는 용어는, 처리된 염수 단위량 당 생산된 담수의 비율을 의미한다. 상기 전환율을 증가시키면 다음의 사항이 가능하게 될 것이다:

- 담수 생산량의 상대적 증가;

- 전처리되는 염수의 양의 상대적 감소;

- 탈염 유닛의 크기의 감소;

- 탈염과 연관된 에너지 소모량의 감소; 및

- 방출액 중의 염의 양이 증가됨에 따라, 발생되는 함수(brine)의 양이 감소되고, 방출액을 더욱 싼 비용으로 처리할 수 있게 되며; 열 및/또는 화학물질 공해를 저감시킬 수 있으므로 환경에 미치는 영향을 감소시킬 수 있음.

상기 전환율을 증가시키는 것이 불가능한 것은 주로 칼슘 및 마그네슘 염과 연관된 스케일링에 따른 문제점들 때문이다. 상기 염들 중 일부는 낮은 용해도를 가지며, 다른 일부는 역 용해도 (reverse solubility)를 갖는다: 이들 염은 온도가 너무 높아지면 곧바로 석출된다. 게다가, 바닷물의 경우에는, CaCO₃, Mg(OH)₂, 또는 CaSO₄와 같은 염들이, 전환율이 50% 이상에 도달하자마자, 상온에서 석출되는데, 이는 심각한 상황이라고 할 수 있다 (이 경우, 농축액의 염 농도는 공급수의 두 배이다). 장치에 스케일링이 발생하면, 흐름 단면적 (flow section)의 감소, 열교환기의 열전달계수의 감소 및/또는 막의 기공의 폐쇄가 초래된다.

그러한 스케일링을 극복하기 위한 다양한 처리법이 제안된 바 있다:

- Ca(OH)₂ 석회를 사용한 탈탄소: 이러한 전처리 공정은 석회를 취급하고 사용하는 데 불가피하게 수반되는 단점을 겪는다. 게다가, 두 배에 달하는 양의 CaCO₃ 염이 석출되고, 그에 따라, 처리해야 할 슬러지의 부피 또한 두 배가 된다. 이러한 공정은, 또한, 제거하기가 어려운 탄산마그네슘을 발생시킨다는 측면에서 불만족스러우며, 처리되는 물에 존재하는 다른 이온들이 침전되어 나오도록 하기 위해서는 Na₂CO₃와 같은 다른 화학물질을 첨가하여 그 공정을 완료시켜야 하는 경우가 빈번히 발생한다;

- 산 탈탄소화(acid decarbonization): 앞에서와 같이, 이 기법도 강산(H₂SO₄, HCl, 등)을 다루고 정기적으로 투입해야 하는 것과 관련된 단점을 겪는다. 게다가, 이 기법은 부식 방지제의 사용을 필요로 하며, 그에 따라, 비용 및 화학물질 공해를 가중시킨다;

- 씨뿌리기(seeding): 이 기법은, 처리되는 물에 도입된 결정씨앗(crystalline seeds) 상에 스케일(scale)이 부착되도록 하기 위한 것이다. 이 기법은, 정지하는 동안 응고(solidification)가 발생하는 위험을 초래하는데, 아마도 이러한 문제점이 이 기법의 개발이 이루어지고 있지 않는 이유를 설명할 수 있을 것이다;

- 수지 연화 (resin softening): 이 기법에 있어서는, 이온교환수지를 사용하여 칼슘이온 Ca² ⁺, 및 Mg² ⁺ 를 대체시킨다. 그 후에 이온교환수지는 다시 재생된다. 이 공정의 단점은, 일반적으로 불연속적인 사이클로 사용되어야 한다는 점, 수지의 결합 및 재생 수율이 낮다는 점, 그리고 설치 비용이 비싸다는 점이다;

- 스케일 제거제의 사용: 이 기법은 가장 널리 사용되고 있는데, 이 기법으로서는, 스케일 침착을 방지하거나 최소화시키기 위하여, 매우 낮은 투여량(수 ppm[parts per million])으로 폴리포스페이트(polyphosphates), 유기포스페이트(organophosphates), 또는 카르복실 폴리머(carboxylic polymers)를 주입하는 방법이 있다. 이 기법은, 스케일 제거용 조성물을 취급하고 투여하는 것 뿐만 아니라 상기 조성물이 70°C 이상의 온도에 대하여 약한 내성을 갖는 것으로 인한 단점을 겪는다. 게다가, 상기 조성물은 유기체에 의한 파울링(fouling)을 증가시키며, 물 전환율을 그다지 증가시키지도 못한다.

파울링 현상을 극복하기 위한 것으로서, 정화(clarification) 및 여과에 의한 해결법이 있다. “파울링(fouling)” 이라는 용어는, 물 속에 존재하는 유기체의 생물학적 작용으로부터 비롯되는 슬러지가 도관의 벽에 젤라틴 상으로 축적되는 것을 의미한다. 이러한 해결법으로서는 일반적으로, 모래여과기(sand filters), 다중튜브여과기(multiple tube filters), 한외여과법(ultrafiltration) 또는 정밀여과법(microfiltration), 응고(coagulation)와 응집(flocculation), 상청액따르기(decantation) 및 염소화 산화 충격 처리법(shock chlorination oxidation treatment)이 있다.

마지막으로, 용존 산소 및 이산화탄소의 존재로 인한, 높은 염소 이온 함량으로 인한, 물의 높은 전기전도도로 인한, 또는 오염으로 인한 부식을 극복하기 위하여 다양한 기법이 사용될 수 있는데, 이러한 기법으로서는, 탈기장치(deaerator)의 사용, 산 탈탄소화(acid decarbonization)(H₂SO₄, HCl), 고압회로(high pressure circuits)의 금속재료로서 스테인리스강의 사용, 및 소포제 화합물의 사용이 있다.

이들 해결법 모두는, 환경에 배출하기 전의 처리 및 취급과 관련하여 문제가 있는 화학물질의 사용을 필요로 한다. 게다가, 발생되는 비용이 상당히 많다.

따라서, 본 발명은, 소정의 이온을 추출하기 위하여 및/또는 카보네이트 (또는 설페이트) 형태로의 경금속(알칼리 금속 또는 알칼리토 금속, 베릴륨, 알루미늄, 마그네슘)의 소정의 염의 제어된 침전을 위하여 직접 접촉 교환기를 사용하므로써, 스케일의 침전을 방지하고 처리수의 담수로의 전환율을 상당히 증가시킬 수 있는 동시에 통상의 화학시약의 사용을 최소화시킬 수 있는 전처리 유닛을 제공하고자 한다.

직접 접촉 교환기 (direct contact exchanger)는, 두 유체를 분리하는 물리적 격벽이 없는 상태에서 두 유체 사이의 전달을 확실하게 하는 산업용 장치를 구성한다. 상기 전달은, 예를 들면, 열(직접 접촉 열교환기) 및/또는 이온(직접 접촉 이온교환기)에 대한 것일 수 있다. 실제로, 직접 접촉 열 및/또는 이온 교환기는, 불소화 상(fluorinated phase)과 처리되는 물 사이의 열 및/또는 이온 전달을 수행하기 위한 것이다. “처리되는 물”이라는 용어는, 염수(예를 들면, 바닷물, 기수(brackish water), 함수(brine)) 및 방출액(오염물 및 미네랄 또는 인간활동으로부터 직접적으로 또는 간접적으로 기인하는 생물학적 불순물을 포함하는 물)을 의미한다. 유리하게는, 본 발명의 교환기는 탄화수소 화합물에 의하여 오염된 물의 처리에 특히 적합하다. 교환기는, 예를 들면, 컬럼을 포함한다.

더욱 구체적으로는, 본 발명의 유닛은 물 특히 염수의 전처리를 위하여 제공되며, 상기 유닛은, 연속적인 또는 분산되어 있는 불소화 상 (fluorinated phase)이, 1.25 보다 큰 밀도를 가지며 물과 섞이지 않는 불소화 액체 (fluorinated liquid)를 포함하고 있는 직접 접촉 교환기를 포함한다. 바람직하게는, 직접 접촉 교환기는 열교환기 및/또는 이온교환기일 수 있다. 사용되는 불소화 상에 따라, 불소화 상 및 처리되는 물 사이에서 수행되는 전달은, 열전달이거나, 이온전달이거나, 또는 열 및 이온의 동시 전달일 수 있다.

물과 섞이지 않는 불소화 액체는, 예를 들면, 소수성일 수 있다.

본 발명의 전처리 유닛은, 적어도 화학적 전처리를 부분적으로 대체하는 데 있어서 특히 효과적인 열 전처리의 사용에 의하여, 탈염 공정에서 담수 전환율을 실질적으로 개선하기 위하여 사용될 수 있다.

직접 접촉 열교환기를 사용한다는 것은, 다음의 사항을 확실히 보장하기 위하여, 처리되는 물의 온도를 충분히 상승시킬 수 있다는 것을 의미한다:

- 처리되는 물로부터 자연스럽게 탈기(degassing)가 이루어져, 산소(O₂), 질소(N₂) 또는 이산화탄소와 같은 비응축성 가스가 제거됨;

- CaCO₃, Mg(OH)₂, CaSO₄ 형태의 역 용해도 염의 침전;

- CaF₂, BaSO₄, SrSO₄와 같은, 상기 온도에서 저 용해도를 갖는 염의 침전;

- 생물학적 기능을 유지할 수 없을 정도의 높은 온도에서의 충분한 체류시간에 의한 호기성 또는 혐기성 미생물의 사멸; 및

- 용해된 휘발성 유기화합물의 증발.

이러한 현상의 결과로서, 산소 또는 이산화탄소와 같은 부식성 가스의 존재로 인한 부식과 연관된 문제를 방지할 수 있고, 파울링을 방지할 수 있으며, 무엇보다도, 탄산 경도와 관련된 염이 석출되더라도 상기 장치에 악영향을 미치지 않는 공정의 단계에서 탄산 경도와 관련된 염을 석출시킬 수 있다.

특히, 이러한 전처리 유닛은, 다중효용 증류 (multiple-effect distillation: MED), 다단 플래시 증류 (multistage flash distillation: MSF) 또는 멤브레인 증류 (membrane distillation)와 같은 더 높은 온도에서 운전되는 하류 공정이, 개선된 생산성 및 에너지 효율성을 갖도록 수행되는 것을 가능하게 하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 전처리 유닛과 결합된 그러한 공정은, 50%를 초과하는, 그리고 가능하게는 90%에 도달하는 전환율을 얻는 것을 가능하게 한다.

게다가, 불소화 열교환 액체와 처리되는 물 사이의 비표면장력 (specific interfacial tension)과, 물과 섞이지 않는 불소화 액체의 고밀도의 결합 작용으로 인하여, 침전된 염은 상기 두 상(phase)의 계면에서 떠 다닐 수 있게 된다. 그에 따라, 상기 염은 교환기 또는 결정화 탱크에서 용이하게 회수될 수 있다.

이온교환기의 사용은, 이온이 함유되어 있는 물을 전처리하는 경우에 (이 경우 직접 접촉 이온교환기는 흡수 교환기(absorption exchanger)의 역할을 한다), 이온이, 이온을 함유하고 있는 처리되는 물로부터 불소화 상으로 교환될 수 있다는 것을 의미한다. 그에 따라, 전처리된 물은, 처리되는 물로부터 불소화 상으로 교환되거나 추출된 이온의 함수로서 연화 및/또는 탈염된 상태를 갖게 된다.

이온교환기를 사용한다는 것은 또한, 이온으로 충만된 불소화 상을 재생시킬 때 (이 경우 직접 접촉 이온교환기는 재생 교환기(regeneration exchanger)의 역할을 한다), 이온이, 이온으로 충만되어 있는 불소화 상으로부터 재생용 물(regeneration water)로 교환될 수 있다는 것을 의미한다. 그에 따라, 재생된 불소화 상은 이온이 고갈된 상태가 되며, 이온을 함유하고 있는 물의 전처리를 위한 불소화 상의 용도로 재사용될 수 있다.

유리하게는, 물과 섞이지 않는 불소화 액체는 1 이하의 실수(real number)인 m/p 비율에 의하여 정의될 수 있다. 이때, p는 물과 섞이지 않는 불소화 액체에 함유되어 있는 불소 원자의 개수이고, m은 수소 원자의 개수이다.

바람직하게는, 불소화 상의, 물과 섞이지 않는 불소화 액체는 실험식 C_nH_mF_pN_qO_xS_y를 갖는 화합물일 수 있으며, 여기서:

- C, H, F, N, O, S 각각은, 탄소, 수소, 불소, 질소, 산소 및 황 원자를 표시하고;

- n 은 3 내지 25 범위의, 바람직하게는 3 내지 12 범위의, 상기 각 범위의 양 경계를 포함하는 정수이고;

- m 은 0 내지 27 범위의, 바람직하게는 0 내지 20 범위의, 상기 각 범위의 양 경계를 포함하는 정수이고;

- p 는 5 내지 54 범위의, 바람직하게는 5 내지 27 범위의, 상기 각 범위의 양 경계를 포함하는 정수이고;

- q 는 0 내지 6 범위의, 바람직하게는 0 내지 3 범위의, 상기 각 범위의 양 경계를 포함하는 정수이고;

- x 는 0 내지 10 범위의, 바람직하게는 0 내지 7 범위의, 상기 각 범위의 양 경계를 포함하는 정수이며; 그리고,

- y 는 0 내지 6 범위의, 바람직하게는 0 내지 3 범위의, 상기 각 범위의 양 경계를 포함하는 정수이다.

구체적으로 예를 들면, 본 발명에 사용되는 불소화 액체는 다음 계열 중의 하나에 속할 수 있다: 과불화(perfluorinated: PFC) 또는 불화수소화(hydrofluorinated: HFC) 액체 및 이들의 유도체 및 이온성 액체.

더욱 구체적으로 예를 들면, 본 발명에서 사용되는 불소화 액체는, 과불화 에테르 (perfluoroethers: PFE), 불화수소화 에테르 (hydrofluoroethers: HFE), 과불화 폴리에테르 (perfluoropolyethers: PFPE), 불화수소화 폴리에테르 (hydrofluoropolyethers: HFPE), 과불화 아민 (perfluorinated amines: PFA) 바람직하게는 과불화 3급 아민 (perfluorinated ternary amines: PFTA), 불화수소화 아민 (hydrofluorinated amines: HFA) 바람직하게는 불화수소화 3급 아민 (hydrofluorinated ternary amines: HFTA), 과불화 폴리아민 (perfluorinated polyamines: PFPA), 불화수소화 폴리아민 (hydrofluorinated polyamines: HFPA), 과불화 티오에테르 (perfluorothioethers: PFTE), 불화수소화 티오에테르 (hydrofluorothioethers: HFTE), 과불화 폴리티오에테르 (perfluoropolythioethers: PFPTE), 불화수소화 폴리티오에테르 (hydrofluoropolythioethers: HFPTE), 불화수소화 티오 에테르 아민 (hydrofluorothioetheramines: HFTEA), 과불화 아자시클로헥산 (perfluoroazacyclohexanes), 과불화 에테르아민 (perfluoroetheramines), 불화수소화 에테르아민 (hydrofluoroetheramines: HFEA), 과불화 티오에테르아민 (perfluorothioetheramines), 과불화 에틸렌 알콜 (perfluoroethylene alcohols), 과불화 시클로헥산 (perfluorocyclohexanes), 불화수소화 시클로헥산 (hydrofluorocyclohexanes), 과불화 데칼린 (perfluorodecalins), 과불화 시클로에테르 (perfluorocycloethers), 불화수소화 시클로에테르 (hydrofluorocycloethers), 과불화 시클로티오에테르 (perfluorocyclothioethers), 불화수소화 시클로티오에테르 (hydrofluorocyclothioethers) 및 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 이온 (bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ions: TF2N^-)에 기초한 소수성 이온성 액체 등이 사용될 수 있다.

상기 과불화 또는 불화수소화 분자들은 직쇄형 또는 분지형 탄소 사슬을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 분자들은, 최대 끓는점을 증진시키고 물과의 혼화성(miscibility)을 최소화시키기 위하여, 직쇄형 탄소 사슬을 가질 수 있다. 유리하게는, 임의의 수소 원자들이, 산(acid) 또는 아민(amine) 작용기 상에, 또는, 기본설정으로서, 하나 또는 두 개의 탄소 원자를 함유하는 탄소 사슬 상에 위치하는 것이 바람직하다.

그러한 열 교환 액체를 사용한다는 것은, 처리되는 물과의 열전달이 최대로 일어날 수 있음을 의미한다. 게다가, 상기 유체들은 무독성, 불연성, 불활성, 오존층 친화성, 비극성 내지는 약간의 극성, 무색 및 무취이며, 또는 심지어 비-생체축적성 및 생분해성이다.

“과불화탄소 (perfluorocarbons)”라는 용어는 실험식 C_nF_p를 갖는 화합물을 의미하며, 여기서, C, n, F 및 p 는 앞에서 정의된 바와 같다.

더욱 구체적인 예를 들면, “과불화탄소 유도체 (perfluorocarbon derivatives)”라는 용어는, 질소, 산소 및/또는 황 중에서 선택되는 적어도 하나의 헤테로원자(heteroatom)로 치환된 과불화탄소 화합물을 의미한다. 그에 따라, 이들 화합물은 실험식 C_nF_pN_q, C_nF_pO_x, C_nF_pS_y, C_nF_pN_qO_x, C_nF_pO_xS_y, C_nF_pN_qS_y, 또는 C_nF_pN_qO_xS_y을 가질 수 있으며, 여기서, C, F, N, O, S, n, p, q, x, y 는 앞에서 정의된 바와 같다. 더욱 바람직하게는, 이들 화합물은, 과불화 시클로헥산 (perfluorocyclohexanes), 과불화 데칼린 (perfluorodecalins), 과불화 알킬아민 (perfluoroalkylamines), 과불화 디알킬아민 (-dialkylamines) 또는 과불화 트리알킬아민 (-trialkylamines), 과불화 에테르 (perfluoroethers), 과불화 시클로에테르 (perfluorocycloethers), 과불화 폴리에테르 (perfluoropolyethers), 과불화 티오에테르 (perfluorothioethers), 또는 과불화 폴리티오에테르 (perfluoropolythioethers)일 수 있다.

바람직하게는, 불소화 상의 액체는 불화수소화 액체들(또는 불화수소화 탄소)로부터 선택될 수 있다. 그 이유는, 이들 화합물의 상대적으로 낮은 환경영향 때문이며, 특히, 지구온난화 현상에 미치는 환경영향이 낮기 때문이다.

“불화수소화 탄소 (hydrofluorocarbons)”라는 용어는, 실험식 C_nH_mF_p를 갖는 화합물을 의미하며, 여기서, C, H, F, n, m 및 p 는 앞에서 정의된 바와 같다.

바람직하게는, 불소화 상의 액체는 불화수소화 탄소 또는 그 유도체를 포함한다.

“불화수소화 탄소 유도체 (hydrofluorocarbon derivatives)”라는 용어는, 질소, 산소 및/또는 황으로부터 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 불화수소화 탄소를 의미한다. 더욱 구체적인 예를 들면, 이들 화합물은 실험식 C_nH_mF_pN_q, C_nH_mF_pO_x, C_nH_mF_pS_y, C_nH_mF_pO_xS_y, C_nH_mF_pN_qS_y, C_nH_mF_pN_qO_x 및 C_nH_mF_pN_qO_xS_y를 가질 수 있으며, 여기서, C, H, F, N, O, S 및 n, m, p, q, x, y 는 앞에서 정의된 바와 같다. 바람직하게는, 상기 화합물은 불화수소화 시클로헥산 (hydrofluorocyclohexane), 불화수소화 데칼린 (hydrofluorodecalins), 불화수소화 에테르 (hydrofluoroethers), 불화수소화 시클로에테르 (hydrofluorocycloethers), 불화수소화 폴리에테르 (hydrofluoropolyethers), 불화수소화 티오에테르 (hydrofluorothioethers), 불화수소화 폴리티오에테르 (hydrofluoropolythioethers), 불화수소화 알킬아민 (hydrofluoroalkylamines), 불화수소화 디알킬아민 (hydrofluorodialkylamines), 불화수소화 폴리알킬아민 (hydrofluoropolyalkylamines), 불화수소화 히드라진 (hydrofluorohydrazines), 불화수소화 티오에테르알킬아민 (hydrofluorothioetheralkylamines), 불화수소화 에테르아민 (hydrofluoroetheramines), 불화수소화 에테르폴리아민 (hydrofluoroetherpolyamines) 및 이온성 액체이다.

바람직하게는, 수소 및 불소에 관하여 포화된 과불화 탄소 및 불화수소화 탄소가 선택된다. 바람직하게는, 이들 화합물은, 앞에서 정의한 바 있는 m, p, n 및 q 에 대하여 다음의 사항이 만족되도록 선택된다:

- 고리(cycle)를 포함하지 않는 화합물의 경우, m+p=2n+q+2;

- 산소 또는 황과의 이중결합 또는 고리를 포함하는 화합물의 경우, m+p=2n+q; 그리고

- 두 개의 고리를 포함하거나, 산소 또는 황과의 이중결합 두 개를 포함하거나, 또는, 산소 또는 황과의 이중결합 하나 및 하나의 고리를 포함하는 화합물의 경우에는, m+p=2n+q.

본 발명에 따른 바람직한 화합물의 구체적인 예를, 하기 실시예 1의 표 1 (“소수성 불소화 액체”)에 기재하였다.

일 구현예에 있어서, 교환기는, 불소화 상이 하나 이상의 이온성 및/또는 비이온성 불소화 계면활성제(들)를 포함하는 불소화 이온교환 액체를 더 포함하는, 이온교환기일 수 있다. 바람직하게는, 불소화 이온교환 액체는 하나 이상의 이온성 및/또는 비이온성 불소화 계면활성제(들)로 구성될 수 있다. 이러한 구현예에 있어서, 물과 섞이지 않는 불소화 액체는, 주로, 그것의 열교환 기능이 아니라 그것의 용매로서의 기능을 목적으로 사용된다. 이때, 불소화 상은 연속적인 또는 분산된 형태로 있다.

또 다른 구현예에 있어서, 교환기는 이온 및 열을 위한 교환기, 즉, 열 및 이온 교환기일 수 있다. 이때, 물과 섞이지 않는 불소화 액체는, 그것의 열교환 및 용매로서의 기능을 목적으로 사용된다. 이러한 상황에서는, 불소화 상은 연속적인 형태로 있다.

비이온성 불소화 계면활성제는 이온교환 기능과, 불소화 상에서의 물 액적들의 합체를 제한하는 기능을 동시에 수행할 수 있다. 불소화 상이 복수의 비이온성 불소화 계면활성제를 포함하는 경우, 각각의 비이온성 불소화 계면활성제는 이온교환 기능과, 불소화 상에서의 물 액적들의 합체를 제한하는 기능을 동시에 수행할 수 있다. 비이온성 불소화 계면활성제는, 이온교환 기능 또는 불소화 상에서의 물 액적들의 합체를 제한하는 기능을 단독으로 수행할 수도 있다. 불소화 상이 복수의 비이온성 불소화 계면활성제를 포함하는 경우, 각각의 비이온성 불소화 계면활성제는, 이온교환 기능 또는 불소화 상에서의 물 액적들의 합체를 제한하는 기능을 단독으로 수행할 수 있다. 마지막으로, 하나 이상의 비이온성 계면활성제가 이온교환 기능 또는 불소화 상에서의 물 액적들의 합체를 제한하는 기능을 단독으로 수행하는 반면, 하나 이상의 비이온성 계면활성제는 이온교환 기능과 불소화 상에서의 물 액적들의 합체를 제한하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.

처리되는 물 속의 이온이 전처리(예를 들어, 흡수에 의한)에 가해지는 경우, 이온성 및/또는 비이온성 불소화 계면활성제는 이온 추출 또는 교환 기능, 즉, 처리되는 물로부터 불소화 상으로의 이온의 교환 또는 추출을 수행한다. 이에 반하여, 이온이 적재되어 있는 불소화 상이 재생 공정에 가해지는 경우, (이온이 적재되어 있는 불소화 상은, 예를 들면, 처리되는 물의 이온 처리 과정에서 발생될 수 있다), 이온성 및/또는 비이온성 불소화 계면활성제는, 불소화 상을 재생시키기 위하여, 이온이 적재되어 있는 불소화 상으로부터 재생용 물로의 이온 교환 또는 추출의 기능을 수행한다.

바람직한 일 구현예에 있어서, 불소화 상은 0.5 부피% 내지 30 부피%의 이온성 불소화 계면활성제 및/또는 비이온성 불소화 계면활성제를 포함하며, 바람직하게는, 1 부피% 내지 5 부피%의 이온성 불소화 계면활성제 및/또는 비이온성 불소화 계면활성제를 포함한다. 이때, 상기 각 범위의 양 경계 값도 포함된다.

바람직하게는, 불소화 이온교환 액체는 불소화 음이온 교환 액체(또는 계면활성제)(AFEL) 및/또는 불소화 양이온 교환 액체(또는 계면활성제)(CFEL)를 포함한다. 변형예에 있어서, 불소화 이온교환 액체는 복수의 AFEL 및/또는 CFEL을 포함한다. 이들 화합물은, 예를 들면, 과불화 카르복실레이트 염 (perfluorinated carboxylate salts) (perfluorocarboxylate), 불화수소화 카르복실레이트 염 (hydrofluorinated carboxylate salts), 과불화 알콕사이드 염 (perfluorinated alkoxide salts)(perfluoroalkoxide), 불화수소화 알콕사이드 염 (hydrofluorinated alkoxide salts), 과불화 디알콕사이드 염 (perfluorinated dialkoxide salts) (perfluorodialkoxide), 불화수소화 디알콕사이드 염 (hydrofluorinated dialkoxide salts), 과불화 카르복스이미데이트 염 (perfluorinated carboximidate salts)(perfluorocarboximidate), 불화수소화 카르복스이미데이트 염 (hydrofluorinated carboximidate salts), 과불화 술포네이트 염 (perfluorinated sulfonate salts)(perfluorosulfonates), 불화수소화 술포네이트 염 (hydrofluorinated sulfonate salts), 과불화 설페이트 염 (perfluorinated sulfate salts)(perfluorosulfates), 불화수소화 설페이트 염 (hydrofluorinated sulfate salts), 과불화 에테르술포네이트 염 (perfluorinated ethersulfonate salts)(perfluoroethersulfonates), 불화수소화 술포네이트에테르 염 (hydrofluorinated sulfonate ether salts), 과불화 알킬암모늄 염 (perfluorinated alkylammonium salts)(perfluoroalkylammonium), 불화수소화 알킬암모늄 염 (hydrofluorinated alkylammonium salts), 과불화 디알킬이미다졸리움 염 (perfluorinated dialkylimidazolium salts)(perfluorodialkylimidazolium), 불화수소화 디알킬이미다졸리움 염 (hydrofluorinated dialkylimidazolium salts), 과불화 알킬포스포늄 염 (perfluorinated alkylphosphonium salts)(perfluoroalkylphosphonium), 불화수소화 알킬포스포늄 염 (hydrofluorinated alkylphosphonium salts), 과불화 디알킬옥사졸리디늄 염 (perfluorinated dialkyloxazolidinium salts)(perfluorodialkyloxazolidinium), 불화수소화 디알킬옥사졸리디늄 염 (hydrofluorinated dialkyloxazolidinium salts), 과불화 디알킬-1-아자-3,5-디옥사시클로헥산 염 (perfluorinated dialkyl-1-aza-3,5-dioxacyclohexane salts)(perfluorodialkyl-1-aza-3,5-dioxacyclohexane), 불화수소화 디알킬-1-아자-3,5-디옥사시클로헥산 염 (hydrofluorinated dialkyl-1-aza-3,5-dioxacyclohexane salts), 과불화 알킬보레이트 염 (perfluorinated alkylborate salts)(perfluoroborates), 불화수소화 알킬보레이트 염 (hydrofluorinated alkylborate salts), 과불화 디알킬디보라시클로펜타디엔 염 (perfluorinated dialkyldiboracyclopentadiene salts)(perfluorodialkyldiboracyclopentadiene), 불화수소화 디알킬디보라시클로펜타디엔 염 (hydrofluorinated dialkyldiboracyclopentadienes salts), 과불화 디알킬옥사보라리디늄 염 (perfluorinated dialkyloxaboralidinium salts)(perfluorodialkyloxaboralidinium), 불화수소화 디알킬옥사보라리디늄 염 (hydrofluorinated dialkyloxaboralidinium salts), 과불화 디알킬-1-보라-3,5-디옥사시클로헥산 염 (perfluorinated dialkyl-1-bora-3,5-dioxacyclohexane salts)(perfluorodialkyl-1-bora-3,5-dioxacyclohexane), 및 불화수소화 디알킬-1-보라-3,5-디옥사시클로헥산 염 (hydrofluorinated dialkyl-1-bora-3,5-dioxacyclohexane salts)으로부터 선택될 수 있다. 구체적인 예로서, 실시예 3에 이온성 불소화 계면활성제의 목록을 기재하였다.

바람직하게는, 비이온성 불소화 계면활성제는, 불화수소화 또는 과불화 크라운 에테르 (hydrofluorinated or perfluorinated crown ethers), 과불화 알데하이드 (perfluoroaldehydes), 불화수소화 알데하이드 (hydrofluoroaldehydes), 불화수소화 에테르알데하이드 (hydrofluoroetheraldehydes), 및 불화수소화 티오에테르알데하이드 (hydrofluorothioetheraldehydes)로부터 선택될 수 있으며, 이들의 예를 실시예 2에 제공하였다.

유리하게는, 이온 교환 또는 추출을 위한 이온성 및/또는 비이온성 불소화 계면활성제는 1 이하의 실수인 비율 a/b에 의하여 정의될 수 있으며, 여기서, "b" 는 이온성 및/또는 비이온성 불소화 계면활성제의 분자 내에 함유되어 있는 불소 원자의 개수이고, "a" 는 수소 원자의 개수이다. 그에 따라, 상기 불소화 계면활성제는 상대적으로 낮은 인화성 및 불소화 상의 물과 섞이지 않는 불소화 액체에서의 상대적으로 높은 용해도를 가질 수 있으며, 이때, 불소화 액체는 용매 및/또는 열교환 액체로서 작용하게 된다.

바람직하게는:

- 불소화 음이온 교환 액체는, 질소 및/또는 인 및/또는 산소 및/또는 황 헤테로 원자를 포함하는 양이온성 극성머리(polar head)를 포함할 수 있고;

- 불소화 양이온 교환 액체는, 붕소 및/또는 알루미늄 및/또는 산소 및/또는 황 헤테로 원자를 포함하는 음이온성 극성머리를 포함할 수 있다.

그러한 불소화 음이온 및 양이온 교환 액체는, 처리되는 물로부터 추출된 이온 및 불소화 교환 액체로 구성되는 쌍(pairs)의 침전을 방지하는데 사용될 수 있다.

도 4는 이온교환이 일어나는 곳에서의 현상을 도시한다. 구체적으로 설명하면, 도 4는 적어도 나트륨 및 칼슘 이온을 함유하는 물 액적을 보여주는데, 물 액적은, 불소화 양이온 교환 액체(CFEL)를 포함하는 수 퍼센트 정도의 이온성 불소화 계면활성제가 용해되어 있는 소수성 불소화 액체(HFL) 내에 잠겨 있다. 그러한 교환 액체는 친수성 음이온성 머리를 갖는 고도로 불소화된 소수성 사슬을 포함할 수 있다. 음이온성 머리를 갖는 상기 계면활성제는 그 자신을 물-HFL 계면에 위치시킬 것이다. HFL에서의 물 액적의 향류(counter-current) 이동 중에, 그것은, 음이온성 머리를 갖는 계면활성제와 물과의 사이에서 일어나는 물-HFL 계면에서의 양이온의 교환을 가능하게 하는 음이온성 머리를 갖는 계면활성제의 많은 분자와 접촉하게 된다. 처리되는 물의 이온의 전처리(예를 들어 흡수에 의한) 과정에서 (이 경우, 직접 접촉 이온 교환기는 흡수 교환기이다), 예를 들면, HFL에는 용해될 수 있지만 물에는 용해되지 않는 음이온성 머리를 갖는 상기 계면활성제를 통한, 불소화 상과 물 사이의 양이온의 교환에 의하여, 물로부터의 칼슘 양이온의 추출이 일어난다. 이에 반하여, 이온이 적재되어 있는 불소화 상의 재생 과정에서는 (이 경우, 직접 접촉 이온 교환기는 재생 교환기이다), 칼슘이 재생용 물에 부가된다.

이러한 종류의 불소화 이온 교환 액체를 포함하는 불소화 상의 사용은, 2가(Ca² ⁺, Mg² ⁺, Sr² ⁺, Ba² ⁺, 등) 및 3가 양이온 뿐만아니라, 처리되는 물에 잠재적으로 존재할 수 있는 금속(Fe² ⁺, Mn² ⁺, Zn² ⁺, 등)을 제거할 수 있게 한다. 특히, 그에 따라, 물의 경도에 관여하는 이온과 유독성 금속이 추출된다. 예를 들어, 다음과 같은 반응이 제공될 수 있다:

2 [CFEL][Na⁺]_{불소화 상}+ [Ca² ⁺]_물 <=> [CFEL]₂[Ca² ⁺]_{불소화 상}+ 2 [Na⁺]_물

도 5는, 적어도 탄산염 이온을 함유하는 물 액적에 대한 동일한 현상을 도시한다. 이때, 물 액적은 동일한 소수성 불소화 액체(HFL)에 잠겨 있으며, HFL에 있어서는, 불소화 음이온 교환 액체(AFEL)를 포함하는 수 퍼센트의 이온성 불소화 계면활성제가 용해되어 있다. 상기 교환 액체는, 양이온성 친수성 머리를 갖는 고도로 불소화된 소수성 사슬을 포함한다. 도 4에서와 마찬가지 방식으로, 양이온성 머리를 갖는 계면활성제는 그 자신을 물-HFL 계면에 위치시키며, 양이온성 머리를 갖는 상기 계면활성제와 물 사이에서 일어나는 물-HFL 계면에서의 음이온 교환이 관측된다. 처리되는 물의 이온의 전처리(예를 들어, 흡수에 의한) 과정에서 (이 경우, 직접 접촉 이온 교환기는 흡수 교환기이다), 예를 들면, HFL에는 용해되지만 물에는 용해되지 않는 양이온성 머리를 갖는 상기 계면활성제를 통한 불소화 상과 물 사이의 음이온 교환에 의한 물로부터의 탄산염 이온의 추출이 일어난다. 이에 반하여, 이온이 적재되어 있는 불소화 상의 재생 과정에서는 (이 경우, 직접 접촉 이온 교환기는 재생 교환기이다), 탄산염 이온이 재생용 물에 부가된다.

이러한 종류의 불소화 이온 교환 액체를 포함하는 불소화 상의 사용은, 물의 경도에 가장 많은 영향을 미치는 1가 음이온 (NO₃ ^-) 및 2가 음이온 (CO₃ ² ^-, SO₄ ^2-, 등)이 제거될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 다음의 반응이 제공될 수 있다:

2 [AFEL][Cl^-]_{불소화 상}+ [CO₃ ² ^-]_물 <=> [AFEL]₂[CO₃ ² ^-]_{불소화 상}+ 2 [Cl^-]_물

도 6은, 불소화 양이온 교환 액체 (CFEL)와 불소화 음이온 교환 액체 (AFEL)를 동시에 사용하는 이온교환을 도시한다. 상기 연속 상(continuous phase)에서 전자적 중성 (electronic neutrality)을 확실히 보장하기 위하여, CFEL 및 AFEL은, 불소화 상에서 이온 교환 쌍(pairs)으로 함께 결합한다. 이들 이온 교환 쌍들은 그 자신을 물-HFL 계면에 위치시키며, 처리되는 물 속의 양이온 및 음이온 각각에 대한 CFEL 및 AFEL의 더 큰 친화력으로 인하여, 상기 쌍들이 해리됨으로써, 처리되는 물 속의 양이온 및 음이온과 CFEL 및 AFEL의 각각의 사이에서 일어나는 물-HFL 계면에서의 교환이 가능하게 된다. 처리되는 물 속에 있는 이온의 전처리(예를 들어, 흡수에 의한) 과정에서 (이 경우, 직접 접촉 이온 교환기는 흡수 교환기이다), 양이온 및 음이온은, HFL에는 용해되고 물에는 용해되지 않는 상기 교환기 이온을 통하여, 물로부터 추출된다. 이에 반하여, 이온이 적재되어 있는 불소화 상의 재생 과정에서는 (이 경우, 직접 접촉 이온 교환기는 재생 교환기이다), 양이온 및 음이온이 물에 부가된다.

이러한 종류의 이온 교환 액체를 포함하는 불소화 상의 사용은, 1가, 2가 및 3가 양이온 및 음이온이 물로부터 추출될 수 있다는 것을 의미한다. 물의 경도 저감 및/또는 탈염에 사용될 수 있는 반응의 예는 다음과 같다:

[AFEL][CFEL]_{불소화 상}+ [Na⁺]_물+ [Cl^-]_물<=> [AFEL][Cl^-]_{불소화 상}+ [CFEL][Na⁺]_{불소화 상}

2[AFEL][CFEL]_불소화상 +[CO₃ ² ^-]_물+[Ca² ⁺]_물<=>[AFEL]₂[CO₃ ² ^-]_{불소화 상}+[CFEL]₂[Ca² ⁺]_불소화상

비이온성 불소화 교환 액체 (NIFEL)를 단독으로 사용하거나, 하나 이상의 AFEL 또는 CFEL과 조합하여 사용하는 것 또한 가능하다. NIFEL은, 이온 착물 형성 (ion complexation)에 의하여, 상기 물 상(aqueous phase)으로부터 불소화 상으로 이온을 추출하거나 교환한다. NIFEL을 사용하는 경우, 물의 경도 저감 및/또는 탈염을 위하여 하기의 반응이 제공될 수 있다:

[NIFEL]_{연속 상}+ [Na⁺]_물 <=> [NIFEL][Na⁺]_{연속 상}

또 다른 구현예에 있어서, 교환기는, 불소화 상이 비이온성 불소화 계면활성제를 더 포함하고 있는 열 교환기일 수 있다. 바람직하게는, 불소화 상은 연속적인 형태일 수 있다. 비이온성 불소화 계면활성제는, 불소화 상에 분산되어 있는 염수의 액적으로 구성되는 2상 혼합물 (biphase mixture)을 안정화시킬 수 있으며, 불소화 상에서의 물 액적의 합체를 제한함과 동시에 열교환을 촉진시킬 수 있다. 비이온성 불소화 계면활성제의 목록이 실시예 2의 표 2에 제시되어 있다.

유리하게는, 비이온성 불소화 계면활성제는 1 이하의 실수인 비율 e/f 에 의하여 정의될 수 있으며, 여기서, f 는 비이온성 불소화 계면활성제 분자에 함유되어 있는 불소 원자의 갯수이고, e 는 수소 원자의 갯수이다.

바람직하게는, 연속적인 불소화 상은, 0.5 부피% 내지 30 부피%의 비이온성 계면활성제를 포함하며, 더욱 바람직하게는 1 부피% 내지 5 부피%의 비이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 이때, 상기 각 범위의 양 경계 값도 포함된다.

유리하게는, 본 발명의 전처리 유닛은 결정화 유닛 (crystallization unit)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 결정화 유닛은, 씨뿌리기(seeding) 또는 응집제 및 침강(settling)을 채용하거나 하지 않은 포화 결정화 탱크 (saturation crystallization tank)의 형태를 가질 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 전처리 유닛의 직접 접촉 열교환기는 연속 상을 재순환시키기 위한 장치를 포함할 수 있다. 이러한 재순환 장치는 소모품들을 절감하는 것과 열에너지를 절감하는 것을 모두 가능하게 한다. 불소화 상이, 이온성 머리를 갖는 적어도 하나의 불소화 액체를 포함하는 경우, 재순환 장치는 또한, 이온 교환 머리를 갖는 불소화 액체를 재생하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 재생 장치는 바람직하게는, 역반응이 수행되었던 전처리 또는 탈염 시스템으로부터 나온 처리된 물 또는 함수(brine)의 적어도 일부를 채용하는 직접 접촉 재생 컬럼이다.

더욱 구체적으로 설명하면, 직접 접촉 열교환기는 다음의 두 부분으로 구성된다: 처리되는 물을 냉각시키기 위한 냉각 부분; 및, 처리되는 물을 가열하기 위한 가열 부분. 이때, 상기 가열 부분에서 냉각되는 연속적인 불소화 상은, 상기 냉각 부분에서 가열되는 연속적인 불소화 상으로서 재사용될 수 있다.

본 발명의 전처리 유닛은 적어도 두 가지의 방식으로 기능할 수 있다:

- 제1의 “뜨거운” 방식, 즉, 상기 컬럼에 열을 제공하는 수집기(collector)가 80°C 내지 200°C 정도의 온도에서 작동하는 방식이다. 이러한 제1 방식에 있어서는, 처리되는 물은 상온(15°C 내지 30°C)의 온도로 가압하에 도입되고, 연속적인 불소화 상의 액체와의 열 교환에 의하여 가열되며, 이때, 이러한 가열에 의하여 물-HFL 계면에서의 이온 간의 평형의 이동 또는 염의 침전 및 임의의 가스의 방출이 가능해지고, 그 다음, 탈염 유닛으로 이송되기 전에 상온으로 되돌아 가기 위하여 냉각된다; 그리고,

- 제2의 “차가운” 방식, 즉, 상기 컬럼에 열을 제공하는 수집기가 -4°C 내지 10°C 정도의 온도에서 작동하는 방식이다. 이러한 제2 방식에 있어서는, 처리되는 물이 상온에서 교환기로 도입되고, 거기에서, 0°C 미만의 염수의 응고(solidification) 온도에 도달하도록 냉각된다. 그 다음, 처리되는 물은, 차가운 상태(물을 얼리는 것에 의하여)에서 작동되는 탈염 유닛으로 이송되고, 그 후에, 연속적인 불소화 상의 액체에 의하여 가열되도록 하기 위하여 교환기로 다시 주입된 후, 상온의 온도로 배출된다.

높은 온도에서 작동되는 직접 접촉 열교환기를 사용함으로써, 결정화 유닛은, 불소화 상과 처리되는 물 사이의 계면에서 떠다니는 침전된 염을 회수할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수 전처리 유닛을 채용하는 수 전처리 방법이 제안되며, 이 방법은 다음의 단계를 포함한다:

- 상기 교환기의 상기 부분들 중 하나의 상단에 불소화 상을 도입하고, 상기 교환기의 상기 부분들 중 하나의 하단에 물을 도입하여, 상기 상승하는 물과 상기 하강하는 불소화 상의 사이에서 향류 열 및/또는 이온 교환을 수행하는 단계; 및

- 전처리된 물을 회수하는 단계.

바람직하게는, 상기 공정은 상기 물을 압축하는 단계를 포함할 수 있으며, 이때, 압축은 소정의 압력에서 일어난다. 또한, 상기 물은, 예를 들면 물 액적의 형태로, 가압하에서 도입될 수 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 방법은, 물은 분산된 형태로 도입하면서, 연속적인 형태로 불소화 상을 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방법은 열 및/또는 이온 교환기와 함께 사용될 수 있다.

더욱 구체적으로, 열교환기로서의 기능을 하는 교환기를 사용하면, 상기 방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다:

- 불소화 상을 연속적인 형태로 교환기의 일부분의 상단에 도입하고, 상온의 물을 분산된 형태로, 예를 들면 물 액적의 형태로, 교환기 부분의 하단에 도입함으로써, 상승하는 분산된 물과 하강하는 연속적인 불소화 상 사이에 향류 열 교환을 수행하는 단계; 및

- 상기 물을 결정화 유닛으로 이송하는 단계.

이러한 방법은 다음의 단계를 더 포함할 수 있다:

- 소정의 압력으로, 처리되는 물을 압축하는 단계; 및

- 물을, 예를 들면 가압하에서, 분산된 형태로 교환기의 다른 부분의 하단에 도입함으로써, 상승하는 분산된 물과 하강하는 연속적인 불소화 상 사이에 향류 열 교환을 수행하는 단계; 및

- 상온의 물을 회수하는 단계.

유리하게는, 상기 물의 압력은 절대압력으로 1 내지 15 bar의 범위에 있다.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 방법은, 물은 연속적인 형태로 도입하면서, 불소화 상을 분산된 형태로 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방법은 이온 교환기 만과 함께 사용된다.

또한, 상기 방법이 이온 교환기를 포함하는 전처리 유닛을 채용하는 경우에는, 상기 방법은 다음의 단계를 더 포함할 수 있다:

- 제1교환기(즉, 전처리 교환기)의 하단에서 얻은 불소화 상을 회수하는 단계;

- 회수된 불소화 상을, 전처리 유닛의 제2교환기(즉, 재생 교환기)의 상기 부분들 중 하나의 상단에 도입하는 단계;

- 재생 교환기의 상기 부분들 중의 하나의 하단에 재생용 물을 도입함으로써, 상승하는 재생용 물과 하강하는 회수된 불소화 상 사이에 향류 이온 교환을 수행하는 단계; 및

- 재생된 불소화 상을 회수하는 단계; 및

- 재생된 불소화 상을 전처리 교환기의 상부 부분에 도입하는 단계.

본 발명은 또한, 앞에서 정의된 전처리 공정을 포함하고, 전처리된 물을 회수하는 단계 후에 탈염에 의한 처리 단계를 더 포함하는 수처리 방법을 제공한다.

선택적으로, 재생용 물은 상기 처리 단계 동안에 탈염된 물을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 수처리를 위한, 특히, 염수의 전처리를 위한, 1.25 보다 큰 밀도를 가지며 물과 섞이지 않는 불소화 액체를 연속적인 또는 분산된 상으로서 포함하는 직접 접촉 열 및 이온 교환기의 사용을 제공한다.

도 1은, 직접 접촉 열 교환기가 고온에서 작동하고 있는 제1구현예를 보여준다.
도 2는, 직접 접촉 열 교환기가 저온에서 작동하고 있는 제2구현예를 보여준다.
도 3은 직접 접촉 열 교환기가 열교환 및 이온교환 양자 모두의 방식으로 작동되고 있는, 즉, 이온 교환 머리를 갖는 이온성 계면활성제 및 소수성 불소화 액체를 포함하는 연속 상을 채용하여 고온에서 작동되고 있는 제3구현예를 보여준다.
도 4는 물 액적 주변의, 음이온성 머리를 갖는 계면활성제의 존재를 도시한다.
도 5는 물 액적 주변의, 양이온성 머리를 갖는 계면활성제의 존재를 도시한다.
도 6은 처리되는 물과 불소화 상 사이의 양이온 및 음이온 교환에 관한 다이아그램이다.
도 7은, 직접 접촉 교환기가 열교환 및 이온교환 양자 모두의 방식으로 작동되고 있는, 즉, 이온 교환 머리를 갖는 양이온성 및 음이온성 계면활성제와 소수성 불소화 액체를 포함하는 연속 상을 채용하고 고온에서 작동되고 있는 제4구현예를 도시한다.

하기의 설명으로부터 본 발명은 더욱 잘 이해될 수 있다. 하기의 설명은 오로지 예를 제시하기 위한 목적으로 제공된 것이며, 첨부된 도면을 참조하여 기술되었다.

실시예 1 : 열 교환 액체

소수성 불소화 액체
명칭	반전개 구조식	Mw (g/mol)	Tbp (℃)	Tmp (℃)	ρ, 25℃ (kg/m³)	실험식
물 (참고예시)	HOH	18	100	0	997	H₂O
과불화 탄소 ( PERFLUROCARBONS )
PFC - 과불화옥탄 (Perfluoro-octane)	CF₃(CF₂)₆CF₃	438	106	-25	1765	C₈F₁₈
PFC - 과불화노난 (Perfluoro-nonane)	CF₃(CF₂)₇CF₃	488	118	-16	1788	C₉F₂₀
불화수소화 탄소 ( HYDROFLUOROCARBONS )
HFC - 1,1,1H-과불화옥탄 (1,1,1H-Perfluoro-octane)	CH₃(CF₂)₆CF₃	384	109*	-76*	1445*	C₈H₃F₁₅
HFC - 1,1,1H-과불화노난 (1,1,1H- Perfluoro-nonane)	CH₃(CF₂)₇CF₃	434	121*	-66*	1475*	C₉H₃F₁₇
과불화 시클로헥산 ( PERFLUORO - CYCLOHEXANES )
PFCH　- 과불화-1,3-디메틸시클로헥산 (Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane)	C₆F₁₀(CF₃)₂	400	102	-55	1828	C₈F₁₆
PFCH　- 과불화-1,3,5-트리메틸시클로헥산 (Perfluoro-1,3,5-trimethylcyclohexane)	C₆F₉(CF₃)₃	450	127	-68	1888	C₉F₁₈
불화수소화 시클로헥산 ( HYDROFLUORO - CYCLOHEXANES )
HFCH - 1,1,1H-과불화메틸시클로헥산 (1,1,1H-Perfluoro-methylcyclohexane)	C₆F₁₁(CH₃)	296	100*	-88*	1540*	C₇H₃F₁₁
HFCH - 1,1,1H-과불화-1,2-디메틸시클로헥산 (1,1,1H-Perfluoro-1,2-dimethylcyclohexane)	C₆F₁₀(CF₃) (CH₃)	346	127*	-63*	1580*	C₈H₃F₁₃
과불화 데칼린 ( PERFLUORDECALINS )
PFD　- 과불화데칼린 (Perfluorodecalin)	C₄F₈ > (CF)₂< C₄F₈	462	142	-10	1930	C₁₀F₁₈
PFMD　- 과불화메틸데칼린 (Perfluoro(methyl decalin))	PFD-(CF₃)	512	160	-70	1970	C₁₁F₂₂
불화수소화 데칼린 ( HYDROFLUORO - DECALINS )
HFMD - 1,1,1H-과불화메틸데칼린 (1,1,1H-Perfluoro (methyldecalin))	PFD-(CH₃)	458	185*	-77	1690*	C₁₁H₃F₁₉
과불화 디알킬 아민 ( PERFLUORO - DIALKYLAMINE )
과불화부틸펜틸아민 (Perfluorobutylpentylamine)	(C₄F₉)(C₅F₁₁) NF	521	99*	-45*	1725*	C₉F₂₁N
과불화디펜틸아민 (Perfluorodipentylamine)	(C₅F₁₁)₂NF	571	115*	-35*	1755*	C₁₀F₂₃N
불화수소화 디알킬 아민 ( HYDROFLUORO - DIALKYLAMINES )
메틸-1-과불화-프로필펜틸아민 (Methyl-1-perfluoro-propylpentyl amine)	(CH₃-C₃F₆) (C₅F₁₁)NF	467	113*	-52*	1575*	C₉H₃F₁₈N
메틸-1 과불화-부틸펜틸아민 (Methyl-1-perfluoro-butylpentyl amine)	(CH₃-C₄F₈) (C₅F₁₁)NF	517	128*	-41*	1600*	C₁₀H₃F₂₀N
과불화 트리알킬 아민 ( PERFLUORO - TRIALKYLAMINES )
과불화에틸디프로필아민 (Perfluoro- ethyldipropyl amine)	(C₂F₅) (C₃F₇)₂N	471	101	-65	1760	C₈F₁₉N
PFTA- 과불화트리프로필아민 (Perfluoro- tripropylamine)	(C₃F₇)₃N	521	130	-52	1820	C₉F₂₁N
불화수소화 트리알킬 아민 ( HYDROFLUORO - TRIALKYLAMINES )
메틸-1-과불화-메틸디에틸아민 (Methyl-1-perfluoro-methyldiethyl amine)	(CH₃CF₂) (C₃F₇)₂N	417	98*	-64*	1550*	C₈H₃F₁₆N
메틸-1-과불화-에틸디프로필아민 (Methyl-1-perfluoro-ethyldipropyl amine)	(CH₃C₂F₄) (C₃F₇)₂N	467	113*	-52*	1575*	C₉H₃F₁₈N
과불화 아자시클로 헥산 ( PERFLUORO - AZACYCLOHEXANES )
과불화-N-메틸피페리딘 (Perfluoro-N- methylpiperidine)	_cycle(-C₅F₁₀-N-)-(CF₃)	333	102*	-50*	1750*	C₆F₁₃N
과불화 에테르 ( PERFLUORO - ETHERS )
PFE　- 과불화디부틸에테르 (Perfluoro- dibutyl ether)	(C₄F₉)₂O	454	102	-48*	1860*	C₈F₁₈O
PFE　- 과불화디펜틸에테르 (Perfluoro- dipentyl ether)	(C₅F₁₁)₂O	554	129*	-38*	1925*	C₁₀F₂₂O
불화수소화 에테르 ( HYDROFLUORO - ETHERS )
HFE - 메틸-과불화헥실에테르 (Methyl-Perfluoro- hexyl ether)	C₆F₁₃-O-CH₃	350	98	-38	1660	C₇H₃F₁₃O
HFE - 2-삼불화-메틸-3-에톡시도데코플루오로 헥산 (2-trifluoro-methyl-3-ethoxydodecofluoro hexane)	C₂H₅-O-CF (C₃F₇) CF(CF₃)₂	414	128	-100	1614	C₉H₅F₁₅O
과불화 시클로에테르 ( PERFLUORO - CYCLOETHERS )
PFCE - 과불화-2-부틸테트라하이드로퓨란 (Perfluoro-2-butyl tetrahydrofuran)	C₄F₉-FC < (-C₃F₆-O-) cycle	416	102	-88	1770	C₈F₁₆O
불화수소화 시클로에테르 ( HYDROFLUORO - CYCLOETHERS )
HFCE - 1H,1H,1H-과불화-2-부틸테트라하이드로퓨란 (1H,1H,1H-Perfluoro-2-butyltetrahydrofuran)	CH₃-C₃F₆-FC < (-C₃F₆-O-) cycle	362	105*	-92*	1650*	C₈H₃F₁₃O
과불화 폴리에테르 ( PERFLUORO - POLYETHERS )
PFPE　- 과불화트리글라임 (Perfluoro-triglyme)	CF₃-(OC₂F₄)₃-OCF₃	502	106	-80*	1875*	C₈F₁₈O₄
PFPE - HT110	CF₃-((OCFCF₂)-CF₃)-(OCF₂)₄-OCF₃	584	110	-110	1710	C₉F₂₀O₆
불화수소화 폴리에테르 ( HYDROFLUORO - POLYETHERS )
HFPE - 1H,1H,1H-과불화트리글라임 (1H,1H,1H-Perfluoro-triglyme)	CF₃-(OC₂F₄)₃-OCH₃	448	138*	-80*	1600*	C₈H₃F₁₅O₄
HFPE - ZT130	HF₂C-(OC₂F₄)-(OCF₂)₄-OCF₂H	498	130	-114	1650	C₈H₂F₁₆O₆
과불화 설파이드계 또는 과불화 티오에테르 ( PERFLUORO - SULFIDES OR PERFLUORO - THIOETHERS )
PFE　- 과불화디프로필티오에테르 (Perfluoro-dipropyl thioether)	(C₃F₇)₂S	370	100*	-71*	1850*	C₆F₁₄S
PFE　- 과불화디부틸티오에테르 (Perfluoro-dibutyl thioether)	(C₄F₉)₂S	470	135*	-46*	1900*	C₈F₁₈S
불화수소화 설파이드 또는 불화수소화 티오에테르 ( HYDROFLUORO - SULFIDES OR HYDROFLUORO - THIOETHERS )
1-메틸술파닐-과불화펜탄 (1-Methylsulfanyl-Perfluoro-Pentane)	C₅F₁₁-S-CH₃	316	109*	-82*	1530*	C₆H₃F₁₁S
1-메틸술파닐-과불화헥산 (1-Methylsulfanyl- Perfluoro-Hexane)	C₆F₁₃-S-CH₃	366	127*	-69*	1560*	C₇H₃F₁₃S
과불화 시클로티오에테르 ( PERFLUORO - CYCLOTHIOETHERS )
과불화-2-메틸-1-티아시클로헥산 (Perfluoro-2-methyl-1-thiacyclohexane)	CF₃-FC < (-C₄F₈-S-) _cycle	332	104*	-70*	1700*	C₆F₁₂S
이온성 액체 ( IONIC LIQUIDS )
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드	1,3-C₂H₅-CH₃-_cycle(C₃H₃N₂)⁺ (CF₃SO₂)₂N^-	391	417 Dec.	-16	1520	C₈H₁₁F₆N₃O₄S₂
1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드	1,1-C₄H₉-CH₃-_cycle(C₄H₈N)⁺ (CF₃SO₂)₂N^-	422	> 350	-50	1400	C₁₁H₂₀F₆N₂O₄S₂
1-부틸-3-메틸피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드	1,3-C₄H₉-CH₃-_cycle(C₅H₄N)⁺ (CF₃SO₂)₂N^-	430	> 350	16	1400	C₁₂H₁₆F₆N₂O₄S₂
1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드	1,3-C₂H₅-CH₃-_cycle(C₃H₃N₂)⁺ (CF₃CF₂SO₂)₂N^-	491	> 350	-1	1340	C₁₀H₁₁F₁₀N₃O₄S₂

* 공지되었거나 부분적으로 공지된 물성을 갖는 분자 600 개 이상에 기초한 그룹분석방법(group analysis process )에 의하여 결정된 끓는점, 녹는점 및 밀도.

실시예 2 : 비이온성 불소화 계면활성제

비이온성 불소화 계면활성제
명칭	반전개 구조식	Mw (g/mol)	Tbp (℃)	HLB	ρ 25℃ (kg/m³)	실험식
과불화 알데하이드 ( PERFLUORO - ALDEHYDE )
과불화옥탄알 (Perfluoro-octanal)	C₇F₁₅-HC=O	398	108*	1.1	1800*	C₈HF₁₅O
과불화노난알 (Perfluoro-nonanal)	C₈F₁₇-HC=O	448	125*	0.2	1840*	C₉HF₁₇O
불화수소화 알데하이드 ( HYDROFLUORO - ALDEHYDE )
2,2H-과불화헵탄알 (2,2H-perfluoro- heptanal)	C₅F₁₁-CH₂-HC=O	312	109*	2.4	1800*	C₇H₃F₁₁O
2,2H-과불화옥탄알 (2,2H-perfluoro- octanal)	C₆F₁₃-CH₂-HC=O	362	127*	1.5	1825*	C₈H₃F₁₃O
불화수소화 에테르알데하이드 ( HYDROFLUORO - ETHERALDEHYDE )
2,2H-3-옥시-과불화 헥산알 (2,2H-3-oxy- perfluoro-hexanal)	C₄F₉-O-CH₂- HC=O	278	111*	4.5	1870*	C₆H₃F₉O₂
2,2H-3-옥시-과불화 옥탄알 (2,2H-3-oxy-perfluoro-octanal)	C₆F₁₃-O-CH₂- HC=O	378	148*	2.8	1925*	C₈H₃F₁₃O₂
불화수소화 티오에테르알데하이드 ( HYDROFLUORO - THIOETHERALDEHYDE )
2,2H-3-티오-과불화 헥산알 (2,2H-3-thio- perfluoro-hexanal)	C₄F₉-S-CH₂- HC=O	294	149*	3.5	1900*	C₆H₃F₉OS
과불화 알킬아민 ( PERFLUORO - ALKYLAMINES )
과불화헥실아민 (Perfluoro- hexylamine)	C₆F₁₃-NH₂	335	104*	1.0*	1730*	C₆H₂F₁₃N
과불화헵틸아민 (Perfluoro- heptylamine)	C₇F₁₅-NH₂	385	121*	0.8*	1760*	C₇H₂F₁₅N
불화수소화 알킬아민 ( HYDROFLUORO - ALKYLAMINES )
1,1H-과불화헥실아민 (1,1H-Perfluoro- hexylamine)	C₅F₁₁-CH₂-NH₂	299	124*	1.1*	1550*	C₆H₄F₁₁N
과불화 알킬에테르아민 ( PERFLUORO - ALKYLETHERAMINES )
과불화헥실옥시아민 (Perfluoro- hexyloxyamine)	C₆F₁₃-O-NH₂	351	102*	1.8*	1830*	C₆H₂F₁₃NO
불화수소화 알킬에테르아민 ( HYDROFLUORO - ALKYLETHERAMINES )
1,1H-과불화-부틸옥시메틸아민 (1,1H-Perfluoro- butyloxymethylamine)	C₄F₉-O-CH₂-NH₂	265	126*	2.4*	1620*	C₅H₄F₉NO
과불화 알킬티오에테르아민 ( PERFLUORO - ALKYLTHIOETHERAMINES )
과불화부틸-티오에테르아민 (Perfluoro-butyl- thioetheramine)	C₄F₉-S-NH₂	267	110*	3.6*	1530*	C₄H₂F₉NS
과불화펜틸-티오에테르아민 (Perfluoro-pentyl- thioetheramine)	C₅F₁₁-S-NH₂	317	128*	3.0*	1560*	C₅H₂F₁₁NS
과불화 알킬 에틸렌 알코올 ( PERFLUORO - ALKYL ETHYLENE ALCOHOL )
과불화부틸에테르 에틸렌 알코올 (Perfluoro-butylether ethylene alcohol)	C₄F₉O-CH₂CH₂- OH	280	176*	5.8*	1685*	C₆H₅F₉O₂
과불화펜틸에테르 에틸렌 알코올 (Perfluoro-pentyl ether ethylene alcohol)	C₅F₁₁O-CH₂CH₂- OH	330	195*	4.9*	1700*	C₇H₅F₁₁O₂
크라운 과불화디알킬에테르 ( CROWN PERFLUORO - DIALKYLETHERS )
과불화 디부탄12-크라운-4-에테르 (Perfluoro- dibutane12-crown-4- ether)	/	864	/	/	/	C ₁₆ F ₃₂ O ₄
과불화 디펜탄15-크라운-5-에테르 (Perfluoro- dipentane15-crown-5-ether)	/	1080	/	/	/	C ₂₀ F ₄₀ O ₅
과불화 디헥산18-크라운-6-에테르 (Perfluoro- dihexane18-crown-6- ether)	/	1296	/	/	/	C₂₄F₄₈O₆
과불화 디헵탄21-크라운-7-에테르 (Perfluoro- diheptane21-crown-7-ether)	/	1512	/	/	/	C₂₈F₅₆O₇
크라운 불화수소화 디알킬에테르 ( CROWN HYDROFLUORO - DIALKYLETHERS )
불화수소화 디헥산18-크라운-6-에테르 (hydrofluoro- dihexane18-crown-6- ether)	/	1152	-	-	-	C₁₆H₈F₄₀O₆

* 공지되었거나 부분적으로 공지된 물성을 갖는 분자 600 개 이상에 기초한 그룹분석방법에 의하여 결정된 끓는점, 녹는점 및 밀도.

HLB: 친수성/친유성 균형 (hydrophilic/lipophilic balance).

실시예 3 : 이온성 불소화 계면활성제

이온성 불소화 계면활성제
명칭	반전개 구조식	Mw (g/mol)	Tbp (℃)	Tmp (℃)	ρ 25℃ (kg/m³)	실험식
과불화 알코올 ( PERFLUORO - ALCOHOLS )
과불화펜탄올-1 (Perfluoro- pentanol-1)	C₅F₁₁-OH	286	111*	-46*	1765*	C₅HF₁₁O
과불화헥산올-1 (Perfluoro- hexanol-1)	C₆F₁₃-OH	336	128*	-33*	1800*	C₆HF₁₃O
과불화노난올-1 (Perfluoro- nonanol-1)	C₉F₁₉-OH	486	174*	0*	1885*	C₉HF₁₉O
과불화 디알코올 ( PERFLUORO - DIALCOHOLS )
과불화헥산디올-1,2 (Perfluoro- hexane diol-1,2)	C₄F₉-CF < (-OH)(-CF₂-OH)	334	182*	-67*	1890*	C₆H₂F₁₂O₂
과불화노난디올-1,2 (Perfluoro- nonane diol-1,2)	C₇F₁₅-CF < (-OH)(-CF₂-OH)	484	233*	-31*	1975*	C₉H₂F₁₈O₂
과불화운데칸디올-1,2 (Perfluoro- undecane diol-1,2)	C₉F₁₉-CF < (-OH)(-CF₂-OH)	584	264*	-11*	2040*	C₁₁H₂F₂₂O₂
과불화 알콕사이드 ( PERFLUORO - ALKOXIDES )
소듐 과불화옥타놀레이트-1 (Sodium Perfluoro- octanolate-1)	C₈F₁₇-O^-Na⁺	458	/	/	/	C₈F₁₇ONa
과불화 디알콕사이드 ( PERFLUORO - DIALKOXIDES )
디소듐 과불화노나놀레이트-1,2 (Disodium Perfluoro- nonanolate-1,2)	C₇F₁₅-CF < (-O^-Na⁺) (-CF₂-O^-Na⁺)	506	/	/	/	C₉F₁₈O₂Na₂
과불화 알킬 카르복실산 ( PERFLUORO - ALKYL CARBOXYLIC ACIDS )
헵타플루오로 부탄산 (Heptafluorobutanoic acid)	C₃F₇-COOH	214	121	-17,5	1650	C₄HF₇O₂
과불화 헥산산 (Perfluoro-hexanoic acid)	C₅F₁₁-COOH	314	157	5,6	1840*	C₆HF₁₁O₂
과불화 옥탄산 (Perfluoro-octanoic acid)	C₇F₁₅-COOH	414	189	30*	1895*	C₈HF₁₅O₂
과불화 알킬 카르복실레이트 ( PERFLUORO - ALKYLCARBOXYLATES )
소듐 퍼플루오로헥사노에이트 (Sodium perfluoro-hexanoate)	C₅F₁₁-COO^-Na⁺	338	/	/	/	C₆F₁₁O₂Na
과불화 알킬 카르복스이미드산 ( PERFLUORO - ALKYL CARBOXIMIDIC ACIDS )
과불화헥사노 이미드산 (Perfluoro- hexanoimidic acid)	C₅F₁₁-CNHOH	313	/	/	/	C₆H₂F₁₁NO
과불화옥타노 이미드산 (Perfluoro- octanoimidic acid)	C₇F₁₅-CNHOH	413	/	/	/	C₈H₂F₁₅NO
과불화 알킬 카르복스이미데이트 ( PERFLUORO - ALKYL CARBOXIMIDATES )
디소듐 과불화헥사노이미데이트 (Disodium perfluoro- hexanomidate)	C₆F₁₃-CN^-Na⁺O^-Na⁺	407	/	/	/	C₇F₁₃NONa₂
과불화 에테르알킬 카르복실산 ( PERFLUORO - ETHERALKYL CARBOXYLIC ACIDS )
과불화-2-옥사-헥산산 (Perfluoro-2-oxa- hexanoic acid)	C₄F₉-O-COOH	280	150*	-15*	1670*	C₅HF₉O₃
과불화-2-옥사-헵탄산 (Perfluoro-2-oxa- heptanoic acid)	C₅F₁₁-O-COOH	330	170*	-5*	1690*	C₆HF₁₁O₃
과불화 알킬술폰산 ( PERFLUORO - ALKYLSULFONIC ACIDS )
과불화펜틸술폰산 (Perfluoro- pentylsulfonic acid)	C₅F₁₁-SO₃H	350	/	/	/	C₅HF₁₁O₃S
과불화 알킬 술포네이트 ( PERFLUORO - ALKYL SULFONATES )
소듐 과불화펜틸 술포네이트 (Sodium perfluoro- pentyl sulfonate)	C₅F₁₁-SO₃ ^-Na⁺	372	/	/	/	C₅F₁₁O₃SNa
과불화 알킬 황산 ( PERFLUORO - ALKYLSULFURIC ACIDS )
과불화펜탄황산 (Perfluoro- pentanesulfuric acid)	C₅F₁₁-O-SO₃H	366	/	/	/	C₅HF₁₁O₄S
과불화 알킬 설페이트 ( PERFLUORO - ALKYL SULFATES )
소듐 과불화펜틸 설페이트 (Sodium perfluoro-pentyl sulfate)	C₅F₁₁-O-SO₃ ^- Na⁺	388	/	/	/	C₅F₁₁O₄SNa
과불화 알킬에테르 술폰산 ( PERFLUORO - ALKYLETHER SULFONIC ACIDS )
과불화-5-옥사-노난 술폰산 (Perfluoro-5-oxa- nonanesulfonic acid)	C₄F₉-O-C₄F₈-SO₃H	516	/	/	/	C₈HF₁₇O₄S
과불화 알킬에테르 술포네이트 ( PERFLUORO - ALKYLETHER SULFONATES )
소듐 과불화-5-옥사-노난술포네이트 (Sodium perfluoro-5-oxa-nonanesulfonate)	C₄F₉-O-C₄F₈-SO₃ ^-Na⁺	538	/	/	/	C₈F₁₇ O₄SNa
불화수소화 디알킬 암모늄염 ( HYDROFLUORO - DIALKYLAMMONIUM SALTS )
메틸 트리-(1H,1H,2H,2H-과불화헵틸)암모늄 클로라이드 (Methyl tri- (1H, 1H, 2H, 2H- perfluoro-heptyl) ammonium chloride)	CH₃-N⁺Cl^- < (-((CH₂)₂(CF₂)₅F))₃	988	/	<20	/	C₂₂H₁₅ F₃₃NCl
메틸 트리- (1H,1H,2H,2H,3H,3H- 과불화헵틸) 암모늄 클로라이드 (Methyl tri- (1H, 1H, 2H, 2H, 3H, 3H-perfluoro-heptyl)ammonium chloride)	CH₃-N⁺Cl^- < (-((CH₂)₃(CF₂)₄)F)₃	874	/	<20	/	C₂₂H₂₁ F₂₇NCl
메틸 트리- (1H,1H-과불화헥실) 암모늄 클로라이드 (Methyl tri-(1H, 1H-perfluoro-hexyl) ammonium chloride)	CH₃-N⁺Cl^- < (-(CH₂(CF₂)₅ F))₃	946	/	<20	/	C₁₉H₉ F₃₃NCl
메틸 트리-(1H,1H,2H,2H-과불화헥실)암모늄 클로라이드 (Methyl tri-(1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-hexyl) ammonium chloride)	CH₃-N⁺Cl^- < (-((CH₂)₂(CF₂)₄F))₃	832	/	<20	/	C₁₉H₁₅ F₂₇NCl
메틸 트리퍼플루오로펜틸 암모늄 클로라이드 (Methyl triperfluoro-pentyl ammonium chloride)	CH₃-N⁺Cl^- < (-((CF₂)₅ F))₃	904	/	<20	/	C₁₆H₃ F₃₃NCl
메틸 트리-(1H, 1H-과불화펜틸)암모늄 클로라이드 (Methyl tri-(1H, 1H-perfluoro-pentyl)ammonium chloride)	CH₃-N⁺Cl^- < (-(CH₂(CF₂)₄ F))₃	790	/	<20	/	C₁₆H₉ F₂₇NCl
불화수소화 알킬이미다졸리움 염 ( HYDROFLUORO - ALKYLIMIDAZOLIUM SALTS )
1-메틸-3-과불화헥실-이미다졸리움 클로라이드 (1-Methyl-3-perfluoro-hexyl-imidazolium chloride)	F(CF₂)₆-_cycle(C₃H₃N₂)⁺Cl^--CH₃	449	/	<-25	/	C₁₀H₆ F₁₃N₂Cl
과불화-1-메틸-3-(1H, 1H-과불화헥실)이미다졸리움 클로라이드 (Perfluoro-1-methyl-3-(1H, 1H-perfluoro-hexyl) imidazolium chloride)	F(CF₂)₅ (CH₂)- _cycle (C₃H₃N₂)⁺Cl^--CH₃	411	/	<-25	/	C₁₀H₈ F₁₁N₂Cl
1-메틸-3-(1H, 1H-과불화헵틸)이미다졸리움 클로라이드 (1-Methyl-3-(1H, 1H-perfluoro-heptyl) imidazolium chloride)	F(CF₂)₆ (CH₂)-_cycle(C₃H₃N₂)⁺Cl^-- CH₃	463	/	<-25	/	C₁₁H₈ F₁₃N₂Cl
1-메틸-3-(1H, 1H, 2H, 2H-과불화헵틸)이미다졸리움 클로라이드 (1-Methyl-3-(1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro- heptyl)imidazolium chloride)	F(CF₂)₅(CH₂)₂-_cycle(C₃H₃N₂)⁺Cl^-- CH₃	425	/	<-25	/	C₁₁H₁₀ F₁₁N₂Cl
1-메틸-3-(1H, 1H, 2H, 2H-과불화옥틸)이미다졸리움 클로라이드 (1-Methyl-3-(1H, 1H, 2H, 2H　-　perfluoro-octyl) imidazolium chloride)	F(CF₂)₆(CH₂)₂-_cycle(C₃H₃N₂)⁺Cl^-- CH₃	477	/	<-25	/	C₁₂H₁₀ F₁₃N₂Cl
1-메틸-3-(1H, 1H, 2H, 2H, 3H, 3H-과불화옥틸)이미다졸리움 클로라이드 (1-Methyl-3-(1H, 1H, 2H, 2H, 3H, 3H　-　perfluoro-octyl) imidazolium chloride)	F(CF₂)₅(CH₂)₃-_cycle(C₃H₃N₂)⁺Cl^-- CH₃	439	/	<-25	/	C₁₂H₁₂ F₁₁N₂Cl
1-메틸-3-[2-(2-과불화메톡시에톡시)-과불화에틸]이미다졸리움 클로라이드 (1-Methyl-3-[2-(2-perfluoro-methoxyethoxy)-perfluoro-ethyl] imidazolium chloride)	CF₃ (CF₂CF₂O)₂-_c _ycle(C₃H₃N₂)⁺ Cl^--CH₃	429	/	<-25	/	C₉H₆O₂ F₁₁N₂Cl
불화수소화 알킬보레이트 염 ( HYDROFLUORO - ALKYLBORATE SALTS )
소듐 메틸 트리-(1H, 1H, 2H, 2H-과불화헵틸)보레이트 (Sodium methyl tri-(1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-heptyl)borate)	CH₃-B^-Na⁺ < (-((CH₂)₂(CF₂)₅F))₃	973	/	<20	/	C₂₂H₁₅ F₃₃BNa
소듐 메틸 트리-(1H, 1H, 2H, 2H, 3H, 3H-과불화헵틸)보레이트 (Sodium methyl tri-(1H, 1H, 2H, 2H, 3H, 3H-perfluoro-heptyl)borate)	CH₃-B^-Na⁺ < (-((CH₂)₃(CF₂)₄F))₃	859	/	<20	/	C₂₂H₂₁ F₂₇BNa
소듐 메틸 트리-(1H, 1H-과불화헥실)보레이트 (Sodium methyl tri-(1H, 1H-perfluoro-hexyl) borate)	CH₃-B^-Na⁺ < (-(CH₂(CF₂)₅F))₃	931	/	<20	/	C₁₉H₉ F₃₃BNa
소듐 메틸 트리-(1H, 1H, 2H, 2H-과불화헥실)보레이트 (Sodium methyl tri-(1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-hexyl) borate)	CH₃-B^-Na⁺ < (-((CH₂)₂(CF₂)₄F))₃	817	/	<20	/	C₁₉H₁₅ F₂₇BNa
소듐 메틸 트리퍼플루오로펜틸보레이트 (Sodium methyl triperfluoro-pentyl borate)	CH₃-B^-Na⁺ < (-((CF₂)₅F))₃	889	/	<20	/	C₁₆H₃ F₃₃BNa
소듐 메틸 트리-(1H, 1H-과불화펜틸)보레이트 (Sodium methyl tri-(1H, 1H-perfluoro-pentyl)borate)	CH₃-B^-Na⁺ < (-(CH₂(CF₂)₄F))₃	775	/	<20	/	C₁₆H₉ F₂₇BNa
불화수소화 디알킬 시클로 펜타디엔 디보레이트 염 (HYDROFLUORO - DIALKYLCYCLOPENTADIENE DIBORATE SALTS )
소듐 1-메틸-3-과불화헥실-1,3-디보라-2,4-시클로펜타디엔 (Sodium 1-methyl-3-perfluoro-hexyl-1, 3-dibora-2,4- cyclopentadiene)	F(CF₂)₆-_cycle(C₃H₃B₂)^-Na⁺ -CH₃	418	/	<-25	/	C₁₀H₆ F₁₃B₂Na
소듐 1-메틸-3-(1H, 1H-과불화헥실)-1,3-디보라-2,4-시클로펜타디엔 (Sodium 1-methyl-3-(1H, 1H-perfluoro-hexyl)-1, 3-dibora-2,4- cyclopentadiene)	F(CF₂)₅ (CH₂)-_cycle(C₃H₃B₂)^-Na⁺-CH₃	382	/	<-25	/	C₁₀H₈ F₁₁B₂Na
소듐 1-메틸-3-(1H, 1H-과불화헵틸)-1,3-디보라-2,4-시클로펜타디엔 (Sodium 1-methyl-3-(1H, 1H-perfluoro-heptyl)-1, 3-dibora-2,4- cyclopentadiene)	F(CF₂)₆(CH₂)-_cycle(C₃H₃B₂)^-Na⁺-CH₃	432	/	<-25	/	C₁₁H₈ F₁₃B₂Na
소듐 1-메틸-3-(1H, 1H, 2H, 2H-과불화헵틸)-1,3-디보라-2,4-시클로펜타디엔 (Sodium 1-methyl-3-(1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-heptyl)-1, 3-dibora-2,4- cyclopentadiene)	F(CF₂)₅(CH₂)₂-_cycle(C₃H₃B₂)^-Na⁺ -CH₃	394	/	<-25	/	C₁₁H₁₀ F₁₁B₂Na
소듐 1-메틸-3-(1H, 1H, 2H, 2H-과불화옥틸)-1,3-디보라-2,4-시클로펜타디엔 (Sodium 1-methyl-3-(1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro- octyl)-1,3-dibora-2,4-cyclopentadiene)	F(CF₂)₆(CH₂)₂-_cycle(C₃H₃B₂)^-Na⁺ -CH₃	446	/	<-25	/	C₁₂H₁₀ F₁₃B₂Na
소듐 1-메틸-3-(1H, 1H, 2H, 2H, 3H, 3H-과불화옥틸)-1,3-디보라-2,4-시클로펜타디엔 (Sodium 1-methyl-3-(1H, 1H, 2H, 2H, 3H, 3H-perfluoro-octyl)-1, 3-dibora-2,4- cyclopentadiene)	F(CF₂)₅(CH₂)₃-_cycle(C₃H₃B₂)^-Na⁺ -CH₃	396	/	<-25	/	C₁₁H₁₂ F₁₁B₂Na
소듐 1-메틸-3-[2-(2-과불화메톡시에톡시)-과불화에틸]-1,3-디보라-2,4-시클로펜타디엔 (Sodium 1-methyl-3-[2-(2-perfluoro-methoxyethoxy)-perfluoro-ethyl]-1, 3-dibora-2,4- cyclopentadiene)	CF₃ (CF₂CF₂O)₂-_c _ycle(C₃H₃B₂)^- Na⁺-CH₃	398	/	<-25	/	C₉H₆O₂ F₁₁B₂Na

기타 아래에 기재된 이온성 불소화 계면활성제가 사용될 수 있으며, 이때, 각각의 기(group) R1, R2, R3, R4는 다음의 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있다: -((CH₂)₂(CF₂)₅F), -((CH₂)₃(CF₂)₄F), -((CH₂)(CF₂)₅F), -((CH₂)₂(CF₂)₄F), -((CF₂)₅F), -((CH₂(CF₂)₄F), -((CF₂)₆F), -((CF₂)₄F), -((CH₂)(CF₂)₆F), -((CH₂)₂(CF₂)₆F), -((CH₂)₃(CF₂)₅F), -((CH₂)₃(CF₂)₆F), -((CF₂CF₂O)₂CF₃), 및 -CH₃.

실시예 4 : 고온에서 작동하는 직접 접촉 열교환기

도 1은 직접 접촉 열교환기(1)가 고온에서 작동하는 본 발명의 제1구현예를 보여준다. 처리되는 물(2)은, 본 실시예에서는 바닷물인데, 액체펌프(3)에 의하여 압축되어서, 물(2)의 압력이 하부 분배기(distributor)(5)에서의 컬럼(4)의 기압 보다 더 높도록 하였으며, 그에 따라, 물(2)이, 컬럼(4)의 하부 영역(zone)(6)의 전체에 걸쳐서, 균일한 크기의 물 액적으로 분산되도록 하였다. 그리하여, 직접 접촉 열 교환은 영역(6)에서 수행되며, 이때, 영역(6)에는, 가열되면서 상승하는 분산된 물(2)과 냉각되면서 하강하는 연속적인 불소화 상(7)으로 이루어진 향류 영역이 형성된다.

하부 영역(6)의 상부 부분(8)에 도달하면, 물(2)은, 섞이지 않는 소수성 불소화 열 교환 액체(7) 보다 밀도가 낮기 때문에, 자연스럽게 분리되며, 이때, 물(2)에 초기에 용해되어 있던 가스(9)가 방출된다. 뜨거워진 물(2)은 충분히 높은 압력하에 있어서 끓어오르지 않는다.

그 다음, 물(2)을 결정화 유닛(10)으로 이송하므로써, 임의의 역 용해도 염들이 결정화되도록 하고, 또한 그것들이 고체의 형태로 배출되도록 한다. 상기 결정화 유닛(10)의 바닥부는 불소화 열 교환 액체(7)를 포함하는데, 그 위로 염 결정이 퇴적되며, 그에　따라, 상기 침전된 고체의 방출이 용이하게 된다.

상기 결정화 유닛(10)에는 정화 섹션(11)이 결합되어 있다. 정화 섹션(11)에서 생산된 맑은 염수(2)는 제2 분배기(12)로 복귀되고, 맑아진 염수(2)는 컬럼(4)의 상부 영역(13)의 전체에 걸쳐서 균일하게 분산된다. 그 다음, 상승하면서 냉각되는 염수(2)의 분산 상과 하강하면서 가열되는 연속적 불소화 상(7) 사이에서 열 교환이 일어난다. 그에 따라, 컬럼 헤드(14)에서는, 차가워진 맑은 염수(2)가 생산되어서, 탈염 유닛(15)으로 공급되고, 탈염 유닛(15)은 높은 담수 전환율을 갖게 된다.

또한, 직접 접촉 열 교환기(1)에는, 폐쇄루프 내에서 열 교환 액체(7)를 순환시키기 위한 시스템(16)이 구비된다; 열 교환 액체(7)는 차갑고 최대 압력인 상태로 하부 영역(6)의 바닥으로부터 수집되어, 상부 영역(13)의 상단으로 재순환된 후, 컬럼(4)의 단면 전체에 걸쳐서 분배된다. 컬럼(4) 내에서 연속 상으로서 하강하면서 가열되는 불소화 열 교환 액체(7)는, 하부 영역(6)과 상부 영역(13)의 경계에 위치하는 수집기(17)에 도달하며, 수집기(17)는 컬럼(4)에 열을 제공하고 하부 영역(6)의 전체 섹션에 걸쳐서 연속적인 불소화 상을 분배한다.

일 적용예에 있어서, 앞에서 설명한 직접 접촉 교환기가 36 g/liter의 염을 함유하는 10000 m³/day 의 바닷물을 처리하는 경우를 고려하면, 바닷물은, 과불화노난(perfluorononane) 형태(C₉F₂₀ : T_bp = 123 ℃, T_mp = -16 ℃)의 연속적인 불소화 상의 액체(열교환 액체, HEL)와의 직접 접촉에 의하여 25 ℃ 로부터 123 ℃ 까지 변할 수 있다. 실제로 얻은 결과의 요약을, 하부 예열 영역(6) 및 상부 냉각 영역(13) 각각에 대하여, 하기 두 개의 표(표 4 및 표 5)에 제공하였다.

하부 영역 의 높이 ( TTH )	m	2.25
컬럼의 평균 직경	m	2.44
물 액적의 직경	mm	2
바닷물 T_입구/T_출구	℃	25 / 123
바닷물 P_입구/P_출구	Bar abs	2.52 / 2.19
교환기 바닥부 ΔT / 상단부 ΔT	℃	1.0 / 1.04
컬럼 평균 ΔT	℃	2.49
체류 시간	/	17.9%
평균 상대 속도	cm/sec	17.1
계면 면적 (Interface area)	m²/m³	533
표면 열 교환 평균 계수 (Mean coefficient of surface heat exchange)	kW/m²/℃	3.33
부피 열 교환 평균 계수 (Mean coefficient of volume heat exchange)	kW/m³/℃	1774
HEL의 상대 질량 유속 (Relative mass flow rate of HEL)	/	3.217

하부 영역의 높이 (TTH)	m	3.2
컬럼의 평균 직경	m	2.46
물 액적의 직경	mm	2
바닷물 T_입구/T_출구	℃	120 / 30
바닷물 P_입구/P_출구	Bar abs	2 / 1.5
교환기 바닥부 ΔT / 상단부 ΔT	℃	2.9 / 3.9
컬럼 평균 ΔT	℃	1.61
체류 시간	/	18%
평균 상대 속도	cm/sec	22.1
계면 면적(Interface area)	m²/m³	545
표면 열 교환 평균 계수 (Mean coefficient of surface heat exchange)	kW/m²/℃	3.36
부피 열 교환 평균 계수 (Mean coefficient of volume heat exchange)	kW/m³/℃	1830
HEL의 상대 질량 유속 (Relative mass flow rate of HEL)	/	3.217

"TTH (total tangential height)"는, 도 1에서, 직접 접촉 교환 영역(6) 및 직접 접촉 교환 영역(13) 각각의 높이이다.

본 실시예에 있어서, 염수를 전처리하는데 7.3 kWh/염수-m³ 의 열에너지 소비가 필요하였다. 또한, 역 용해도를 갖는 2 내지 5 ton/day 의 염이 배출되어야 했거나, 탈염된 물의 식수화(potabilize) 및 미네랄 재투입(re-mineralize)을 위하여 적어도 부분적으로 재사용되어야 했음을 주목할 필요가 있다.

총체적인 관점에서 볼 때, 탈염 유닛의 전환율을 상승시키는 것은, 처리 유량 및 함수 생성 유량의 감소로 인하여, 탈염 비용에 직접적인 영향을 미친다. 그리하여, 담수 전환율을 50%에서 80%로 상승시킨다는 것은, 처리되는 물의 유량이 35% 만큼 감소될 수 있다는 것과, 관리되어야 하는 함수의 유량이 75% 만큼 감소될 수 있다는 것을 의미하며, 이는, 현존하는 탈염 기술과 앞에서 설명한 본 발명의 유닛을 결합함으로써, 생산되는 담수 입방 미터 당 소요되는 단위 비용이 대략 15% 내지 35% 만큼 저감될 수 있다는 것을 의미한다.

실시예 5: 저온에서 작동하는 직접 접촉 열 교환기

도 2는, 직접 접촉 열 교환기(1)가 저온에서 작동하고 있는 본 발명의 제2 구현예를 보여준다. 처리되는 물(2)은, 여기에서도 바닷물인데, 액체펌프(3)에 의하여 압축되며, 그에 따라, 물(2)의 압력이 하부 분배기(5)에서의 컬럼(4)의 기압 보다 더 높아지게 되고, 그에 따라, 물(2)는 균일한 크기의 물 액적의 형태로 컬럼(4)의 하부 영역(6)의 전체에 걸쳐서 확실하게 분산된다. 그리하여, 직접 접촉 열교환이, 향류 영역(6)에서, 상승하면서 냉각되는 분산된 물(2)과 하강하면서 가열되는 연속적인 불소화 상(7)의 사이에서, 발생한다.

하부 영역(6)의 상부 부분(8)에 도착하면, 물(2)은, 섞이지 않는 불소화 열 교환 액체(7) 보다 밀도가 낮기 때문에, 자연스럽게 분리된다.

그 다음, 차가워진 물(2)은 탈염 유닛(15)으로 이송되어 얼게 되고, 거기에서, 결정화가 발생하고, 처리되는 물의 담수 및 액체 함수(brine)로의 분리가 수행된다.

그 다음, 함수 또는 물(2)로부터 나온 용융된 얼음 결정들은 제2 분배기(12)로 이송되어, 컬럼(4)의 상부 영역(13)의 전체에 걸쳐서 균일하게 분산된다. 그 다음, 상승하면서 가열되는, 물(2)로부터 나온 담수 또는 함수의 분산 상과 하강하면서 냉각되는 연속적인 불소화 상(7)의 사이에서 열교환이 수행된다.

컬럼 헤드(14)에서, 원하는 바에 따라 담수 또는 함수가 상온의 온도로 회수된다.

또한, 직접 접촉 열 교환기(1)에는, 폐쇄루프 내에서 불소화 열교환 액체(7)를 순환시키기 위한 시스템(16)이 구비될 수 있다; 불소화 열교환 액체(7)는 상온 및 최대 압력에서 하부 영역(6)의 바닥에서 수집되어, 상부 영역(13)의 상단으로 재순환된 후, 컬럼(4)의 전체 섹션에 걸쳐서 분배된다. 컬럼(4)에서 연속 상으로서 하강하면서 냉각되는 불소화 열 교환 액체(7)는, 하부 영역(6)과 상부 영역(13)의 경계에 위치하는 수집기(17)에 도달하며, 수집기(17)는 컬럼(4)의 부분 열냉각이 이루어지도록 하고, 연속적인 불소화 상이 하부 컬럼(6)의 전체 섹션에 걸쳐 분배되도록 한다.

실시예 6: 소수성 불소화 액체 및 이온교환 머리를 갖는 이온성 계면활성제를 포함하는 연속적인 불소화 상을 채용하고 고온에서 작동하는 직접 접촉 열 교환기

도 3은 본 발명의 유닛과 방법의 제3 구현예를 도시하는데, 여기서, 직접 접촉 열 및 이온 교환기(1)는 고온에서 작동하며, 소수성 불소화 액체 및 이온교환 머리를 갖는 이온성 계면활성제를 포함하는 연속적인 불소화 상을 채용하고 있다.

열 및 이온 교환기의 작동은, 하기 두가지 차이점을 제외하고는, 실시예 4에서 설명된 것과 동일하다:

- 연속적인 불소화 열 교환 상(7)은 과불화노난(perfluorononane)과 소듐 하이드로플루오로알킬카르복실레이트 형태의 이온성 불소화 계면활성제 2%의 혼합물을 포함하며; 그리고

- 재순환 장치가 폐쇄루프 순환을 위한 시스템(16)으로서 구비되어 있을 뿐만아니라, 탈염 시스템(15)으로부터 나오는 함수(19)의 적어도 일부의 향류를 사용하여 계면활성제를 재생하기 위한 컬럼(20)에도 구비되어 있다.

그리하여, 일단 컬럼(4)에서 이온 교환 반응이 수행되고 나면, 이온교환 머리를 갖는 불소화 액체를 포함하는 연속적인 불소화 상은, 탈염 유닛(15)으로부터 나오는 NaCl-부화 함수를 채용하는 직접 접촉 재생 컬럼(20)으로 배출되어서, 역 이온교환 반응이 수행되도록 한다. 그 다음, 재생된 연속적인 불소화 상은 상부 영역(13)의 상단으로 이송된 후, 컬럼(4)의 전체 섹션에 걸쳐 분배된다.

이러한 제3 구현예가 의미하는 바는, 액체-액체 상(phases)들 사이의 양이온 교환에 의하여, 다가 양이온의 연속적인 추출이 수행될 수 있다는 것이며, 이는 또한, 배출되어야 하는 결정화된 염의 생성을 최소화하면서도, 염수가 효과적으로 연화될 수 있음을 의미한다. 또한, 80 ℃ 보다 높은 온도에서 작동함으로써, 이온교환 동역학(kinetics)이 개선될 수 있을 뿐만아니라, 동시에, 용해된 가스의 탈기 및 유기체의 열파괴(thermal destruction)가 가능하게 된다.

예로서, 하기의 표(표 6)에, 도 3에서 설명된 시스템을 사용한 전처리의 전과 후의 표준적인 바닷물의 조성을 제공한다.

바닷물		미처리	전처리 후
양이온		mg/L	mg/L
	Na⁺	11056	13829
	K⁺	418	418
	Ca² ⁺	418	0
	Sr² ⁺	14	0
	Mg² ⁺	1328	66
음이온
	HCO3^-	148	15
	SO₄ ² ^-	2765	2765
	Cl^-	19811	19811
	Br^-	68	68
	B(OH)₃ ^-	25	25
염도(Salinity)		36065	37012
가스	25℃	mg/kg	mg/kg
	O₂	6.8	0
	CO₂	45	5
	N₂	11.1	0

이러한 시스템으로부터 알 수 있는 바는, 탈염 비용의 총체적인 감소를 위하여, 50% 보다 휠씬 높은 담수 전환율을 갖는 탈염 시스템이 하류공정으로서 사용될 수 있다는 것이다.

실시예 7: 소수성 불소화 액체 및 물의 탈염을 위한 이온교환 머리를 갖는 한 쌍의 이온성 계면활성제를 포함하는 연속적인 불소화 상을 채용하고 고온에서 작동하는 직접 접촉 열 교환기

도 7은, 소수성 불소화 액체로서 하이드로플루오로카본을 포함하고, 양이온성 및 음이온성 계면활성제 한 쌍으로서 하이드로플루오로알킬 암모늄 및 하이드로플루오로알킬 보레이트 염을 포함하는 연속적인 불소화 상을 채용한 전처리 직접 접촉 열 및 이온 교환기(1)가 고온에서 작동하는, 본 발명의 유닛과 방법의 일 구현예를 도시한다.

실시예 7의 열 및 이온 교환기의 작동은 실시예 6에서 설명된 것과 동일하다. 실시예 7의 유닛과 방법은 다음과 같은 추가적인 특징을 포함한다.

이온이 적재되어 있는 연속적인 불소화 상(21)은, 교환기(1)의 하단(5)에 있는 컬럼 바닥부에서 회수된다. 처리된 물(30)은, 교환기(1)의 상단(14)으로부터 회수된다. 탈염 유닛(15)은, 처리된 물(30)을 회수하는 단계 후에, 탈염에 의하여 물(2)을 처리하는 단계를 채용하고 있다.

교환기(1)로부터 회수된 연속적인 불소화 상(21)은, 재생 교환기(20)의 상단(22)으로 도입된다. 재생용 물은 하단(24)으로 가압하에 물 액적의 형태로 도입되어, 상승하는 재생용 물의 액적과 하강하는 회수된 연속적인 불소화 상(21)의 사이에 향류 흐름으로서 이온 교환이, 또는 열 교환 까지도, 수행되도록 한다. 재생용 물은 함수(19)의 일부분(19A) 및/또는 탈염 유닛(15)으로부터 나온 탈염된 물(23)을 포함하며, 이때, 탈염 유닛(15)은, 교환기(1)의 상단(14)으로 회수된 처리된 물(30)을 공급받는다. 함수(19)의 일부분(19B)은 처리되는 물(2)의 일부분을 형성하며, 처리되는 물(2)은 교환기(1)의 하단(5)의 영역에 도입된다. 함수(19)의 일부분(19B)은 하단(5)으로 펌프(27)에 의하여 이송된다.

회수된 연속적인 불소화 상(21)의 이온은, 회수된 연속적인 불소화 상(21)으로부터, 재생용 물(19, 23)쪽으로 교환된다. 이온이 고갈되어 있는 재생된 연속적인 불소화 상(18)은 하단(24)에 수집된 후, 펌프(25)에 의하여 전처리 교환기의 상단(14)으로 도입된다. 그 다음, 그것은 교환기(1)의 하강하는 불소화 연속 상(7)을 구성한다. 이온이 적재된 재생용 물(26)은 재생 교환기(20)의 상단(22)으로부터 회수된다.

실시결과로서, 하기의 표에, 도 7에 설명된 시스템을 사용하여 바닷물을 전처리하기 전(물(2))과 후(물(30))의 표준적인 바닷물의 조성을 제공하였다.

바닷물		미처리	전처리 후
양이온		mg/L	mg/L
	Na⁺	11056	1658
	K⁺	418	12
	Ca² ⁺	418	0
	Sr² ⁺	14	0
	Mg² ⁺	1328	0
음이온
	HCO3^-	148	0
	SO4² ^-	2765	2765
	Cl^-	19811	2571
	Br^-	68	0
	B(OH)₃ ^-	25	0
염도		36065	4242
가스	25℃	mg/kg	mg/kg
	O₂	6.8	0
	CO₂	45	5
	N₂	11.1	0

1 --- 직접 접촉 열교환기; 2 --- 처리되는 물; 3 --- 액체펌프; 4 --- 컬럼; 5 --- 하부 분배기; 6 --- 컬럼의 하부 영역; 7 --- 연속적인 불소화 상; 8 --- 하부 영역의 상부 부분; 9 --- 가스; 10 --- 결정화 유닛; 11 --- 정화 섹션; 12 --- 제2 분배기; 13 --- 컬럼의 상부 영역; 14 --- 컬럼 헤드 ; 15 --- 탈염 유닛; 16 --- 열교환 액체를 순환시키기 위한 시스템; 17 --- 수집기.

Claims

제1 유체와 제2 유체의 직접 접촉에 의한 수 전처리 유닛으로서, 상기 유닛은 상기 제1 유체와 제2 유체 사이의 전달을 수행하도록 구성된 이온 교환기(ion exchanger) 또는 열 및 이온 교환기(heat and ion exchanger)를 포함하고,
상기 제1 유체는 염수 상을 포함하고, 상기 제2 유체는 연속적인 또는 분산된 불소화 상(fluorinated phase)을 포함하고,
상기 불소화 상은 물과 섞이지 않으며 물에 대한 상대 밀도가 1.25 보다 큰 불소화 액체 및 상기 불소화 액체와 상이하고 상기 불소화 액체에 용해된 비이온성 불소화 이온 교환 액체를 포함하고,
상기 불소화 액체는 실험식 C_nH_mF_pN_qO_xS_y를 갖고, 여기서 C, H, F, N, O, S 각각은, 탄소, 수소, 불소, 질소, 산소 및 황 원자를 표시하고;
n 은 3 내지 25의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
m 은 0 내지 27의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
p 는 5 내지 54의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
q 는 0 내지 6의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
x 는 0 내지 10의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
y 는 0 내지 6의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고,
상기 비이온성 불소화 이온 교환 액체는 2,2H-3-옥시-과불화헥산알, 2,2H-3-옥시-과불화옥탄알, 2,2H-3-티오-과불화헥산알, 과불화헥실아민, 과불화헵틸아민, 과불화헥실옥시아민, 과불화부틸-티오에테르아민, 과불화펜틸-티오에테르아민, 과불화부틸에테르 에틸렌 알코올 및 과불화펜틸에테르 에틸렌 알코올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제1항에 있어서, 상기 불소화 상이 이온성 불소화 이온 교환 액체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제2항에 있어서, 상기 이온성 불소화 이온 교환 액체가 1 이하의 실수인 비율 a/b 에 의하여 정의되며, 여기서, a는 상기 이온성 불소화 이온 교환 액체에 함유된 수소 원자의 개수이고 b는 불소 원자의 개수인 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제1항에 있어서, 상기 실험식 C_nH_mF_pN_qO_xS_y에서,
n 은 3 내지 12의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
m 은 0 내지 20의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
p 는 5 내지 27의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
q 는 0 내지 3의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
x 는 0 내지 7의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
y 는 0 내지 3의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수인 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제1항에 있어서, 상기 물과 섞이지 않는 불소화 액체가 1 이하의 실수인 m/p 비율에 의하여 정의되며, 여기서, m은 상기 물과 섞이지 않는 불소화 액체의 분자에 함유된 수소 원자의 개수이고 p는 불소 원자의 개수인 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제1항에 있어서, 상기 물과 섞이지 않는 불소화 액체가 과불화탄소(PFC) 또는 그 유도체인 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제5항에 있어서, 상기 물과 섞이지 않는 불소화 액체가 불화수소화탄소(HFC) 또는 그 유도체이고, 상기 m/p 비율이 0 초과 1 이하의 실수인 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제7항에 있어서, 상기 유도체가 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제1항에 있어서, 상기 유닛이 상기 열 및 이온 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제9항에 있어서, 상기 비이온성 불소화 이온 교환 액체가 1 이하의 실수인 e/f 비율에 의하여 정의되며, 여기서, e는 상기 비이온성 불소화 이온 교환 액체의 분자에 함유된 수소 원자의 개수이고 f는 불소 원자의 개수인 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제9항에 있어서, 상기 불소화 상이 연속적인 형태인 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제11항에 있어서, 상기 열 및 이온 교환기가 처리되는 물을 냉각시키기 위한 냉각 부분; 및 처리되는 물을 가열하기 위한 가열 부분;의 두 부분으로 이루어지며, 상기 가열 부분에서 냉각되는 상기 불소화 연속상이 상기 냉각 부분에서 가열되는 상기 불소화 연속 상으로서 재사용되는 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제12항에 있어서, 상기 냉각 부분과 상기 가열 부분의 경계에 위치하는 결정화 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
제1항에 있어서, 연속적인 불소화 상을 갖고 있으며, 여기서 상기 이온 교환기 또는 열 및 이온 교환기는 상기 연속적인 불소화 상을 재순환하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수 전처리 유닛.
전처리 유닛을 채용하는 염수 전처리 방법으로서,
상기 유닛은 물과 섞이지 않으며 물에 대한 상대 밀도가 1.25 보다 큰 불소화 액체를 포함하는 연속적 또는 분산된 불소화 상을 갖는 이온 교환기를 포함하고,
상기 방법은
상기 교환기의 상단에 불소화 상을 도입하고, 상기 교환기의 하단에 염수를 도입하여, 상승하는 염수와 하강하는 불소화 상의 사이에서 향류 이온 교환을 수행하는 단계; 및
전처리된 물을 회수하는 단계를 포함하는 염수 전처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 불소화 상을 연속적인 형태로 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 염수는 분산된 형태로 도입되는 것을 특징으로 하는 염수 전처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 불소화 상을 분산된 형태로 도입하는 단계를 더 포함하며, 상기 염수는 연속적인 형태로 도입되는 것을 특징으로 하는 염수 전처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 방법이 이온 교환기를 포함하는 전처리 유닛을 채용하며,
전처리 교환기로 호칭되는 제1 교환기의 하단에서 얻은 불소화 상을 회수하는 단계;
회수된 불소화 상을, 상기 전처리 유닛의, 재생 교환기로 호칭되는 제2 교환기의 상단에 도입하는 단계;
상기 재생 교환기의 하단에 재생용 물을 도입함으로써, 상승하는 재생용 물과 하강하는 회수된 불소화 상 사이에 향류 이온 교환을 수행하는 단계;
재생된 불소화 상을 회수하는 단계; 및
재생된 불소화 상을 상기 전처리 교환기의 상부 부분에 도입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 전처리 방법.
제15항에 따른 염수 전처리 방법을 포함하며, 전처리된 물을 회수하는 단계 후에 탈염에 의한 처리 단계를 더 포함하는 염수 처리 방법.
제19항에 있어서, 상기 방법이 상기 전처리 방법을 포함하고,
전처리 교환기로 호칭되는 제1 교환기의 하단에서 얻은 불소화 상을 회수하는 단계;
회수된 불소화 상을, 상기 전처리 유닛의, 재생 교환기로 호칭되는 제2 교환기의 상단에 도입하는 단계;
상기 재생 교환기의 하단에 재생용 물을 도입함으로써, 상승하는 재생용 물과 하강하는 회수된 불소화 상 사이에 향류 이온 교환을 수행하는 단계;
재생된 불소화 상을 회수하는 단계; 및
재생된 불소화 상을 상기 전처리 교환기의 상부 부분에 도입하는 단계;를 더 포함하고, 상기 재생용 물은 상기 처리 단계 동안 탈염된 상기 물의 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 불소화 상이 불소화 이온 교환 액체를 더 포함하는 염수 전처리 방법.
제21항에 있어서, 상기 불소화 이온 교환 액체가 불소화 양이온 교환 액체 및/또는 불소화 음이온 교환 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 전처리 방법.
제22항에 있어서, 상기 불소화 음이온 교환 액체가, 질소, 인, 산소 및/또는 황 헤테로원자를 포함하는 양이온성 극성머리(polar head)를 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 전처리 방법.
제22항에 있어서, 상기 불소화 양이온 교환 액체가, 붕소, 알루미늄, 산소 및/또는 황 헤테로원자를 포함하는 음이온성 극성머리를 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 전처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 불소화 상의 물과 섞이지 않는 불소화 액체가 실험식 C_nH_mF_pN_qO_xS_y를 갖는 화합물이고, 여기서,
C, H, F, N, O, S 각각은, 탄소, 수소, 불소, 질소, 산소 및 황 원자를 표시하고;
n 은 3 내지 25의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
m 은 0 내지 27의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
p 는 5 내지 54의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
q 는 0 내지 6의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
x 는 0 내지 10의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수이고;
y 는 0 내지 6의, 양 경계를 포함하는 범위의 정수인, 염수 전처리 방법.
제15항에 있어서, 연속적인 불소화 상을 갖고 있으며, 여기서 상기 교환기는 상기 연속적인 불소화 상을 재순환하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 전처리 방법.
제21항에 있어서, 상기 불소화 이온 교환 액체는 과불화 알데하이드, 불화수소화 알데하이드, 불화수소화 에테르알데하이드, 불화수소화 티오에테르알데하이드, 과불화 알킬아민, 불화수소화 알킬아민, 과불화 알킬에테르아민, 불화수소화 알킬에테르아민, 과불화 알킬티오에테르아민, 과불화 알킬 에틸렌 알코올, 크라운 과불화디알킬에테르 및 크라운 불화수소화 디알킬에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 염수 전처리 방법.
제21항에 있어서, 상기 불소화 이온 교환 액체는 불화수소화 디알킬 암모늄염, 불화수소화 알킬이미다졸리움 염, 불화수소화 알킬보레이트 염 및 불화수소화 디알킬 시클로 펜타디엔 디보레이트 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 염수 전처리 방법.
제15항에 있어서, 절대 압력 1 내지 15 bar의 범위의, 미리 결정된 압력에서 물을 압축시키는 단계를 더 포함하는 염수 전처리 방법.
제18항에 있어서, 전처리 교환기에서, 이온이 처리되는 염수로부터 불소화상으로 교환될 수 있고, 이에 따라 전처리된 물은, 이온이 처리되는 염수로부터 불소화상으로 교환되거나 추출됨으로써, 연화 및/또는 탈염되는 염수 전처리 방법.
제18항에 있어서, 재생 교환기에서, 이온이 불소화상으로부터 재생용 물로 교환될 수 있고, 이에 따라 상기 불소화 상은 이온이 고갈된 상태가 되고, 염수의 전처리를 위한 불소화상으로 재사용될 수 있는 염수 전처리 방법.