KR20070066137A - System for desalination by producing gas-hydrate or clathrate in gas phase and method thereof - Google Patents

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KR20070066137A
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Abstract

A noble seawater desalinating system and a noble seawater desalinating method that can efficiently separate components such as salt and contaminants in a gas phase gas-hydrate reactor for forming a mixture of seawater and gas, and can recycle the recovered heat value in a gas/liquid separation process by recovering heat value generated in a gas-hydrate production process are provided. A system for desalination of seawater by producing gas-hydrate in gas phase comprises: a gas-hydrate reactor(100) comprising seawater sprays(101) for spraying small particles of seawater into a gas layer, an ultrasonic vibration generator(102) for spraying non-reacted seawater again to convert the seawater into particles, a spray path(103) for moving the seawater particles into the gas layer, a heat exchanger(104) for absorbing heat of reaction of gas-hydrate by seawater, and gas ejectors(105) for uniformly diffusing gas into a concentrated seawater layer; a gas-hydrate separator(200) comprising a screw conveyor(201) for separating concentrated seawater from the gas-hydrate, a porous cylinder(202) through which the separated concentrated seawater flows, a concentrated seawater tank(203) for provisionally storing the concentrated seawater, and a scraper(204) for separating gas-hydrate compressed by the screw conveyor from the screw conveyor; and a gas-hydrate dissociation drum(300) in which a heat exchanger(301) and a baffle(302) are installed to separate gas and water from the gas-hydrate efficiently.

Description

기상에서 가스 수화물을 생성하여 해수를 담수화하는 시스템 및 그 담수화 방법 {System for Desalination by Producing Gas-Hydrate or Clathrate in Gas Phase and Method thereof}System for Desalination by Producing Gas-Hydrate or Clathrate in Gas Phase and Method etc.

제1도는 본 발명에 따른 기상에서 가스 수화물을 생성하여 해수를 담수화하기 위한 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.1 is a schematic block diagram showing a system for desalination of seawater by producing gas hydrate in a gas phase according to the present invention.

제2도는 프로판 가스를 사용하여 해수의 가스 수화물을 생성하여 담수화하는 본 발명의 한 실시예에 따른 물질 수지를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a material resin according to an embodiment of the present invention for generating and desalination of gas hydrate of seawater using propane gas.

제3도는 메탄 가스를 사용하여 해수의 가스 수화물을 생성하여 담수화하는 본 발명의 한 실시예에 따른 물질 수지를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a material resin according to an embodiment of the present invention for generating and desalination of gas hydrate of seawater using methane gas.

제4도는 이산화탄소 기체를 사용하여 해수의 가스 수화물을 생성하여 담수화하는 본 발명의 한 실시예에 따른 물질 수지를 나타내는 도면이다.4 is a view showing a material resin according to an embodiment of the present invention for generating and desalination of gas hydrate of seawater using carbon dioxide gas.

*도면의 주요부호에 대한 간단한 설명** Brief description of the major symbols in the drawings *

1, 2, 3, 9, 10, 11, 12, 13 : 파이프1, 2, 3, 9, 10, 11, 12, 13: pipe

4, 5, 6, 7, 8 : 물질 이동 방향4, 5, 6, 7, 8: direction of mass movement

100 : 가스 수화물 반응조 101: 해수 분무장치(spray) 100 : gas hydrate reactor 101: sea water spray (spray)

102: 초음파 진동 발생장치 103: 분무로102: ultrasonic vibration generator 103: spray furnace

104: 열교환기 105: 가스 분사장치(sparger) 104: heat exchanger 105: gas sparger

150: 슬라이드 밸브(slide valve) 150: slide valve

200 : 가스수화물 분리장치 201:스크류 컨베이어(screw conveyor) 200 : gas carb separator 201: screw conveyor (screw conveyor)

202: 다공성 실린더(porous cylinder) 203: 스크레이퍼(scraper) 202: porous cylinder 203: scraper

300 : 가스 수화물 분해조(dissociation drum) 300 : gas hydrate dissociation tank

301: 열교환기 302: 배플(baffle)301: heat exchanger 302: baffle

303: 가스 압축기(compressor)303: gas compressor

발명의 분야Field of invention

본 발명은 가스 수화물을 생성하여 해수를 담수화하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 액체 분무장치를 통하여 작은 입자의 해수에 가스를 혼합하여 기상에서 가스 수화물을 생성한 후 미반응된 농축해수를 초음파를 이용하여 분무상태로 만든 다음 가스와 재접촉시켜 가스 수화물을 생성시킨 후 최종 농축해수와 가스 수화물 및 가스를 분리함으로써 해수를 담수화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 가스 수화물을 생성하여 해수를 담수화하는 시스템도 포함한다. The present invention relates to a method for desalination of seawater by producing gas hydrates. More specifically, the present invention mixes the gas to the small particles of seawater through the liquid spray device to produce gas hydrate in the gaseous phase and then make the unreacted concentrated seawater spray by ultrasonic wave and then re-contact with the gas hydrate The present invention relates to a method for desalination of seawater by separating the final concentrated seawater and gas hydrate and gas. The present invention also includes a system for producing gas hydrates to desalination of seawater.

발명의 배경Background of the Invention

해수는 염분을 비롯하여 각종 미네랄 성분을 함유하고 있기 때문에 이들 성분을 이용하고자 하는 경우에 또는 음용수로서의 담수를 얻고자 하는 경우에 염분 등을 분리하는 담수화 과정을 거쳐야 한다. 해수를 담수화시키는 방법들은 이제까지 여러 가지가 제시되어 왔고 실제로 담수화 설비가 설치되어 운전되고 있는 실정이다. Since seawater contains various mineral components including salt, it is necessary to go through a desalination process to separate salts in order to use these components or to obtain fresh water as drinking water. Various methods of desalination of seawater have been proposed so far, and desalination facilities are installed and operated.

가장 오래된 담수화 방법으로는 물의 상 변화를 이용한 증류법과 농도차를 역이용한 역삼투압법이 있다. 증류법에서는 물이 상 변화를 하기 위해서 다른 물질들보다 많은 양의 열원을 필요로 하기 때문에 많은 에너지가 소비된다. 따라서 증류법에 의한 담수화 방법은 경제성이 없는 방법이지만 에너지 과잉 국가들인 중동지역에서 주로 이용되고 있다. 역삼투압법에 의한 해수의 담수화 방법도 해수를 사전 처리해야 하고 높은 운전 압력이 필요하기 때문에 부가적인 설비가 많아지게 된다. 따라서 이 방법도 경제성에 있어서 증류법보다는 한 단계 앞선다고 볼 수 있으나 그 한계가 드러나고 있다. 이들 두 방법 외에 최근에 개발되고 있는 방법으로 가스 수화물 과정을 통한 담수화 방법이 있다. 이 방법은 담수화하고자 하는 해수에 수화물을 형성할 수 있는 기체를 혼합시켜 가스 수화물을 생성시킨 후, 다시 가스와 물을 분리시킴으로써 궁극적으로 해수를 담수화하고 해수에 함유되어 있던 염분 등의 응축물을 분리하는 방법이다.The oldest desalination methods include distillation using water phase change and reverse osmosis using reverse concentration. Distillation consumes a lot of energy because water requires a larger amount of heat source than other materials for phase change. Therefore, the desalination method by distillation method is economical but is mainly used in the Middle East, which is an energy surplus country. Desalination of seawater by reverse osmosis also requires additional treatment because seawater needs to be pretreated and high operating pressure is required. Therefore, this method can be seen as one step ahead of the distillation method in economics, but its limitations are revealed. In addition to these two methods, a recently developed method is a desalination method through a gas hydrate process. This method produces gas hydrates by mixing a gas capable of forming a hydrate with seawater to be desalted, and then separates gas and water, ultimately desalting seawater and separating condensates such as salts contained in the seawater. That's how.

가스 수화물 과정을 통한 하나의 담수화 방법이 미국특허 제6,158,239호에 개시되어 있다. 이 방법은 메탄 가스와 같은 탄화수소 가스를 오염수 또는 해수에 주입하여 가스 수화물을 생성한 후, 다시 가스와 물을 분리시켜 오염수를 정화하거나 해수를 담수화하는 방법에 관한 것이다.One desalination method through a gas hydrate process is disclosed in US Pat. No. 6,158,239. This method relates to a method of injecting hydrocarbon gas such as methane gas into contaminated water or seawater to generate gas hydrate, and then separating gas and water to purify contaminated water or desalination of seawater.

가스 수화물 과정을 통한 또다른 담수화 방법이 미국특허 제6,562,234호에 개시되어 있다. 이 방법은 가스를 오염수 또는 해수에 주입하여 가스 수화물을 생성한 후, 다시 가스와 물을 분리시켜 냉각수를 얻을 수 있는 오염수의 정화 방법 및 해수의 담수화 방법에 관한 것이다.Another desalination method through a gas hydrate process is disclosed in US Pat. No. 6,562,234. This method relates to a method of purifying contaminated water and a method of desalination of seawater that can inject gas into contaminated water or seawater to generate gas hydrates, and then separate gas and water to obtain cooling water.

본 발명자는 가스 수화물을 생성하여 해수를 담수화하는 시스템을 개발하여 특허출원 제2005-36013호(2005. 4. 29 출원)로 이미 특허출원한 바 있다. 이 특허출원 발명은 액상에서 가스 수화물을 생성하여 해수를 담수화하는 시스템으로, 액상보다는 기상에서 가스수화물을 생성할 수 있다면 수율이 매우 높을 것이라는 점에 착안하여 본 발명의 시스템을 개발하기에 이른 것이다. The present inventor has developed a system for desalination of seawater by generating gas hydrate and has already filed a patent application as a patent application No. 2005-36013 (filed on Apr. 29, 2005). This patent application is a system for desalination of seawater by producing gas hydrates in a liquid phase, and it has been developed to develop the system of the present invention, considering that the yield will be very high if gas hydrates can be generated in the gas phase rather than the liquid phase.

본 발명자는 종래의 가스 수화물 과정을 통한 담수화 방법을 획기적으로 개선하여 기상상태에서 해수 액체입자와 가스가 반응하여 가스 수화물를 형성하고, 미반응된 해수를 다시 초음파를 이용하여 작은 입자로 만든 다음 가스와 반응시켜 가스 수화물을 생성토록 하고, 다공성 실린더와 스크류 컨베이어를 이용하여 가스 수화물과 농축 해수를 효과적으로 분리하고, 가스 수화물의 흡수 분해열을 이용하여 해수를 냉각시키고 가스와 담수의 분리를 용이하도록 하고 분리된 가스는 압축하여 재사용할 수 있는 새로운 담수화 시스템을 개발하기에 이른 것이다.The present inventors have remarkably improved the desalination method through the conventional gas hydrate process to form gas hydrate by reacting seawater liquid particles and gas in the gaseous state, and making unreacted seawater into small particles using ultrasonic waves, and then React to produce gas hydrates, and effectively separate gas hydrates and concentrated seawater using porous cylinders and screw conveyors, and use the heat of absorption and decomposition of gas hydrates to cool seawater and facilitate separation of gas and fresh water. The company is beginning to develop a new desalination system that can be compressed and reused.

본 발명의 목적은 가스 수화물 과정을 통하여 해수를 담수화하는 방법에 있어서 해수와 가스의 수화물이 기상에서 형성되는 시스템을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a system in which hydrates of seawater and gas are formed in the gas phase in a method of desalination of seawater through a gas hydrate process.

본 발명의 다른 목적은 해수와 가스의 수화물이 기상에서 형성되는 기상 반응시스템과 수화물과 농축해수를 분리하는 분리 시스템에서 염분이나 오염물질 등과 같은 성분을 효율적으로 분리하고 가스 수화물의 흡수 분해열을 열교환을 통하여 해수로부터 공급받아 분리가 용이하도록 하는 새로운 담수화 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다. It is another object of the present invention to efficiently separate components such as salts or contaminants in a gas phase reaction system in which sea water and gas hydrates are formed in the gas phase and a separation system for separating hydrates and concentrated sea water, It is to provide a new desalination system and method for facilitating separation from seawater.

본 발명의 또다른 목적은 기상에서 가스 수화물을 생성함으로써 가스 수화물 생성 효율을 극대화하여 이 과정에서 발생하는 담수의 회수율을 극대화하고 기계적 분리과정을 통하여 분리 과정을 단순화하고 그 효율을 극대화할 수 있는 새로운 담수화 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to maximize the efficiency of gas hydrate generation by generating gas hydrate in the gas phase to maximize the recovery rate of fresh water generated in this process, and to simplify the separation process and maximize the efficiency through the mechanical separation process. It is to provide a desalination system and method thereof.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 담수화 시스템은 기상에서 가스와 해수의 효율적 접촉을 위하여 반응조 상부에 설치하여 해수를 가스층에 작은 입자로 분무하는 해수 분무 장치 (101), 미반응된 해수를 재분무하여 입자화 하기 위한 초음파 진동 발생장치(102), 입자화된 해수를 가스층으로 이동하기 위한 분무로(103), 가스 수화물의 반응열을 흡수하기 위하여 분무로의 외부쪽에 설치되는 해수가 흐르는 열교환기(104), 및 농축해수와 가스의 효과적 접촉과 확산을 위하여 가스를 농축 해수층에 고르게 확산시키기 위하여 반응조 하부에 설치되는 가스 분사 장치(105)를 포함하는 가스 수화물 반응조(100); 상기 반응조에서 생성된 가스 수화물과 농축해수를 분리하기 위한 스크류 컨베이어(201), 상기 분리된 농축해수가 통과하는 다공성 실린더(202), 상기 다공성 실린더를 통과한 농축해수가 일시적으로 저장되는 농축해수조(203), 및 상기 스크류 콘베이어에 의하여 압축된 가스 수화물을 스크류 컨베이어로부터 분리하기 위한 스크레이퍼(204)를 포함하는 가스 수화물 분리장치(200); 그리고 내부에 열교환기(301)와 배플(302)이 설치되어 가스 수화물로부터 가스와 물을 효율적으로 분리하기 위한 가스 수화물 분해조(300)로 구성된다. The desalination system of the present invention is installed in the upper part of the reaction tank for efficient contact between the gas and seawater in the gas phase seawater spraying device 101 for spraying seawater with small particles in the gas layer, ultrasonic waves for re-spraying unreacted seawater Vibration generating device 102, spraying furnace 103 for moving the granulated seawater to the gas layer, heat exchanger 104 flowing seawater installed on the outside of the spraying furnace to absorb the reaction heat of the gas hydrate, and concentrated seawater A gas hydrate reactor (100) including a gas injection device (105) disposed below the reactor for dispersing the gas evenly into the concentrated seawater layer for effective contacting and diffusion of the gas; Screw conveyor 201 for separating gas hydrate and concentrated seawater generated in the reaction tank, porous cylinder 202 through which the separated concentrated seawater passes, and concentrated seawater tank for temporarily storing concentrated seawater passing through the porous cylinder 203, and a gas hydrate separator comprising a scraper 204 for separating the gas hydrate compressed by the screw conveyor from the screw conveyor; In addition, a heat exchanger 301 and a baffle 302 are installed inside the gas hydrate decomposition tank 300 for efficiently separating gas and water from the gas hydrate.

상기 가스 수화물 분해조(300)에서 분리된 가스는 가스 압축기(303)에 의하여 압축되어 가스 수화물 반응조(100)에 재공급된다.The gas separated from the gas hydrate decomposition tank 300 is compressed by the gas compressor 303 and resupplied to the gas hydrate reaction tank 100.

가스 수화물 반응조(100)로부터 가스 수화물 분리장치(200)로 유입되는 가스 수화물과 농축해수의 유량을 조절하기 위하여 슬라이드 밸브(150)가 설치된다.A slide valve 150 is installed to adjust the flow rates of the gas hydrate and the concentrated seawater flowing from the gas hydrate reactor 100 to the gas hydrate separator 200.

본 발명의 가스 수화물 반응조(100) 내에 설치되는 해수 분무장치(101)는 해수를 작은 입자로 만들어 기상 반응 내에 존재하는 가스층에 분사하여 기-액 접촉면을 최대로 하여 짧은 시간 내에 가스 수화물 형성을 극대화하는 것을 그 특징으로 한다.The seawater spray device 101 installed in the gas hydrate reaction tank 100 of the present invention makes the seawater into small particles and sprays the gas layer present in the gas phase reaction to maximize the gas-liquid contact surface to maximize gas hydrate formation in a short time. It is characterized by that.

상기 가스 수화물 반응조에서 생성된 가스 수화물과 미반응 농축 해수는 반응조 하부에 모이고 초음파 진동 발생장치(103)를 이용하여 미반응된 해수의 액을 작은 입자로 만들어 분무로(102)를 통하여 가스 수화물 반응조의 가스층으로 분무하여 기-액 접촉면을 최대로 하여 짧은 시간 내에 가스 수화물 형성을 극대화 한다.The gas hydrate and the unreacted concentrated seawater generated in the gas hydrate reaction tank are collected in the lower part of the reactor, and the ultrasonic hydrate generator 103 makes the liquid of the unreacted seawater into small particles to make the gas hydrate reactor through the spray furnace 102. Spray into the gas layer to maximize the gas-liquid contact surface to maximize gas hydrate formation in a short time.

본 발명에 따른 해수의 담수화 방법은 반응조 하부의 가스 수화물과 농축해수는 슬라이드 밸브(150)를 통하여 고-액 분리 장치인 스크류 컨베이어(201)로 이송되고, 액체는 스크류 압력으로 다공성 실린더(202)를 통과하여 농축 해수조(203)로 유입되어 방출되고, 가스 수화물은 스크류 압력으로 이송되어 스크류 컨베이어 말단에 설치되어 있는 스크레이퍼(204)에 의해 제거되어 내부에 열교환기가 설치된 가스 수화물 분해조(300)로 이송되어 자연적으로 액화되어 담수가 되고, 가스는 가스 압축기(303)를 거쳐 반응조(100) 내에 설치된 가스 분사장치(105)를 통하여 반응기 내부로 공급되는 단계로 이루어진다.In the desalination method of the seawater according to the present invention, the gas hydrate and the concentrated seawater at the bottom of the reaction tank are transferred to the screw conveyor 201 which is a solid-liquid separation device through the slide valve 150, and the liquid is screwed in the porous cylinder 202. The gas hydrate decomposing tank 300 is introduced into the concentrated seawater tank 203 and discharged, and the gas hydrate is transferred to the screw pressure and removed by the scraper 204 installed at the end of the screw conveyor. The liquid is naturally liquefied to be fresh water, and the gas is supplied into the reactor through the gas injector 105 installed in the reactor 100 through the gas compressor 303.

이하 본 발명의 내용을 첨부된 도면을 참조로 하여 하기에 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the contents of the present invention will be described in detail.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명Detailed Description of the Invention

본 발명은 입자화된 해수에 가스를 혼합하여 기상에서 가스 수화물을 생성한 후 다시 액상인 물과 기상인 가스를 분리함으로써 해수를 효율적으로 담수화하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a method and system for efficiently desalination of seawater by mixing gas into granulated seawater to generate gas hydrates in the gas phase, and then separating the liquid water and gaseous gas.

제1도는 본 발명에 따른 시상에서 가스 수화물을 생성하여 해수를 담수화하 기 위한 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.1 is a schematic block diagram showing a system for desalination of seawater by generating gas hydrates in the thalamus according to the present invention.

본 발명에 따른 해수의 담수화 시스템은 제1도에 도시된 바와 같이 수직으로 설치된 가스 수화물 반응조(100), 수평으로 설치되는 고-액 분리장치인 스크류 컨베이어(201)를 포함하는 가스 수화물 분리 장치(200), 그리고 가스 수화물로부터 가스와 담수를 분리하는 가스-수화물 분해조(300)로 구성된다. 상기 반응조 및 수화물 분해조의 직경이나 높이와 같은 용량은 해수의 처리 용량에 따라 결정될 수 있으며, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. The desalination system of seawater according to the present invention is a gas hydrate separation apparatus including a gas hydrate reaction tank 100 installed vertically as shown in FIG. 1, and a screw conveyor 201 which is a horizontally installed solid-liquid separator ( 200, and a gas-hydrate decomposition tank 300 that separates gas and fresh water from the gas hydrate. Capacity such as diameter or height of the reaction tank and the hydrate decomposition tank may be determined according to the treatment capacity of the sea water, which can be easily carried out by those skilled in the art.

우선 처리하고자 하는 해수를 파이프(1)를 통하여 가스 수화물 반응조(100) 내부에 설치된 열교환기(104)를 통과시켜 가스 수화물 반응시 발생하는 반응열을 흡수하여 반응조 내부의 온도를 일정하게 유지하게 하고 열을 흡수한 해수는 파이프(2)를 통하여 가스 수화물 분해조(300) 내부에 설치된 열교환기(301)를 지나면서 가스-수화물 분해시 필요한 열을 공급하고 해수 초기온도로 되돌아온다. 이 해수는 파이프(3)를 통하여 해수 분무장치(101)에 의하여 작은 액체 입자로 만들어져 가스 수화물 반응조(100) 내의 가스로 가득찬 기상층에 분무된다. 분무된 액체 입자의 일부는 가스와 반응하여 가스 수화물을 형성하고 일부는 이동 방향(4)을 따라 그대로 반응조 하부에 모인다. First, the seawater to be treated is passed through a heat exchanger 104 installed inside the gas hydrate reaction tank 100 through the pipe 1 to absorb the heat of reaction generated during the gas hydrate reaction to maintain a constant temperature inside the reaction tank and heat The absorbed sea water passes through a heat exchanger 301 installed inside the gas hydrate decomposition tank 300 through the pipe 2, and supplies heat necessary for gas-hydrate decomposition and returns to the initial temperature of sea water. This seawater is made into small liquid particles by the seawater spray device 101 through the pipe 3 and sprayed into the gas phase layer filled with the gas in the gas hydrate reactor 100. Some of the sprayed liquid particles react with the gas to form gas hydrates and some are collected in the lower part of the reactor as it is along the direction of travel (4).

반응조 하부에 모인 액체중 일부는 담수화의 회수율을 높이기 위하여 초음파 진동 생성장치(102)를 이용하여 액체 입자를 발생시켜 이동 방향(5)을 따라 분무로(103)를 통하여 가스층으로 유입시킨다. 분무된 액체 입자는 가스와 반응하여 가스 수화물을 형성하는 과정을 거친다. 분무로는 깔대기를 뒤집어 놓은 형상으로 그 상부에는 우산 모양의 커버가 고정되어 있어서 액체 입자가 가스층으로 용이하게 이동할 수 있는 구조를 가지며, 이러한 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. Some of the liquid collected in the lower part of the reactor generates liquid particles by using the ultrasonic vibration generating device 102 to increase the recovery rate of desalination and flows into the gas layer through the spray path 103 along the moving direction 5. The sprayed liquid particles are reacted with the gas to form gas hydrates. The spray furnace has a structure in which the funnel is upside down, and an umbrella-shaped cover is fixed on the upper portion thereof to allow the liquid particles to easily move into the gas layer, and such a structure has a general knowledge in the art to which the present invention pertains. It can be easily carried out by.

가스 수화물 형성 반응은 발열반응으로 이 때 발생하는 열은 가스 수화물 반응조(100) 내부에 설치된 열교환기(104)를 통과하는 초기 해수에 의해 제거되어 온도 상승으로 인한 가스 수화물 형성반응이 저해받지 않도록 한다. The gas hydrate formation reaction is an exothermic reaction, and heat generated at this time is removed by initial seawater passing through the heat exchanger 104 installed inside the gas hydrate reaction tank 100 so that the gas hydrate formation reaction is not inhibited due to the temperature rise. .

고-액 분리장치인 스크류 컨베이어(201)에는 가스 수화물과 농축해수 혼합물이 이동 방향(6)을 따라 슬라이드 밸브(150)를 통하여 유입되고, 스크류 컨베이어는 기계적 회전에 의한 압력으로 가스 수화물과 농축 해수를 압축하며, 농축 해수는 스크류 컨베이어를 둘러싸고 있는 다공성 실린더(109)를 통하여 이동 방향(7)으로 외부로 빠져 나가 농축해수조(203)에 일시적으로 저장된다. 농축해수조(203)에 일시적으로 저장된 농축해수는 파이프(11)를 따라 배출되어 재활용된다. 스크류 컨베이어 내부에 남아 있는 가스 수화물은 스크류 컨베이어 말단에 설치된 스크래퍼(204)에 의해서 분리되어 이동 방향(8)을 따라 가스 수화물 분해조(300)으로 이동된다.In the screw conveyor 201, which is a solid-liquid separator, a gas hydrate and concentrated seawater mixture is introduced through the slide valve 150 along the direction of movement 6, and the screw conveyor is a gas hydrate and concentrated seawater under pressure by mechanical rotation. The concentrated seawater is temporarily stored in the concentrated seawater tank 203 through the porous cylinder 109 surrounding the screw conveyor to the outside in the movement direction 7. The concentrated seawater temporarily stored in the concentrated seawater tank 203 is discharged along the pipe 11 and recycled. The gas hydrate remaining inside the screw conveyor is separated by the scraper 204 installed at the screw conveyor end and moved to the gas hydrate decomposition tank 300 along the moving direction 8.

가스 수화물 분해조(300)에서는 압력을 상기 장치들보다 낮게 운전하여 자연적으로 가스 수화물이 가스와 물로 분해되도록 한다. 가스 수화물 분해조(300) 내부에는 열교환기(301)가 설치되어 있어 가스 수화물 반응조에서 가열된 초기 해수가 파이프(2)를 따라 통과하면서 가스 수화물 분해시 흡열반응에 필요한 열을 공급 토록 하고 해수 자체는 냉각되어 파이프(3)를 따라 해수분무장치(101)로 공급된다. In the gas hydrate decomposition tank 300, the pressure is operated lower than those of the apparatuses so that the gas hydrate is naturally decomposed into gas and water. The heat exchanger 301 is installed inside the gas hydrate decomposition tank 300 so that the initial seawater heated in the gas hydrate reaction tank passes along the pipe 2 to supply heat for the endothermic reaction during gas hydrate decomposition and the sea water itself. Is cooled and supplied to the seawater spraying device 101 along the pipe 3.

물과 분리된 가스는 파이프(9)를 따라 가스 압축기(303)를 이용하여 가스 수화물 형성에 필요한 압력으로 압축한 후 파이프(10)를 따라 가스 수화물 반응조(100)에 하부에 설치된 가스 분사장치(105)를 통하여 공급되도록 한다. 가스와 분리된 순수한 물은 가스 수화물 분해조(300) 내부에 설치된 배플(baffle)(302)을 넘어 파이프(12)를 통하여 외부로 배출된다.The gas separated from the water is compressed using a gas compressor 303 along the pipe 9 to a pressure required for gas hydrate formation, and then a gas injector installed below the gas hydrate reactor 100 along the pipe 10. Through 105). Pure water separated from the gas is discharged to the outside through the pipe 12 beyond the baffle 302 installed in the gas hydrate decomposition tank 300.

반응조(100) 내부의 압력을 조절하기 위하여 자동밸브(20)가 설치된 파이프(13)가 그 상부에 구비될 수 있다. In order to control the pressure in the reactor 100, a pipe 13 in which the automatic valve 20 is installed may be provided at an upper portion thereof.

본 발명에서 가스 수화물을 생성하기 위하여 사용되는 가스로는 메탄, 프로판 등과 같은 탄화수소 가스를 비롯하여 이산화탄소와 같은 기체가 있다. 가스 수화물(gas hydrate) 또는 클라스레이트(clathrate)를 형성하기 위한 가스는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. Gases used to generate gas hydrates in the present invention include hydrocarbon gases such as methane, propane and the like, and gases such as carbon dioxide. Gases for forming gas hydrates or clathrates can be readily carried out by those skilled in the art.

가스 수화물 생성에 사용되는 가스에는 100여 종 이상의 대기 조건에서 가스 상태인 가스가 알려져 있으며 가스 종류에 따라 다른 결정 구조를 가지는 것으로 알려져 있다. 또한 가스 종류에 따라 가스 수화물이 형성되는 온도 및 압력 조건이 다양하며 그에 따라 형성 물질 및 에너지 수지도 모두 다르다. CH4, C2H6, C3H8, C4H10, O2, H2, N2, CO2, H2S, Cl2, CH3Cl, C3H6, CH3CCl2F, CH3CClF2, CH3CHF2, CHClF2, CH2ClF, SF6, CF4, LNG 등과 같은 다양한 종류의 가스 수화물 형성제가 있다. 이 형 성제 가스 중에서 환경적으로 문제가 없고, 독성이 없고, 가연성이 아니며, 대기조건에서 안전성을 가지며, 가격이 싸고, 운전 온도와 압력이 적당하고 마지막으로 가스와 접촉하는 재질 선택에 문제가 없다면 바람직하다. 그러나 대부분의 가스는 이들 선택 기준 중에서 한두 가지는 만족시키지 못했다. Gases used to generate gas hydrates are known to be gaseous under at least 100 types of atmospheric conditions, and are known to have different crystal structures depending on the type of gas. In addition, depending on the type of gas, the temperature and pressure conditions under which the gas hydrate is formed vary, and thus, both the forming material and the energy balance are different. CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10 , O 2 , H 2 , N 2 , CO 2 , H 2 S, Cl 2 , CH 3 Cl, C 3 H 6 , CH 3 CCl 2 There are various kinds of gas hydrate formers such as F, CH 3 CClF 2 , CH 3 CHF 2 , CHClF 2 , CH 2 ClF, SF 6 , CF 4 , LNG and the like. If there is no environmental problem, no toxicity, no flammability, it is safe under atmospheric conditions, it is inexpensive, its operating temperature and pressure are appropriate, and there is no problem in the selection of materials in contact with the gas. desirable. Most gases, however, did not meet one or two of these selection criteria.

또한 형성제 가스 종류에 따라 가스 수화물의 결정 구조가 모두 다르다. 형성제 가스 분자의 직경이 작은 경우에는 구조-I의 가스 수화물이 형성되고, 분자가 커질수록 구조-II, 구조-H 등으로 큰 가스 수화물이 형성된다. CO2, H2S, CH4 등은 구조-I 형태이고, R141b(Dichloromonofluoroethane, CCl2FCH3)는 구조-II 형태이며, 그리고 프로판은 구조-II 형태의 수화물을 형성한다. 따라서 형성되는 수화물의 구조와 크기에 따라 세척하는 방법, 염분이 농축된 해수와의 분리 방법 등도 모두 달라진다. 크기가 너무 작은 가스 수화물은 세척과 해수와의 분리 작업이 상당히 까다롭고 얻어진 순수한 물의 염분 농도가 상대적으로 높다. 후속 작업을 하기에 가장 좋은 가스 수화물의 크기는 250∼400 ㎛ 이다.In addition, the crystal structure of the gas hydrate is different depending on the type of the gas forming agent. When the diameter of the former gas molecule is small, a gas hydrate of structure-I is formed, and a larger gas hydrate is formed of structure-II, structure-H, or the like as the molecule becomes larger. CO 2 , H 2 S, CH 4, etc. are in structure-I form, R141b (Dichloromonofluoroethane, CCl 2 FCH 3 ) is in structure-II form, and propane forms a structure-II form hydrate. Therefore, depending on the structure and size of the hydrate formed, the method of washing, the separation method from the concentrated salt water, etc. are all different. Gas hydrates that are too small are quite difficult to clean and separate from seawater and have a relatively high salt concentration of pure water obtained. The best gas hydrate size for subsequent work is 250-400 μm.

또한 사용되는 형성제 가스의 종류에 따라 가스 수화물의 밀도가 해수보다 낮아 양의 부력을 가지면서 위로 가스 수화물이 움직이는 것과 반대로 가스 수화물의 밀도가 해수보다 높아 가스 수화물이 밑으로 가라앉는 경우가 있다. 각 경우에 따라 순수한 물을 얻기 위한 후속 장치와 작업도 모두 다르다. 대표적인 경우가 CH4와 CO2가 있는데, CH4인 경우 가스 수화물의 밀도가 해수보다 낮아 양의 부력으로 위로 계속적으로 올라가고, CO2인 경우 가스 수화물의 밀도가 해수보다 높아 가스 수화물이 해수 밑으로 가라앉는다.In addition, depending on the type of forming agent gas used, the density of the gas hydrate is lower than that of seawater, which has a positive buoyancy and the gas hydrate moves upwards. In each case, the subsequent devices and operations for obtaining pure water are also different. A typical case there is a CH 4 and CO 2, in the case of CH 4 rises continuously up to the amount by which the density of the gas hydrates is lower than sea water buoyant, in the case of CO 2, the density of the gas hydrate is higher than sea water gas hydrate is below the sea water Sink.

본 발명에서는 형성제 가스로 LNG, LPG, R141b, H2S 또는 CO2를 사용한다. 이러한 가스들이 사용되는 이유는 첫째, LNG와 LPG는 우리 주위에서 가장 흔하게 얻을 수 있는 것들이기 때문이고, R141b는 형성제 가스로서 오존 파괴지수를 가진 것 이외에는 가장 적은 단점을 가지고 있기 때문이며, 마지막으로 CO2 또는 H2S는 담수화의 목적과 동시에 환경에 영향을 미치는 CO2나 H2S를 제거하는 목적이 있기 때문이다.In the present invention, LNG, LPG, R141b, H 2 S or CO 2 is used as the forming gas. The reason these gases are used is because, firstly, LNG and LPG are the most commonly obtained around us, and R141b has the fewest drawbacks except that it has ozone depletion index as the forming gas. 2 or H 2 S is because the purpose of removing CO 2 and H 2 S at the same time affecting the environment and the purpose of desalination.

본 발명의 담수화 방법과 그 시스템은 물론 해수를 담수화하는 경우에 적용될 수 있지만 오염수를 정제하는 경우에도 거의 그대로 적용될 수 있다. The desalination method and system of the present invention can of course be applied to desalination of seawater, but can also be applied almost intact to purification of contaminated water.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. The invention can be better understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

실시예 1Example 1

실시예 1에서는 프로판 가스를 사용하여 가스 수화물을 생성하였다. 제2도는 프로판 가스를 사용하여 해수의 가스 수화물을 생성하여 담수화하는 본 실시예에 따른 물질 수지를 나타내는 도면이다. 4℃, 3.5 wt% NaCl 용액을 준비하여 480 g/hr의 속도로 주입하였다. 프로판 가스는 초기에 0.07kg을 주입하고 재순환하여 계속적으로 사용하였다. 가스 수화물 혼합장치는 4.5kg/cm2g에서 운전되었으며 프로판 가스는 구조-II의 가스 수화물을 형성하였다. In Example 1, gas hydrate was produced using propane gas. 2 is a view showing a material resin according to the present embodiment for generating and desalination of gas hydrate of seawater using propane gas. A 3.5 wt% NaCl solution at 4 ° C. was prepared and injected at a rate of 480 g / hr. Propane gas was initially used with 0.07 kg injected and recycled. The gas hydrate mixer was operated at 4.5 kg / cm 2 g and propane gas formed gas hydrate of structure-II.

실시예 2Example 2

실시예 2에서는 메탄 가스를 사용하여 가스 수화물을 생성하였다. 제3도는 메탄 가스를 사용하여 해수의 가스 수화물을 생성하여 담수화하는 본 실시예에 따른 물질 수지를 나타내는 도면이다. 4℃, 3.5 wt% NaCl 용액을 준비하여 480 g/hr의 속도로 주입하였다. 메탄 가스는 초기에 0.06kg을 주입하고 재순환하여 계속적으로 사용하였다. 가스 수화물 혼합장치는 40 kg/cm2g에서 운전되었으며 메탄 가스는 구조-I의 가스 수화물을 형성하였다.In Example 2, gas hydrate was produced using methane gas. 3 is a view showing a material resin according to the present embodiment for generating and desalination of gas hydrate of seawater using methane gas. A 3.5 wt% NaCl solution at 4 ° C. was prepared and injected at a rate of 480 g / hr. Methane gas was initially injected with 0.06 kg and recycled to continue use. The gas hydrate mixer was operated at 40 kg / cm 2 g and methane gas formed gas hydrate of structure-I.

실시예 3Example 3

실시예 3에서는 이산화탄소를 사용하여 가스 수화물을 생성하였다. 제4도는 이산화탄소를 사용하여 해수의 가스 수화물을 생성하여 담수화하는 본 실시예에 따른 물질 수지를 나타내는 도면이다. 4℃, 3.5 wt% NaCl 용액을 준비하여 480 g/hr의 속도로 주입하였다. 이산화탄소 가스는 초기에 0.15 kg을 주입하고 재순환하여 계속적으로 사용하였다. 가스 수화물 제조 장치는 25 kg/cm2g에서 운전 되었으며 이산화탄소 가스는 구조-I의 가스 수화물을 형성하였다.In Example 3, carbon dioxide was used to produce gas hydrate. 4 is a view showing a material resin according to the present embodiment for generating and desalination of gas hydrate of seawater using carbon dioxide. A 3.5 wt% NaCl solution at 4 ° C. was prepared and injected at a rate of 480 g / hr. Carbon dioxide gas was initially used by continuously injecting and recirculating 0.15 kg. The gas hydrate manufacturing apparatus was operated at 25 kg / cm 2 g and the carbon dioxide gas formed gas hydrate of structure-I.

본 발명은 가스 수화물 과정을 통하여 해수를 담수화하는 방법에 있어서 해수와 가스의 혼합물이 형성되는 기상 가스 수화물 반응조에서 염분이나 오염물질 등과 같은 성분을 효율적으로 분리할 수 있고, 가스 수화물 생성과정에서 발생하는 열량을 회수하여 기체/액체 분리과정에서 재활용할 수 있는 새로운 담수화 시스템 및 그 방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.In the method of desalination of seawater through a gas hydrate process, the present invention can efficiently separate components such as salts or contaminants in a gaseous gas hydrate reaction tank in which a mixture of seawater and gas is formed, and The invention has the effect of providing a new desalination system and method for recovering calories and recycling during gas / liquid separation.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications and variations of the present invention can be readily used by those skilled in the art, and all such variations or modifications can be considered to be included within the scope of the present invention.

Claims (8)

반응조 내부 상부에 설치하여 해수를 가스층에 작은 입자로 분무하는 해수 분무 장치(101), 미반응된 해수를 재분무하여 입자화 하기 위한 초음파 진동 발생장치(102), 입자화된 해수를 가스층으로 이동하기 위한 분무로(103), 가스 수화물의 반응열을 흡수하기 위하여 분무로의 외부쪽에 설치되는 해수가 흐르는 열교환기(104), 및 농축해수와 가스의 효과적 접촉과 확산을 위하여 가스를 농축 해수층에 고르게 확산시키기 위하여 반응조 하부에 설치되는 가스 분사 장치(105)를 포함하는 가스 수화물 반응조(100); Sea water spraying device 101 for spraying sea water into small particles in the gas layer by installing on the inside of the reactor, ultrasonic vibration generating device 102 for re-spraying unreacted sea water to make particles, and moving the granulated sea water to the gas layer Spray furnace 103, a heat exchanger 104 in which seawater is installed on the outside of the spray furnace to absorb the heat of reaction of gas hydrate, and gas into the concentrated seawater layer for effective contact and diffusion of concentrated seawater and gas. A gas hydrate reactor (100) including a gas injection device (105) installed below the reactor to diffuse evenly; 상기 반응조에서 생성된 가스 수화물과 농축해수를 분리하기 위한 스크류 컨베이어(201), 상기 분리된 농축해수가 통과하는 다공성 실린더(202), 상기 다공성 실린더를 통과한 농축해수가 일시적으로 저장되는 농축해수조(203), 및 상기 스크류 콘베이어에 의하여 압축된 가스 수화물을 스크류 컨베이어로부터 분리하기 위한 스크레이퍼(204)를 포함하는 가스 수화물 분리장치(200); 및 Screw conveyor 201 for separating gas hydrate and concentrated seawater generated in the reaction tank, porous cylinder 202 through which the separated concentrated seawater passes, and concentrated seawater tank for temporarily storing concentrated seawater passing through the porous cylinder 203, and a gas hydrate separator comprising a scraper 204 for separating the gas hydrate compressed by the screw conveyor from the screw conveyor; And 내부에 열교환기(301)와 배플(302)이 설치되어 가스 수화물로부터 가스와 물을 효율적으로 분리하기 위한 가스 수화물 분해조(300);A heat exchanger 301 and a baffle 302 disposed therein, the gas hydrate decomposition tank 300 for efficiently separating gas and water from the gas hydrate; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 기상에서 가스와 해수의 효율적 접촉을 통한 해수의 담수화 시스템. Desalination system of seawater through the efficient contact of gas and seawater in the gas phase, characterized in that consisting of. 제1항에 있어서, 상기 가스 수화물 분해조(300)에서 분리된 가스는 가스 압축기(303)에 의하여 압축되어 상기 가스 수화물 반응조(100)에 재공급되는 것을 특징으로 하는 해수의 담수화 시스템. The desalination system of seawater according to claim 1, wherein the gas separated in the gas hydrate decomposition tank (300) is compressed by a gas compressor (303) and resupplied to the gas hydrate reaction tank (100). 제1항에 있어서, 상기 가스 수화물 반응조(100)로부터 가스 수화물 분리장치(200)로 유입되는 가스 수화물과 농축해수의 유량을 조절하기 위하여 슬라이드 밸브(150)가 설치되는 것을 특징으로 하는 해수의 담수화 시스템. The desalination of seawater according to claim 1, wherein a slide valve (150) is installed to adjust the flow rates of the gas hydrate and the concentrated seawater flowing from the gas hydrate reaction tank (100) to the gas hydrate separating apparatus (200). system. 가스 수화물 반응조(100) 내에 가스를 주입하여 일정 압력까지 압축하고;Injecting gas into the gas hydrate reactor 100 and compressing the gas to a predetermined pressure; 가스 수화물 반응조 내부로 해수 분무장치를 통하여 해수를 작은 입자로 가스 기상층에 분무하고;Spraying seawater into the gaseous gas phase layer with small particles through a seawater spray device into the gas hydrate reactor; 가스 수화물 반응조 하부에 모인 미반응 해수를 초음파 진동 발생장치를 이용하여 작은 입자로 만들어 가스 기상층에 분무로를 통하여 분무하고;Unreacted seawater collected in the lower part of the gas hydrate reactor is made into small particles using an ultrasonic vibration generator, and sprayed into the gaseous gas phase layer through a spray furnace; 반응조 하부에 설치된 가스 분사장치를 이용하여 가스를 가스 수화물 반응조 하부로 분사하고; 그리고Injecting gas into the gas hydrate reactor by using a gas injector installed below the reactor; And 상기 가스 수화물 반응조에서 형성된 가스 수화물과 농축 해수를 다공성 실린더 내부에 설치된 스크류 컨베이어에 유입하여 가스 수화물과 농축해수로 분리하는;Separating the gas hydrate and the concentrated seawater formed in the gas hydrate reactor into a screw conveyor installed inside the porous cylinder to separate the gas hydrate and the concentrated seawater; 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해수의 담수화 방법. Desalination method of seawater, characterized in that consisting of steps. 제4항에 있어서, 상기 스크류 컨베이어로부터 분리된 가스 수화물을 가스 수화물 분해조로 이송하여 내부에 설치된 열교환기를 이용하여 분해시 발생하는 흡열반응열을 초기 해수로부터 공급 받고 초기 해수를 냉각시켜 가스와 물로 분해시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수의 담수화 방법.The gas hydrate separated from the screw conveyor is transferred to a gas hydrate decomposition tank, and endothermic reaction heat generated during decomposition using a heat exchanger installed therein is supplied from initial seawater, and the initial seawater is cooled to decompose into gas and water. Desalination method of seawater, characterized in that it further comprises a step. 제5항에 있어서, 상기 가스 수화물 반응조 내부에 설치된 열교환기(104)에서 반응열을 흡수하고 상기 가스 수화물 분해조에서 분해열을 제공한 해수를 해수 분무장치(101)를 통하여 작은 입자로 가스 기상층에 분무하는 것을 특징으로 하는 해수의 담수화 방법.The seawater absorbed by the heat of reaction in the heat exchanger (104) installed in the gas hydrate reactor and the decomposition heat provided by the gas hydrate decomposition tank is transferred to the gaseous gas layer by small particles through the seawater spray device (101). The desalination method of seawater characterized by spraying. 제5항에 있어서, 상기 가스 수화물 분해조에서 분리된 가스는 가스 압축기를 통하여 운전에 필요로 하는 압력까지 압축시킨 후 가스 분사장치를 통하여 가스 수화물 반응조에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수의 담수화 방법. The method of claim 5, wherein the gas separated from the gas hydrate decomposition tank further comprises the step of compressing to the pressure required for operation through a gas compressor and supplying to the gas hydrate reaction tank through a gas injector Method of desalination of seawater. 제4항에 있어서, 상기 가스 수화물을 생성하는 가스가 CH4, C2H6, C3H8, C4H10, O2, H2, N2, CO2, H2S, Cl2, CH3Cl, C3H6, CH3CCl2F, CH3CClF2, CH3CHF2, CHClF2, CH2ClF, SF6, CF4, 및 LNG 가스로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 해수의 담수화 방법. The method of claim 4, wherein the gas generating the gas hydrate is CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10 , O 2 , H 2 , N 2 , CO 2 , H 2 S, Cl 2. , CH 3 Cl, C 3 H 6 , CH 3 CCl 2 F, CH 3 CClF 2 , CH 3 CHF 2 , CHClF 2 , CH 2 ClF, SF 6 , CF 4 , and LNG gas Seawater desalination method
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