KR20200049634A - 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법 - Google Patents
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Abstract
게시된 내용은 해수(海水)를 단계별로 농축시켜 담수, 소금, 미네랄 및 용존 광물을 추출하기 위한, 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법에 관한 것으로,
본 명세서의 실시예에 의한 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법은
해수 중에 포함된 이물질을 여과하는 단계;
다단으로 연결되는 직렬형 열교환기와, 상기 다단의 열교환기와 관로를 통해 연결되는 직렬형 농축기를 포함하고, 보일러로부터 스팀 이젝터를 통해 유입되는 저온증기를 상기 직렬형 열교환기에서 흡입하여 해수중 수분을 90%까지 증발시키도록 단계적으로 가열시켜 발생되는 응축수를 담수로 생산하되, 상기 직렬형 농축기 상부에서 증발되는 수증기가 일정농도로 농축될 경우 다음 단계의 직렬형 열교환기에 공급하며, 상기 직렬형 농축기 하부에 모이는 고염도 해수는 순환펌프에 의해 이전 단계의 직렬형 열교환기로 공급하는 단계;
고염도 해수 중에 포함된 뻘과 석고를 제거한 후 상기 고염도 해수를 해수저장탱크에 저장하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 소금을 석출하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 미네랄을 석출하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 용존 광물을 석출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법을 제공한다.
본 명세서의 실시예에 의한 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법은
해수 중에 포함된 이물질을 여과하는 단계;
다단으로 연결되는 직렬형 열교환기와, 상기 다단의 열교환기와 관로를 통해 연결되는 직렬형 농축기를 포함하고, 보일러로부터 스팀 이젝터를 통해 유입되는 저온증기를 상기 직렬형 열교환기에서 흡입하여 해수중 수분을 90%까지 증발시키도록 단계적으로 가열시켜 발생되는 응축수를 담수로 생산하되, 상기 직렬형 농축기 상부에서 증발되는 수증기가 일정농도로 농축될 경우 다음 단계의 직렬형 열교환기에 공급하며, 상기 직렬형 농축기 하부에 모이는 고염도 해수는 순환펌프에 의해 이전 단계의 직렬형 열교환기로 공급하는 단계;
고염도 해수 중에 포함된 뻘과 석고를 제거한 후 상기 고염도 해수를 해수저장탱크에 저장하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 소금을 석출하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 미네랄을 석출하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 용존 광물을 석출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법을 제공한다.
Description
본 명세서는 고염도 해수 농축방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 해수(海水)를 단계별로 농축시켜 담수, 소금, 미네랄 및 용존 광물을 추출하기 위한, 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로, 해수로부터 담수를 분리하는 공정에는 담수 제조방식에 따라, 다단 증류법(MSF), 다중효용 증발법(MED), 역삼투압공정(RO)이 존재한다.
전술한 다중효용 증발법의 다단 담수기는 배출되는 배열을 재 이용함에 따라 증기 소비를 줄이고, 가열에너지를 줄일 수 있는 이점을 갖는 반면에, 담수기의 규모에 따라 다단의 담수기를 제작할 경우 각단의 수가 많아짐에 따라 담수 생산량의 증대에 비해 시동성 및 효율대비 경제성이 떨어지는 단점을 갖는다.
한편, 평균농도 3.5%의 해수 중에는 소금, 미네랄, 우라늄, 리튬, 붕소, 마그네슘 등을 포함한 80여종의 물질이 용해된 것으로서 무한자원의 보고(寶庫)(일 예로서, 해수 1000톤은 6000만원 이상의 경제적 잠재 가치를 갖게 됨)이므로 해수를 자원화하는 것은 산업적 및 경제적으로 매우 중요하다.
즉, 해수 중의 소금과 용존 광물을 산출하는 것을 제1목적으로 하고, 담수를 제2목적으로 하는 발상 전환이 필요한 이유이다.
이때, 96.5%의 수분(담수)을 제거(증발, 역삼투막 투과)하는 비용이 과다하고, 수분이 줄어들어 염도가 높아지는 농축과정에서 부식성 가스로 인한 금속 부식에 대비한 내부식성 금속재 사용으로 해양플랜트 가격이 급상승하고, 소금을 포함한 용존 자원을 성분별로 고효율로 채취 가능토록 한 연구개발이 진행중이다.
대한민국 식용 소금산업은 천일염에 의존하고 있으며, 천일염에는 인체에 극히 유해한 수은, 비소, 카드늄, 납과 같은 인체에 치명적인 중금속을 미량 함유하고 있어 국민건강을 위협하게 되고, 중국에서 수입되는 소금은 중국 바다의 오염과 소금을 채취하는 기술수준 낙후로 인해 더욱 심각한 실정이다.
이로 인해, 유해물질이 포함되지 않은 최고 품질 소금은 품질에 따라 가격 차이가 매우 크므로 고순도 식용소금을 생산하여 수출 상품화하여 고용과 수출증대를 동시에 모색하는 정책이 필요하다.
도면에는 미 도시 되었으나, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1587123호에 게시된 이젝터를 이용한 MED와 VMD의 하이브리드 해수 담수화장치는
해수 담수화에 MED와 VMD를 상호간 접목시켜 사용하되, 전술한 MED와 VMD의 내부 진공상태가 동일한 단일의 이젝터에 의해 해결되도록 장치를 구성하여, 해수가 MED와 VMD를 순차적으로 거치며 담수화되도록 하여, MED의 폐열이 VMD에서 사용될 수 있도록 하여 해수 담수화 효율을 상승시키도록 한 것이다.
본 명세서의 실시예는, 해수를 농축시켜 담수, 고순도 및 고가의 식용소금, 천연미네랄 및 용존 광물을 포함한 자원을 순차적으로 회수하여 경제성 및 산업성을 확보할 수 있도록 한, 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법과 관련된다.
본 명세서의 실시예는, 원자력 및 첨단 산업분야에서 사용되는 우라늄, 리튬과 같은 희토류 광물을 최대한 확보하여 국가기간산업 및 첨단산업 발전에 기여할 수 있도록 한, 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법과 관련된다.
본 명세서의 실시예는, 저온 열원(선박에서 발생되는 100℃이하의 폐열을 말함)을 활용하여 지구 온난화 방지에 기여하고, 저온 열원을 유용하게 이용할 수 있도록 한, 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법과 관련된다.
본 명세서의 실시예는, 천일염과 연계한 고순도 식용소금 생산, 수출 산업화할 경우 농어촌의 고용을 창출하고, 국내 경제 활성화에 기여할 수 있도록 한, 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법과 관련된다.
상기 및 기타 본 명세서의 목적을 달성하기 위하여 본 명세서의 일 실시예에 따르면,
해수 중에 포함된 이물질을 여과하는 단계;
다단으로 연결되는 직렬형 열교환기와, 상기 다단의 열교환기와 관로를 통해 연결되는 직렬형 농축기를 포함하고, 보일러로부터 스팀 이젝터를 통해 유입되는 저온증기를 상기 직렬형 열교환기에서 흡입하여 해수중 수분을 90%까지 증발시키도록 단계적으로 가열시켜 발생되는 응축수를 담수로 생산하되, 상기 직렬형 농축기 상부에서 증발되는 수증기가 일정농도로 농축될 경우 다음 단계의 직렬형 열교환기에 공급하며, 상기 직렬형 농축기 하부에 모이는 고염도 해수는 순환펌프에 의해 이전 단계의 직렬형 열교환기로 공급하는 단계;
고염도 해수 중에 포함된 뻘과 석고를 제거한 후 상기 고염도 해수를 저장하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 소금을 석출하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 미네랄을 석출하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 용존 광물을 석출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법을 제공한다.
전술한 구성을 갖는 본 명세서에 따른 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.
해수를 농축시켜 담수, 고순도 및 고가의 식용 및 의료용 소금, 천연미네랄 및 용존 광물을 포함한 자원을 순차적으로 회수하여 경제성 및 산업적인 채산성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 원자력 및 첨단 산업분야에서 사용되는 우라늄, 리튬과 같은 희토류 광물을 안정적으로 최대한 확보하여 국가기간산업 및 첨단산업 발전에 기여하여 국가경쟁력을 높일 수 있게 된다.
또한, 저온 열원을 활용하여 지구 온난화 방지에 기여하고, 저온 열원을 유용하게 이용하여 에너지를 절감할 수 있게 된다.
또한, 천일염과 연계시켜 고순도 식용 소금을 생산하고, 수출 산업화할 경우 농어촌의 고용을 창출하고, 국내 경제 활성화에 기여할 수 있게 된다.
도 1은 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법의 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 밸러스트 탱크에 저장된 해수의 농축방법을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 해수 농축방법의 블록도와 대응되는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 밸러스트 탱크에 저장된 해수의 농축방법을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 해수 농축방법의 블록도와 대응되는 구성도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법은
해수 중에 포함된 미생물 및 이물질을 여과필터에 의해 여과하는 단계(S100);
다단으로 연결되는 직렬형 열교환기(10,11,12,13)와, 다단의 열교환기(10,11,12,13)와 관로를 통해 연결되는 직렬형 농축기(14,15,16,17)를 포함하고, 보일러(미 도시됨)로부터 스팀 이젝터(18)(steam ejector)를 통해 유입되는 저온증기(포화온도 50℃∼80℃)를 직렬형 열교환기(10,11,12,13)에서 흡입하여 해수 중 수분을 90%까지 증발시키도록 단계적으로 가열시켜 발생되는 응축수를 담수로 생산하되, 직렬형 농축기(14,15,16,17)의 상부에서 증발되는 수증기가 일정농도로 농축될 경우 다음 단계의 직렬형 열교환기(도면부호 미 표기)에 공급하며, 직렬형 농축기(14,15,16,17)의 하부에 모이는 고염도 해수는 순환펌프(19)에 의해 이전 단계의 직렬형 열교환기(도면부호 미 표기)로 공급하는 단계(S200);
고염도 해수 중에 포함된 뻘과 석고(Ca성분)를 제거한 후 고염도 해수(염도 6.4%)를 해수저장탱크(미 도시됨)에 저장하는 단계(S300);
해수저장탱크에 저장된 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 소금을 석출하는 단계(S400);
해수저장탱크에 저장된 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 미네랄(Mg성분)을 석출하는 단계(S500);
해수저장탱크에 저장된 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 용존 광물(희토류 금속 등)(함수율 약 4-5%)을 석출하는 단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다(즉, 염도 3.5%의 해수를 농축 → 뻘 석출 → 소금 석출 → 미네랄 석출 → 용존 광물(희토류 금속 등)을 석출하게 된다).
더욱 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 해수는
바다로부터 채취된 원 해수(염도 3.5%),
역삼투막(RO)식 담수설비로부터 배출되는 고염도 해수(염도 6.4%),
천일염전에서 생산된 고염도 해수 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.
해수 중에 포함되는 가스를 배기하기 위한 진공펌프(20)를 최하류측 농축기(17)에 연결시킴에 따라 직렬형 농축기(14,15,16,17)의 수분 증발 온도를 상류측에서 하류측(14→15→16→17)으로 점차적으로 낮출 수 있도록 한 것(일 예로서, 72.8℃ → 62.8℃ → 50℃)을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 직렬형 농축기(14,15,16,17)의 상부에서 증발되어 다음 단계의 직렬형 열교환기(도면부호 미 표기)에 유입되는 수증기는 스팀 이젝터(18)로 흡입되어 가열용 열에너지로 재사용(히트 펌프)되는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 본 명세서의 일 실시예에 따른 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1의 S100 및 도 2, 도 3에 표시된 바와 같이, 항해 중 해수를 펌프(미 도시됨)에 의해 흡입하여 해수 중에 포함된 이물질을 여과필터에 의해 여과하게 된다.
선체로 흡입되는 해수 중에는 각종 미생물들과 이물질 등이 포함되고 있으 며, 이에 따라 선박에는 해수 중에 포함된 미생물들과 이물질을 여과하기 위해 해수처리장치가 설치된다. 일 예로서 선박에 설치된 해수처리장치는 씨체스트를 통해 흡입되는 해수를 여과하기 위해 여과필터가 사용된다. 즉 여과필터로써 역삼투막필터를 포함할 수 있으며, 해수가 역삼투막필터를 통과하는 과정에서 미생물들과 이물질이 여과되어진다.
이때, 해수 중에 포함된 미생물들과 이물질을 역삼투막필터에 의해 여과하는 기술내용은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 구성이므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도면에는 미 도시 되었으나, 선체에 구비되는 담수화 모듈(또는 해수 담수화 플랜트 라고 함)에 의해 해수를 담수화시킨 담수를 담수 저장탱크에 저장하되, 항해 중 담수를 필요한 용도(일 예로서, 선원의 식수 또는 세척 등)로 사용하거나, 또는 선박을 모항(기항지)에 접안시킨 후 담수를 판매할 수 있으며, 담수화 모듈(일 예로서, 증류법, 역삼투법, 전기투석법 및 냉동법 등이 사용될 수 있음)은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 구성이므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
4단형 고염도 농축장치(14-17)는 열효율을 위하여 보일러(일 예로서, 선박 보일러를 말함)에서 공급되는 저압 스팀으로 구동되는 스팀 이젝터(steam ejector)(18)로 각 농축단(14-17)에서 발생하는 저온증기(포화온도 50℃ ∼ 80℃)를 흡입 혼합하여 약 80.9℃ 상태로 열교환기에 유입하여 농축 해수를 가열하게 된다.
1단 농축기(14)에서는 80.9℃ 상태의 가열용 수증기는 열교환기에서 모액(母液)은 가열되어 1단 농축기 상부에서 분사(spray)되어 flash 증발된다. 열교환기(10)에서 열을 전달하는 과정에서 발생하는 담수(청수)는 일정 레벨이 되면 펌핑하여 담수를 생산하게 된다.
flash 증발한 수증기는 스팀 이젝터(18)로 흡입되어 다시 가열용 에너지로 사용된다.
1단 농축기(14) 하부에 모이는 농축 해수(모액)는 순환펌프(19)에 의해 열교환기(10) → 분사를 반복하면서 일정농도로 농축될 경우에 2단 농축기(15)로 펌핑된다.
2단 농축기(15)의 증발온도는 62.8℃로 1단 농축기(14)보다 10℃ 낮게 된다. 열교환기(11)에서 66.8℃로 가열된 후 상부에서 분사되어 flash 증발하게 된다. 즉 시스템 전체의 진공펌프(해수 중의 가스성분 배기)(20)는 4단 농축기(17)에 설치됨에 따라 1단 농축기(14)의 내부 압력이 가장 높고, 4단 농축기(17)의 내부 압력이 가장 낮게 된다. 즉 각단(14-17)의 수분 증발온도가 72.8℃ → 62.8℃ → 50℃ 순서로 낮아지게 된다.
전술한 4단 농축기(14-17)에 의한 해수의 농축과정에서 발생하는 수증기는 스팀 이젝터(18)로 흡입되어 열에너지를 흡수하게 되며, 열교환기(10-13)에서 발생하는 응축수는 담수(청수, 증류수)로 생산된다.
전술한 바와 같이 본 명세서의 실시예에 의한 다단 농축방법에 의하면,
다단 농축시스템 내부의 압력을 대기압 이하의 진공을 유지하여 수분(H₂O)의 증발온도를 50∼80℃(저온증기 상태)를 유지하고, 증발된 수분을 저압 스팀 이젝터로 열회수하면서 담수를 생산하며, 압축된 고온 수증기를 다음 단의 증발열원으로 사용하여 다단으로 담수를 생산하면서 농축시킴에 따라, 해수 체적이 1/10로 되면 석고 성분들이 석출되어 소금 석출 직전상태가 됨을 확인할 수 있다.
여기에서, 전술한 본 명세서에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 명세서의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 명세서를 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10,11,12,13; 직렬형 열교환기
14,15,16,17; 직렬형 농축기
18; 스팀 이젝터(steam ejector)
19; 순환펌프
20; 진공펌프
21; 증류수펌프
14,15,16,17; 직렬형 농축기
18; 스팀 이젝터(steam ejector)
19; 순환펌프
20; 진공펌프
21; 증류수펌프
Claims (4)
- 해수 중에 포함된 이물질을 여과하는 단계;
다단으로 연결되는 직렬형 열교환기와, 상기 다단의 열교환기와 관로를 통해 연결되는 직렬형 농축기를 포함하고, 보일러로부터 스팀 이젝터를 통해 유입되는 저온증기를 상기 직렬형 열교환기에서 흡입하여 해수중 수분을 90%까지 증발시키도록 단계적으로 가열시켜 발생되는 응축수를 담수로 생산하되, 상기 직렬형 농축기의 상부에서 증발되는 수증기가 일정농도로 농축될 경우 다음 단계의 직렬형 열교환기에 공급하며, 상기 직렬형 농축기의 하부에 모이는 고염도 해수는 순환펌프에 의해 이전 단계의 직렬형 열교환기로 공급하는 단계;
고염도 해수 중에 포함된 뻘과 석고를 제거한 후 상기 고염도 해수를 해수저장탱크에 저장하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 소금을 석출하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 미네랄을 석출하는 단계;
상기 해수저장탱크에 저장된 상기 고염도 해수를 진공건조시켜 젖은 상태의 용존 광물을 석출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법. - 제1항에 있어서,
상기 해수는
바다로부터 채취된 원 해수,
역삼투막식 담수설비로부터 배출되는 고염도 해수,
천일염전에서 생산된 고염도 해수 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 해수 중에 포함되는 가스를 배기 하기 위한 진공펌프를 최하류측 농축기에 연결시킴에 따라 상기 직렬형 농축기의 수분 증발 온도를 상류측에서 하류측으로 점차적으로 낮출 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 직렬형 농축기의 상부에서 증발되어 다음 단계의 상기 직렬형 열교환기에 유입되는 수증기는 상기 스팀 이젝터로 흡입되어 가열용 열에너지로 재사용되는 것을 특징으로 하는 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180132228 | 2018-10-31 | ||
| KR20180132228 | 2018-10-31 |
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| KR1020190135277A KR20200049634A (ko) | 2018-10-31 | 2019-10-29 | 고염도 해수를 농축하는 저온 진공 농축방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20200049634A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102389951B1 (ko) | 2021-08-27 | 2022-04-22 | 박규식 | 해수 농축방법 |
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2019
- 2019-10-29 KR KR1020190135277A patent/KR20200049634A/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102389951B1 (ko) | 2021-08-27 | 2022-04-22 | 박규식 | 해수 농축방법 |
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