표제지
목차
요약문 4
SUMMARY 8
제1장 연구개발과제의 개요 15
1. 연구개발의 목적 15
2. 연구개발의 필요성 및 범위 15
제2장 국내외 기술개발 현황 17
1. 시장 현황 및 전망 17
2. 기술 현황 및 전망 29
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 40
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 76
1. 목표달성도 종합 76
2. 관련분야에의 기여 83
제5장 연구개발성과의 활용계획 84
제6장 연구시설ㆍ장비 현황 85
제7장 참고 문헌 86
〈표 1〉 비전통자원 분류 16
〈표 2〉 천연가스 처리 신규설비 관련 예상 비용 21
〈표 3〉 비전통 자원 및 셰일가스, 수처리 세계 시장 규모 및 전망 22
〈표 4〉 에너지 자원 개발 분야 세계 상위 기업 현황 26
〈표 5〉 셰일 자원 개발 상위 기업 현황 29
〈표 6〉 세일가스 채굴에 필요한 용수 수량 30
〈표 7〉 세일가스 용수처리에 적용되는 기술의 종류와 처리가능 물질 31
〈표 8〉 해외 기술개발 현황 요약 33
〈표 9〉 국내 기술개발 현황 요약 38
〈그림 1〉 비전통 자원 부문 M&A 동향 17
〈그림 2〉 미국 천연가스 생산전망(EIA, 2012) 17
〈그림 3〉 미국의 오일생산 전망(EIA) 18
〈그림 4〉 최근 국제유가 동향 19
〈그림 5〉 Oil & Gas Industry Water Market Forecast(GWI, 2013) 20
〈그림 6〉 천연가스 매출 및 가격 예상 21
〈그림 7〉 파일럿 전경과 공정개요 24
〈그림 8〉 Enefit社의 공정 개략도 24
〈그림 9〉 UOR사의 테스트 설비에서 추출된 비튜맨과 모래 25
〈그림 10〉 에너지분야 상위 기업들의 자원별 비중 26
〈그림 11〉 한국기술산업(주)의 Tar sand 공정 Pilot Plant 29
〈그림 12〉 개발 중인 셰일가스 수처리용 모듈형/모바일 시스템(좌: Argonne Nat'l Lab., 우: GE) 32
〈그림 13〉 Oasys Water사의 Membrane Brine Concentrator (a) Marcellus Shale Basin (b) Permian Basin 33
〈그림 14〉 부강테크의 회전와류발생 분리막설비를 이용한 Produced water 처리 35
〈그림 15〉 웅진케미칼에서 개발한 TFC FO막 35
〈그림 16〉 원심분리장치 격자구성 및 조건별 유동해석 40
〈그림 17〉 원심분리장치 오일입자 1, 5, 10㎛의 under 및 overflow 입자 궤적 40
〈그림 18〉 2종 오일분리 다단형 원심분리장치 설계 및 제작 완료 41
〈그림 19〉 에멀젼 공급방식별 혼합공급형과 개별공급형 원심분리장치 구성 및 제작 완료 41
〈그림 20〉 에멀젼 혼합공급형과 개별공급형 원심분리장치의 위치별 오일 입자 크기 42
〈그림 21〉 에멀젼 혼합공급형의 혼합시간별 오일입자 크기 및 농도 42
〈그림 22〉 L=430mm급의 에멀젼 혼합공급형과 개별공급형의 유량별 오일입자 분리효율 42
〈그림 23〉 Large형의 에멀젼 개별 공급 시 유량별, 오일농도별 오일입자 분리효율 43
〈그림 24〉 Large형의 에멀젼 개별 공급 시 유량 비율별 오일입자 분리효율 43
〈그림 25〉 기초실험용 정전응집 반응기 설계 44
〈그림 26〉 기초실험용 정전응집 반응기 제작 및 160A급 전원공급장치 구축 44
〈그림 27〉 이온공급용 예비반응기 설계 및 제작 44
〈그림 28〉 기초실험용 정전응집반응기 반응시간별 오일입자 크기 45
〈그림 29〉 이온 주입시 정전응집반응기 1분 체류시간시 오일입자 크기 45
〈그림 30〉 이온 주입시 정전응집반응기 체류시간별 오일입자 크기 45
〈그림 31〉 이온 주입시의 정전응집반응기 체류시간별 오일입자 크기분포 46
〈그림 32〉 다공 Plate형 Al 전극 정전응집 전처리 반응기 설계 및 제작 46
〈그림 33〉 오일 에멀젼의 정전응집 반응시간별 분리 특성 및 크기 변화 46
〈그림 34〉 0.4m³/hr급 수평 plate형 정전응집-원심분리 복합시스템 장치 설계 및 제작 47
〈그림 35〉 0.4m³/hr급 정전응집-원심분리 복합시스템 조건별 소비전력 47
〈그림 36〉 0.4m³/hr급 정전응집 장치 반응 전후 오일 에멀젼 비교 47
〈그림 37〉 0.4m³/hr급 정전응집 장치 반응 전후 오일 에멀젼 비교 48
〈그림 38〉 0.4m³/hr급 정전응집 및 정전응집-원심분리 복합 인가전압별 오일농도 및 사진 48
〈그림 39〉 0.4m³/hr급 정전응집-원심분리 장치의 SS-Al 전극 적용에 따른 오일분리효율 및 오일농도 48
〈그림 40〉 0.4m³/hr급 정전응집-원심분리 장치의 저비중 오일(d 0.8)에서의 오일분리효율 및 오일농도 49
〈그림 41〉 0.4m³/hr급 수직 plate형 정전응집-원심분리 복합시스템 장치 설계 및 제작 49
〈그림 42〉 0.4m³/hr급 수직 plate형 정전응집 시스템 반응시간별 분리효율 및 오일농도 50
〈그림 43〉 SiO₂ 기반 표면처리 방전극 적용 전후의 수막 형성 모습 50
〈그림 44〉 반복 실험 후의 오일 응집 성능 저하 현상 및 친수 처리 후 성능 유지 비교 50
〈그림 45〉 SiO₂ 기반 표면처리 방전극 적용 전후의 전극 오염 모습 51
〈그림 46〉 3m³/hr급 2단 수직 plate형 정전응집 반응기 설계 및 제작 51
〈그림 47〉 3m³/hr급 2단 전원공급장치 연결 및 전압-전류 특성 곡선 51
〈그림 48〉 3m³/hr급 정전응집 전처리 이온주입장치 설계 및 제작 52
〈그림 49〉 3m³/hr급 모듈 병렬형 원심분리장치 설계 및 제작 52
〈그림 50〉 3m³/hr급 정전응집-원심분리 복합시스템 설계 및 제작 53
〈그림 51〉 3m³/hr급 정전응집 반응기와 원심분리장치의 운전조건별 소비전력 53
〈그림 52〉 3m³/hr급 정전응집-원심분리 시스템의 유량별 오일 분리효율 및 오일농도 54
〈그림 53〉 3m³/hr급 정전응집-원심분리 시스템의 소비전력별 오일 분리효율 및 오일농도 54
〈그림 54〉 3m³/hr급 정전응집-원심분리 시스템의 Al 이온 주입 전후의 오일 분리효율 및 오일농도 54
〈그림 55〉 3m³/hr급 정전응집 반응기의 친수코팅 전극 적용후의 반복 성능 유지 특성 55
〈그림 56〉 가압부상 기술 비교(기존 시스템과 개발 시스템) 56
〈그림 57〉 In-Line Mixer 유(좌하)/무(좌상) 조건 속도장 해석 및 믹서설치시 완전혼합 결과 56
〈그림 58〉 고속 인라인 믹서의 형상 및 수치해석 57
〈그림 59〉 고속 인라인 믹서 압력손실 및 혼합율 특성 58
〈그림 60〉 기존 기계적 교반장치와 개발된 Draft Tube 교반장치의 비교 58
〈그림 61〉 기존 기계적 교반장치와 개발된 Draft Tube 교반장치의 비교 실험결과 59
〈그림 62〉 가압부상조 유동 및 수치해석 모델 59
〈그림 63〉 유입 유속 및 출구 형상 최적화에 따른 유동균일화 개선효과 60
〈그림 64〉 고농도 미세기포 발생노즐 설계안 61
〈그림 65〉 상용화 미세기포 발생장치 및 측정 결과 61
〈그림 66〉 부상 분리조 실험장치 구성 및 실험 전경 62
〈그림 67〉 시추폐수의 부상분리 전/후 SS 비교 62
〈그림 68〉 S 매립지 침출수 처리 현장 전경 63
〈그림 69〉 S 매립지 침출수 처리 현장 실험 결과 64
〈그림 70〉 가축분뇨 처리장 적용성 평가 65
〈그림 71〉 FO농축 파일럿 시스템 구성도 66
〈그림 72〉 FO농축 파일럿 시스템 66
〈그림 73〉 막 모듈 내 물 투과 및 플럭스 영향 변수 67
〈그림 74〉 공급수 유량비에 따른 이론적 FO회수율. 유도용액(좌) 및 공급수(우) 농도변화 영향 68
〈그림 75〉 막면적과 농축배수, 투과유량, FO플럭스 상관관계 68
〈그림 76〉 공급수 유량에 따른 막투과량, 회수율, 농도변화 및 FO 시스템 압력 변화 69
〈그림 77〉 연속 운전, 초기 삼투압차 95.5 bar에서 FO 파일럿 시스템 농축 성능(공급수 10g/L, 유도용액 70g/L) 70
〈그림 78〉 연속 운전, 초기 삼투압차 146.2 bar에서 FO 파일럿 시스템 농축 성능(공급수 10g/L, 유도용액 1100g/L) 70
〈그림 79〉 순환 운전, 기 삼투압차 146.2 bar에서 FO 파일럿 시스템 농축 성능(공급수 10g/L, 유도용액 110g/L) 71
〈그림 80〉 연구 목표 대비 FO농축 시스템 연속 운전 및 순환 운전 성능비교 72
〈그림 81〉 공급수 유량비에 따른 이론적 회수율 및 FO 시스템 회수율. 공급수와 유도용액 농도 조건: (a) 공급수 10g/L, 유도용액 70g/L, (b) 공급수 30g/L, 유도용액 70g/L,... 73
〈그림 82〉 (a) 이론적 최대 회수율과 실측 회수율 비교, (b) 공급수 유량대비 FO막면적과 회수율비 상관관계 73
〈그림 83〉 셰일가스전 폐수처리 FO농축 시스템 개념도 74
〈그림 84〉 FO 농축 시스템 설계 예 74
〈그림 85〉 FO 농축 Hybrid 시스템 농축 성능 및 소비에너지 75