Transcript 3. Lift bed process의 장점

3rd Generation DEMI-Water Process
Lewatit Fluidized Bed System
CONTENTS
- 순수제조설비 Process 기본개념
- 이온교환수지 순수제조설비의 종류
- 이온교환수지 순수제조설비의 입구수 조건
- 순수 제조설비의 발전사
- 순수 제조설비 종류별 Guarantee 처리수질
- 순수 제조설비의 종류
1세대 : Co-current Process
2세대 : Counter-current Process
3세대 : Lewatit Fluidized Bed Process
1) Process 개요
2) 특징 및 장점
- Case Study (Operating Cost 비교)
순수제조설비 Process 기본개념
Before Treatment
SS
(Suspended Solids)
Organics
Ca
Mg
Na
처리 SYSTEM
After Treatment
Clarifier, Sand Filter
Nothing
A/C Filter
Nothing
Nothing
HCO3
CO2
SO4
Cl
NO3
SiO2
H2O (H++OH-)
Demi-Water
Systems
H+
OHH2O
H2O (H++OH-)
이온교환수지 순수제조설비의 종류
Ion Exchange Resin Systems
Softening
Decarbonisation
Decarbonisation
+
Softening
Polishing
Ultra Pure
Water
2B2T
MBP
2B3T
2B3T
CPP
MBP
Anion Polisher
3B4T
Softening
+
MBP
Cartridge
Polisher
Demi-Water
Mixed Bed
4B5T
이온교환수지 순수제조설비의 입구수 조건
⊙ Case of Fluidized Bed System
· Salt < 1,500㎎/ℓ *주1)
· Fe Total < 0.1㎎/ℓ as Fe
· 색도 < 5 degree
· COD < 2.0 ㎎/ℓ
· 탁도 < 1 degree
· ABS < 0.5 ㎎/ℓ
· 유리염소 < 0.1㎎/ℓ·Cl2
· 온도 : 25℃ (5 ~ 60℃)
주1) Conventional process, CCR의 경우는 유입수의 최대 처리가능 Salt 농도는
max. 500 ㎎/ℓ 임.
Demi-Water Process Development History
Flow
처리수
경제성
수질
폐수
운전
발생량 용이성
특허
최근 국내
보급 추이
◎
-
거의 없음
: 특수한 경우
제외
△
X
-
급격히 감소
추세임
◎
◎
Bayer
세계최초
Patent
Generation
재생방식
1st Generation
(1940 ~ )
병류재생
- Co-current
X
X
X
2nd Generation
(1950 ~ )
향류재생
- CCR
○
△
3rd Generation
(1960 ~ )
향류재생
-WS
-Lift bed
-Multistep
-Rinse Bed
◎
◎
통수
재생
X : Bad, △ : Normal, ○ : Good, ◎ : Excellent
대부분 Bayer
process로 채
택, 보급추세
Demi-Water Process별 Guarantee 처리수질
⊙ Co-current system
Process
Conductivity
(㎲/㎝ )
Silica
(ppb)
2B2T ~ 4B5T
5.0
100
MBD
0.5
30
MBP
0.1
20
CPP
0.2
20
Process
Conductivity
(㎲/㎝ )
Silica
(ppb)
CCR (2B3T)
2.0
100
Conventional type
Fluidized Bed
(Lift bed, 2B3T)
1.0
20
Actual : 0.2~0.4㎲/㎝
Multistep
(MBP 대용)
0.1
20
Actual : 15Mohm 이상
(17~18Mohm)
Remark
⊙ Counter-current system
Remark
1세대 - Co-current Process
Chemical
Raw Water
CO 2
MonoPlus
MonoPlus
S 108
Air
M 600
Monoplus
M 800
Monoplus
S 108
Co-current Process의 특징
장점 :
- 매회 역세를 통해 내부 이물질 제거 가능
- 운전 유량을 0~100%로 유연성 있게 운전 가능
- 운전 및 재생공정이 단순함.
단점 :
- 통액시 수지가 다져지기 때문에 재생 시마다 매회 역세가 필요함
- 재생효율이 낮기 때문에 다량의 재생제가 필요함
- 역세를 위한 100% freeboard가 필요하므로 수지탑의 크기가 커짐
- 재생시간이 길고 수세수 필요량이 많음
2세대 : Conventional Counter-current Process
Raw Water
CO2
Monoplus
Chemical Out
MonoPlus
S 108
Chemical in
Air
MonoPlus
M 800
M 600
Monoplus
S 108
Conventional Counter-current Process의 특징
장점 (Co-Current Process 대비) :
- 처리수질 향상 (High regenerated polishing layer)
- 재생효율 증가로 재생제 사용량 절감
단점 (Lewatit Fluidized Bed Process 대비) :
- 매 10~15 cycle 운전 후 반드시 전역세를 실시 해야함
- 약품 소모량이 많아 폐수 발생량이 많음
- 역세를 위한 100% freeboard가 필요하므로 수지탑의 크기가 커짐
- 재생제 농도을 낮게 유지하여야 하므로 재생시간이 길다
- 수세수 필요량이 많음
3세대 : Lewatit Fluidized Bed Process
Regenerant
Treated water
Inert Resin
Fine Polishing layer
Fine Polishing
layer
Fixed Bed
Fixed Bed
Floating Resin
Raw water
Throughput
(Up flow)
Waste
Regeneration
(Down flow)
Lewatit Fluidized Bed Process 소개
1. Advanced technology ( First patent in the world)
Bayer에서 세계 최초로 개발된 신개념의 순수제조 Process (4 Type)
(1) WS
(2) VWS
(3) Lift bed
(4) Multistep
2. 보급현황 및 동향
세계 최초로 개발되어 전세계에 수많은 plant에서 적용되고 있으며, 국내에서는 90년대 이후
신기술로 채택되어 2세대 Process (CCR Process)를 대체하여 대부분의 신설 Plant에 채택
되고 있으며, 현재 삼성전자, POSCO, GS-Caltex, 현대자동차, LG화학, 카프로 , S-Oil , OCI 외
다수의 실적이 있습니다.
실제적으로 Bayer process의 많은 경제적인 장점이 검증되어 현재는 대부분의 New project의
경우 Bayer Fluidized bed process가 채택되고 있습니다.
Lewatit Fluidized Bed Process의 특징 및 장점
항목
상세
장점 및 특징
비고
재생방식
Up flow 통수
Down flow 재생
기존의 CCR 재생방식 채택 :
Polishing zone 사용
향류 재생방식의 장점
최대한 이용
비용절감
Chemical
Water(원수, 폐수)
30 ~ 50% 절감
70 ~ 80% 절감
Low cost
처리수질
Conductivity
Silica
0.2 ~ 0.3㎲/㎝
20ppb 이하
Good quality
설비구성
Internal 구조
No salan net
No internal parts
Very simple equipment
(No Maintenance)
설치공간
(Space)
Vessel 제작
Smaller space
역세 공간이 필요 없음.
재생공정
Regeneration
Process
매우 복잡함 (지지수, 역세 등)
Very simple
Automation
복잡함 (지지수, 역세 등)
Very simple
자동화
Lewatit Fluidized Bed Process의 특징 및 장점
항목
상세
장점 및 특징
비고
Chemical
: Down flow
70~90분으로 재생시간 단축
High salt 처리
Max. 30meq/L
고염량 원수도 처리가 가능함
대용량, 고유속
Max. 1,000m3/hr
80~100m/hr
대용량, 고유속 처리도 가능함
No Back
Wash
SS, 유기물 등
재생공정에 역세가 없음에도 불구하
고 SS 등의 이물질 제거가 용이함
역세작업은 년간 1~2회
정도로 충분함
Low ΔP
Up flow 통수
동력비절감, 수지 파쇄율 감소
No Channeling!!
재생시간
♣ 친환경적 Process : 폐수발생량 최소화
♣ 경제적인 Process : 순수제조비용 최소화
♣ Simple Automation : Man Power 감소
WS Process
CO 2
Chemicals
MonoPlus
S 108
Air
MonoPlus
M 600
Monoplus
M 800
Monoplus
S 108
Raw water
WS
(Single Chamber)
WS
(Single Chamber)
WS Process의 특징 및 장점
- Downflow regeneration on a fixed bed  재생실패가 없음
- Lower chemical consumption  재생제 비용 절감
- High availability because of short regeneration time  재생시간 단축
- No channelling, low pressure drops  수지수명 증가
- Reduced waste water  폐수발생량 감소
- Improved water quality  처리수질 향상
- Reduced investment  적은 공간에 설치 가능
- Reduced operating costs  순수제조비용 감소
- Back Wash  년 1~2회 실시로 충분
VWS Process
CO 2
MonoPlus
MonoPlus
S 108
M 500
MonoPlus
M 800
Air
MonoPlus
S 108
CNP 80 WS
MonoPlus
MP 64
Demi Water Out
Raw Water In
VWS
(Double Chamber)
VWS
(Double Chamber)
VWS Process의 특징 및 장점
- Like Fluidized bed system bed
 유동상 순수제조 설비의 장점을 가지고 있음.
- Higher regeneration efficiency
 재생효율이 획기적으로 증가함.
(Strong Anion의 Excess 재생제로 Weak Anion 재생)
- Using of weak and strong dissociated resins in one filter column
 수지탑 중간에 다공판이 있어 강, 약 두 종류의 수지를 사용가능.
 Low Silica leakage : 20ppb 이하 (SBA, 2형은 100ppb 이하)
 년간 성능저하율 : 5~10%/year (SBA, 2형은 15~20%/year)
VWS Process 운전시의 유의점
WS 유동상 순수제조 설비는 많은 장점
을 가지고 있음에도 불구하고 가동정지
가 잦을 경우에는 좌측 그래프와 같이
재가동시 전기전도도가 상승하는 문제
가 발생될 수 있다.
그 이유는 양이온 수지탑의 Free board
가 넓은 경우로 양이온수지의 흡착대가
흔들리기 때문이다.
따라서, 3번 이상의 가동정지가 있을
경우에는 다시 재생에 들어가야 한다.
Lift bed Process
CO2
Chemical In
MonoPlus
MonoPlus
S 108
M 500
MonoPlus
M 800
MonoPlus
Air
S 108
MonoPlus
MonoPlus
S 108
Raw water In
MP 64
Demi Water Out
Rinse out
Lift Bed
(Double Chamber)
VWS
(Double Chamber)
Lift Bed Process의 특징 및 장점
1. Lift bed process의 개요
· Lift bed Process는 Fluidized Bed 의 원리를 적용한 가장 Upgrade된 Process 임
· Fluidized Bed의 모든 장점 외에도 Back Washing이 수지탑 내에서 실행 되어 매우 간편
2. Lift bed process의 구성
· 중간에 1~2 plate로 나누어 상하 2~3개의 Chamber로 구성
· 각 Chamber는 Lift pipe로 연결되어 수지 이동 가능
Lift Bed Process의 특징 및 장점
3. Lift bed process의 장점
(1) High Capacity & Low Conductivity
- Long resin bed depth의 효율적 이용 : 처리수질 향상
- Upper chamber는 수지를 100% 충진 : Fixed bed의 효율적 이용
 재생제 사용량 절감 !!
(2) Up flow process의 단점에 대한 획기적인 보완
- 운전, 가동정지의 반복에도 처리수질 변동없음 !!!
- Lower chamber에는 Back wash를 위한 Free board가 있음
 Back washing tower 필요없음 !!!
- 원수의 SS, 유기물 등의 급격한 유입상황에서도 수시 내부 Back washing 가능 !!!
(3) 고염량 (High salt) 원수 처리에도 적합함
Lift Bed Process의 특징 및 장점
Lift bed process는 Upper chamber에 수지를 100% 충진하므로 Free board가
없다. 따라서, 가동정지를 반복하더라도 상부 수지의 흡착대가 흔들리지 않으므로
항상 일정한 처리수질을 얻을 수 있다.
Multistep Process
co 2
Demi Water
MonoPlus
MonoPlus
S 108
M+ S 108
M 500
Airr
M+ M 500
MonoPlus
MonoPlus
S 108
MP 64
M+ S 108
Raw water
Lift Bed
(Double Chamber)
VWS
(Double Chamber)
Multistep
(Triple Chamber)
Multistep Process의 특징 및 장점
1. Multistep process의 개요
· 중간에 1~2 plate로 나누어 상하 2~3개의 Chamber로 구성
· 각 Chamber는 서로 다른 종류의 수지가 충진되어 있음
· Fluidized bed process의 모든 장점을 가지며 특히, Mixed bed process에 비해 매우
경제적임
2. Multistep process의 적용사례
· MBD, MBP, CPP 대용에 매우 적합
· 소형 순수제조설비 (2B2T, 2B3T) 대용에 적합
Multistep Process의 특징 및 장점
3. Multistep process의 Operation
· 통수 : Up flow, 재생 : Down flow  향류재생으로 재생제 비용 획기적 절감!!!
· Back washing : 년간 1~2회 실시로 충분  재생수 및 폐수 발생량 획기적 절감!!!
· No air mixing : 수지 혼합공정이 없음  수지파쇄량 감소로 사용수명 증가!!!
4. Multistep process의 처리수질
· Polishing의 경우 0.058 ㎲/㎝ (17.2Mohm) 이하의 운전실적 : 실제 17~18Mohm
Multistep Process의 특징 및 장점
5. Multistep process의 장점 (Mixed Bed Process 대비)
(1) 향류재생방식으로 기존 MBD, MBP에 비하여 획기적인 원가 절감 기여
- 재생제 절감 : 40 ~ 70%
- 폐수 발생량 감소 : 70 ~ 85%
(2) 재생시간 단축 : 4시간 → 2.5시간
(3) Simple regeneration process
(4) Simple automation
(5) 2B 2T, 2B 3T가 One Tower로 매우 간단히 설치됨
Multistep Process의 특징 및 장점
(6) 양이온수지와 음이온 수지의 분리공정 없음 : 폐수발생량의 획기적 감소
(7) 수지혼합을 위한 Air mixing 공정 필요 없음 : 수지파쇄율 최소화, 수지사용수명 증가
(8) MBD, MBP, CPP와 달리 내부 Internal parts의 유지보수가 거의 필요 없음
 No maintenance
(9) 고유속 통수가능 (80~100m/h)
(10) 대용량 통수가능 (500 ㎡/h)
♣ Multistep process는 기존 수처리 설비의 여러 문제점을 해결함은 물론이고
순수제조 비용 절감 및 친환경적인 획기적인 차세대 순수제조설비이다.
Case Study / Operating Cost 비교
1. 개요
이온교환수지를 이용한 순수제조설비는 제1세대 방식(Co-current)으로부터 제2세대 방식
(CCR), 제3세대 방식(Fluidized bed, 유동상)으로 발전되어왔으며, 각 Process 별 순수제조
설비의 운전경비를 비교하여 경제성을 비교 검토하고자 한다.
2. Case Study
(1) Plant
: K사 (열병합발전소, 군산)
(2) Flow rate
: 330m3/hr X 22hrs (Net 7,200m3/cycle)
(3) Raw water
- Conductivity
- Turbidity
- TDS
- Total Cation
- Total Anion
- Silica
: 475uS/cm
: 1~3 mg/L as Kaolin
: 257 mg/L
: 190.55 mg/L as CaCO3
: 190.55 mg/L as CaCO3
: 4.0 mg/L as CaCO3
2B3T 폐수발생량 비교
구 분
CCR
Lift Bed
VWS
Net (m3)
Waste water (m3)
7,200
498
7,200
150
7,200
160
Gross Total (m3)
7,698
7,350
7,360
폐수발생량 (%)
6.4%
2.08%
2.17%
Gross 생산량 대비
년간 통액량 (m3)
(350 cycle/year)
2,694,300
2,572,500
2,576,000
Net 25,200,000 m3
순수생산 기준
Remark
CCR 대비 폐수
발생량이 약 30%
수준까지 감소함
2B3T 운전경비 비교
구 분
CCR
Lift Bed
VWS
HCl (kg)
1,569
1,384
1,226
NaOH (kg)
1,384
1,093
1,010
1,507
1,211
1,128
496
160
150
546
176
165
3. 동력비(천원)
149
124
124
4. 이온교환수지 (천원)
0.18
0.08
0.08
5. 1 cycle cost(천원)
2,201
1,510
1,416
6. 순수제조원가(\/㎥)
303
208
195
7. VWS 대비 원가(%)
155%
107%
100%
770,447
528,791
495,892
비고
1. Chemical사용량
Chemical 총비용(천원)
약 20% 절감
2. Waste water
폐수발생량(㎥)
폐수처리비용(천원)
8. 년간 Cost 비교 (천원)
약 70% 절감
약 30% 절감
22hrs/cycle 기준
주) 1. 운전비용에서 감가상각비, 관리비 등은 제외한 금액임.
2. 원가계산 : HCl(\120/kg), NaOH(\350/kg), 원수(\600/㎥), 폐수처리비(\1,100/㎥), 전력비 (\75/kWh)
Polishing 설비 폐수발생량 비교
구 분
MBP
Multistep
Net (m3)
330m3/hr X 288hrs =
95,040
330m3/hr X 288hrs =
95,040
Waste water (m3)
106
30
Gross Total (m3)
95,146
95,070
폐수발생량 (%)
0.11%
0.03%
Gross 생산량 대비
년간 통액량 (m3)
(30 cycles/year)
2,854,380
2,852,100
Net 2,851,200 m3
순수생산 기준
Remark
12day/cycle 재생주기
1 cycle 기준
Polishing 설비 운전경비 비교
구 분
MBP
Multistep
HCl (kg)
330
209
NaOH (kg)
330
254
344
254
106
30
116
33
-
-
4. 이온교환수지 (천원)
0.11
0.13
5. 1 cycle cost(천원)
460
281
6. 순수제조원가(\/㎥)
4.84
2.96
7. Multistep 대비 원가(%)
164%
100%
8. 년간 Cost 비교 (천원)
13,808
8,441
비고
1. Chemical사용량
Chemical 총비용(천원)
약 26% 절감
2. Waste water
폐수발생량(㎥)
폐수처리비용(천원)
3. 동력비(천원)
주) 년간 총 5,367,000원의 운전경비 절감효과가 있음.
약 72% 절감
약 39% 절감
228hrs/cycle 기준