미국 텍사스 주의 한 지역에서는 유전의 석유생산 과정 시 매우 높은 염도를 가진 물질에 의해 오염된 물을 경제적으로 처리할 수 있는 새로운 공정을 적용하고 있다. 이 새로운 공정의 도입을 통해 다음달 말까지 일일 평균 500,000갤런의 물을 처리할 것으로 기대된다. 여기서 정화된 물은 석유 및 천연가스 생산 시 사용되는 수압 파쇄(Hydraulic Fracturing) 공정에 사용될 예정이다.

최근 석유나 가스생산 산업은 그 동안 생산이 어려웠던 퇴적층에 도달하기 위한 기술을 활용하고 있으며, 이를 위해 다량의 물을 사용하고 있어 오염된 물의 발생량도 점차 증가하고 있다. 이번 기술은 석유나 가스생산 산업에서 배출되는 오염된 물을 처리할 수 있는 방안을 제시한다.

 

많은 석유생산 지역이 1배럴의 석유를 생산하는데 최대 5배럴의 오염된 물이 발생한다. 그리고 석유생산량을 증가시키기 위한 석유회수증진(Enhance Oil Recovery) 기술을 적용하면서 생산수(Produced Water)라고 물리는 물의 사용량도 증가하고 있다.

이번 기술은 기존에 사용되는 기술보다 우수한 경제성을 제공한다. 기존에는 수압 파쇄 공정을 위해 깨끗한 물을 구매하면서 정(Well)에는 오염된 물을 다시 주입하였다. 가스 생산사들은 공정 중 되돌아오는 물을 인공 연못에 저장한 후 이를 희석하여 재활용하고 있으며, 오염된 물의 최종 처분을 위해 지하 깊은 곳에 주입시키고 있다.

 

이 기술을 개발한 MIT의 John Lienhard 교수는 "이번 설비는 지금까지 제작된 규모 중 가장 크다. 과거 프로토타입 설비는 하루 200갤런을 처리할 수 있다. 이번 설비는 더 크고 모듈화되어 있으며, 확장이 가능하다. 만약 두 배로 확장하고자 한다면 그렇게 가능하다"고 밝혔다.

이번 신규 설비는 MIT에서 스핀아웃(Spinout)된 Gradiant사의 기술을 사용하며 처리 과정은 다음과 같다. 물은 석유, 그리스 잔류물, 고형 입자들을 제거하기 위해 전처리된다. 그리고 염수(Saline Water)를 가열한 후 큰 표면적을 가진 다공성 물질에 분사시킨다.

 

이렇게 되면 수증기로 공기를 포화상태로 만들 수 있다. 물 포화(Water-saturated) 공기는 물이 차있는 얇은 트레이의 작은 구멍을 통해 주입되어 버블(Bubble)이 된다. 그리고 이들 버블이 트레이의 물을 통과하면서 버블 내 수증기가 응축되고 흐르는 물에 합류하여 깨끗한 물을 만들 수 있다. 버블 컬럼(Bubble Column)이라는 불리는 장치는 값비싼 금속 열교환기(Metal Heat Exchanger)가 없어도 수증기를 응축할 수 있다.

Gradiant사는 이 공정을 캐리어 가스 추출 공정(Carrier Gas Extraction)이라고 부른다. 이 공정은 사용되는 열의 85%는 재활용되어 시스템 가동에 도움을 준다. 남아있는 폐기물은 매립지에서 슬러지 형태로 처리된다.

 

이번 프로젝트는 텍사스 석유 회사인 Pioneer Natural Resources에 의해 진행되고 있다. Gradiant의 CEO인 Anurag Bajpayee는 미국과 다른 지역에 석유 및 천연가스 산업의 붐을 일으키는 것이 지금의 목표라고 말했다.

 

[출처 : KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑(GTB)』2014. 07. 11]

 

 

In a nondescript site in Midland, Texas, an inexpensive new process is cleaning up some of the most contaminated water around—the extremely salty stuff that comes up with oil at wells. By the end of next month the technology is expected to be chugging 500,000 gallons per day, furnishing water that’s sufficiently clean to use in hydraulic fracturing, or fracking, for oil and natural gas production (see “Natural Gas Changes the Energy Map”).

 

 

The technology may provide a way to deal with the increasing amounts of contaminated water the fossil fuel industry is generating as it pursues more and more difficult-to-reach deposits. Many oil formations can produce as much as five barrels of contaminated water for every one barrel of oil. And the volume of this so-called “produced” water is rising as the industry pumps water into nearly depleted wells to enhance oil recovery.

 

In the Midland plant, the technology is proving more economical than the existing strategy: re-injecting the wastewater back into the wells, while purchasing clean water for use in nearby fracking operations. Right now, gas producers tend to store water that comes back up during the process in man-made ponds and dilute it for reuse. Ultimately they inject the dirty water deep underground for final disposal.

 

“This is far and away the largest such plant anyone has ever built. Past prototypes have done 200 gallons a day; this is vastly larger, modular, and scalable; if they wanted to double it, they could,” says John Lienhard, a professor of mechanical engineering at MIT who heads MIT’s Center for Clean Water and Clean Energy, where the technology was developed.

 

The new plant uses technology from Gradiant, an MIT spinout company based in Woburn, MA. The water is pretreated to remove oil and grease residue and solid particles. The company heats the saline water and sprays it into a porous material with a large surface area, saturating air with water vapor.

 

This water-saturated air is then pumped up through tiny holes in a series of shallow, water-filled trays. As bubbles pass through the water in the trays, the water vapor in the bubbles condenses and joins the water it is passing through, creating more fresh water. This so-called “bubble column” allows the company to condense water vapor without needing expensive metal heat exchangers.

The process—which the company calls carrier gas extraction—recycles up to 85 percent of the heat needed to keep the system running. The remaining waste is then disposed as sludge in landfills. The project is being done with Pioneer Natural Resources, an oil company in Texas.

 

Anurag Bajpayee, president and CEO of Gradiant who co-developed the technology with the company’s CTO, Prakash Govindan, says the initial focus is on the booming petroleum and natural gas industry in the United States and elsewhere. “Water issues have been a point of a lot of controversy for the industry,” he says.

 

 

[원문출처 : http://www.technologyreview.com/news/528586/how-to-clean-the-gas-and-oil-industries-most-contaminated-water/]