이산화황 불순물이 이산화탄소 해양 지중저장 공정설계에 미치는 영향 평가: 상태량 모델의 비교 분석 및 이성분 매개변수 최적화

Abstract

화석연료를 사용하는 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서 배출되는 CO2를 포집하고 이를 대수층이나 유가스전 과 같은 지질학적 구조에 장기간 저장하는 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon dioxide Capture and Storage, CCS) 이 기후변화 대응기술로서 국내외적으로 주목 받고 있다. 이와 같은 CCS 기술을 구현하기 위해서는 포집된 대용량의 CO2 혼합물을 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하는 과정이 필요하고, 이러한 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 CO2를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등에서 포집된 CO2 혼합물에는 N2, O2, Ar, H2O, SO2, H2S 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 CO2 혼합물 내 불순물들은 처리하고자 하는 CO2 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 정제, 수송 및 저장 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 황성분이 함유된 SO2가 포함된 CO2 혼합물의 수송 및 저장 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 CO2 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 상태량 모델들을 비교 분석하였다. 이를 위해 BWRS EOS, PR EOS, PRBM EOS, RKS EOS, SRK EOS 그리고 NRTL-RK 모델과 같은 총 6가지 물리적 상태량 모델을 이용 하여 CO2-SO2 혼합물의 VLE 거동을 수치계산하고 이를 실험 데이터와 비교하였다. 또한, CO2, SO2와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위하여 상태량 모델을 이용한 계산결과와 실험결과와의 차이를 정량화하 여 각각의 상태량 모델의 예측능력을 계량화 비교분석하였고 이로부터 CO2-SO2 혼합물에 대한 최적의 이성분 매개 변수 값들을 도출하였다.