이산화탄소 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계:II. 열역학 상태방정식이 압축 및 수송 공정에 미치는 영향 평가

Abstract

CO2 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 이용하여 CO2 해양지중저장 처리 공정 중 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 CO2를 포집하는 포집공정, 포집한 CO2를 파이프라인이나 선박 등을 통해 이송하는 수송공정, 이를 깊이 800m 이상의 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장하는 저장공정 등 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 CO2 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하고 이들이 압축 및 수송공정에 미치는 영향 등을 평가하였다. 이와 같은 연구결과에 근거하여 CO2 해양지중저장 처리를 위한 압축 및 수송 공정 설계 시 유용한 열역학 상태방정식을 제안하였다. 상태방정식 계산결과 간의 비교 및 영향 평가를 위하여 순수 단일성분 CO2와 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 CO2 혼합물의 압축 및 수송거동을 분석하였다. 순수 단일성분 CO2의 압축 및 수송공정 계산결과에는 이상기체 상태방정식을 제외한 상태방정식 간에 큰 차이가 존재하지 않으나, NO, Ar 그리고 O2 등이 포함된 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 CO2 혼합물의 압축 및 수송공정에는 PR 계열의 상태방정식과 BWRS 상태방정식에서 커다란 차이가 나타났다. 즉, 8bar 이상의 압력, 30℃ 내외의 온도 영역에서 CO2 혼합물을 서로 다른 상태로 예측하였다. 이러한 불순물의 영향으로 인하여 CO2 혼합물의 압축 및 수송공정 설계에 PR계열의 PRBM 상태방정식의 적용이 BWRS 식 적용보다 유용하다고 판단된다.