CO2 수송·주입 공정의 Shut-in, Blow-down 거동에 관한 동적 시뮬레이션

Abstract

CCS 기술은 대용량 온실가스 배출원에서 CO2를 분리하는 포집공정, 포집된 CO2를 지중 저장지까지 이송하기 위 한 기술적 목적으로 이루어지는 탈수, 정제와 같은 전처리공정, 원거리 수송을 위하여 CO2를 고밀도 상태로 변환 하는 압축 및 액화공정, 파이프라인과 선박 등을 이용한 수송공정, 주입설비와 주입정을 이용하여 심부 지층까지 주입하는 주입공정, 주입된 이산화탄소의 실질적 감축이 이루어지는 심부 지층의 저장 과정, 주입 후 CO2의 거동 을 감시하는 모니터링 과정으로 구성된다. 본 연구의 목적은 상기 단계 중 수송 및 주입공정에 대한 동적거동을 시뮬레이션하고, 이를 통하여 기본설계 및 안전해석을 위한 데이터를 확보하는 것이다. 이를 위해 국내 적용 가능 한 CCS 실증 시나리오를 구성하고 이를 대상으로 동적거동 모사 수치해석을 수행하였다. 공정 조건으로는 처리용 량 1000kg/hr 규모의 소규모를 대상으로 선정하였다. 세부공정은 육상 수송구간과 해상 수송구간으로 이루어진 파이프라인 수송공정 그리고 주입공정으로 구성하였다. 동적거동 모사를 위한 수치해석 도구로 Olga 7.0.1을 이 용하였다. 전체 플랜트 설비의 Feed 조건으로 30 ℃조건의 CO2를 고려하였으며, 주입정 끝단의 저장지 조건은 200 bara, 90 ℃로 가정하였다. 또한 Flowline과 Wellbore의 내경은 동일하게 0.1 m로 설정하였다. 본 연구에서 는 주입공정 시뮬레이션 및 수송 플랜트 기동, 중지, 비상감압 등의 비정상상태 안전해석을 수행하기 위하여 정상 운전조건, Shut-in 운전, Blow-down 운전에 대한 계산을 수행하였다. 계산결과를 분석하여 Flowline과 Wellbore 내에서 CO2의 온도, 압력 및 상변화 거동을 해석하였다프라인과 선박 등을 이용한 수송공정, 주입설비와 주입정을 이용하여 심부 지층까지 주입하는 주입공정, 주입된 이산화탄소의 실질적 감축이 이루어지는 심부 지층의 저장 과정, 주입 후 CO2의 거동 을 감시하는 모니터링 과정으로 구성된다. 본 연구의 목적은 상기 단계 중 수송 및 주입공정에 대한 동적거동을 시뮬레이션하고, 이를 통하여 기본설계 및 안전해석을 위한 데이터를 확보하는 것이다. 이를 위해 국내 적용 가능 한 CCS 실증 시나리오를 구성하고 이를 대상으로 동적거동 모사 수치해석을 수행하였다. 공정 조건으로는 처리용 량 1000kg/hr 규모의 소규모를 대상으로 선정하였다.