수평관을 이용한 이산화탄소 혼합물 수송 공정 중 질소 불순물이 미치는 영향에 대한 실험적 평가

Abstract

지구온난화 및 그에 따른 이상기후현상이 전세계적인 문제로 떠오르고 있는 가운데, 세계 각국은 지구온난화의 속도 및 정도를 완화시키기 위해 태양광발전, 에너지 효율 향상 등의 다양한 기술 개발에 대규모 투자를 하고 있다. 이들 기술과 함께 온난화가스인 이산화탄소를 포집․수송․주입하여 안전한 해저지중구조내부에 장기간 저장하는 이산화탄소 해양지중저장기술(Carbon dioxide Capture and Storage, CCS)이 탄소저감 및 기후변화 대응기술로써 주목받고 있다. 일반적으로 포집된 이산화탄소 유동(CO2 stream)은 이산화탄소가 다수를 차지하고 그 외 질소, 산소, 아르곤, 물, 이산화황 등과 같은 불순물이 포함되어 있으며 이들 불순물은 포집공정 이후의 압축, 수송, 주입 공정에 많은 영향을 미칠 것으로 예상된다. 본 연구에서는 이들 불순물 중, 질소가 수송공정에 미치는 영향을 실험평가하였다. 다양한 수송조건을 모사하여 실험을 진행할 수 있도록 각 실험기기는 모듈형태로 제작되었으며 이는 추후 다른 CCS공정의 실험에도 본 장치를 용이하게 사용하기 위함이다. 먼저 가압을 한 후, 압력을 조절하여 시험부에 실험유체를 공급할 수 있도록 부스터와 레귤레이터를 장착한 가압모듈과 다양한 압력 및 유량조건 하에서도 실험을 위한 온도조건을 달성할 수 있는 쿨링모듈을 설계제작하였다. 이들 실험모듈들을 이용하여 이산화탄소 혼합물을 21℃의 온도조건과 70, 80,120bar의 압력조건으로 만든 후, 수송 중의 이산화탄소 상태를 가시화하기 위하여 가시창과 CCD카메라를 설치하였다. 본 실험연구결과 포함된 질소의 조성에 따라 이산화탄소 혼합물 유동은 액상, 이상, 초임계의 다양한 영역에 걸쳐 분포한 결과를 보였으며 수송 압력조건의 변화에 따라 이산화탄소 혼합물 유동이 분포되는 상(Phase)의 영역이 다름을 알 수 있었다.