이산화황 불순물이 이산화탄소 지중저장 시 압축, 수송 및 주입에 미치는 영향 평가

Abstract

대규모 온실가스 발생원에서 배출되는 CO2를 포집하고 이를 지하 800m 이상의 퇴적층에 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 고밀도로 압축, 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송, 심부 지층으로 주입하는 과정이 필요하고, 이러한 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 CO2를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등과 같은 대량 배출원에서 포집된 CO2 혼합물에는 N2, O2, Ar, H2O, SO2, H2S 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 불순물들은 처리하고자 하는 CO2 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 수송 및 주입 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 SO2가 CCS 실용화를 위한 압축, 수송 및 주입에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위해 상기 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 CO2-SO2 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 상태량 모델들을 비교 평가하였으며, 정량적 분석을 통하여 CO2, SO2와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위한 최적의 이성분 매개변수 값들을 도출하였다. 이를 이용하여 포집된 CO2-SO2 혼합물의 조성 변화가 압축, 수송 및 주입 성능에 미치는 영향을 평가하였다.