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이산화탄소 해양지중저장 처리를 위한 파이프라인 수송시스템의 열-유동 해석
Thermal-Hydraulic Analysis of Pipeline Transport System for Marine Geological Storage of Carbon Dioxide 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.22 no.6 = no.85, 2008년, pp.88 - 94  

허철 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소 해양안전방제기술연구부) ,  강성길 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소 해양안전방제기술연구부) ,  홍섭 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소 해양시스템연구부) ,  최종수 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소 해양시스템연구부) ,  백종화 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소 해양안전방제기술연구부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The concentration of atmospheric carbon dioxide (CO2), which is one of the major greenhouse gases, continues to rise with the increase in fossil fuel consumption. In order to mitigate global warming the amount of CO2 discharge to the atmosphere must be reduced. Carbon dioxide capture and storage (CC...

주제어

#기후변화   #온실가스   #이산화탄소   #이산화탄소 포집 및 저장   #파이프라인 이송  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉, 본 논문의 선행계산을 이용하여 최소의 압력강하와 열손실 조건을 적용함으로써 파이프라인 수송시스템의 설계 온도와 압력 그리고 관경 등이 도출 가능할 것이다. 또한, 상기 연구결과에 근거하여 CO2 해양지중저장 처리를 위한 육상 및 해상 파이프라인 이송공정설계의 출발점을 제시하고자 하였으며, 이를 다음과 같이 정리할 수 있다.
  • 본 논문에서는 대량의 CO2 파이프라인 수송시스템 설계 시중요 한 성능인자인 압력강하와 열전달 등을 설계인자인 입구 CO2의 열역학적 상태, 유량, 수송 파이프라인 관경, 총괄 열전달 특성 등을 변화시켜가며 계산을 수행하였으며 이를 통해 파이프라인 수송시스템의 설계 기반을 마련하고자 하였다. 즉, 파이프라인 수송시스템의 설계 인자가 성능인자에 미치는 영향을 분석함으로써 실제 대량의 CCh 파이프라인 수송시스템 설계 시 최적의 설계가 수행될 수 있도록 하였다.
  • 본 논문에서는 대량의 CO를 육상 또는 해양 퇴적층의 저장지로 이송하기 위한 수송시스템 개발 시 필요한 설계인자를 도출하고, 다양한 조건 하에서 설계인자의 민감도 분석을 실시하였다. 먼저 가상의 시나리오를 세워 적절한 설계인자의 범위를 조사하였으며, 이에 근거하여 설계인자 및 외부 조건의 변화에 따른 이송시스템의 성능을 분석하였다.
  • 1에 도시된 가상 CO2 파이프라인 수송시스템의 이송구간의 길이는 육상과 해상 각각 100km로 가정하였으며, 포집지와 저장지 사이 이송구간중 지형의 변화로 인한 기하학적인 위상차는 고려하지 않고 수평관 수송시스템으로 가정하였다. 본 논문에서는 파이프라인 수송시스템의 관경을 선정하기 위한 압력강하, 열전달 계산 그리고 CQ의 열역학적 상태가 이에 미치는 영향을 검토하였다.
  • 본 논문에서는 이 중 파이프라인 수송시스템의 설계 인자를 변화시켜가며 성능인자를 계산하였다. 이와 같은 과정을 통하여 실제 대량의 CCh 파이프라인 수송시스템 설계 시 최적의 설계가 수행될 수 있도록 하였다. 즉, 본 논문의 선행계산을 이용하여 최소의 압력강하와 열손실 조건을 적용함으로써 파이프라인 수송시스템의 설계 온도와 압력 그리고 관경 등이 도출 가능할 것이다.
  • 이송시스템의 성능을 분석하기 위한 도구로서 유체 유동 설계 기준으로 압력강하와 열 시스템 설계 기준으로 열손실(또는 열교환량을 선정하였다. 즉, 대량의 CCh 파이프라인 수송시스템 설계 시 중요한 성능 인자인 압력강하와 열전달 등을 설계인자인 입구 CQ의 열역학적 상태, 수송 파이프라인 관경, 총괄 열전달 특성 등을 변화시켜가며 계산을 수행하였으며 이는 통해 파이프라인 수송시스템의 설계 기반을 마련하고자 하였다. 또한, 상기 연구결과에 근거하여 co2 해양지중저장 처리를 위한 육상 및 해상 이송공정의 설계의 출발점을 제시하였다.

가설 설정

  • 위상(Topology) 등이 있다. 본 논문의 연구대상으로 Fig. 1에 도시된 가상 CO2 파이프라인 수송시스템의 이송구간의 길이는 육상과 해상 각각 100km로 가정하였으며, 포집지와 저장지 사이 이송구간중 지형의 변화로 인한 기하학적인 위상차는 고려하지 않고 수평관 수송시스템으로 가정하였다. 본 논문에서는 파이프라인 수송시스템의 관경을 선정하기 위한 압력강하, 열전달 계산 그리고 CQ의 열역학적 상태가 이에 미치는 영향을 검토하였다.
  • 0ni/s일 때, 환경조건 5는 육상에서 지하 Im 깊이의 건조한 토양에 매설된 경우, 환경조건 6은 젖은 토양에 매설된 경우 각각의 총괄 열전달계수이다. 이때, 수송관의 외부는 1cm 두께의 우레탄으로 단열되어 있다고 가정하였다. 정리하면 환경조건 I 2, 5, 6은 파이프라인 수송시스템의 육상구간을 나타내며, 환경 조건 3, 4는 해상구간을 나타낸다.
  • 파이프라인 수송시스템과 외부와의 열전달 계산 수행 시 수송관 입구에서 CQ의 열역학적 상태는 온도 50'C, 압력 120bar의 초임계 상태를 가정하였다. 수송관의 직경은 Table 5에 도시한 바와 같이 0.
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참고문헌 (12)

  1. 강성길, 허철 (2008). '해저 지질구조내 $C0_2$ 저장가술의 연구 개발 동향 및 향후 국내 실용화 방안', 한국해양환경공학회지, 제11권, 제1호, pp 24-34 

    원문보기 상세보기

  2. 허철, 김무환 (2006). '수평 사각 마이크로채널 내에서의 2상 유동 압력 강하', Transaction of the KSME B, Vol 30, No 11, pp 1035-1042 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. 홍섭, 허철, 최종수, 이종갑, 백종화, 문일성 (2008). '이산화탄소 해양지중격리 공정 사례 연구', 한국해양공학회 2008년도 추계학술대회 논문집, pp 275-278 

  4. Aspen Plus (2006), Aspen Technology Inc., Cambridge, MA, USA 

  5. Aspen HYSYS (2006), Aspen Technology Inc., Cambridge, MA, USA 

  6. Bachu, S. (2003). 'Screening and Ranking Sedimentary Basins for Sequestration of $C0_2$ in Geological Media in Response to Climate Change', Environmental Geology, Vol 44, pp 277-289 

    상세보기 crossref

  7. Beggs, H.D. and Brill, J.P. (1973). 'A Study of Two-phase Flow in Inclined Pipe', Trans. AIME, pp 606-617 

  8. Incropera, F.P. and De Witt, D.P. (1990). Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York 

  9. IPCC (2005). IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, Cambridge University Press (http://www.ipcc.ch) 

  10. Mokhatab, S., Poe, W.A. and Speight, J.G. (2006). Handbook of Natural Gas Transmission and Processing, Elsevier, Gulf Professional Publishing 

  11. Peng, D.Y. and Robinson, D.B. (1976). 'A New Two-constant Equation of State', Ind. Eng. Chem. Fund., Vol 15, pp 59-64 

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  12. White, F. (1994). Fluid Mechanics, 3rd ed., McGraw-Hill, New York 

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