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이산화탄소 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계: I. 수치계산을 통한 열역학 상태방정식의 비교 분석
Process Design of Carbon Dioxide Storage in the Marine Geological Structure: I. Comparative Analysis of Thermodynamic Equations of State using Numerical Calculation 원문보기

한국해양환경공학회지 = Journal of the Korean society for marine environmental engineering, v.11 no.4, 2008년, pp.181 - 190  

허철 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) ,  강성길 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소)

초록
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기후변화 및 교토의정서상의 온실가스 의무감축요구에 대응하기 위하여 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 국내외적으로 주목 받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 통하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리에 필요한 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, 상태방정식 계산결과의 정확성을 평가하기 위하여 실험으로부터 구해진 데이터와 비교를 수행하였다. 이상기체 상태방정식과 SRK식은 $29.85^{\circ}C$, 60 bar 이상에서 밀도를 전혀 예측하지 못하였으며, 고온 고압의 초임계 상태에서 100% 내외의 오차를 보였다. BWRS 식은 임계온도 근처인 $29.55^{\circ}C$, 임계압력 근처인 $60{\sim}80\;bar$ 사이의 영역에서 실험값을 전혀 예측하지 못하고 최대 100%의 차이를 보였다. $CO_2$ 해양지중저장 처리의 저장지 조건인 온도 $31.1^{\circ}C$ 이상, 압력 73.9 bar 이상의 초임계 상태에서 PR 식과 PRBM 식은 실험값을 비교적 잘 예측하였다. 따라서 $CO_2$ 해양지중저장처리 공정 중 고온, 고압 영역에서는 상기 상태방정식을 이용한 공정 설계가 유용하다고 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To response climate change and Kyoto protocol and to reduce greenhouse gas emissions, marine geological storage of $CO_2$ is regarded as one of the most promising option. Marine geological storage of $CO_2$ is to capture $CO_2$ from major point sources(eg. power plan...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 공정 모사 시 수치 모델링을 사용하여 실제 해양지중저장 처리 공정에 투입되는 C6의 상태량, 유량 및 운전조건 등을 적용하여 수치 계산을 수행하게 되므로, 실제로 CO 해양지중저장 플랜트를 가동하지 않고도 실제와 유사한 공정결과를 얻을 수 있어 공정설계에 매우 유용하기 때문이다. 논문에서는 CO2 해양지중저장 처리 공정 수치 모델링을 위한 열역학 상태방정식을 비교 분석하고 실험 데이터와의 비교를 통하여 신뢰할만한 열역학 상태방정식을 선정하고자 하였다. 이를 위해 비리얼 상태방정식 중 BWRS 식을, 3차의 상태방정식들 중 PR 식, PRBM 식, SRK 식 등 이상기체 상태방정식을 포함하여 총 5 개의 상태방정식을 대상으로 C6 해양지중저장 공정설계를 위한 비교 분석을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
  • 적절한 상태방정식을 선정하고 이를 활용하여 압축 및 수송을 포함한 세부단계에 대한 수치계산은 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 온실가스 대량 감축 시스템의 설계기반을 제공할 수 있다. 본 논문에서는 CO2 해양지중저장 처리시스템 설계에 사용가능한 열역학 상태방정식의 정확성을 평가하고 상호 비교분석을 수행하였다. 이를 위해 앞 장에서 설명한 5 개의 상태방정식을 이용하여 C6의 열역학적 상태량을 계산하고 이를 실험 데이터와 비교하였다.
  • 따라서 신뢰성이 확보되지 않은 상태방정식의 이용이나 부정확한 활용은 CO2해양지중저장 처리 시스템의 설계에 치명적인 오류를 가져올 수 있다. 본 논문에서는 수치계산을 이용하여 CO2 해양지중저장 공정 수치 모델링 상태방정식을 분석하고 실험 데이터와의 비교를 수행하였고, 이를 통해 CO2 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계 시 유용한 열역학 상태방정식을 제안하였다.
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