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[국내논문] SO2 및 NO2 포함 고압 CO2 스트림이 인산염 코팅 CO2 수송관 부식에 미치는 영향
Study of the corrosion effect of CO2 stream with SO2 and NO2 on a phosphate coated steel tube 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.12, 2014년, pp.6973 - 6979  

조맹익 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소 해양CCS연구단) ,  강성길 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소 해양CCS연구단) ,  허철 (한국해양대학교 해양과학기술융합학과) ,  백종화 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소 해양CCS연구단)

초록
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지구온난화 및 기후변화 대응기술로써 세계 각국은 CCS(이산화탄소 포집 및 저장)에 주목하고 있으며 관련 기술개발을 위해 노력하고 있다. CCS는 크게 포집, 수송, 저장 공정으로 이루어져 있으며, 이중 포집공정에서는 이산화탄소 외에 다양한 불순물이 불가피하게 유입될 수 있다. 본 연구에서는 $SO_2$$NO_2$ 가스와 수분이 포함된 $CO_2$ 스트림$CO_2$ 수송관 부식에 미치는 영향을 조사하기 위해 실험을 수행하였다. 시편은 인산염 코팅된 철관이며 내부에 $SO_2$, $NO_2$, $H_2O$ 불순물이 혼합된 $CO_2$ 스트림을 채우고 이를 100바, $29^{\circ}C$의 환경 하에서 부식특성 변화를 관찰하였다. 시편의 부식특성 변화를 관찰하기 위해 SEM촬영 및 EDS 측정 등을 진행하였다. 실험결과 $SO_2$$NO_2$가 주입된 모든 시편에서 한계용해도를 초과하지 않는 수분농도 조건 하에서도 부식이 발생하였으므로 불순물 농도를 엄격히 관리할 필요가 있는 것으로 나타났다. 다만 $SO_2$$NO_2$와 같은 불순물이 존재하지 않는 상황에서는 한계용해도를 고려한 수분제어만으로 부식관리가 가능할 것으로 판단된다. 본 연구결과에 근거하여 고압 $CO_2$ 스트림 내 $SO_2$$NO_2$의 농도는 각각 175ppm 및 65ppm 미만으로 유지할 것을 제안하는 바이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To mitigate global warming and climate change, many countries are investing massively on the development of CCS technology, which is assumed to be the key technology to reduce $CO_2$ emissions. CCS technology is comprised of the capture, transport, and storage processes. During the captur...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 앞서 언급한 Cho[4]의 결과를 기반으로 추가연구를 수행하여 확장한 논문으로써 SO2 뿐만 아니라 추가적으로 NO2 불순물이 수송관 부식에 미치는 영향을 살펴보고 SEM(전자주사현미경) 촬영 및 EDS(X-선 분광분석) 측정결과를 분석함으로써 부식된 표면의 미세 표면 형상 및 조성변화를 분석하여 관련 연구를 심화하고자 한다. 본 연구를 통해 CO2 수송공정에 요구되는 H2O, SO2, NO2 불순물 함량에 대한 기준 정보를 확보할수 있으며, CO2 스트림내 불순물의 허용한도는 다양한 CCS 공정의 설계기준으로 활용될 수 있다.
  • 본 연구에서는 아연계 인산염 코팅관의 CO2 수송관 적용 시, H2O, SO2 및 NO2가 유입되었을 때의 부식거동을 분석하기 위해 실험적 연구를 실시하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 앞서 언급한 기계적인 수분제거 장치가 고장 나거나, 초기시동(Start-up) 및 긴급감압 (Blow-out) 등의 비정상상태(Transient state) 시, 수분의 한계용해도 이상과 이하조건에서 SO2, NO2가 수송관의 부식에 미치는 영향을 실험적으로 분석하는데 목적이 있으며 이를 통해 앞서 언급된 상황 하에서 부식억제제등의 필요여부를 알아보고자 하였다.
  • 앞서 서론에서 서술한 바와 같이 본 연구에서는 CO2내 수분의 한계용해도를 초과 또는 이하의 높은 수분 환경에서 SO2 및 NO2가 포함된 CO2 스트림이 수송관 부식에 미치는 영향을 보고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CCS는 어떤 기술인가? CCS는 제철소 및 발전소 등의 대규모 CO2 배출원으로부터 포집된 이산화탄소를 압축, 탈수, 정제, 수송공정을 거쳐 땅속의 안전한 지질구조 내에 장기간 안정적으로 저장함으로써 이산화탄소를 대기로부터 격리시키는 기술이다. CCS 공정 중 포집된 이산화탄소에는 연소, 포집 공정에서 다양한 불순물들이 불가피하게 유입되게 되며, 대표적인 불순물로 N2, O2, Ar, H2O, H2S, SO2, NO2등이 있다.
CCS 공정에서 유입된 불순물은 어떤 영향을 미치는가? CCS 공정 중 포집된 이산화탄소에는 연소, 포집 공정에서 다양한 불순물들이 불가피하게 유입되게 되며, 대표적인 불순물로 N2, O2, Ar, H2O, H2S, SO2, NO2등이 있다. 이러한 불순물들은 포집된 이산화탄소 혼합물(이하 CO2 스트림)의 밀도, 점성 등의 물성을 변화시켜 압축효율, 유동양식천이, 압력강하량 등의 공정성능에 영향을 미치게 된다. 그중 H2O, H2S, SO2, NO2 등의 불순물이 포함될 경우 압축, 수송, 저장공정 상의 관내유체기기및 수송관 내부에 부식을 일으킬 수 있다.
압축, 수송, 저장공정 상의 관내유체기기 및 수송관 내부에 부식을 일으키는 불순물은? 이러한 불순물들은 포집된 이산화탄소 혼합물(이하 CO2 스트림)의 밀도, 점성 등의 물성을 변화시켜 압축효율, 유동양식천이, 압력강하량 등의 공정성능에 영향을 미치게 된다. 그중 H2O, H2S, SO2, NO2 등의 불순물이 포함될 경우 압축, 수송, 저장공정 상의 관내유체기기및 수송관 내부에 부식을 일으킬 수 있다. 이러한 부식현상은 초기비용 및 운전비용의 상승을 불러오게 되며 기기이상 및 수송관 파열로 인한 운전 정지에 따른 손실 등의 문제를 일으킬 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Greenhouse Gas Inventory & Research Center of Korea, "National Greenhouse Gas Inventory Report of Korea", 2013 

  2. I. S. Cole, P. Corrigan, S. Sim, N. Birbilis, "Corrosion of pipelines used for CO2 transport in CCS: Is it a real problem", International J. of Greenhouse Gas Control, 749-756, July, 2011 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijggc.2011.05.010 

  3. F. D. Moraes, J. R. Shadley, J. Chen, E. F. Rybicki, "Characterization of CO2 Corrosion Product Scales Related to Environmental Conditions", Corrosion 2000, 26-31, 2000 

  4. M. I. Cho, C. Huh, S. G. Kang, J. H. Baek, "Experimental Study on Corrosion Characteristics of CO2 Pipeline for offshore Transport and Geological Storage", International Conference on Greenhouse Gas Technology, October, 2014 

  5. A. Austegard, M. Barrio, "Project Internal Memo DYNAMIS : Inert components, solubility of water in CO2 and mixtures of CO2 and CO2 Hydrates", Trondheim, Norway, 2006. 

  6. E. D. Visser, C. Hendriks, M. Barrio, M. J. Molnvik, G. D. Koeijer, S. Liljemark, Y. L. Gallo, "Dynamis CO2 Quality Recommendations", Int. J. of Greenhouse Gas Control, 478-484, July, 2008 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijggc.2008.04.006 

  7. L. Buit, M. Ahmad, W. Mallon, F. Hage, "CO2EuroPipe Study of the Occurrence of Free Water in Dense Phase $CO_2$ Transport", Energy Procedia, Vol. 4, 3056-3062, 2011 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2011.02.217 

  8. S. C. Shin, E. Y. Chung, "Development of Phosphate-Zinc Pretreatment for Steel Produced by The Electric Furnace", KSAE Annual Conference, 2688-2693, 2009 

  9. M. Zubielewicz, W. Gnot, "Mechanisms of non-toxic anticorrosive pigments in organic waterborne coatings", Progress In Organic Coatings, Vol. 49, 358-371, 2004 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.porgcoat.2003.11.001 

  10. Y. J. Lee, S. S. Park, S. S. Hong, S. H. Lee, D. S. Kim, G. D. Lee, "Preparation and Performance Evaluation of Zinc Phosphate-Coated Mica Anticorrrosive Pigment", Clean Technology, Vol. 19, No. 3, 257-263, 2013 DOI: http://dx.doi.org/10.7464/ksct.2013.19.3.257 

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