CO2 수송 & 포집
이산화탄소-하이드레이트를 이용한 수송기술 개발
이산화탄소-하이드레이트를 이용한 포집기술 개발
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이산화탄소- 하이드레이트를 이용한 수송기술 개발
Development of formation and transportation techniques for CO2-hydrate slurry
최근 상변화물질(phase change material)은 다양한 에너지 저장 물질 분야에 적용되고 있다.
가스 하이드레이트는 다른 PCM 물질들에 비해서 굉장히 큰 열적특성을 갖는다. 즉, 다른 PCM에 비해서 굉장히 높은 잠열 특성을 나타낸다. 한편, 대기 중 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 방법에 범국가적으로 관심을 갖는 추세이며, 이에 이산화탄소를 포집, 수송, 그리고 장기간 저장을 포함하는 이산화탄소 처리 기술인 CCS(Carbon-dioxide Capture & System) 기술개발 또한 활발히 진행되고 있다. 포집된 대량의 이산화탄소를 수송하기 위해서 배관 내 수송이 고려되고 있는데 높은 수송 압력을 만들기 위해서는 압축기를 통한 큰 동력을 필요로 하고, 100 bar 근처의 수송으로 인해 고비용의 파이프라인설치 및 안정성의 문제가 대두된다. 즉, 초임계 상태의 이산화탄소 수송과 관련한 이러한 문제점을 고려하여, 이산화탄소 하이드레이트 형성을 통한 다상 흐름으로 슬러리 형태 수송방법이 제안되고 있다. 특히 이산화탄소의 포집과정부터 하이드레이트 기술을 이용하면 더욱 큰 경제성을 가질 것으로 판단된다.
실험장치는 CO2-hydrate의 생성 및 순환을 위한 이중관형태의 열 교환기, 생성된 이산화탄소 하이드레이트를 일부 저장
하고 초기 물과 이산화탄소를 투입하는 탱크, 그리고 펌프 및 각종 측정 센서들로 구성되어 있다.
본 연구에서는 간접식 이차유체 냉각시스템의 작동유체로서 이산화탄소 하이드레이트 슬러리의 원활한 생성과 순환을 위해,
그리고 포집된 이산화탄소를 보다 효율적이고 경제적으로 수송할 수 있는 방법으로 하이드레이트 형태의 배관 수송방법을 제시함으로써 연구를 진행하였다.
◇연구결과
본 연구에서는 위와 같은 방식으로 진행하였고, 이를 랩스케일의 규모로 실험장치를 제작하여 수송실험을수행하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
CO2 HYDRATE SLURRY TRANSPORTATION IN CARBON CAPTURE AND STORAGE
◇ABSTRACT
Based on a proposed hydrate-based gas separation and the utilization of this technology, CO2 hydrate slurry transportation in pipeline from capture plants to storage sites is proposed in this paper. Two different transport processes are considered in the present study. The concept of CO2 hydrate slurry transportation in pipelines has many advantages over the current approaches of CO2 transportation. Transferring CO2 in hydrate slurry status reduces energy input for transportation and eliminates of hydrate blockage in pipelines thus reducing the overall cost of gas transportation. The effect of CO2 hydrate slurry formation in the absence and presence of anti-agglomerants is investigated in an experimental flow loop. The effect of four low dosages of 0.3, 0.5, 0.7 and 1.0 wt% of anti-agglomerant; Tween 80 (non-ionic surfactant) on CO2 hydrate is investigated. Discussions on CO2 hydrate formation kinetics, induction time, slurry density and slurry flow within the experimental loop are provided. In the experiment, hydrate mass fraction ranged from 8 to 32%. The result indicates that CO2 hydrate slurry flow and circulation in the flow loop is significantly enhanced with anti-agglomerant.
Heat transfer and pressure drop characteristics of CO2 mixtures in a pipeline under the seawater condition
◇ABSTRACT
Captured CO2 from CO2 emission sources contains impurities such as N2, CH4, H2O, O2 and Ar, and these are transported with the CO2 in pipelines under supercritical condition. The aim of this study is to experimentally investigate the effects of impurities in CO2 + N2 and CO2 + CH4 on the in-tube heat transfer and pressure drop under seawater environmental conditions during pipeline transportation. The experimental apparatus consisted of a test section, heat exchangers that were connected to two chillers, and a magnetic gear pump. The test section was made by a cooper tube that was inserted into a Polyvinyl Chloride (PVC) pipe to form a double-tube. The operational temperature and pressure of the CO2 mixture ranged 25–55 °C and 80–100 bar, respectively. The mass flux was varied by 300, 500, and 700 kg m−2 s−1. The mole fraction of CO2 in the CO2 mixtures was varied from (1.00–0.95). When the CO2 mole fraction decreased from 1.00 to 0.95, the maximum heat transfer coefficients of CO2 + N2 and CO2 + CH4 decreased by 4157 and 1224 W m−2 K−1, respectively, and the average pressure drop of CO2 + CH4 increased by 29.87%.
해상 수송조건에서 초임계 이산화탄소의 불순물에 따른
관 내측 열전달계수 및 압력강하 특성 연구
Heat Transfer Coefficient and Pressure Drop of Supercritical Carbon Dioxide with Impurity under Seawater Transporting Conditions
◇연구배경
최근 온실가스에 대한 문제가 대두되면서 CCS(Carbon Capture & Storage)에 대한 관심이 높아지고 있다. CCS 기술 중 이산화탄소의 수송은 장거리 수송 시 파이프라인을 통해 초임계 상태로 수백km를 이동한다. 초 임계 상태에서 이산화탄소의 열 및
전달물성은 온도와 압력에 따라 극적인 변화를 보이고 포집하는 방식에 따라 불순물의 농도가 달라져 물성의 경향도 달라진다.
이런 극심한 열 및 전달물성의 변화는 수송관의 파열 과 심각한 펌핑 동력 변화, 이상 거동과 같은 수송 실패에 영향을 미친다.
따라서 순수한 이산화탄소의 물성 뿐만 아니라 불순물을 포함한 경우에서의 물성에 대한 연구는 반드시 필요하다.
실험장치는 불순물을 포함한 이산화탄소의 열전달 계수를 측정하기 위한 시험부, 펌프로 유입되기 전 이산화탄소의 액화를 위한 응축부, 그리고 시험 조건을 조 절하기 위한 가열부로 구성되어있다. 본 연구에서는 CCS(Carbon Capture & Storage)의 수상 수송조건 내 열전달계수 및 압력강하를 다양한 변수 를 통하여 실험적으로 측정 및 분석함으로서 수송 설비에 대한 기초자료를 제공하고자 한다.
◇연구결과
본 연구에서 위와 같은 방식으로 진행하였고, 그 결과는 다음과 같다.
(1) 질량유속이 증가할 때 이산화탄소의 열전달계수는 전체적으로 증가하 였고 최대 열전달계수의 증가율은 11.9 %이다.
(2) 질량유속이 증가할 때 순수 이산화탄소의 압력강하는 증가하였으며 증가율은 평균 86 %이다.
