KR101076673B1 - Experimental facility for pipeline transport process in CO2 marine geological storage - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체 이산화탄소를 가압 및 냉각 또는 가열하여 고압의 과냉(Subcooled) 액상(liquid) 또는 초임계(supercritical) 상태로 만든 후 이산화탄소 해양지중저장(CO2) 기술 중 파이프라인을 이용하여 수송하는 과정을 모사하는 실험장치로써, 이를 이용하여 이산화탄소 수송공정의 관련 데이터를 축적하고, 이를 기반으로 고효율의 안정성이 확보된 이산화탄소 이송장치를 개발하고자 하고, 상기 이산화탄소 해양지중저장(CO2) 기술이란 제철소, 발전소 등과 같은 대량 이산화탄소(CO2) 발생원으로부터 포집 및 분리된 이산화탄소(CO2)를 유가스전이나 염대수층과 같은 해양 퇴적층 등에 대량 저장시키는 기술을 특징으로 한다.The present invention relates to a pipeline transfer process simulation apparatus for the storage of carbon dioxide marine underground, and more particularly, to pressurized and cooled or heated liquid carbon dioxide to a high-pressure subcooled liquid or supercritical state. and, using this as a test device to simulate the process of transport by using a carbon dioxide marine geological storage (CO 2) pipeline of the techniques and then made to the accumulating data relating to the carbon dioxide transportation process and the stability of the high-efficiency based on this obtained to develop a carbon dioxide feed system, and wherein the carbon dioxide marine geological storage (CO 2) technique is Works, Water as the collection and the separated carbon dioxide (CO 2) from the mass of carbon dioxide (CO 2) source, such as power plants and oil gas or salt aquifer It features a technique for mass storage in sedimentary layers and the like.
이산화탄소, 해양지중, 초임계, 과냉 액상, 온실가스, 이송공정, 모의 실험장치 CO2, Marine Underground, Supercritical, Subcooled Liquid, Greenhouse Gas, Transfer Process, Simulator
Description
본 발명은 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기후변화를 유발시키는 대표적 온실가스인 이산화탄소를 대규모로 해양지중에 저장하기 위하여 발생지(포집지)로부터 저장지까지 이산화탄소를 파이프라인을 이용한 이송공정을 모의 실험하기 위한 실험장치에 관한 것이다.The present invention relates to a simulation apparatus for pipeline transfer process for storage of carbon dioxide offshore underground, and more particularly, to store carbon dioxide, which is a representative greenhouse gas causing climate change, in a large scale in storage from offshore (collection site). The present invention relates to an experimental apparatus for simulating a transfer process using a carbon dioxide pipeline.
해저 지질구조 내 CO₂를 격리시키는 저장기술(이하 CO₂ 해양지중저장기술로 약칭)은 기후변화 및 교토의정서상의 온실가스 감축요구에 대응하기 위하여 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 이산화탄소(CO₂)를 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하여 이를 해양의 퇴적층(유가스전, 심부 대염수층, 석탄층 등)에 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 기술을 말한다. (참고문헌 : 강성길, 허철, 한국해양환경공학회 논문)The storage technology that sequesters CO₂ in the seabed geological structure (hereinafter referred to as CO₂ marine underground storage technology) pipes carbon dioxide (CO₂) collected from large-scale sources such as power plants and steel mills to cope with climate change and demands for greenhouse gas reduction under the Kyoto Protocol. It refers to a technology for long-term storage and management for hundreds to thousands of years on a large scale in marine sedimentary layers (oil gas fields, deep saltwater, coal seams, etc.) by transport through lines or ships. (Reference: Kang, Sung Gil, Huh Chul, The Korean Society for Marine Environmental Engineering)
일반적으로 제철소, 발전소 등에서 포집된 이산화탄소는 상온(ambient temperature) 상압(ambient pressure)의 기상으로 존재하고 이를 연간 수십만 톤 이상의 대량으로 해상(offshore)의 저장지까지 이송하는데 매우 큰 부피의 저장용기 또는 매우 큰 직경의 파이프라인이 필요하게 되므로 경제적, 기술적으로 이는 바람직하지 않다. 따라서 이산화탄소를 가압 및 적절히 냉각하여 액상이나 초임계상태로 만들어 파이프라인을 이용하여 대량의 이산화탄소를 포집지부터 해상의 저장지까지 이송하는 기술의 개발이 필요하다. In general, carbon dioxide trapped in steel mills, power plants, etc. is present in the atmosphere at ambient temperature and atmospheric pressure, and is transported to offshore reservoirs in large quantities of more than several hundred thousand tons per year. Economically and technically this is undesirable because of the need for large diameter pipelines. Therefore, it is necessary to develop a technology that pressurizes and cools the carbon dioxide into a liquid state or a supercritical state and uses a pipeline to transfer a large amount of carbon dioxide from a collection site to an offshore storage site.
종래의 이산화탄소 열전달 실험장치(최이철 등 논문, 설비공학논문집)는 에어컨이나 냉장고와 같은 냉동시스템에서 대체 냉매로써 이산화탄소를 사용하고자 고온(80~110 ℃), 중압(70~100 bar), 저유량(19.5~34.08 kg/hr) 범위에서의 기상(gas) 또는 기상 영역 근처의 초임계 이산화탄소의 냉각과정을 실험할 수 있는 장치를 개발하였다. Conventional carbon dioxide heat transfer experiment apparatus (papers such as Choi, Chul Choi, Equipment Engineering Paper Collection) is a high temperature (80 ~ 110 ℃), medium pressure (70 ~ 100 bar), low flow rate A device has been developed to test the cooling of supercritical carbon dioxide in the gas or near gaseous regions in the range of 19.5 to 34.08 kg / hr.
또한 종래의 이산화탄소 열전달 실험장치 2(윤석호 등 논문, 설비공학논문집)도 역시 에어컨이나 냉장고와 같은 냉동시스템에서 대체 냉매로써 이산화탄소를 사용하고자 고온(50~80 ℃), 저압(75~88 bar), 저질량 유속(225~450 kg/m2s)의 기상의 이산화탄소 냉각과정을 실험할 수 있는 장치를 개발하였다.In addition, the conventional carbon dioxide heat transfer experiment apparatus 2 (papers such as Yoon Seok-ho and other equipment engineering papers) is also used to use carbon dioxide as an alternative refrigerant in refrigeration systems such as air conditioners and refrigerators. A device was developed to test the cooling process of carbon dioxide in the gas phase at low mass flow rates (225-450 kg / m 2 s).
그러나, 상기 언급한 종래의 기술(논문)은 이산화탄소를 냉동시스템에 대체 냉매로 적용하기 위하여 고온(80~110 ℃), 중압(70~100 bar), 저유량(19.5~34.08 kg/hr)에 적용 가능한 실험장치이다. 이와 같은 공정 조건은 대량의 이산화탄소를 수송하여 해양퇴적층에 저장하기 위한 이산화탄소 해양지중저장기술에 적용하기 어 렵다. 즉 기후변화에 대비하여 이산화탄소를 해양지중에 대량으로 저장하기 위해서는 보다 높은 압력(100 bar 이상), 낮은 온도(-20~50 ℃), 고유량(~288 kg/hr, 질량유속으로는 600kg/m2s 내외)의 이송공정을 모사 할 수 있어야 한다. However, the above-mentioned conventional technique (paper) is applied at high temperature (80 to 110 ℃), medium pressure (70 to 100 bar), low flow rate (19.5 to 34.08 kg / hr) in order to apply carbon dioxide as an alternative refrigerant to a refrigeration system. Applicable experimental device. Such process conditions are difficult to apply to CO2 offshore underground storage technologies for transporting large amounts of CO2 and storing them in marine sediments. In other words, in order to store large quantities of carbon dioxide in the marine land in preparation for climate change, higher pressure (over 100 bar), low temperature (-20 ~ 50 ℃), high flow rate (~ 288 kg / hr, 600kg / for mass flow rate) It should be possible to simulate the transfer process of m 2 s).
또한, 육상의 제철소, 발전소 등에서 포집된 대량의 이산화탄소를 해양의 저장지까지 이송하는 데 있어 대기 온도, 풍속, 해수 온도, 해수 유속, 파이프라인이 매설된 토양의 열전달 특성 및 계절의 변화 등에 따른 외부 환경조건의 변화가 파이프라인 이송공정 중의 이산화탄소에 미치는 영향을 검토할 수 있어야 한다.In addition, in order to transfer a large amount of carbon dioxide collected from onshore steel mills and power plants to the marine storage area, the external temperature due to air temperature, wind speed, seawater temperature, seawater flow rate, heat transfer characteristics of pipelined soil, and seasonal changes It should be possible to examine the impact of changes in environmental conditions on carbon dioxide during pipeline transfer.
그리고, 제철소, 발전소 등에서 포집된 이산화탄소는 산소(oxygen), 질소(nitrogen), 아르곤(argon), 수분(water vapor) 등과 같은 불순물을 함유하고 있다. 이와 같은 불순물들은 대량의 이산화탄소 해양 지중저장을 위한 파이프라인 이송공정에 있어 부정적 영향을 미친다. In addition, carbon dioxide collected in steel mills and power plants contains impurities such as oxygen, nitrogen, argon, water vapor, and the like. These impurities have a negative impact on the pipeline transport process for storage of large amounts of CO2 marine underground.
특히, 수분은 고압 저온의 조건에서 고체 수화물인 하이드레이트(hydrate) 생성을 유발시킬 수 있으므로 반드시 제거되어야 한다. 배관 내에 생성된 하이드레이트 등은 파이프라인, 밸브, 피팅 또는 펌프 등과 같은 유체시스템에 폐색 현상(blockage)을 유발시킬 수 있다.In particular, water must be removed because it can cause the formation of hydrate, a solid hydrate, under high pressure and low temperature. Hydrates and the like generated in the piping can cause blockage in fluid systems such as pipelines, valves, fittings or pumps.
그러고, 1000 ton/day 이상의 대량의 이산화탄소를 해상(offshore)의 저장지까지 이송하는데 기상 또는 기상 영역 근처의 초임계 상태로 이송하기 위해서는 낮은 밀도로 인하여 매우 큰 직경의 파이프라인이 필요하게 되므로 경제적, 기술적으로 바람직하지 않다. In addition, in order to transport a large amount of carbon dioxide of more than 1000 ton / day to the offshore reservoir to transport the supercritical state near the meteorological or meteorological region, because of the low density, a very large diameter pipeline is required, It is not technically desirable.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art,
대기 온도, 풍속, 해수 온도, 해수 유속, 파이프라인이 매설된 토양의 열전달 특성 및 계절의 변화 등에 따른 외부 환경조건의 변화를 실험적으로 모사함으로써, 이산화탄소를 장거리 이송 시 압력강하 및 열전달 특성이 외부 변화에 따라 어떤 영향을 미치는지를 파악하고 이를 통해 외부환경의 변화에 따른 이송공정의 부정적 영향을 감소시키는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치를 제공하는데 목적이 있다.By experimentally simulating changes in external environmental conditions such as air temperature, wind speed, seawater temperature, seawater flow rate, heat transfer characteristics of pipelined soil, and seasonal changes, the pressure drop and heat transfer characteristics of external carbon dioxide are changed externally The purpose of this study is to provide a simulation apparatus for pipeline transfer process for CO2 marine underground storage that reduces the negative effects of the transfer process due to changes in the external environment.
또한, 본 발명은 질소, 산소, 아르곤, 수분, 하이드레이트(hydrate) 등과 같은 불순물이 고압, 중저온, 고유량의 이산화탄소 이송공정에 미치는 영향을 실험을 통해 검토하여 이송공정 중 고체 수화물의 부정적 영향을 감소시키고, 그로 인한 유체시스템의 폐색 현상을 방지하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention examines the effects of impurities such as nitrogen, oxygen, argon, water, hydrate, etc. on the high-pressure, low-temperature, high-flow carbon dioxide transfer process through experiments to examine the negative effects of solid hydrate during the transfer process It is another object to provide a pipeline transfer process simulation apparatus for CO2 marine underground storage that reduces and prevents the blockage of the fluid system.
또한, 본 발명에서 이산화탄소를 고압, 중저온의 상태로 파이프라인을 이용하는 수송공정을 모사하는데 있어 고압의 압력용기 대신에 큰 직경(약 1인치)의 파이프를 이용하여 저장조 역할을 수행하게 하는 실험장치를 구성함으로써 실험장치 제작의 비용을 절감하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, in the present invention, in order to simulate the transport process using the pipeline in the state of high pressure, mid-low temperature, the experimental apparatus to perform the role of a reservoir using a large diameter (about 1 inch) pipe instead of a high pressure pressure vessel. Another object of the present invention is to provide a pipeline transfer process simulation apparatus for CO2 marine underground storage, which reduces the cost of manufacturing the experimental apparatus.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 제철소, 발전소 등과 같이 대규모의 이산화탄소(CO2) 발생지에서 포집된 고압, 중저온, 고유량의 이산화탄소를 해양지중에 대량으로 저장하기 위한 파이프라인으로 이송공정을 모사하기 위한 모의 실험장치에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention simulates a transfer process to a pipeline for storing a large amount of high-pressure, low-temperature, high flow rate of carbon dioxide collected in large-scale carbon dioxide (CO 2 ) source, such as steel mills, power plants, etc. In the simulation apparatus for
상기 이산화탄소를 액체상태로 제어하면서 저장하도록 파이프 형태로 형성되는 저압 파이프 저장조와;A low pressure pipe storage tank formed in a pipe shape to store and control the carbon dioxide in a liquid state;
상기 저압 파이프 저장조의 일측에 메인 관으로 연결되어 외부에서 실험에 필요한 이산화탄소와, 수분과, 불순물을 저압 파이프 저장조 내부에 유입시키는 유입부와;An inlet connected to one side of the low pressure pipe storage tank to a main pipe to introduce carbon dioxide, water, and impurities necessary for an experiment from the outside into the low pressure pipe storage tank;
상기 저압 파이프 저장조와 연결되어 액체 이산화탄소를 실험장치 내에 이송시키는 왕복동식 고압용 펌프와;A reciprocating high pressure pump connected with the low pressure pipe reservoir to transfer liquid carbon dioxide into an experimental apparatus;
상기 왕복동식 고압용 펌프의 출구 측에 연결 설치되어 왕복동식 펌프에 의해 발생되는 맥동(pulsation)을 억제하도록 내부에 고압의 가스가 충진되어 있는 축압기와;An accumulator connected to an outlet side of the reciprocating high pressure pump and filled with a high pressure gas to suppress pulsation generated by the reciprocating pump;
상기 축압기와 연결되어 이송된 이산화탄소의 압력을 조절하여 맥동을 다시 한번 억제시키는 제 1 압력조절밸브와;A first pressure control valve connected to the accumulator to control the pressure of the carbon dioxide transferred and to suppress the pulsation once again;
상기 제 1 압력조절밸브와 연결되어 이송된 이산화탄소를 고압의 과냉 액상(subcooled liquid) 상태로 변환시키기 위해 냉각하는 냉각기와;A cooler connected to the first pressure regulating valve to cool the carbon dioxide transferred to a high pressure subcooled liquid state;
상기 냉각기와 연결되어 이송된 이산화탄소를 초임계(supercritical)상태로 변환시키기 위해 가열하는 가열기와;A heater connected to the cooler and heating to convert the transferred carbon dioxide into a supercritical state;
상기 가열기와 연결되어 과냉 액상 또는 초임계 상태의 이산화탄소가 유입되되, 파이프라인에 의해 연결되는 다수개의 모듈을 통해 외부 환경 조건에 맞게 모사하는 이송 모의구간 시험부와;A transfer simulation section test unit connected to the heater to introduce carbon dioxide in a supercooled liquid state or supercritical state, and simulated according to external environmental conditions through a plurality of modules connected by a pipeline;
상기 이송 모의구간 시험부와 저압 파이프 저장조 사이에 연결 설치되되, 상기 이송 모의구간 시험부를 통해 이송된 고압의 이산화탄소가 상기 저압 파이프 저장조에 유입 전에 저압으로 변환시키는 제 2 압력조절밸브;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치에 관한 것이다.And a second pressure control valve installed between the transfer simulation section test unit and the low pressure pipe storage tank, and converting the high pressure carbon dioxide transferred through the transfer simulation section test unit to low pressure before entering the low pressure pipe storage tank. It relates to a pipeline transfer process simulation apparatus for the storage of carbon dioxide marine underground.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소 해양지중저장을 위한 이송공정 모의 실험장치는 대기 온도, 풍속, 해수 온도, 해수 유속, 파이프라인이 매설된 토양의 열전달 특성 및 계절의 변화 등에 따른 외부 환경조건의 변화를 실험적으로 모사함으로써, 이산화탄소를 장거리 이송 시 압력강하 및 열전달 특성이 외부 변화에 따라 어떤 영향을 미치는지를 파악하고 이를 통해 외부환경의 변화에 따른 이송공정의 부정적 영향을 감소시키는 효과가 있다.As described above, the simulation apparatus for the transport process for storage of carbon dioxide marine underground according to the present invention is the external environment according to the air temperature, wind speed, seawater temperature, seawater flow rate, heat transfer characteristics of the pipeline embedded soil and seasonal changes By experimentally simulating the change in conditions, it is possible to identify the effect of pressure drop and heat transfer characteristics on the long-distance transfer of carbon dioxide according to external changes, thereby reducing the negative effects of the transfer process due to changes in the external environment. .
또한, 본 발명은 질소, 산소, 아르곤, 수분, 하이드레이트(hydrate) 등과 같은 불순물이 고압, 중저온, 고유량의 이산화탄소 이송공정에 미치는 영향을 실험을 통해 검토하여 이송공정 중 고체 수화물의 부정적 영향을 감소시키고, 그로 인한 유체시스템의 폐색 현상을 방지하는 효과가 있다.In addition, the present invention examines the effects of impurities such as nitrogen, oxygen, argon, water, hydrate, etc. on the high-pressure, low-temperature, high-flow carbon dioxide transfer process through experiments to examine the negative effects of solid hydrate during the transfer process It is effective in reducing and thereby preventing blockage of the fluid system.
또한, 본 발명에서 이산화탄소를 고압, 중저온의 상태로 파이프라인을 이용하는 수송공정을 모사하는데 있어 고압의 압력용기 대신에 큰 직경(약 1인치)의 파이프를 이용하여 저장조 역할을 수행하게 하는 실험장치를 구성함으로써 실험장치 제작의 비용을 절감하는 효과가 있다.In addition, in the present invention, in order to simulate the transport process using the pipeline in the state of high pressure, mid-low temperature, the experimental apparatus to perform the role of a reservoir using a large diameter (about 1 inch) pipe instead of a high pressure pressure vessel. By constructing the effect of reducing the cost of manufacturing the experimental apparatus.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.The present invention has the following features to achieve the above object.
본 발명은 제철소, 발전소 등과 같이 대규모의 이산화탄소(CO2) 발생지에서 포집된 고압, 중저온, 고유량의 이산화탄소를 해양지중에 대량으로 저장하기 위한 파이프라인으로 이송공정을 모사하기 위한 모의 실험장치에 있어서,The present invention is a simulation apparatus for simulating a transfer process to a pipeline for storing a large amount of high-pressure, low-temperature, high flow rate of carbon dioxide collected in a large scale carbon dioxide (CO 2 ) source, such as steel mills, power plants, etc. In
상기 이산화탄소를 액체상태로 제어하면서 저장하도록 파이프 형태로 형성되는 저압 파이프 저장조와;A low pressure pipe storage tank formed in a pipe shape to store and control the carbon dioxide in a liquid state;
상기 저압 파이프 저장조의 일측에 메인 관으로 연결되어 외부에서 실험에 필요한 이산화탄소와, 수분과, 불순물을 저압 파이프 저장조 내부에 유입시키는 유입부와;An inlet connected to one side of the low pressure pipe storage tank to a main pipe to introduce carbon dioxide, water, and impurities necessary for an experiment from the outside into the low pressure pipe storage tank;
상기 저압 파이프 저장조와 연결되어 액체 이산화탄소를 실험장치 내에 이송시키는 왕복동식 고압용 펌프와;A reciprocating high pressure pump connected with the low pressure pipe reservoir to transfer liquid carbon dioxide into an experimental apparatus;
상기 왕복동식 고압용 펌프의 출구 측에 연결 설치되어 왕복동식 펌프에 의해 발생되는 맥동(pulsation)을 억제하도록 내부에 고압의 가스가 충진되어 있는 축압기와;An accumulator connected to an outlet side of the reciprocating high pressure pump and filled with a high pressure gas to suppress pulsation generated by the reciprocating pump;
상기 축압기와 연결되어 이송된 이산화탄소의 압력을 조절하여 맥동을 다시 한번 억제시키는 제 1 압력조절밸브와;A first pressure control valve connected to the accumulator to control the pressure of the carbon dioxide transferred and to suppress the pulsation once again;
상기 제 1 압력조절밸브와 연결되어 이송된 이산화탄소를 고압의 과냉 액상(subcooled liquid) 상태로 변환시키기 위해 냉각하는 냉각기와;A cooler connected to the first pressure regulating valve to cool the carbon dioxide transferred to a high pressure subcooled liquid state;
상기 냉각기와 연결되어 이송된 이산화탄소를 초임계(supercritical)상태로 변환시키기 위해 가열하는 가열기와;A heater connected to the cooler and heating to convert the transferred carbon dioxide into a supercritical state;
상기 가열기와 연결되어 과냉 액상 또는 초임계 상태의 이산화탄소가 유입되되, 파이프라인에 의해 연결되는 다수개의 모듈을 통해 외부 환경 조건에 맞게 모사하는 이송 모의구간 시험부와;A transfer simulation section test unit connected to the heater to introduce carbon dioxide in a supercooled liquid state or supercritical state, and simulated according to external environmental conditions through a plurality of modules connected by a pipeline;
상기 이송 모의구간 시험부와 저압 파이프 저장조 사이에 연결 설치되되, 상기 이송 모의구간 시험부를 통해 이송된 고압의 이산화탄소가 상기 저압 파이프 저장조에 유입 전에 저압으로 변환시키는 제 2 압력조절밸브;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a second pressure control valve installed between the transfer simulation section test unit and the low pressure pipe storage tank, and converting the high pressure carbon dioxide transferred through the transfer simulation section test unit to low pressure before entering the low pressure pipe storage tank. It is characterized by.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.The present invention having such characteristics can be more clearly described by the preferred embodiments thereof.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an apparatus for simulating a pipeline transfer process for storing underground carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치는 제철소, 발전소 등과 같이 대규모의 이산화탄소(CO2) 발생지에서 포집된 고압(100 bar 이상), 중저온(-20 ~ 50 ℃), 고유량(1 ~ 288 kg/hr, 질량유속으로는 600 kg/m2s 내외)의 이산화탄소를 해양지중에 대량으로 저장하기 위해 파이프라인으로 이송공정을 모사하기 위한 모의 실험장치로써, 저압 파이프 저장조(10)와, 유입부(20)와, 왕복동식 고압용 펌프(30)와, 축압기(40)와, 냉각기(60)와, 가열기(70)와, 이송 모의구간 시험부(80)와, 상기 각 장치를 신호에 의해 제어하는 제어부(200)가 외부에 설치된다.As shown in Figure 1, the simulation apparatus for pipeline transfer process for storage of carbon dioxide marine underground of the present invention is a high-pressure (100 bar or more), medium and low temperature collected in a large-scale carbon dioxide (CO 2 ) source, such as steel mills, power plants (-20 ~ 50 ℃), to simulate the transfer process to the pipeline to store a large amount of carbon dioxide (1 ~ 288 kg / hr, about 600 kg / m 2 s at mass flow rate) in the offshore As a simulation apparatus, the low pressure
상기 저압 파이프 저장조(10)는 유입부(20)를 통해 이송된 이산화탄소와 수 분 및 불순물을 혼합하여 실험에 필요한 이산화탄소 상태에 따라 이산화탄소와 수분을 혼합하거나 이산화탄소와 불순물을 혼합하도록 직경이 큰 파이프로 이루어진다. 이때, 상기 파이프의 직경은 약 1인치 이상으로 형성된다.The low pressure
여기서, 상기 저압 파이프 저장조(10)는 전체 이송공정 모의 실험장치 루프(loop)의 내용적(internal volume) 보다 큰 용량을 갖는 저장용기 역할을 수행하게 된다. 즉, 고압의 고가의 압력용기를 설치하여 저장조 역할을 수행하는 대신에 제 2 압력조절밸브(90)와 내경이 큰 파이프를 이용하여 저압 저장조 역할을 수행하게 하는 것이다.Here, the low pressure
또한, 상기 저압 파이프 저장조(10)는 이산화탄소를 액체상태로 온도 제어하면서 저장하는데, 이때, 상기 이산화탄소를 액체상태로 유지하기 위해 외부에 설치된 저온 냉동기(11)와 관으로 연결되어 저온 냉동기(11)를 통해 냉각수가 저압 파이프 저장조(10)에 유입되어 이산화탄소와 열교환하여 온도를 제어한다. 이때, 상기 저온 냉동기(11)는 왕복동식 고압용 펌프(30)와도 관으로 연결되어 상기 왕복동식 고압용 펌프(30)에 냉각수를 주입시켜 열교환시킨다.In addition, the low pressure
그리고, 상기 저압 파이프 저장조(10)는 이산화탄소를 이송시키는 관보다 직경이 큰 파이프로 형성되어 왕복동식 고압용 펌프(30)와 제 2 압력조절밸브(90) 사이에 설치되되, 상측으로 25 ~ 35도 각도로 경사지게 설치된다.In addition, the low pressure
이때, 충분한 저장공간을 확보한 상태여야 하고, 상기 펌프(30) 입구에서의 입구 수두압을 확보하기 위해서는 긴 길이의 저압 파이프 저장조(10)를 수직으로 설치하는데 이럴 경우, 저압 파이프 저장조로 인한 전체 실험장치의 높이가 높아져 서 실험장치의 운전이 용이하지 않게 된다. At this time, a sufficient storage space should be secured, and in order to secure the inlet head pressure at the inlet of the
이를 해결하기 위해 긴 길이의 저압 파이프 저장조(10)를 경사지게 설치한다. 즉, 저압의 파이프 저장조(10)를 경사지게 설치함으로써 충분한 저장공간을 확보하고, 충분한 펌프(30) 입구에서의 입구 수두압을 확보하며, 상기 전체 실험장치의 높이를 낮춤으로써 실험장치의 운전을 용이하게 한다.In order to solve this problem, a long length of the low pressure
그런데 여기서, 상기 저압 파이프 저장조(10)를 압력용기(pressure vessel) 대신에 파이프를 이용하면 파이프 자체의 내압능력이 압력용기보다 낮으므로 이산화탄소의 압력을 낮추어 주어야 한다. 이를 위해 상기 저압 파이프 저장조(10)의 입구 측에 이산화탄소를 감압시키는 제 2 압력조절밸브(pressure regulating valve)가 관으로 연결된다. 이때, 상기 제 2 압력조절밸브(90)는 저압 파이프 저장조(10)와 이송 모의구간 시험부(80) 사이에 설치된다.However, if the low pressure
상기 유입부(20)는 저압 파이프 저장조(10)의 일측에 메인 관(27)으로 연통되어 외부에서 실험에 필요한 이산화탄소와, 수분과, 불순물을 저압 파이프 저장조(10)의 내부에 유입시켜주는 역할로써, 더욱 상세하게는 상기 메인 관(27)과 연통되어 관 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프(21)와, 상기 메인 관(27)에서 가장 최상단부에 또 다른 관으로 분기되어 연결되면서 상기 메인 관(27)이 진공펌프에 의해 진공상태가 되면 내부에 저장된 물이 유입되고 상기 유입되는 물을 개폐하도록 밸브가 분기 관에 설치되는 수분 공급장치(22)와, 상기 메인 관(27)에서 또 다른 관이 분기되어 연결되면서 불순물이 저장된 불순물 저장용기(24)로부터 일정량의 불순물을 주입받아 저압 파이프 저장조(10)에 유입시키고 상기 불순물이 메인 관(27)의 진공상태에 의해 이송되는 것을 개폐하도록 밸브가 설치되는 불순물 실린더(23)와, 상기 메인 관(27)에서 또 다른 관이 분기되어 연결되면서 이산화탄소가 저장된 이산화탄소 저장용기(26)로부터 일정량의 이산화탄소를 주입받아 저압 파이프 저장조(10)에 유입시키고 상기 이산화탄소가 메인 관(27)의 진공상태에 의해 이송되는 것을 개폐하도록 밸브가 설치되는 이산화탄소 실린더(25)와, 상기 메인 관의 일단부에 연결되어 메인 관을 통해 이송되는 이산화탄소의 질량유량을 측정하기 위해 더 설치되는 제 2 질량유량계(28)로 구성된다.The
여기서, 상기 수분 공급장치(22)에서 내부에 저장된 물이 메인 관(27)의 진공상태인 저압에 의해 증발되어 기상의 수분(water vapor)으로 변환되고, 변환된 수분이 상기 저압 파이프 저장조(10)에 유입되는 것이다.Here, the water stored therein in the
상기 왕복동식 고압용 펌프(30)는 저압 파이프 저장조(10)와 관으로 연결되어 액체 이산화탄소를 실험장치 내(실험장치 루프(loop))에 이송시키는 역할로써, 왕복동식의 고압을 발생시키기 위해 별도로 외부에 공기압축기(33)와 공기탱크(32)가 관에 의해 연결되어 있다.The reciprocating
이때, 상기 왕복동식 고압용 펌프(30)의 작동 중에 내부를 관통 이송되는 액체 이산화탄소가 작동 고온에 의해 증발되는 것을 억제하기 위해 외부에 설치된 저온 냉동기(11)가 관으로 연결되고, 상기 저온 냉동기(11)로부터 냉각수가 이송되어 이산화탄소와 열교환하여 액체 이산화탄소로 유지된다.In this case, in order to prevent the liquid carbon dioxide, which is transported through the inside during the operation of the reciprocating high-
상기 축압기(40)는 왕복동식 고압용 펌프(30)의 출구 측에 관으로 연결되어 상기 왕복동식 펌프(30)의 작동시 발생되는 맥동(pulsation)을 억제하는 역할로써, 상기 축압기(40)는 내부에 고압의 가스가 충진되어 있고, 상기 고압 가스가 압축 및 팽창하여 이산화탄소의 맥동을 감쇠시킨다.The
이때, 상기 축압기(40)와 관으로 연결되어 축압기(40)를 거쳐 이송되는 이산화탄소의 압력을 조절하여 맥동을 다시 한번 억제시키도록 제 1 압력조절밸브(50)가 더 설치된다.At this time, the first
상기 냉각기(60)는 축압기(40)와 관으로 연결되어 이송된 이산화탄소를 고압의 과냉 액상(subcooled liquid) 상태로 변환시키기 위해 외부에 설치된 저온 항온 순환조(61)와 관으로 연결되어 상기 저온 항온 순환조(61)로부터 이송된 냉각수와 이산화탄소가 열교환되어 상기 이산화탄소의 온도를 중저온으로 유지하여 과냉 액상상태로 변환한다.The cooler 60 is connected to the
여기서, 상기 냉각기(60)의 입구 측 즉, 냉각기(60)와 축압기(40) 사이에 연결되는 관에는 축압기(40)를 거쳐 이송된 이산화탄소의 질량유량을 측정하기 위해 제 1 질량유량계(100)가 더 설치된다.Here, the inlet side of the cooler 60, that is, the pipe connected between the cooler 60 and the
또한, 상기 냉각기(60)는 관 내부에 관이 또 형성되는 이중관(annular pipe)으로 이루어진 열교환기 형태로 형성된다.(이하에서는 관 내부에 설치되는 관을 내부 관 또는 관 내측이라고 명칭하고, 내부 관을 내포하고 있는 관을 외부 관 또는 관 외측으로 명칭한다.)In addition, the cooler 60 is formed in the form of a heat exchanger consisting of a double pipe (annular pipe) is also formed inside the pipe (hereinafter referred to as a tube installed inside the tube inside or inside the tube, The tube containing the tube is called the outer tube or the outside of the tube.)
상기 가열기(70)는 냉각기(60)와 관으로 연결되어 이송된 이산화탄소를 초임계(supercritical)상태로 변환시키기 이산화탄소를 가열하는 장치이다.The
상기 이송 모의구간 시험부(80)는 가열기(70)와 관으로 연결되어 과냉 액상 또는 초임계 상태의 이산화탄소가 상호 연결된 다수개의 모듈(81)에 유입되고, 상기 모듈(81)을 통해 외부 환경 조건에 맞게 모사하는 장치로써, 상기 하나의 모듈(81)은 관 내부에 관이 형성된 이중관(annular pipe)의 열교환기(heat exchanger) 형태로 형성되고, 상기 내부 관은 이산화탄소가 유입/유출되도록 모든 모듈(81)의 내부 관이 직렬로 상호 연통되며, 상기 모듈(81)의 내부 관 이외의 외부 관은 다수개의 모듈(81)을 연결할 수 있도록 별도의 관라인(83)으로 상호 연결된다.The transfer simulation
여기서, 상기 관라인(83)에는 외부에 설치된 항온조(82)와 연결되고, 상기 항온조(82)에 의해 냉각수 또는 가열수를 선택적으로 관라인(83)에 순환시켜 각각의 모듈(81) 외부 관에 유입시켜 상기 모듈(81)의 내부 관에 이송되는 이산화탄소와 열교환하여 외부 환경 조건을 모사한다.Here, the
그리고, 상기 이송 모의구간 시험부(80)의 출구 측 관에는 이송 중인 이산화탄소의 상태를 디지털카메라, CCD, 초고속카메라의 영상장비에 의해 촬영하여 유동가시화(flow visualization)할 수 있도록 뷰셀(viewcell)이 각각 설치된다.In addition, a view cell may be provided at an outlet side pipe of the transfer simulation
상기에서 기술한 이산화탄소 해양지중저장을 위한 이송공정 모의 실험장치에 관한 실험방법에 대해 이하에서 상세히 기술한다.The experimental method for the simulation of the transfer process for storage of carbon dioxide marine underground described above will be described in detail below.
도 1을 참고하여, 우선, 질소, 산소, 아르곤, 수분, 하이드레이트(hydrate) 등과 같은 불순물이 고압, 중저온, 고유량의 이산화탄소가 이송공정에 미치는 영향을 모사할 수 있도록 실험 전 준비과정을 설명한다.Referring to Figure 1, first, before the experiment to explain the effects of impurities such as nitrogen, oxygen, argon, water, hydrate (hydrate), high-pressure, low-temperature, high flow rate of carbon dioxide in the transfer process will be described do.
이산화탄소의 수분 영향 모의 실험을 위해 수분 공급장치(water column)를 전체 시험장치 상단부 또는 유입부의 메인 관(27) 최상단부에 설치하고, 진공펌프(21)를 이용하여 유입부(20)의 내부 순환 루프를 진공상태로 만든 후 수분 공급장치(22)의 하단부에 설치된 밸브를 열어 물이 메인 관(27)의 내부로 유입되게 한다. 이때, 유입된 수분의 양은 수분 공급장치(water column)의 눈금을 읽어 산출한다. 이를 통해 이송하고자 하는 이산화탄소 내에 포함되어 있는 기상의 수분(water vapor)의 양이 이산화탄소 이송공정 중 압력강하와 열전달 특성뿐 아니라 하이드레이트(hydrate)와 같은 고체 수화물의 생성 여부, 생성된 수화물이 이산화탄소 이송공정 중 압력강하와 열전달 특성에 미치는 영향 등을 실험할 수 있다.Moisture Effect of Carbon Dioxide For the simulation, a water column is installed at the top of the entire testing apparatus or at the top of the
그리고, 질소, 산소, 아르곤 등과 같은 불순물들이 이산화탄소 이송공정에 미치는 영향 모의 실험을 위하여 불순물 실린더(23)를 저압 파이프 저장조(10)와 연결 설치하고, 시험을 수행하기 전 진공펌프(21)를 이용하여 유입부(20)의 내부 순환 루프를 진공상태로 만든다. 불순물 저장 용기(gas cylinder)로부터 압력조절장치(pressure regulator,미도시)를 이용하여 불순물 실린더(23)로 질소, 산소, 아르곤 등을 일정량 주입한다. 이때, 질소, 산소, 아르곤 등과 같은 불순물들을 이상기체(ideal gas)로 가정하면, 불순물 실린더(23) 내부의 온도 압력을 측정함으로써 불순물의 질량을 정확히 산출할 수 있다. 즉, 불순물 실린더(23)의 내용적(internal volume)을 알고 있으므로 이상기체 상태방정식(equation of state)에 의하며 온도, 압력, 부피로부터 질소, 산소, 아르곤 등과 같은 불순물의 질량을 정확히 계산할 수 있다. 이와 같은 본 발명을 통하여 질소, 산소, 아르곤 등과 같은 불순물의 양이 이산화탄소 이송공정 중 압력강하와 열전달 특성뿐 아니라 수분 존재 시 하이드레이트(hydrate)와 같은 고체 수화물의 생성 여부, 생성된 수화물과 불순물이 이산화탄소 이송공정 중 압력강하와 열전달 특성에 미치는 영향 등을 실험할 수 있다.Then, to simulate the effect of impurities such as nitrogen, oxygen, argon, and the like on the carbon dioxide transport process, the
또한, 이산화탄소가 저장된 이산화탄소 저장용기(26)로부터 이산화탄소 실린더(25)로 일정량의 이산화탄소를 주입받아 저압 파이프 저장조(10)에 전달한다. 이때, 진공펌프(21)를 이용하여 유입부(20)의 내부 순환 루프를 진공상태로 만든 후 이산화탄소 실린더(25)의 하단부에 설치된 밸브를 열어 이산화탄소가 저압 파이프 저장조(10)의 내부로 유입되게 한다. In addition, a predetermined amount of carbon dioxide is injected into the
마지막으로, 상기 실험장치 내부의 불순물의 양과 이산화탄소의 양의 비등을 정량화하기 위해서는 실험장치 내부로 주입된 이산화탄소의 양을 정확히 알아야 한다. 이를 위해 이산화탄소 주입부에 제 2 질량유량계(mass flow meter)를 설치하여 이산화탄소의 양을 측정할 수 있도록 하였다.Finally, in order to quantify the boiling of the amount of impurities and the amount of carbon dioxide inside the experimental apparatus, it is necessary to know exactly the amount of carbon dioxide injected into the experimental apparatus. To this end, a second mass flow meter was installed at the carbon dioxide injection unit to measure the amount of carbon dioxide.
이렇게 하여 이산화탄소의 이송공정 모의 실험에 필요한 준비과정이 완료된다. 이하에서는 본격적인 이송공정 모의 실험방법에 대해 상세히 기술한다.This completes the preparation required for the simulation of the transfer process of carbon dioxide. Hereinafter, the full-scale transfer simulation method will be described in detail.
저압 파이프 저장조(10)에 저장된 액체 이산화탄소는 왕복동식 고압용 펌프(30)에 의하여 실험장치 내 이산화탄소 순환부로 주입되며, 상기 왕복동식 펌프(30)의 토출 압력은 최대 460 bar에 이른다. 이와 같은 고압의 이산화탄소는 이산화탄소 해양지중저장 현상에 대한 모의 실험을 가능케 한다. 또한, 상기 왕복동 식 고압용 펌프(30)는 운전 중 작동유체인 액체 이산화탄소의 증발을 억제하기 위하여 외부에 냉각용 잭켓(jacket,미도시)이 설치되고, 외부의 저온 항온수조(31)로부터 순환되는 냉각수에 의하여 저온으로 유지된다. The liquid carbon dioxide stored in the low
그리고, 상기 왕복동식 고압용 펌프(30)로부터 토출된 이산화탄소는 왕복동식 펌프(30)의 운전특성인 압축 팽창으로 인하여 유동에 심각한 맥동(Pulsation)이 발생된다. 이를 억제하기 위하여 펌프 출구 측의 관에 맥동 억제를 위한 축압기(accumulator, pulsation dampner)를 설치한다. 여기서, 상기 축압기(40)의 내부에 충전되어 있는 고압의 가스는 펌프의 출구 측 관 내에 이송하는 이산화탄소의 맥동을 감쇠(damping)시키는 역할을 수행하게 된다.The carbon dioxide discharged from the reciprocating
이때, 상기 맥동 감쇠기(pulsation dampner)인 축압기(40)를 통과한 고압의 가압 이산화탄소는 제 1 압력조절밸브(50)를 거쳐 압력을 조절하고 맥동을 다시 한번 감쇠시키게 된다.At this time, the pressurized carbon dioxide of high pressure passing through the
상기 제 1 압력조절밸브(50)를 통과한 고압의 가압 이산화탄소는 제 1 질량유량계(100)를 거쳐 질량유량을 측정하게 되고 냉각구간인 냉각기(cooler)로 유입된다. 상기 냉각기(60)는 시험부(80)인 관라인(83) 이송 모의 구간에 이산화탄소를 유입하기 전에 고압의 과냉(subcooled) 액상(liquid) 이산화탄소의 저온(-20~25 ℃) 조건을 유지하도록 외부 저온 항온 순환조(61)를 이용하여 맞추게 된다. The high pressure pressurized carbon dioxide passing through the first
여기서, 상기 냉각기(60)는 내측 관 내부에는 고압의 이산화탄소가 흐르게 되고, 외측 관 내부에는 외부 저온 항온 순환조(61)로부터 순환된 냉각수가 흐르게 되어 냉각수가 이산화탄소로부터 열을 전달받아 최종적으로 이산화탄소의 온도를 낮추어 중저온으로 유지하는 역할을 수행하게 된다.Here, the cooler 60 is a high-pressure carbon dioxide flows inside the inner tube, the cooling water circulated from the external low temperature constant
그리고, 상기 냉각기(60)의 다음 구간에는 가압된 고압의 이산화탄소를 초임계(supercritical) 상태로 만들기 위하여 가열구간(임계온도 31.1 ℃ 이상)인 가열기(70)를 설치하였다. 여기서, 상기 가열기(70)는 전기적인 열원을 이용하여 이산화탄소 이송 파이프라인 외부를 가열하게 되고 이산화탄소를 온도를 높이면서 제어하는 역할을 수행하게 된다. 즉, 상기 냉각기(60)와 가열기(70)를 조합하여 이용함으로써, 이산화탄소 이송 조건인 온도 범위(-20~50 ℃)를 제어할 수 있도록 한다.In the next section of the cooler 60, a
또한, 상기 가열기(70)를 통과한 이산화탄소는 2개의 모듈(module)로 구성된 이송 모의구간 시험부(80)(test section)로 유입된다. 상기 시험부는 2개의 모듈(module)로 구성되며 각각의 모듈은 이중관(annular pipe) 열교환기(heat exchanger) 형태를 지니게 되어, 관 내측에는 고압의 과냉(Subcooled) 액상(liquid) 또는 초임계(supercritical) 이산화탄소가 흐르게 되고, 관 외측에는 2차유체인 냉각수(cooling water) 또는 가열수(heating water)가 흐르게 된다. 관 외측의 2차유체인 냉각수 또는 가열수는 대량의 이산화탄소 관라인(83) 이송 구간의 외부 환경 조건을 모사하게 된다. 즉, 겨울철과 저온 심해저 환경을 모사하기 위하여 냉각수를 이용하고 여름철과 고온의 환경을 모사하기 위하여 가열수를 이용하여 외부 환경조건을 모사하게 된다. 2차유체(냉각수 또는 가열수)는 외부 항온조(82)로부터 2개의 모듈(81)을 직렬로 순환할 수 있게끔 도 1과 같이 구성하였다.In addition, the carbon dioxide passed through the
이때, 상기 시험부(80)의 하류(downstream)에는 뷰셀(viewcell)을 설치하여 역시 이산화탄소 이송공정의 가시화가 가능하도록 하였다. 상기 뷰셀(110)을 통하 여 이송구간 중의 이산화탄소의 상태를 디지털 카메라, CCD, 초고속 카메라 등의 영상장비를 이용하여 촬영하여 유동가시화(flow visualization)를 수행하게 된다.At this time, by installing a viewcell (downstream) downstream of the
그런 다음, 상기 뷰셀(110)을 통과한 이산화탄소는 제 2 압력조절밸브(pressure regulating valve)를 지나 저압 파이프 저장조(receiver tank) 역할을 수행하는 저압 파이프 저장조(low pressure large internal diameter pipe receiver)로 유입된다.Then, the carbon dioxide passing through the
여기서, 상기 저압 파이프 저장조(10)는 전체 이송공정 모의 실험장치 루프(loop)의 내용적(internal volume)보다 충분히 큰 용량을 갖는 압력 저장용기이다. 따라서, 실험장치 운전 중 실험장치 내 대부분의 이산화탄소는 액체 상태로 저압 파이프 저장조(10)에 위치하게 되며, 이를 외부 저온 냉동기(chiller)를 이용하여 온도 제어한다. 즉, 본 발명의 이산화탄소 이송공정 모의 실험장치 전체 시스템의 열용량(heat capacity)을 질량이 집중되어 있는 저압 파이프 저장조(10)에서 제어하게 된다. Here, the low pressure
이와 같은, 구조는 열적으로 전체 시스템을 안정화시킬 수 있는 역할을 한다. 즉, 전체 루프에 열용량이 분포되어 있는 경우 운전 중 시스템의 열적 불안정성(thermal instability)을 유발시킬 위험이 있는 반면에, 본 발명의 시스템은 전체 열용량을 시스템 내 이산화탄소 질량의 대부분이 위치해 있는 저압 파이프 저장조(10)에서 제어하게 되므로 보다 열적 안정성을 지니게 된다.As such, the structure serves to thermally stabilize the entire system. In other words, there is a risk of causing thermal instability of the system during operation if the heat capacity is distributed throughout the loop, whereas the system of the present invention provides the total heat capacity of the low pressure pipe reservoir where most of the carbon dioxide mass in the system is located. Since the control in (10) has a more thermal stability.
이렇듯, 상기 실험장치를 구성하고 있는 전체 실험장치는 펌프(30) 출구부터 제 2 압력조절밸브(90) 입구까지의 고압부로 구분되고, 상기 제 2 압력조절밸 브(90) 출구부터 펌프(30) 입구까지를 저압부로 구분한다. 즉 전체 실험장치를 고압부와 저압부로 구분하여 설계 및 제작하는 것이다. 이와 같이 하면 전체 실험장치를 고압부로 구성하지 않아도 되므로 비용을 절감하며 안정성을 높이는 효과가 있다.As such, the entire experimental apparatus constituting the experimental apparatus is divided into a high pressure portion from the outlet of the
마지막으로, 상기 실험장치 내 상당량의 이산화탄소는 액체 상태로 저압 파이프 저장조(10)에 위치하게 되며, 이를 외부 저온 냉동기(chiller)를 이용하여 온도 제어 한다. 즉, 본 발명의 이산화탄소 이송공정 모의 실험장치 전체 시스템의 열용량(heat capacity)을 질량이 집중되어 있는 저압 파이프 저장조(10) 제어하게 된다. 이와 같은 구조는 열적으로 전체 시스템을 안정화시킬 수 있는 역할을 한다. 즉, 전체 루프에 열용량이 분포되어 있는 경우 운전 중 시스템의 열적 불안정성(thermal instability)을 유발시킬 위험이 있는 반면에, 본 발명의 시스템은 전체 열용량을 시스템 내 이산화탄소 질량의 대부분이 위치해 있는 저압 파이프 저장조(10)에서 제어하게 되므로 보다 열적 안정성을 지니게 된다.Finally, a significant amount of carbon dioxide in the experimental apparatus is located in the low pressure
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이산화탄소 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정 모의 실험장치를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an apparatus for simulating a pipeline transfer process for storing underground carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 저압 파이프 저장조 20 : 유입부10: low pressure pipe storage tank 20: inlet
30 : 왕복동식 고압용 펌프 40 : 축압기30: reciprocating high pressure pump 40: accumulator
50 : 제 1 압력조절밸브 60 : 냉각기50: first pressure control valve 60: cooler
70 : 가열기 80 : 이송 모의구간 시험부70: heater 80: transfer simulation section test unit
90 : 제 2 압력조절밸브 100 : 제 1 질량유량계90: second pressure control valve 100: first mass flow meter
110 : 뷰셀 200 : 제어부110: view cell 200: control unit
Claims (14)
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