KR20120076877A - Experimental method for safety analysis of by-pass pipeline transport process in co2 marine geological storage - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An experimental device for a safety analysis of a bypass pipeline transporting process for carbon dioxide marine geological storage is provided to experimentally simulate a change of an external environmental condition according to a temperature, a wind speed, a sea water temperature, heat transfer properties of soil where a pipe line is buried, and a season change, thereby preventing a blockage of a fluid system by grasping how a pressure decrease and heat transfer properties influence in a long distance transferring of carbon dioxide according to an external change. CONSTITUTION: An experimental device for a safety analysis of a bypass pipeline transporting process for carbon dioxide marine geological storage is as follows. A first evaporator(2) heat exchanges liquid carbon dioxide supplied from a liquid carbon dioxide storing tank(1) with atmosphere, thereby converting into gaseous carbon dioxide. A reciprocating high-pressure compressor(3) compresses the gaseous carbon dioxide has passed through the first evaporator by high pressures. A first accumulator(4) reduces pressure pulsation of the gaseous carbon dioxide of high pressures discharged from the first reciprocating high-pressure compressor. A first pressure regulator(5) depressurizes the pressure of the gaseous carbon dioxide of high pressures to become the pressure required for an experiment. A high pressured heat exchanger(6) converts the carbon dioxide being depressurized into the liquid carbon dioxide. A liquid feeder accommodates the liquid carbon dioxide of high pressures has passed through the high-pressure heat exchanger and prevents the liquid carbon dioxide from being gaseous through an evaporation. A first flow rate adjustment valve(10) gives flowing resistance while controlling a flowing area of the liquid carbon dioxide has passed through the liquid feeder and controls a flow rate of the carbon dioxide being supplied to an experimental unit(23).

Description

이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법{experimental method for safety analysis of by-pass pipeline transport process in CO2 marine geological storage}Experimental method for safety analysis of by-pass pipeline transport process in CO2 marine geological storage}

본 발명은 지구온난화와 기후변화를 유발시키는 대표적 온실가스인 이산화탄소를 대규모로 해양지중에 저장하기 위하여 이산화탄소를 발생지(포집지)로부터 저장지까지 파이프라인을 이용하여 이송하는 이산화탄소 혼합물 수송공정을 모의실험하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention simulates a carbon dioxide mixture transport process for transporting carbon dioxide from a source (collection site) to a storage site in order to store carbon dioxide, a representative greenhouse gas causing global warming and climate change, on a large scale in the ocean. It relates to a method for doing so.

안전한 해저 지질구조 내에 이산화탄소(CO2)를 격리?저장시키는 기술(이하 ‘이산화탄소 해양지중저장기술’이라 함)은 기후변화 및 교토의정서상의 온실가스 감축요구에 대응하기 위해 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 이산화탄소를 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하여 이를 해양의 퇴적층(유?가스전, 심부 염대수층, 석탄층 등)에 대규모로 수백~수천 년 이상 장기간 저장 및 관리하는 기술을 말한다(참고문헌 : 강성길, 허철, 한국해양환경공학회 논문).
The technology that sequesters and stores carbon dioxide (CO2) in a safe seabed geological structure (hereinafter referred to as 'CO2 marine underground storage technology') is collected from large-scale sources such as power plants and steel mills to cope with climate change and GHG reduction requirements under the Kyoto Protocol. It refers to a technology that transports carbon dioxide through pipelines or vessels, and stores and manages it in large scales for hundreds to thousands of years in the sedimentary layers of oil (oil and gas fields, deep salt aquifers, coal beds, etc.) (Ref. Huh Chul, The Korean Society for Marine Environmental Engineering).

일반적으로 제철소, 발전소 등에서 포집된 이산화탄소는 상온(atmospheric temperature) 상압(atmospheric pressure)의 기상(vapor)으로 존재하는데, 이를 연간 수십~수백만 톤 이상의 대량으로 해상(offshore)의 저장지까지 이송하기 위해서는 매우 큰 부피의 저장용기 또는 매우 큰 직경의 파이프라인이 필요하게 되므로 경제적, 기술적으로 바람직하지 않다. 따라서 이산화탄소를 가압 및 냉각하여 액상(liquid)이나 초임계(supercritical) 상태로 만든 후, 파이프라인을 이용하여 대량으로 포집지부터 해상의 저장지까지 이송하는 기술의 개발이 필요하다.
In general, carbon dioxide collected from steel mills and power plants exists as vapor at atmospheric temperature and atmospheric pressure, which is very difficult to transport to offshore storage in large quantities of tens to millions of tons or more per year. It is economically and technically undesirable because of the need for large volumes of storage vessels or very large diameter pipelines. Therefore, after pressurizing and cooling carbon dioxide into a liquid or supercritical state, it is necessary to develop a technology for transporting a large amount from a collection site to an offshore storage site using a pipeline.

이와 관련하여 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.
In this regard, the conventional carbon dioxide heat transfer experiment apparatus (papers, such as Choi Chul Choi, Equipment Engineering Paper Collection) is intended 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 of supercritical carbon dioxide in the gas or near gaseous regions at low flow rates (19.5-34.08 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), 저질량유속(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 carbon dioxide cooling process in the gaseous phase at low mass flow rate (225 ~ 450 kg / m2s).

상기 언급한 종래의 기술(논문)은 모두 이산화탄소를 냉동시스템에 대체 냉매로 적용하기 위한 것으로, 고온(80~110 ℃), 중압(70~100 bar), 저유량(19.5~34.08 kg/hr)에서만 적용 가능한 실험장치이다.
The above-mentioned conventional techniques (papers) are all for applying carbon dioxide as an alternative refrigerant to a refrigeration system, and include high temperature (80 to 110 ° C.), medium pressure (70 to 100 bar), and low flow rate (19.5 to 34.08 kg / hr). It is an experimental device applicable only to.

그런데, 이와 같은 공정 조건은 대량의 이산화탄소를 수송하여 해양퇴적층에 저장하기 위한 이산화탄소 해양지중저장기술에 적용하기가 어렵다. 왜냐하면 기후변화에 대비하여 이산화탄소를 해양지중에 대량으로 저장하기 위해서는 보다 높은 압력(100 bar 이상), 낮은 온도(-20~50 ℃), 고유량(~70 kg/hr, 질량유속으로는 600 kg/m2s 내외)의 이송공정을 모사할 수 있어야 하기 때문이다.
However, such process conditions are difficult to apply to the carbon dioxide marine underground storage technology for transporting a large amount of carbon dioxide to be stored in the marine sediment. Because of the large amount of CO2 stored in the ocean in preparation for climate change, higher pressure (over 100 bar), low temperature (-20 ~ 50 ℃), high flow rate (~ 70 kg / hr, 600 kg at mass flow rate) This is because it should be able to simulate the transfer process of about / m2s).

또한 종래의 기술(논문)은 기상(vapor)의 불순물이 이송공정의 안전에 미치는 영향을 실험하는 데 있어 많은 제약이 따랐다. 설명하자면, 이는 종래의 실험장치가 순환형(loop)이기 때문에 생기는 문제로서, 만약 액상(liquid)이나 고상(solid)의 불순물을 실험할 경우라면 액상의 이산화탄소에 액상이나 고상의 불순물이 섞일 수 있으므로 이산화탄소 혼합물이 실험장치 내부를 순환(circulation)할 수 있어 실험이 원활히 진행될 수 있으나, 기상의 불순물을 실험할 경우에는 기상의 불순물이 액상의 이산화탄소와 섞일 수 없어 중력에 의해 액상은 하단에 기상은 상단에 모여 순환형 실험장치 내부의 특정구간에 기상의 불순물이 정체되어 쌓이므로 이산화탄소와 불순물 혼합물 유동의 이송을 실험하기가 불가능하게 되는 것이다.
In addition, the prior art (thesis) has a lot of restrictions in the experiment on the effect of vapor impurities on the safety of the transport process. To explain, this is a problem caused by the conventional experimental equipment is a loop (loop), if the liquid (solid) or solid (solid) impurities when the liquid phase carbon dioxide in the liquid or solid impurities may be mixed Since the carbon dioxide mixture can circulate inside the experimental apparatus, the experiment can be smoothly performed.However, when the gas phase impurities are tested, the gas phase impurities cannot be mixed with the carbon dioxide in the liquid phase. It is impossible to experiment with the transfer of carbon dioxide and impurity mixture flow due to stagnation and accumulation of gaseous impurities in a certain section inside the cyclic type experimental apparatus.

제철소, 발전소 등에서 포집된 이산화탄소는 산소(oxygen), 질소(nitrogen), 암모니아(NH3), 아르곤(argon), 황화수소(h2S), 수분(water vapor) 등과 같은 불순물을 함유하고 있다. 이와 같은 불순물들은 대량의 해양지중저장을 위한 파이프라인 이송공정에 있어 부정적 영향을 미친다. 특히나 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 폐색현상(blockage)을 유발시킬 수 있다. 더불어 액상의 수분은 저온 조건에서 얼음으로 상(phase)이 바뀔 수 있으며 배관기기와 부딪혀 파손이나 폐색현상을 유발시키기도 한다. 또한 굳이 얼음으로 바뀌지 않더라도 액상의 수분이 생성되어 이산화탄소와 같이 이송되는 도중 배관의 좁은 통로(압력조절기, 밸브, 등)에서 갑자기 유속이 빨라지는 경우 침식(erosion)문제를 일으킬 수도 있다. 그 외 황화수소나 암모니아 등은 이송 시스템 내의 밸프(valve), 피팅(fitting), 압력조절기(pressure regulator) 등과 같은 배관기기에 부식문제를 일으킬 수 있다.
Carbon dioxide collected in steel mills and power plants contains impurities such as oxygen, nitrogen, ammonia (NH 3), argon (argon), hydrogen sulfide (h 2 S), and water vapor. These impurities have a negative impact on pipeline transfer processes for storage of large volumes of marine underground. In particular, water must be removed under conditions of high pressure and low temperature, which can cause the formation of hydrate, a solid hydrate. Hydrates and the like generated in piping can cause blockage in fluid systems such as pipelines, valves, fittings or pumps. In addition, liquid moisture can change its phase to ice at low temperatures, and it can also cause damage or blockages by colliding with piping equipment. In addition, even if it does not change to ice, liquid water may be generated and suddenly accelerated in narrow passages (pressure regulators, valves, etc.) of pipes during transportation with carbon dioxide may cause erosion problems. In addition, hydrogen sulfide and ammonia can cause corrosion problems in piping equipment such as valves, fittings and pressure regulators in the transfer system.

한편, 종래의 기술(논문)에 따르면 육상의 제철소, 발전소 등에서 포집된 대량의 이산화탄소를 해양의 저장지까지 이송함에 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 없다.
On the other hand, according to the prior art (paper), in the transfer of a large amount of carbon dioxide collected from onshore steel mills, power plants, etc. to the storage of the ocean, air temperature, wind speed, seawater temperature, seawater flow rate, heat transfer characteristics of the soil in which the pipeline is buried And the effects of changes in external environmental conditions due to seasonal changes on carbon dioxide during pipeline transfer processes cannot be examined.

대량의 이산화탄소를 보다 경제적으로 저장지까지 이송하기 위해서는 이산화탄소를 압축하여 밀도가 높은 상태로 만드는 과정이 필요하며, 조건은 고압(100~400 bar)의 과냉액상(subcooled liquid) 또는 초임계(supercritical) 상태로 이송하는 것이 바람직하다.In order to transport large amounts of carbon dioxide to the reservoir more economically, it is necessary to compress the carbon dioxide to make it dense, and the conditions are high pressure (100-400 bar) subcooled liquid or supercritical. It is preferable to transfer in a state.

본 발명은 고압의 과냉액상(subcooled liquid) 또는 초임계(supercritical) 상태의 이산화탄소를 파이프라인을 이용하여 이송하는 공정을 모사하고 그 외 기상(vapor) 및 이상(two phase)의 상태로 이산화탄소가 이송되는 상황의 안전을 해석하기 위한 모의실험 방법을 제공하고자 한다.
The present invention simulates the process of transporting carbon dioxide in a high pressure subcooled liquid or supercritical state using a pipeline, and in addition, the carbon dioxide is transported in a vapor and two phase state. It is intended to provide a simulation method for interpreting the safety of a given situation.

본 발명은 육상의 제철소, 발전소 등에서 포집된 대량의 이산화탄소를 해양의 저장지까지 이송하는 데 있어 상기 언급한 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 검토하는 데 목적이 있다.
The present invention relates to the above-mentioned air temperature, wind speed, seawater temperature, seawater flow rate, heat transfer characteristics of soils and pipelines embedded in the transfer of large amounts of carbon dioxide collected from onshore steel mills, power plants, etc. to marine storage areas. The purpose of this study is to examine the effects of changes in external environmental conditions on carbon dioxide during pipeline transfer.

또한 본 발명은 상기 언급한 질소, 산소, 아르곤, 하이드레이트(hydrate) 등과 같은 불순물이 포함된 이산화탄소 혼합물의 이송실험이 가능한 고압, 중저온, 고유량의 이산화탄소 이송공정에 미치는 영향을 검토하여 공정의 안정성을 실험?해석하는 데 또 다른 목적이 있다. 이 경우 질소, 산소, 아르곤 등과 같은 기상의 불순물들은 종래의 순환형(loop) 실험장치 내부의 특정부분에 정체되어 파이프라인 이송공정 모의실험을 정상적으로 수행하기가 어려운 면이 있었으므로, 본 발명은 각각의 이산화탄소 유동과 불순물 유동이 실험부 직전에 만나서 섞인 후 실험부를 통과하는 바이패스(by-pass)형 실험장치를 설계함으로써 이러한 문제를 해결하고자 한다.
In addition, the present invention is the stability of the process by examining the effect on the high-pressure, low-temperature, high flow rate of carbon dioxide transfer process capable of the transfer experiment of the carbon dioxide mixture containing impurities such as nitrogen, oxygen, argon, hydrate, etc. Another purpose is to experiment and interpret In this case, impurities in gaseous phase, such as nitrogen, oxygen, argon, etc., were stagnant in a specific part of a conventional loop test apparatus, so that it was difficult to normally perform a pipeline transfer process simulation. This problem is solved by designing a by-pass type experimental device in which the carbon dioxide flow and the impurity flow are met just before the experimental part, mixed, and passed through the experimental part.

또한 본 발명은 압축가능한 상(phase)인 기상(vapor)의 이산화탄소를 압축하여 압력을 상승시키므로 압축이 불가능한 상(phase)인 액상(liquid)의 이산화탄소를 압축하는 경우보다 압축기 토출압력의 맥동을 축압기로 줄이기가 더욱 용이하며 추후 실험부로 공급되는 과정에 있어서도 실험 조건인 실험부 입구 압력을 유지하는데 있어 더욱 유리함이 있도록 하였다.In addition, the present invention increases the pressure by compressing the carbon dioxide in the vapor phase (compressible phase), thereby reducing the pulsation of the discharge pressure of the compressor than in the case of compressing liquid carbon dioxide in the non-compressible phase (phase) It is easier to reduce the pressure and further advantageous in maintaining the experimental part inlet pressure, which is the experimental condition even in the process of supplying the experimental part later.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

제 1 증발기가 액체 이산화탄소 저장조에서 공급된 액상의 이산화탄소를 대기와 열교환시켜 기상의 이산화탄소로 바꾸어 주는 제 1 단계;A first step in which the first evaporator exchanges liquid carbon dioxide supplied from the liquid carbon dioxide storage tank with atmospheric air to convert the carbon dioxide into gaseous carbon dioxide;

제 1 왕복동식 고압용 압축기가 상기 제 1 증발기를 통과한 기상의 이산화탄소를 고압으로 압축하는 제 2 단계;A second step of compressing, by the first reciprocating high pressure compressor, the carbon dioxide in the gas phase passed through the first evaporator to a high pressure;

제 1 축압기가 상기 제 1 왕복동식 고압용 압축기로부터 토출된 고압의 기상 이산화탄소의 압력 맥동을 줄여주는 제 3 단계;A third step of reducing the pressure pulsation of the high pressure gaseous carbon dioxide discharged from the first reciprocating high pressure compressor by a first accumulator;

제 1 압력조절기가 상기 제 1 축압기를 통과한 고압의 기상 이산화탄소를 실험에 필요한 압력으로 감압시키는 제 4 단계;A fourth step in which the first pressure regulator decompresses the high-pressure gaseous carbon dioxide passed through the first accumulator to a pressure required for the experiment;

고압 열교환기가 상기 제 1 압력조절기를 통과하면서 실험에 필요한 압력으로 감압된 이산화탄소를 액상으로 변화시키는 제 5 단계;A fifth step of converting the carbon dioxide decompressed to the liquid phase into the liquid phase while the high pressure heat exchanger passes through the first pressure regulator;

수액기가 상기 고압 열교환기를 통과한 액상의 고압 이산화탄소를 수용하는 한편 액상으로 들어온 이산화탄소가 증발하여 기상으로 변하지 않도록 하는 제 6 단계;A sixth step in which the receiver receives the high pressure carbon dioxide in the liquid phase passing through the high pressure heat exchanger while the carbon dioxide entering the liquid phase does not evaporate and change into a gas phase;

제 1 유량조절밸브가 상기 수액기를 통과한 액상의 이산화탄소의 유동 면적을 조절하면서 유동저항을 부여하고 그에 따라 실험부로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절하는 제 7 단계;A seventh step of adjusting the flow rate of the carbon dioxide supplied to the experimental part by providing a flow resistance while controlling the flow area of the liquid carbon dioxide that has passed through the receiver;

반응기가 상기 제 1 유량조절밸브를 통과한 액상의 이산화탄소를 수용하는 한편 별도의 물 공급부로부터 물을 공급받아 하이드레이트 반응실험을 수행하는 제 8 단계;An eighth step in which the reactor receives the liquid carbon dioxide passing through the first flow control valve and receives water from a separate water supply unit to perform a hydrate reaction experiment;

불순물 유동부가 상기 반응기를 통과한 이산화탄소 유동과 기상의 불순물 유동이 실험부 직전에 만나서 섞이도록 기상의 불순물을 바이패스(by-pass)형으로 유동시키는 제 9 단계 및;A ninth step of flowing the gaseous impurities in a bypass form such that the impurity flow part meets and mixes the carbon dioxide flow and the gaseous impurity flow just before the experiment part;

실험부가 외부 환경 조건에 맞게 모사되어 이 때의 이산화탄소 혼합물의 각종 상태 변화를 측정하는 제 10 단계;A tenth step in which the experiment part is simulated according to external environmental conditions and measures various state changes of the carbon dioxide mixture at this time;

를 포함하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법을 제시한다.
We present a method for simulating the safety analysis of the bypass pipeline transportation process for CO2 marine underground storage.

여기서 상기 물 공급부는,Wherein the water supply unit,

고압 액체펌프가 고압의 물을 공급하는 단계;Supplying high pressure water by the high pressure liquid pump;

제 2 질량유량계가 상기 고압 액체펌프를 지난 고압의 물의 유량을 실시간으로 측정하는 단계;Measuring, by a second mass flow meter, the flow rate of the high pressure water past the high pressure liquid pump in real time;

제 2 유량조절밸브가 상기 제 2 질량유량계를 지나는 물의 유량을 조절하는 단계 및;Controlling a flow rate of water passing through the second mass flow meter by a second flow control valve;

밸브가 하이드레이트 반응실험 시에는 상기 제 2 유량조절밸브를 지나는 물을 상기 반응기 내부로 공급하고 하이드레이트 반응실험이 없을 시에는 액상 이산화탄소만이 상기 반응기 내부를 통과하도록 하는 단계;Supplying water passing through the second flow control valve into the reactor during the hydrate reaction test, and allowing only liquid carbon dioxide to pass through the reactor when there is no hydrate reaction test;

에 따라 물을 상기 반응기 내부로 공급하는 것을 특징으로 한다.
According to the characterized in that the supply of water into the reactor.

또한 상기 불순물 유동부는,In addition, the impurity flow portion,

제 2 증발기가 불순물 저장조에서 공급된 액상의 불순물을 대기와 열교환시켜 기상의 불순물로 바꾸어 주는 단계;Converting the liquid phase impurities supplied from the impurity reservoir into the vapor phase impurities by a second evaporator to form vapor phase impurities;

제 2 왕복동식 고압용 압축기가 상기 제 2 증발기를 통과한 기상의 불순물을 고압으로 압축하는 단계;Compressing, by a second reciprocating high pressure compressor, the impurities in the gas phase passed through the second evaporator to a high pressure;

제 2 축압기가 상기 제 2 왕복동식 고압용 압축기로부터 토출된 고압의 기상 불순물의 압력 맥동을 줄여주는 단계;Reducing a pressure pulsation of the high pressure gas phase impurities discharged from the second reciprocating high pressure compressor by a second accumulator;

제 2 압력조절기가 상기 제 2 축압기를 통과한 기상의 불순물을 실험조건에 맞는 압력으로 감압시키는 단계;Depressurizing a gaseous impurity that has passed through the second accumulator to a pressure suitable for experimental conditions by a second pressure regulator;

제 3 질량유량계가 상기 제 2 압력조절기를 통과하면서 감압된 기상의 불순물의 실시간 유량을 측정하는 단계 및;Measuring, by a third mass flow meter, the real-time flow rate of the impurity in the gas phase reduced in pressure while passing through the second pressure regulator;

제 3 유량조절밸브가 상기 제 3 질량유량계를 통과한 기상의 불순물의 유량을 실험조건에 맞추어 조절하는 단계;Adjusting, by a third flow control valve, the flow rate of impurities in the gas phase passing through the third mass flow meter according to the experimental conditions;

에 따라 이산화탄소 유동과 기상의 불순물 유동이 상기 실험부 직전에 만나서 섞이도록 기상의 불순물을 바이패스(by-pass)형으로 유동시키는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the impurities in the gas phase are flowed in a bypass (by-pass) type so that the carbon dioxide flow and the gaseous impurity flow meet and mix immediately before the experimental part.

본 발명에 따르면, 제철소, 발전소 등과 같은 대규모의 이산화탄소 발생지에서 포집된 이산화탄소를 고압, 중저온의 상태로 파이프라인을 통하여 수송하는 공정을 효과적으로 모사할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to effectively simulate the process of transporting the carbon dioxide collected in a large-scale carbon dioxide source such as steel mills, power plants, etc. through the pipeline in a state of high pressure, low temperature.

또한 본 발명에 따르면, 대기 온도, 풍속, 해수 온도, 해수 유속, 파이프라인이 매설된 토양의 열전달 특성 및 계절의 변화 등에 따른 외부 환경조건의 변화를 실험적으로 모사함으로써 이산화탄소의 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.
In addition, according to the present invention, the pressure drop during the long-distance transfer of carbon dioxide by experimentally simulating the changes in the external environmental conditions, such as air temperature, wind speed, seawater temperature, seawater flow rate, heat transfer characteristics of the pipeline embedded soil and seasonal changes By understanding how the heat transfer characteristics affect the external changes, it is effective to reduce the negative effects of the transfer process due to changes in the external environment.

또한 본 발명에 따르면, 질소, 산소, 아르곤, 수분, 하이드레이트(hydrate) 등과 같은 불순물이 고압, 중저온, 고유량의 이산화탄소 이송공정에 미치는 영향을 검토함으로써 이송공정 중 고체 불순물의 부정적 영향을 감소시키고 그로 인한 유체시스템의 폐색현상을 방지하는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, by examining the effect of impurities such as nitrogen, oxygen, argon, moisture, hydrate (high pressure), low temperature, high flow rate of carbon dioxide transfer process to reduce the negative effects of solid impurities during the transfer process As a result, there is an effect of preventing the blockage of the fluid system.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시 예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.Other effects of the present invention, as well as the matters described in the above-described embodiments and claims of the present invention, as well as potential effects that may occur within the range that can be easily estimated therefrom and potential advantages that contribute to industrial development It will be added that it will be covered by a wider scope.

도 1은 본 발명을 구현하기 위한 모의실험 장치를 나타낸 개략도.1 is a schematic diagram showing a simulation apparatus for implementing the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 한편, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Meanwhile, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 모의실험 장치 상에서 구현되는바, 이하에서는 본 발명의 작동원리를 단계별로 나누어 상세히 설명한다.
The present invention is implemented on the simulation apparatus as shown in Figure 1, below, the operation principle of the present invention will be described in detail by dividing step by step.

제 1 단계First step

액체 이산화탄소 저장조(1)에서 공급된 액상의 이산화탄소는 대기와 열교환을 하여 액상(liquid)의 이산화탄소를 기상(vapor)으로 바꾸어 주는 제 1 증발기(evaporator)(2)를 거친다.
The liquid carbon dioxide supplied from the liquid carbon dioxide storage tank 1 passes through a first evaporator 2 that exchanges liquid carbon dioxide into a vapor by exchanging heat with the atmosphere.

제 2 단계2nd step

제 1 증발기(evaporator)(2)를 통과한 이산화탄소는 기상(vapor)의 상태로 제 1 왕복동식 고압용 압축기(3)에 주입되며 압축된다. 제 1 왕복동식 고압용 압축기(3)의 경우 300 bar 이상의 토출압력이 가능하여 고압의 이산화탄소 해양지중저장 현상에 대한 모의실험이 가능할 수 있도록 한다.
The carbon dioxide passing through the first evaporator 2 is injected into the first reciprocating high pressure compressor 3 in the state of vapor and compressed. In the case of the first reciprocating high-pressure compressor (3) it is possible to discharge pressure of 300 bar or more to enable the simulation of the high pressure carbon dioxide marine underground storage phenomenon.

이처럼 본 발명은 압축가능한 상(phase)인 기상(vapor)의 이산화탄소를 압축하여 압력을 상승시키므로 압축이 불가능한 상(phase)인 액상(liquid)의 이산화탄소를 압축하는 종래의 경우보다 제 1 왕복동식 고압용 압축기(3) 토출압력의 맥동을 제 1 축압기(4)로 줄이기가 더욱 용이하며 추후 실험부(23)로 공급되는 과정에 있어서도 실험 조건인 실험부(23) 입구 압력을 유지하는 데 있어 더욱 유리함이 있도록 하였다.
As such, the present invention increases the pressure by compressing carbon dioxide in the vapor phase, which is a compressible phase, so that the first reciprocating high pressure is higher than the conventional case of compressing liquid carbon dioxide, which is incompressible phase. It is easier to reduce the pulsation of the discharge pressure of the compressor (3) to the first accumulator (4), and to maintain the inlet pressure of the experiment section 23, which is an experimental condition even in a process of supplying the experiment section 23 later. It was to be more advantageous.

제 3 단계3rd step

제 1 왕복동식 고압용 압축기(3)로부터 토출된 이산화탄소는 왕복동식 펌프의 운전특성인 압축 팽창으로 인하여 유동에 심각한 맥동(pulsation)이 발생한다. 이러한 맥동 발생을 줄이기 위해 제 1 왕복동식 고압용 압축기(3)로부터 토출된 고압의 기상(vapor) 이산화탄소는 제 1 축압기(pulsation damper)(4)로 전달된다. 제 1 축압기(4)는 압력 맥동을 줄여주는 역할을 하며 댐퍼의 용량은 제 1 왕복동식 고압용 압축기(3)의 실린더 내용적보다 10배 이상 크게 선정하여 제 1 왕복동식 고압용 압축기(3)로부터 고압으로 토출된 이산화탄소가 공급되더라도 제 1 축압기(4) 내부의 압력변화가 충분히 감쇠될 수 있도록 한다.
The carbon dioxide discharged from the first reciprocating high-pressure compressor 3 causes severe pulsation in the flow due to compression expansion, which is an operating characteristic of the reciprocating pump. In order to reduce the occurrence of pulsation, the high pressure vapor carbon dioxide discharged from the first reciprocating high pressure compressor 3 is transferred to the first pulsation damper 4. The first accumulator 4 serves to reduce the pressure pulsation and the capacity of the damper is selected to be 10 times larger than the cylinder volume of the first reciprocating high pressure compressor 3 so that the first reciprocating high pressure compressor 3 Even if the carbon dioxide discharged at a high pressure is supplied from), the pressure change inside the first accumulator 4 can be sufficiently attenuated.

제 4 단계4th step

맥동 감쇠기(pulsation damper)인 제 1 축압기(4)를 통과한 고압의 기상(vapor) 이산화탄소는 제 1 압력조절기(5)를 거친 후, 실험에 필요한 압력으로 감압된다.
The high-pressure vapor carbon dioxide passing through the first accumulator 4, which is a pulsation damper, passes through the first pressure regulator 5 and is then decompressed to the pressure required for the experiment.

제 5 단계5th step

실험에 필요한 압력 즉 실험조건의 압력으로 감압된 이산화탄소는 고압 열교환기(condenser)(6)를 통과하면서 액상(liquid)으로 변하게 된다. 고압 열교환기(6)는 내측관 내부로는 기상(vapor)의 이산화탄소가 흐르고 내측관을 감싸는 외측관 내부와 내측관 외부 사이로는 이산화탄소보다 온도가 낮은 냉각수가 흐르게 하여, 이산화탄소와 냉각수가 열교환을 함으로써 이산화탄소의 상(phase)이 기상에서 액상으로 바뀌게 한다. 이 경우 냉각수는 외부의 제 3 항온조(32)로부터 공급된다.
The carbon dioxide decompressed to the pressure required for the experiment, that is, the pressure of the experimental conditions, is converted into a liquid while passing through the high pressure heat exchanger 6. The high pressure heat exchanger 6 allows carbon dioxide of vapor to flow inside the inner tube and coolant having a lower temperature than carbon dioxide flows between the inner tube and the outer tube surrounding the inner tube, thereby exchanging the carbon dioxide and the cooling water. It causes the phase of carbon dioxide to change from the gaseous phase to the liquid phase. In this case, cooling water is supplied from an external third thermostat 32.

제 6 단계6th step

액상의 고압 이산화탄소는 수액기(receiver tank)(7) 내부로 모이게 된다. 수액기(7)는 제 1 왕복동식 고압용 압축기(3)의 토출압력에 대응할 수 있도록 300 bar 이상의 최대작동압력을 확보하며 액상으로 들어온 이산화탄소가 증발하여 기상으로 변하지 않도록 수액기(7) 외부에 냉각수가 흐를 수 있는 쿨링자켓(cooling jacket)을 설치하고 냉각수를 쿨링자켓 내부로 순환시켜 수액기(7) 내부의 이산화탄소가 과냉액상(subcooled liquid)으로 유지될 수 있도록 한다. 이 경우 냉각수는 외부의 제 1 항온조(8)로부터 공급된다.
Liquid high pressure carbon dioxide is collected into a receiver tank 7. The receiver 7 secures the maximum operating pressure of 300 bar or more to cope with the discharge pressure of the first reciprocating high-pressure compressor 3, and the outside of the receiver 7 so that carbon dioxide entering the liquid phase does not evaporate and change into the gas phase. A cooling jacket (cooling jacket) through which the coolant can flow is installed and the coolant is circulated into the cooling jacket so that the carbon dioxide inside the receiver 7 can be maintained as a subcooled liquid. In this case, cooling water is supplied from an external first thermostat 8.

제 7 단계7th step

수액기(7)를 통과한 이산화탄소는 제 1 질량유량계(9)로 공급되며, 공급되는 액상 이산화탄소의 유량은 제 1 질량유량계(9)에 의하여 실시간으로 측정된다. 제 1 질량유량계(9)를 거친 액상의 이산화탄소는 제 1 유량조절밸브(10)로 공급된다. 제 1 유량조절밸브(10)는 액상의 이산화탄소의 유동에 관내 오리피스에 밸브 내 니들(needle)이 진입 또는 후퇴하며 유동 면적을 조절하면서 유동저항을 부여하고 그에 따라 후술하는 실험부(23)로 공급되는 이산화탄소의 유량이 조절된다.
The carbon dioxide passing through the receiver 7 is supplied to the first mass flow meter 9, and the flow rate of the liquid carbon dioxide supplied is measured in real time by the first mass flow meter 9. Liquid carbon dioxide having passed through the first mass flow meter 9 is supplied to the first flow control valve 10. The first flow control valve 10 is supplied to the experimental section 23 to provide a flow resistance while adjusting the flow area while the needle (needle) in the valve enters or retracts into the tube orifice to the flow of liquid carbon dioxide, and adjusts the flow area The flow rate of the carbon dioxide is adjusted.

제 8 단계8th step

제 1 유량조절밸브(10)를 통과한 액상의 이산화탄소는 반응기(reactor)(11)로 공급된다. 반응기(11)는 이산화탄소 하이드레이트가 이산화탄소 이송공정 도중 생성될 경우 파이프라인 수송 시스템의 안전에 미치는 영향을 모의실험 하는 데 필요한 것으로서, 별도의 물 공급부로부터 물을 공급받아 하이드레이트 반응실험을 수행한다.
Liquid carbon dioxide passing through the first flow control valve 10 is supplied to the reactor (11). Reactor 11 is required to simulate the impact on the safety of the pipeline transport system when carbon dioxide hydrate is generated during the carbon dioxide transfer process, and receives the water from a separate water supply to perform the hydrate reaction experiment.

상기한 물 공급부의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다. 하이드레이트가 생성되는 데 필수적인 원료인 물은 이산화탄소의 제 1 유량조절밸브(10)와 반응기(11) 사이의 튜브(A)에 고압의 상태로 주입된다. 고압의 물은 고압 액체펌프(12)를 이용하여 공급되며 고압 액체펌프(12)를 지난 고압의 물은 제 2 질량유량계(13)를 통과하면서 유량이 실시간으로 측정된다. 제 2 질량유량계(13) 후단에는 물의 유량을 조절하기 위해 물용 제 2 유량조절밸브(14)를 장착하도록 한다. 그리고 제 2 유량조절밸브(14) 후단에는 밸브(15)를 두어 하이드레이트 반응실험 시에는 밸브를 열어 물이 반응기(11) 내부로 공급될 수 있도록 하고 하이드레이트 반응실험이 없을 시에는 닫아두어 액상 이산화탄소만이 반응기(11) 내부를 통과하도록 한다.
The operation of the water supply unit described above is as follows. Water, which is an essential raw material for hydrate formation, is injected under high pressure into the tube A between the first flow control valve 10 and the reactor 11 of carbon dioxide. The high pressure water is supplied using the high pressure liquid pump 12, and the high pressure water passing through the high pressure liquid pump 12 passes through the second mass flow meter 13 to measure the flow rate in real time. At the rear end of the second mass flow meter 13, a second flow control valve 14 for water is mounted to adjust the flow rate of the water. And after the second flow control valve 14 has a valve 15 to open the valve during the hydrate reaction test so that the water can be supplied into the reactor 11, and closed when there is no hydrate reaction test only liquid carbon dioxide The reactor 11 is passed through.

제 9 단계9th step

반응기(11)를 통과한 이산화탄소는 기상(vapor)의 불순물과 섞이게 된다. 질소, 산소, 아르곤 등과 같은 기상의 불순물들은 종래의 순환형(loop) 실험장치 내부의 특정부분에 정체되어 파이프라인 이송공정 모의실험을 정상적으로 수행하기가 어려운 면이 있었으므로, 본 발명은 각각의 이산화탄소 유동과 기상의 불순물 유동이 실험부(23) 직전에 만나서 섞인 후 실험부(23)를 통과하는 바이패스(by-pass)형 모의실험 장치를 설계함으로써 이러한 문제를 해결하고자 하였다. 본 발명에서는 이처럼 각각의 이산화탄소 유동과 기상의 불순물 유동이 실험부(23) 직전에 만나서 섞이도록 기상의 불순물을 바이패스형으로 유동시키는 요소를 ‘불순물 유동부’라 한다.
Carbon dioxide passed through the reactor 11 is mixed with impurities in the vapor (vapor). Since gaseous impurities such as nitrogen, oxygen, argon, etc. are stagnant in a specific part of a conventional loop test apparatus, it is difficult to perform a pipeline transfer process simulation normally. This problem was solved by designing a bypass-type simulation apparatus in which flow and gaseous impurity flows meet and mix just before the experiment unit 23 and then pass through the experiment unit 23. In the present invention, the element which flows the impurities in the gaseous phase by-pass so that each carbon dioxide flow and the gaseous impurity flow meets and mixes immediately before the experiment part 23 is referred to as an 'impurity flow part'.

상기한 불순물 유동부의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 액상(liquid)의 불순물이 불순물 저장조(16)에서 공급되어 제 2 증발기(evaporator)(17)를 통과하게 된다. 제 2 증발기(17)는 대기와 열교환을 하여 액상(liquid)으로 공급된 불순물을 기상(vapor)으로 변환시켜 주는 역할을 한다. 기상으로 변환된 불순물은 고압의 액상 이산화탄소 라인에 공급될 수 있는 압력으로 승압(pressurization)되어야 하므로 제 2 왕복동식 고압용 압축기(18)로 공급되어 고압의 상태로 토출된다. 토출된 고압의 기상 불순물은 제 2 축압기(19)에 공급되어 제 2 왕복동식 고압용 압축기(18) 토출 압력으로부터 발생된 압력 맥동이 감쇠된다. 그 후, 불순물은 제 2 압력조절기(20)를 통과하면서 실험조건에 맞는 압력으로 감압된다. 감압된 기상의 불순물은 제 3 질량유량계(21)를 통과하며 실시간으로 유량이 측정되며, 제 3 질량유량계(21) 후단의 제 3 유량조절밸브(22)를 지나면서 실험조건에 맞추어 유량이 조절된다. 유량이 조절된 기상 불순물은 액상 이산화탄소 라인과 만나게 되고 불순물과 액상 이산화탄소는 섞이게 된다. 그리고 이처럼 불순물과 이산화탄소가 섞인 이산화탄소 혼합물은 실험부(23)로 공급된다.
The operation of the impurity flow portion described above is as follows. First, liquid impurities are supplied from the impurity reservoir 16 to pass through the second evaporator 17. The second evaporator 17 performs a heat exchange with the atmosphere to convert impurities supplied into the liquid into a vapor. The impurities converted into the gas phase must be pressurized to a pressure that can be supplied to the high pressure liquid carbon dioxide line, so that the impurities are supplied to the second reciprocating high pressure compressor 18 and discharged at a high pressure. The discharged high pressure gas phase impurity is supplied to the second accumulator 19 to attenuate the pressure pulsation generated from the discharge pressure of the second reciprocating high pressure compressor 18. Thereafter, the impurities are decompressed to a pressure suitable for the experimental conditions while passing through the second pressure regulator 20. The impurities in the reduced gas phase pass through the third mass flow meter 21 and the flow rate is measured in real time, and the flow rate is adjusted in accordance with the experimental conditions while passing through the third flow rate control valve 22 at the rear end of the third mass flow meter 21. do. Flow-controlled gaseous impurities meet the liquid carbon dioxide line and the impurities and liquid carbon dioxide mix. The carbon dioxide mixture in which impurities and carbon dioxide are mixed is supplied to the experiment unit 23.

제 10 단계10th step

실험부(23)는 수평관(horizontal tube) 형식으로, 외부 환경 조건에 맞게 모사되며 이 때의 이산화탄소 혼합물의 각종 상태 변화를 측정한다. 이를 위하여 실험부(23)의 입출구에는 압력계(24)를 장착하여 입출구의 압력 및 실험부(23)에 걸리는 차압(differential pressure)을 측정하도록 한다. 또한 실험부(23)의 입출구에는 온도측정 센서(25)를 장착하여 입출구의 온도를 측정하도록 한다. 한편, 실험부(23)의 외부는 이중관 형식으로 만들어 냉각수(cooling water) 또는 가열수(heating water)가 흐를 수 있는 통로를 설치하도록 한다. 이는 겨울철 및 저온 심해저 환경을 모사하거나 여름철 및 고온의 환경을 모사하기 위하여 각각 냉각수와 가열수를 이용하기 위함이다. 냉각수 및 가열수는 외부의 제 2 항온조(26)로부터 순환되며, 실험부(23)로 공급되는 열량을 측정하기 위해 실험부(23)로 공급되기 전(前)과 후(後)의 온도를 각각 측정(31)하며 또한 유량을 측정(27)하여 정확한 열량을 측정할 수 있도록 한다. 한편, 실험부(23)의 하류(downstream)에는 출구 뷰셀(viewcell)을 설치하여 이산화탄소 이송공정의 가시화가 가능하도록 한다. 이를 통해 실험부(23)를 통과한 이산화탄소 혼합물의 상태 변화를 출구 뷰셀에서 관측할 수 있다.
The experiment unit 23 is a horizontal tube type, which is simulated according to external environmental conditions, and measures various state changes of the carbon dioxide mixture at this time. To this end, the inlet and outlet of the test unit 23 is equipped with a pressure gauge 24 to measure the pressure of the inlet and outlet and the differential pressure applied to the test unit 23. In addition, the inlet and outlet of the experiment unit 23 is equipped with a temperature measuring sensor 25 to measure the temperature of the inlet and outlet. On the other hand, the outside of the experimental portion 23 is made in the form of a double pipe to install a passage through which cooling water (cooling water) or heating water (heating water) flows. This is to use the cooling water and the heating water to simulate the winter and low temperature deep seabed environment, or to simulate the summer and high temperature environment. The cooling water and the heating water are circulated from the external second thermostat 26, and the temperature before and after being supplied to the experimental part 23 is measured to measure the amount of heat supplied to the experimental part 23. Each measurement (31) and the flow rate is measured (27) so that the correct amount of heat can be measured. Meanwhile, an outlet viewcell is installed downstream of the experiment unit 23 to enable visualization of the carbon dioxide transport process. Through this, the state change of the carbon dioxide mixture passed through the experiment unit 23 can be observed in the exit view cell.

실험부(23)를 통과한 이산화탄소 혼합물은 제 4 유량조절밸브(28)를 지나 저압 저장조(29)로 유입된다. 실험부(23) 후단의 제 4 유량조절밸브(28)는 상기한 이산화탄소용, 물용, 불순물용 유량조절밸브, 즉 제 1, 제 2, 제 3 유량조절밸브(10, 14, 22)와 달리 전체 이산화탄소 혼합물의 유량을 조절하기 위한 것이다. 저압 저장조(29)는 실험부(23)를 통과한 70~180 bar의 이산화탄소 혼합물이 직접 대기에 분출될 경우 이산화탄소 드라이아이스(dry ice)가 생성되어 관내에 폐색현상(blockage)이 발생하는 것을 방지하기 위하여 이산화탄소 혼합물을 밀폐 공간 내에 수용한다. 저압 저장조(29)는 10~30 bar 사이의 압력을 유지하여 대기압과의 압력차이가 실험부(23)의 경우보다 상대적으로 작게 유지하도록 한다. 저압 저장조(29)의 후단에는 배압조절기(back pressure regulator)(30)를 장착하여 저압 저장조(29) 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 한다. 배압조절기(30)를 통과한 이산화탄소 혼합물은 대기압 상태로 배출되도록 한다.
The carbon dioxide mixture passing through the experiment unit 23 is introduced into the low pressure reservoir 29 through the fourth flow control valve 28. The fourth flow control valve 28 at the rear end of the experiment unit 23 is different from the above-described flow control valves for carbon dioxide, water, and impurities, that is, the first, second, and third flow control valves 10, 14, and 22. To control the flow rate of the entire carbon dioxide mixture. The low pressure reservoir 29 prevents the occurrence of blockage in the pipe when dry carbon is generated when the carbon dioxide mixture of 70 to 180 bar passing through the experiment unit 23 is directly ejected to the atmosphere. In order to accommodate the carbon dioxide mixture. The low pressure reservoir 29 maintains a pressure between 10 and 30 bar so that the pressure difference with the atmospheric pressure is kept relatively smaller than that of the experimental part 23. The rear end of the low pressure reservoir 29 is equipped with a back pressure regulator (30) to maintain a constant pressure inside the low pressure reservoir (29). The carbon dioxide mixture passed through the back pressure regulator 30 is discharged to atmospheric pressure.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

1 : 액체 이산화탄소 저장조 2 : 제 1 증발기
3 : 제 1 왕복동식 고압용 압축기 4 : 제 1 축압기
5 : 제 1 압력조절기 6 : 고압 열교환기
7 : 수액기 8 : 제 1 항온조
9 : 제 1 질량유량계 10 : 제 1 유량조절밸브
11 : 반응기 12 : 고압 액체펌프
13 : 제 2 질량유량계 14 : 제 2 유량조절밸브
15 : 밸브 16 : 불순물 저장조
17 : 제 2 증발기 18 : 제 2 왕복동식 고압용 압축기
19 : 제 2 축압기 20 : 제 2 압력조절기
21 : 제 3 질량유량계 22 : 제 3 유량조절밸브
23 : 실험부 24 : 압력계
25 : 온도측정 센서 26 : 제 2 항온조
28 : 제 4 유량조절밸브 29 : 저압 저장조
30 : 배압조절기 32 : 제 3 항온조1: liquid carbon dioxide storage tank 2: first evaporator
3: first reciprocating high pressure compressor 4: first accumulator
5: first pressure regulator 6: high pressure heat exchanger
7: receiver 8: first thermostat
9: first mass flow meter 10: first flow control valve
11 reactor 12 high pressure liquid pump
13: 2nd mass flow meter 14: 2nd flow control valve
15 valve 16 impurity reservoir
17 second evaporator 18 second reciprocating high pressure compressor
19: second accumulator 20: second pressure regulator
21: third mass flow meter 22: third flow control valve
23 experimental section 24 pressure gauge
25: temperature measuring sensor 26: second thermostat
28: fourth flow control valve 29: low pressure reservoir
30: back pressure regulator 32: third thermostat

Claims (15)

제 1 증발기가 액체 이산화탄소 저장조에서 공급된 액상의 이산화탄소를 대기와 열교환시켜 기상의 이산화탄소로 바꾸어 주는 제 1 단계;
제 1 왕복동식 고압용 압축기가 상기 제 1 증발기를 통과한 기상의 이산화탄소를 고압으로 압축하는 제 2 단계;
제 1 축압기가 상기 제 1 왕복동식 고압용 압축기로부터 토출된 고압의 기상 이산화탄소의 압력 맥동을 줄여주는 제 3 단계;
제 1 압력조절기가 상기 제 1 축압기를 통과한 고압의 기상 이산화탄소를 실험에 필요한 압력으로 감압시키는 제 4 단계;
고압 열교환기가 상기 제 1 압력조절기를 통과하면서 실험에 필요한 압력으로 감압된 이산화탄소를 액상으로 변화시키는 제 5 단계;
수액기가 상기 고압 열교환기를 통과한 액상의 고압 이산화탄소를 수용하는 한편 액상으로 들어온 이산화탄소가 증발하여 기상으로 변하지 않도록 하는 제 6 단계;
제 1 유량조절밸브가 상기 수액기를 통과한 액상의 이산화탄소의 유동 면적을 조절하면서 유동저항을 부여하고 그에 따라 실험부로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절하는 제 7 단계;
반응기가 상기 제 1 유량조절밸브를 통과한 액상의 이산화탄소를 수용하는 한편 별도의 물 공급부로부터 물을 공급받아 하이드레이트 반응실험을 수행하는 제 8 단계;
불순물 유동부가 상기 반응기를 통과한 이산화탄소 유동과 기상의 불순물 유동이 실험부 직전에 만나서 섞이도록 기상의 불순물을 바이패스(by-pass)형으로 유동시키는 제 9 단계 및;
실험부가 외부 환경 조건에 맞게 모사되어 이 때의 이산화탄소 혼합물의 각종 상태 변화를 측정하는 제 10 단계;
를 포함하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.A first step in which the first evaporator exchanges liquid carbon dioxide supplied from the liquid carbon dioxide storage tank with atmospheric air to convert the carbon dioxide into gaseous carbon dioxide;
A second step of compressing, by the first reciprocating high pressure compressor, the carbon dioxide in the gas phase passed through the first evaporator to a high pressure;
A third step of reducing the pressure pulsation of the high pressure gaseous carbon dioxide discharged from the first reciprocating high pressure compressor by a first accumulator;
A fourth step in which the first pressure regulator decompresses the high-pressure gaseous carbon dioxide passed through the first accumulator to a pressure required for the experiment;
A fifth step of converting the carbon dioxide decompressed to the liquid phase into the liquid phase while the high pressure heat exchanger passes through the first pressure regulator;
A sixth step in which the receiver receives the high pressure carbon dioxide in the liquid phase passing through the high pressure heat exchanger while the carbon dioxide entering the liquid phase does not evaporate and change into a gas phase;
A seventh step of adjusting the flow rate of the carbon dioxide supplied to the experimental part by providing a flow resistance while controlling the flow area of the liquid carbon dioxide that has passed through the receiver;
An eighth step in which the reactor receives the liquid carbon dioxide passing through the first flow control valve and receives water from a separate water supply unit to perform a hydrate reaction experiment;
A ninth step of flowing the gaseous impurities in a bypass form such that the impurity flow part meets and mixes the carbon dioxide flow and the gaseous impurity flow just before the experiment part;
A tenth step in which the experiment unit is simulated according to external environmental conditions and measures various state changes of the carbon dioxide mixture at this time;
Bypass pipeline transportation process safety analysis simulation method for storage of underground carbon dioxide including. 제 1 항에 있어서,
제 2 단계에서,
상기 제 1 왕복동식 고압용 압축기는 300 bar 이상의 토출압력을 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the second step,
The first reciprocating high pressure compressor has a discharge pressure of 300 bar or more, bypass type pipeline transport process safety analysis simulation method for the underground storage of carbon dioxide. 제 1 항에 있어서,
제 3 단계에서,
상기 제 1 축압기의 댐퍼의 용량은 상기 제 1 왕복동식 고압용 압축기의 실린더 내용적보다 10배 이상 크게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the third step,
Safety analysis simulation of bypass type pipeline transportation process for CO2 marine underground storage, characterized in that the capacity of the damper of the first accumulator is 10 times larger than the cylinder volume of the first reciprocating high pressure compressor. Way. 제 1 항에 있어서,
제 5 단계에서,
상기 고압 열교환기는 내측관 내부로는 기상의 이산화탄소가 흐르고 내측관을 감싸는 외측관 내부와 내측관 외부 사이로는 이산화탄소보다 온도가 낮은 냉각수가 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the fifth step,
The high-pressure heat exchanger is a bypass-type pipe for carbon dioxide marine underground storage, characterized in that the carbon dioxide flows into the inner tube and the cooling water having a lower temperature than the carbon dioxide flows between the inner tube and the outer tube surrounding the inner tube. Line transportation process safety analysis simulation method. 제 1 항에 있어서,
제 6 단계에서,
상기 수액기는 상기 제 1 왕복동식 고압용 압축기의 토출압력에 대응할 수 있도록 300 bar 이상의 최대작동압력을 확보하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the sixth step,
The receiver is a safety simulation simulation method for the bypass type pipeline transport process for carbon dioxide marine underground storage, characterized in that to ensure a maximum operating pressure of 300 bar or more to correspond to the discharge pressure of the first reciprocating high-pressure compressor. 제 1 항에 있어서,
제 6 단계에서,
상기 수액기 외부에 냉각수가 흐를 수 있는 쿨링자켓을 설치하고 냉각수를 쿨링자켓 내부로 순환시켜 상기 수액기 내부의 이산화탄소가 과냉액상으로 유지될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the sixth step,
Bypass for installing the cooling jacket in which the coolant flows outside the receiver and circulating the coolant into the cooling jacket to maintain the carbon dioxide inside the receiver in the supercooled liquid phase. Safety simulation simulation method for pipeline transport. 제 1 항에 있어서,
제 8 단계에서,
상기 물 공급부는,
고압 액체펌프가 고압의 물을 공급하는 단계;
제 2 질량유량계가 상기 고압 액체펌프를 지난 고압의 물의 유량을 실시간으로 측정하는 단계;
제 2 유량조절밸브가 상기 제 2 질량유량계를 지나는 물의 유량을 조절하는 단계 및;
밸브가 하이드레이트 반응실험 시에는 상기 제 2 유량조절밸브를 지나는 물을 상기 반응기 내부로 공급하고 하이드레이트 반응실험이 없을 시에는 액상 이산화탄소만이 상기 반응기 내부를 통과하도록 하는 단계;
에 따라 물을 상기 반응기 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the eighth step,
The water supply unit,
Supplying high pressure water by the high pressure liquid pump;
Measuring, by a second mass flow meter, the flow rate of the high pressure water past the high pressure liquid pump in real time;
Controlling a flow rate of water passing through the second mass flow meter by a second flow control valve;
Supplying water passing through the second flow control valve into the reactor during the hydrate reaction test, and allowing only liquid carbon dioxide to pass through the reactor when there is no hydrate reaction test;
Bypass water pipeline to the interior of the reactor characterized in that the by-pass pipeline transport process safety analysis simulation method. 제 1 항에 있어서,
제 9 단계에서,
상기 불순물 유동부는,
제 2 증발기가 불순물 저장조에서 공급된 액상의 불순물을 대기와 열교환시켜 기상의 불순물로 바꾸어 주는 단계;
제 2 왕복동식 고압용 압축기가 상기 제 2 증발기를 통과한 기상의 불순물을 고압으로 압축하는 단계;
제 2 축압기가 상기 제 2 왕복동식 고압용 압축기로부터 토출된 고압의 기상 불순물의 압력 맥동을 줄여주는 단계;
제 2 압력조절기가 상기 제 2 축압기를 통과한 기상의 불순물을 실험조건에 맞는 압력으로 감압시키는 단계;
제 3 질량유량계가 상기 제 2 압력조절기를 통과하면서 감압된 기상의 불순물의 실시간 유량을 측정하는 단계 및;
제 3 유량조절밸브가 상기 제 3 질량유량계를 통과한 기상의 불순물의 유량을 실험조건에 맞추어 조절하는 단계;
에 따라 이산화탄소 유동과 기상의 불순물 유동이 상기 실험부 직전에 만나서 섞이도록 기상의 불순물을 바이패스(by-pass)형으로 유동시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the ninth step,
The impurity flow portion,
Converting the liquid phase impurities supplied from the impurity reservoir into the vapor phase impurities by a second evaporator to form vapor phase impurities;
Compressing, by a second reciprocating high pressure compressor, the impurities in the gas phase passed through the second evaporator to a high pressure;
Reducing a pressure pulsation of the high pressure gas phase impurities discharged from the second reciprocating high pressure compressor by a second accumulator;
Depressurizing a gaseous impurity that has passed through the second accumulator to a pressure suitable for experimental conditions by a second pressure regulator;
Measuring, by a third mass flow meter, the real-time flow rate of the impurity in the gas phase reduced in pressure while passing through the second pressure regulator;
Adjusting, by a third flow control valve, the flow rate of impurities in the gas phase passing through the third mass flow meter according to the experimental conditions;
According to the bypass pipeline transport process for carbon dioxide marine underground storage, characterized in that the gaseous impurities flow in a by-pass (by-pass) so that the carbon dioxide flow and the gaseous impurity flow meet and mix just before the experimental portion Safety Analysis Simulation Method. 제 1 항에 있어서,
제 10 단계에서,
압력계가 상기 실험부의 입출구의 압력 및 상기 실험부에 걸리는 차압을 측정하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the tenth step,
The pressure gauge measures the pressure at the inlet and outlet of the test part and the differential pressure applied to the test part. 제 1 항에 있어서,
제 10 단계에서,
온도측정 센서가 상기 실험부의 입출구의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the tenth step,
Safety analysis simulation method of the bypass pipeline transport process for carbon dioxide marine underground storage, characterized in that for measuring the temperature of the inlet and outlet of the experimental unit. 제 1 항에 있어서,
제 10 단계에서,
상기 실험부의 외부로는 이중관 형식의 통로를 통하여 냉각수 또는 가열수가 흐르는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the tenth step,
A bypass-type pipeline transportation process safety analysis simulation method for carbon dioxide marine underground storage, characterized in that the cooling water or heating water flows through the double-pipe-type passage to the outside of the experimental portion. 제 1 항에 있어서,
제 10 단계에서,
저압 저장조가 상기 실험부를 통과한 이산화탄소 혼합물이 직접 대기에 분출되지 않도록 밀폐 공간 내에 수용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 1,
In the tenth step,
A low pressure storage tank simulates a safety analysis method for a bypass pipeline transportation process for storage of carbon dioxide marine underground, wherein the carbon dioxide mixture passing through the test unit is accommodated in a confined space so as not to be directly emitted to the atmosphere. 제 12 항에 있어서,
제 4 유량조절밸브가 상기 실험부 및 상기 저압 저장조 사이에서 이산화탄소 혼합물의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 12,
The fourth flow control valve for controlling the flow rate of the carbon dioxide mixture between the experimental portion and the low-pressure storage tank safety of the bypass pipeline transport process simulation simulation method for the underground storage of carbon dioxide. 제 12 항에 있어서,
상기 저압 저장조는 10~30 bar 사이의 압력을 유지하여 대기압과의 압력차이가 상기 실험부의 경우보다 상대적으로 작게 되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 12,
The low pressure reservoir maintains a pressure between 10 and 30 bar to maintain a pressure difference with atmospheric pressure relatively smaller than that of the experimental part. Simulation method. 제 12 항에 있어서,
배압조절기가 상기 저압 저장조의 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 해양지중저장을 위한 바이패스형 파이프라인 수송공정 안전해석 모의실험 방법.The method of claim 12,
Safety analysis simulation method of the bypass type pipeline transportation process for the underground storage of carbon dioxide, characterized in that the back pressure regulator maintains a constant pressure inside the low pressure reservoir.
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