Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy (한국해양환경ㆍ에너지학회지)

The Korean Society for Marine Environment and Energy (한국해양환경•에너지학회)
권호 표지

Effect of Nitrogen Impurity on Process Design of $CO_2$ Marine Geological Storage: Evaluation of Equation of State and Optimization of Binary Parameter

질소 불순물이 이산화탄소 해양 지중저장 공정설계에 미치는 영향 평가: 상태방정식의 비교 분석 및 이성분 매개변수 최적화

  • Huh, Cheol (Korea Ocean Research & Development Institute/Maritime & Ocean Engineering Research Institute (KORDI/MOERI)) ;
  • Kang, Seong-Gil (Korea Ocean Research & Development Institute/Maritime & Ocean Engineering Research Institute (KORDI/MOERI))
  • 허철 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) ;
  • 강성길 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소)
  • Received : 2009.08.05
  • Accepted : 2009.08.12
  • Published : 2009.08.25
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Abstract

Marine geological storage of $CO_2$ is regarded as one of the most promising options to response climate change. Marine geological storage of $CO_2$ is to capture $CO_2$ from major point sources, to transport to the storage sites and to store $CO_2$ into the marine geological structure such as deep sea saline aquifer. Up to now, process design for this $CO_2$ marine geological storage has been carried out mainly on pure $CO_2$. Unfortunately the captured $CO_2$ mixture contains many impurities such as $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_x$, $H_2S$. A small amount of impurities can change the thermodynamic properties and then significantly affect the compression, purification and transport processes. In order to design a reliable $CO_2$ marine geological storage system, it is necessary to perform numerical process simulation using thermodynamic equation of state. The purpose of the present paper is to compare and analyse the relevant equations of state including PR, PRBM, RKS and SRK equation of state for $CO_2-N_2$ mixture. To evaluate the predictive accuracy of the equation of the state, we compared numerical calculation results with reference experimental data. In addition, optimum binary parameter to consider the interaction of $CO_2$ and $N_2$ molecules was suggested based on the mean absolute percent error. In conclusion, we suggest the most reliable equation of state and relevant binary parameter in designing the $CO_2-N_2$ mixture marine geological storage process.

발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$ 혼합물을 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해양의 퇴적층에 수백-수천 년 이상 장기간 격리 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 기후변화 대응기술로서 국내외적으로 주목 받고 있다. 본 CO2 저장기술을 구현하기 위한 수송 및 저장 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 $CO_2$를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등에서 포집된 $CO_2$ 혼합물에는 $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_x$, $H_2S$ 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 $CO_2$ 혼합물 내 불순물들은 처리하고자 하는 $CO_2$ 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 정제, 수송 및 저장 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 불활성 가스인 $N_2$가 포함된 $CO_2$ 혼합물의 수송 및 저장 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 $CO_2$ 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, $CO_2$, $N_2$와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위하여 사용되는 이성분 매개변수에 대한 최적 값을 도출하였다.

Keywords

References

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