저류층 압력 거동을 고려한 CO2 수송시스템 분석과 CO2 주입공정의 에너지 절약 방법

Abstract

Offshore CCS (Carbon Capture & Storage) is an alternative to greenhouse gas reduction technology that stores captured CO2 in a reservoir or aquifer formed in the offshore underground. In order to inject large amounts of CO2, a CO2 transport and injection system is required, which can consist of a subsea pipeline, a riser, a topside injection facility, and an injection well. A detailed analysis of the above system should be performed to economically transport and inject captured CO2. In this study, transport and injection system was analyzed considering the reservoir pressure behavior during the injection period of about 10 years when the depleted gas field located in the East Sea coast of Korea is used as the CO2 storage, and suggested the design method of necessary equipment. The analysis also found that phase change control is required at the topside for stable CO2 injection. Since the conventional process uses only heating, a large amount of energy consumption is inevitable. Therefore, in this study, a new process using seawater heat source and compressor discharge heat source was proposed to reduce the energy required for the conventional process. The proposed new process could reduce the energy consumption by 14 ~ 18% compared to the conventional process. In addition, optimum operating conditions and key parameters of the new process were derived.|해양 CCS(Carbon Capture & Storage)는 온실가스 감축을 위한 대안으로 포집된 CO2를 해양 지중에 형성된 저류층이나 대수층에 저장하는 기술이다. 대량의 CO2를 주입하기 위해서 CO2 운송 및 주입 시스템이 필요하며, 이는 해저 파이프라인, 라이저, 탑사이드 주입설비, 주입정 등으로 구성될 수 있다. 포집된 CO2를 경제적으로 운송하고 주입하기 위해 위와 같은 시스템의 상세한 분석이 수행되어야 한다. 본 연구에서는 국내 동해 대륙붕에 위치한 고갈 가스전을 CO2 저장소로 활용할 경우 약 10년의 주입기간 동안 저류층 압력 거동을 고려하여 전체 시스템을 분석하고 필요한 기자재의 설계 방안을 제시하였다. 또한 분석 결과 안정적인 CO2 주입을 위해 탑사이드에서 상변환 제어가 필요함을 발견하였다. 기존의 상변환 공정은 가열만을 이용하기 때문에 많은 양의 에너지 소비가 불가피 하였다. 따라서 본 연구에서는 기존 공정에 소요되는 에너지를 감축하기 위해 해수열원과 압축기 배열원을 이용한 새로운 공정을 제안하였고, 제안된 새로운 공정은 기존 공정 대비 14~19 %의 에너지 소모량을 감축할 수 있었다. 더불어 새로운 공정의 최적 작동 조건과 주요 매개 변수를 도출하였다.