KR102426330B1 - 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템은 포집된 이산화탄소를 액화하는 육상 허브 터미널(20); CO₂ 저장탱크(310)를 포함하여 상기 육상 허브 터미널(20)로부터 공급된 액화 CO₂를 수송하는 CO₂ 수송선박(300); 및 액화 CO₂를 공급받아 해저 CO₂ 저장소(60)로 주입하기 위한 해저주입장치(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동식 해저 이산화탄소 저장시스템{Movable subsea carbon dioxide storage system}

본 발명은 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해저에 위치하는 이산화탄소 지하저장소에 액화 이산화탄소를 저장할 수 있는 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에 관한 것이다.

온실가스 감축의무를 규정하는 교토의정서가 2005년 발효된 이후 세계에서는 온실가스 배출 규제를 비롯하여 탄소배출 저감을 위한 기술이 제안되고 있다.

이 중 배출되는 이산화탄소를 해저 저장소에 저장하는 기술이 제안되어 있다. 이산화탄소 포집 및 저장(CCS)은 국내 온실가스 감축 목표를 달성하기 위한 가장 효과적이고 안정적인 기술로 평가받는다. 이산화탄소 포집 및 저장(CCS)기술은 화력발전소 및 석유화학 등 기반 산업체에서 화석연료를 사용하는 과정에서 대량으로 발생한 이산화탄소(CO₂)를 포집하고 지하저장소에 저장하는 기술이다.

도1에 도시된 바와 같이 이산화탄소를 해저 저장소에 저장하는 기술은 CO₂를 배출하는 CO2 포집원(1)과, 포집한 CO₂를 압축, 정제 및 탈수하는 육상 허브 터미널(2)(Hub Terminal)과, 액화된 CO₂를 송출하는 송출장치(3)와, 해저 파이프라인(4)과, 해상 플랫폼(5)으로 이루어진다.

도1에 도시된 CO₂ 저장시스템에서는 CO₂ 포집원(1)으로 발전소 등 기타 산업시설에서 배출되는 CO₂ 가스를 포집하고, 포집한 CO₂를 육상 허브 터미널(2)에서 압축, 정제 및 탈수하며, 이와 같이 압축, 정제 및 탈수되어 액화된 CO₂를 송출장치(3)를 이용하여 해저 파이프라인(4)으로 공급하고, 해저 파이프라인을 통해 송출되는 액화 CO₂가 해상 플랫폼(5)으로 공급된 후 해저 지하 저장소(6)로 저장된다.

그런데, 전술한 바와 같은 CO₂ 저장시스템에서는 해저에 위치하는 다수의 지하저장소를 연속적으로 또는 동시에 활용하기 어렵고, 액화 CO₂의 주입위치를 변경하기 곤란하며, CO₂의 주입 활동이 완료된 후에는 해저 파이프라인 및 해상 플랫폼의 재사용이 어렵고 철거해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다수의 지하저장소를 연속적으로 또는 동시에 활용할 수 있고, 액화 CO₂의 주입위치 변경이 쉽고 주입 활동 완료 후 원상복구가 용이한 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템은 포집된 이산화탄소를 액화하는 육상 허브 터미널(20); CO₂ 저장탱크(310)를 포함하여 상기 육상 허브 터미널(20)로부터 공급된 액화 CO₂를 수송하는 CO₂ 수송선박(300); 및 액화 CO₂를 공급받아 해저 CO₂ 저장소(60)로 주입하기 위한 해저주입장치(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해저주입장치(600)는 터렛 부이(610)와, 해저에 고정된 해저주입트리(620)와, 액화 CO₂가 주입되는 CO₂ 라인을 포함하여 상기 터렛 부이(610)와 상기 해저주입트리(620)를 연결하는 해저플로우라인(625)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 국지적으로 이산화탄소를 포집하는 다수의 CO₂ 포집원; 및

상기 각 CO₂ 포집원에서 포집된 이산화탄소를 액화하는 다수의 로컬 터미널을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 수송선박(300)은 액화 CO₂를 이송하기 위한 CO₂ 펌프; 상기 CO₂ 저장탱크에서 기화된 CO₂ 가스를 재액화하기 위한 CO₂ 가스 회수용 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 수송선박(300)은 상기 CO₂ 저장탱크 또는 상기 CO₂ 수송선박(300)의 CO₂ 배관에 메탄올을 주입하기 위한 케미칼 주입펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 수송선박(300)으로부터 액화 CO₂를 공급받아 상기 해저주입장치(600)로 주입하기 위한 CO₂ 주입선박(400)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 주입선박(400)은 액화 CO₂를 이송하기 위한 CO₂ 펌프; 상기 CO₂ 저장탱크에서 기화된 CO₂ 가스를 재액화하기 위한 CO₂ 가스 회수용 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 주입선박(400)은 상기 CO₂ 저장탱크 또는 상기 CO₂ 수송선박(300)의 CO₂ 배관에 메탄올을 주입하기 위한 케미칼 주입펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 주입선박(400)은 상기 해저주입장치(600)의 터렛 부이(610)를 수용하는 터렛룸(440)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 터렛룸(440)은 개폐가능하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 터렛룸(440)에는 질소를 분사하는 질소가스 분출라인이 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 주입선박(400)은 상기 해저주입장치(600)의 이상 유무를 감시하는 카메라가 부착된 무인잠수정(460)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무인잠수정(460)에는 CO₂ 누출을 감지하는 센서가 부착된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 수송선박(300)으로부터 상기 CO₂ 주입선박(400)으로 액화 CO₂를 이송하기 위한 CO₂ 플로우라인(500)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 CO₂ 주입선박(400)은 상기 CO₂ 플로우라인(500)을 권취하는 CO₂ 플로우라인 릴(480)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해저주입트리(620)는 CO₂ 주입을 조절하는 CO₂ 주입차단밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해저주입트리(620)는 CO₂ 의 온도 및 압력을 측정하기 위한 게이지; 및 메탄올 주입라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해저플로우라인(625)은 메탄올을 주입하는 케미칼 주입라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해저주입장치(600)는 해저면에 고정설치되어 상기 터렛 부이(610)와 앵커라인에 의해 연결되는 앵커 기초부(630); 상기 터렛 부이(610) 주위에 배치되어 상기 터렛 부이(610)와 연결라인에 의해 연결되는 다수의 부이(660); 상기 각 부이(660)와 앵커라인에 의해 연결되고 해저면에 고정설치되는 다수의 앵커(640)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다수의 지하저장소를 연속적으로 또는 동시에 활용할 수 있고, 액화 CO₂의 주입위치 변경이 쉽고 주입 활동 완료 후 주입시설의 재사용이 가능한 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템이 제공된다.

도1은 종래 해저 CO₂ 저장시스템을 도시한 도면이고,
도2는 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템을 도시한 도면이며,
도3은 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 수송선박의 측면도이고,
도4는 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 수송선박의 평면도이며,
도5는 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 주입선박의 측면도이고,
도6은 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 주입선박의 평면도이며,
도7은 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 해저주입장치를 도시한 도면이고,
도8은 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 주입선박과 해저주입장치를 결합한 상태를 도시한 도면이며,
도9는 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 수송선박과 CO₂ 주입선박의 연결을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템을 도시한 도면이며, 도3은 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 수송선박의 측면도이고, 도4는 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 수송선박의 평면도이며, 도5는 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 주입선박의 측면도이고, 도6은 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 주입선박의 평면도이며, 도7은 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 해저주입장치를 도시한 도면이고, 도8은 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 주입선박과 해저주입장치를 결합한 상태를 도시한 도면이며, 도9a 내지 도9c는 본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템에서 CO₂ 수송선박과 CO₂ 주입선박의 연결을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템은 CO₂ 포집원(10)과, 포집한 CO₂를 압축, 정제 및 탈수하는 육상 허브 터미널(20)(Hub Terminal)과, CO₂ 수송선박(300)과, CO₂ 주입선박(400)과, 해저주입트리(600)와, 해저 CO₂ 저장소(60)를 포함한다.

CO₂ 포집원(10)은 발전소, 제철소 등 시설가동 중에 이산화탄소가 발생되고 발생된 이산화탄소를 포집할 수 있는 곳으로, 이산화탄소가 발생되고 포집할 수 있는 여러 산업시설로부터 다수 개의 포집원으로 이루어진다.

육상 허브 터미널(20)(Hub Terminal)은 CO₂ 포집원(10)으로부터 수집된 CO₂가스를 압축, 액화하고 정제 및 탈수하는 역할을 한다.

CO₂ 포집원(10)으로부터 수집된 CO₂ 가스 중에는 산소, 질소 등 다른 가스와 수분이 포함되어 있다. 따라서, 이러한 불순물을 제거하여야 하는데 정제 공정을 통해 기타 다른 가스를 제거하여 CO₂의 순도를 높이게 된다.

그리고, 포집된 CO₂ 가스에 포함된 수분을 제거하기 위해 탈수공정을 거친다. 탈수공정은 기체-액체 분리기를 통해 이루어질 수 있다.

그리고, CO₂ 가스는 액화시 약 500배 정도 체적이 감소하므로 액화 공정이 필수적이다. CO₂ 가스는 가압, 압축하고 냉각시켜 액화하게 된다. 이와 같은 공정을 거쳐 액화된 CO₂는 후술하는 CO₂ 수송선박(300)에서 -50℃, 7bar의 조건에서 저장된다.

육상 허브 터미널(20)은 하나의 CO₂ 포집원(10)으로부터 CO₂ 가스를 수집할 뿐만 아니라 여러 개의 CO₂ 포집원(10)으로부터 포집된 CO₂가스가 수집될 수 있다. 이 때 각 CO₂ 포집원(10)으로부터 포집된 CO₂가스는 각 로컬 터미널로 이동된 후 각 로컬 터미널에서 정제, 탈수되고 액화된 다음 파이프라인 또는 CO₂ 수송선박을 통해 상기 육상 허브 터미널(20)로 이동될 수 있다.

육상 허브 터미널(20)에서 압축, 정제 및 탈수되어 액화된 CO₂는 CO₂ 수송선박(300)으로 선적된다.

상기 CO₂ 수송선박(300)은 육상 허브 터미널(20)로부터 공급되는 액화 CO₂를 주입지점으로 수송하기 위한 것으로, 도3 및 도4에 도시된 바와 같이 다수의 액화 CO₂ 저장탱크(310)와, CO₂ 펌프실(320)과, 크레인(330)을 포함한다.

CO₂ 저장탱크(310)는 공급되는 액화 CO₂를 액체 상태로 저장하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 갑판 아래에 전,후 2개씩 총 4개의 CO₂ 저장탱크(310)가 배치된다. CO₂ 저장탱크(310)에서 액체 상태의 CO₂는 -50℃, 7bar의 조건에서 저장된다.

CO₂ 펌프실(320) 내부에는 CO₂ 펌프와, CO₂ 가스 회수용 소형 압축기와, 케미칼 주입 펌프가 배치되고, CO₂ 펌프실(320) 상부에는 케미칼 탱크가 배치된다.

CO₂ 저장탱크(310)에 저장되는 액화 CO₂는 후술하는 CO₂ 주입선박(400)으로 이송되는데, 이 때 CO₂ 펌프에 의해 CO₂ 저장탱크(310)의 액체 CO₂가 CO₂ 주입선박(400)으로 이송된다.

CO₂ 가스 회수용 압축기는 기화된 CO₂ 가스를 압축하여 재액화하기 위한 것이다. 이동 및 이송 중 대기온도의 영향으로 CO₂ 저장탱크(310)에 저장된 액체 CO₂의 일부가 기화될 수 있는데, 이 기화된 CO₂는 CO₂ 가스 회수용 압축기에 의해 압축되어 재액화되고, 재액화된 CO₂는 CO₂ 저장탱크(310)로 다시 보내진다.

케미칼 주입 펌프는 CO₂ 저장탱크(310)로 또는 CO₂ 저장탱크(310)로부터 CO₂가 이동되는 배관을 포함한 CO₂ 수송선박(300)의 CO₂ 배관 내에 수분 응축으로 인한 하이드레이트 등의 문제가 발생할 경우 메탄올을 주입하는 역할을 하고, 메탄올은 CO₂ 펌프실(320) 상부의 케미칼 탱크 내에 저장된다.

크레인(330)은 갑판에 배치되어 CO₂ 플로우라인(500)(flowline)을 연결하기 위한 것이다.

CO₂ 플로우라인(500)은 CO₂ 수송선박(300)과 CO₂ 주입선박(400)을 연결하는 플렉시블(flexible) 배관으로, CO₂ 플로우라인(500)의 양측에는 부이(510)(buoy)가 구비되고, 부이(510)의 상단에는 무선응답기(transponder)가 설치되어 있다. 또한, CO₂ 플로우라인(500)에는 그 표면에 CO₂ 수송선박(300)과 CO₂ 주입선박(400)의 연결을 단단하게 지지하는 와이어가 결합된다.

도9를 참조하여 CO₂ 플로우라인(500)을 이용하여 CO₂ 수송선박(300)과 CO₂ 주입선박(400)을 연결하는 과정을 설명하면, 먼저 CO₂ 수송선박(300)으로부터 CO₂ 플로우라인(500)이 전개되면 CO₂ 플로우라인(500)에 구비된 부이(510)에 의해 해수면에 뜨게 되고, CO₂ 수송선박(300)의 크레인(330)에 구비된 집게(331)로 CO₂ 플로우라인(500)의 부이(510)를 잡아올려 CO₂ 수송선박(300)의 갑판으로 올리게 된다.

그 다음 CO₂ 플로우라인(500)을 CO₂ 수송선박(300)에 고정하고, CO₂ 펌프실(320)의 CO₂ 펌프로 CO₂ 저장탱크(310) 내 액화 CO₂를 CO₂ 수송선박(300)에서 CO₂ 플로우라인(500)을 통해 CO₂ 주입선박(400)으로 이송하게 된다.

상기 CO₂ 주입선박(400)은 자체 동력으로 해상을 이동가능한 선박으로, CO₂ 수송선박(300)으로부터 액화 CO₂를 공급받아 해저주입장치(600)에 주입한다.

CO₂ 주입선박(400)은 도5 및 도6에 도시된 바와 같이 다수의 액화 CO₂ 저장탱크(410)와, CO₂ 펌프실(430)과, 크레인(420)을 포함한다.

CO₂ 저장탱크(410)는 CO₂ 수송선박(300)으로부터 공급되는 액화 CO₂를 액체 상태로 저장하고, 갑판 아래에 전,후 2개씩 총 4개의 CO₂ 저장탱크(410)가 배치된다. CO₂ 저장탱크(410)에서 액체 상태의 CO₂는 -50℃, 7bar의 조건에서 저장된다.

CO₂ 펌프실(430) 내부에는 CO₂ 펌프와, CO₂ 가스 회수용 소형 압축기와, 케미칼 주입 펌프가 배치되고, CO₂ 펌프실(430) 상부에는 케미칼 탱크가 배치된다.

CO₂ 저장탱크(410)에 저장되는 액화 CO₂는 후술하는 해저주입장치(600)로 이송되고, 이 때 CO₂ 펌프에 의해 CO₂ 저장탱크(410)의 액체 CO₂가 해저주입장치(600)로 이송된다.

CO₂ 가스 회수용 압축기는 기화된 CO₂ 가스를 압축하여 재액화하기 위한 것으로, CO₂ 저장탱크(310)에 저장된 액체 CO₂ 중 기화된 CO₂는 CO₂ 가스 회수용 압축기에 의해 압축되어 재액화되고, 재액화된 CO₂는 CO₂ 저장탱크(410)로 다시 보내진다.

케미칼 주입 펌프는 CO₂ 저장탱크(410)로 또는 CO₂ 저장탱크(410)로부터 CO₂가 이동되는 배관을 포함한 CO₂ 주입선박(400)의 CO₂ 배관 내에 수분 응축으로 인한 하이드레이트 등의 문제가 발생할 경우 메탄올을 주입하는 역할을 하고, 메탄올은 CO₂ 펌프실(430) 상부의 케미칼 탱크 내에 저장된다.

그리고, CO2 주입선박(400)의 선미부분에는 도시된 바와 같이 CO₂ 플로우라인 연결용 크레인(450)과 CO₂ 플로우라인 릴(480)이 설치되고, CO₂ 주입선박(400)의 선수부분에는 터렛룸(440, Turret room) 및 무인잠수정(460)이 제공된다.

CO₂ 플로우라인(500)은 평상시 CO₂ 플로우라인 릴(480)에 감겨져 있고 CO₂ 수송선박(300)의 CO₂ 이송준비작업이 시작되면 릴(480)의 모터를 작동하여 CO₂ 플로우라인(500)을 전개하게 된다.

CO₂ 플로우라인 연결용 크레인(450)은 전개되는 CO₂ 플로우라인(500)을 선박 프로펠러와 최대한 이격하여 전개할 수 있도록 하고, 좌우 최대 180도의 각도로 움직일 수 있다.

상기 터렛룸(440)은 CO₂ 주입선박(400)의 선수 하부에 형성되어 CO₂ 주입시 해저주입장치(600)의 터렛 부이(610, Turret buoy)가 수용되고 터렛 부이(610)가 출입할 수 있도록 개폐가능한 도어가 설치되어 개폐구조로 이루어진다.

터렛룸(440) 내부에는 터렛 부이(610) 연결부에 수분 및 이물질 제거를 위한 질소가스 분출라인(미도시)이 구비되어 터렛 부이(610)의 내외부를 질소 가스로 청소한다.

터렛 부이(610)와의 도킹은 터렛 부이(610)에 설치된 3개의 무선 응답기(transponder)와 부이(660)에 각각 설치된 무선응답기, 그리고 작업자의 무전 안내에 따라 CO₂ 주입선박(400)의 위치 조정으로 터렛 부이(610)가 터렛룸(440) 내부에 서서히 진입되어 CO₂ 주입선박(400)과 결합되는 도킹 작업이 이루어진다. 터렛룸(440) 내부에는 터렛 부이(610) 연결부에 수분 및 이물질 제거를 위해 질소가스 분출라인으로 도킹 작업 전 터렛 부이(610) 내외부를 질소 가스로 청소한다. 도킹 작업이 완료되면 CO₂ 주입선박(400)과 해저주입장치(600) 간 연결이 완료되어 지하저장소로 CO₂ 주입이 가능하게 된다.

상기 무인잠수정(460)은 해저주입장치(600)의 이상 유무와 해저주입장치(600)로부터 CO₂ 누출 여부 등을 감시하기 위한 것으로, 무인잠수정(460)에는 해저주입장치(600)의 이상 유무를 감시할 수 있는 카메라와, CO₂ 누출 여부를 감지하기 위한 CO₂ 감지센서 등이 구비된다.

무인잠수정(460)은 CO₂ 수송선박(400)으로부터 전기 및 신호선이 연결되어 CO₂ 수송선박(400)에서 직접 통제하게 된다.

상기 해저주입장치(600)는 CO₂ 수송선박(400)으로부터 CO₂를 공급받아 해저 CO₂ 저장소(60)로 주입하고 이와 더불어 CO₂ 수송선박(400)의 움직임을 최소화하기 위한 장치이다.

해저주입장치(600)는 도7에 도시된 바와 같이 해저주입트리(620)와, 해저플로우라인(625)과, 터렛 부이(610)와, 앵커 기초부(630)와, 해저면에 설치되는 앵커(640)와, 앵커라인(650)과, 부이(660)를 포함한다.

해저주입트리(620)는 해저에 고정되어 CO₂ 주입을 조절하는 장치로서 CO₂ 저장소(60)까지 천공하는 시추작업이 완료되면 해저주입트리(620)가 해저면에 설치된다.

해저주입트리(620)는 CO₂ 주입차단밸브, 주입되는 CO₂의 온도, 압력을 측정하기 위한 게이지와 메탄올 주입 라인 등을 포함한다.

CO₂ 주입차단밸브는 밸브 작동을 위한 유체 공급이 중단되거나 CO₂ 주입선박(400)으로부터 동작신호가 수신되지 않는 경우 자동으로 즉시 차단된다. 그리고, CO₂ 주입차단밸브는 비상 상황 발생시 CO₂ 주입선박(400)으로부터 밸브 차단 명령을 내려 밸브를 닫게 할 수 있다.

해저플로우라인(625)은 터렛 부이(610)와 해저주입트리(620)를 연결하는 것으로, 본 실시예에서는 터렛 부이(610)로부터 CO₂가 이송되는 하나의 CO₂ 라인과, 4개의 부설 라인이 모여 하나의 묶음으로 이루어진다.

부설 라인은 해저주입트리(620)의 CO₂ 주입차단밸브의 작동을 위한 유압공급라인, 전기공급라인, 신호연결라인과, 케미칼(Chemical) 공급라인으로 구성되고, CO₂라인과 함께 터렛 부이(610)에 연결된다. 케미칼(Chemical) 공급라인은 CO₂라인 등에 하이드레이트 발생 등의 문제를 해결하기 위해 메탄올을 주입하는 역할을 한다.

터렛 부이(610)는 해상에서 부유하면서 CO₂주입시 CO₂ 주입선박(400)의 터렛룸(440) 내에 진입하여 CO₂주입선박(400)과 연결되는 것으로, 터렛 부이(610)에는 3개의 무선응답기(transponder)가 설치되어 있다.

터렛 부이(610)의 끝단은 평상시 볼밸브로 닫혀 있으나, 터렛룸(440)으로 터렛 부이(610)가 들어가면 터렛 부이(610)의 볼밸브가 개방되면서 CO₂ 주입선박(400)의 CO₂ 라인 및 부설라인과 해저플로우라인(625)이 연결된다.

이 터렛 부이(610)는 해저면에 고정 설치되는 앵커 기초부(630)에 앵커라인으로 지지된다.

또한, 앵커 기초부(630) 주위에는 다수의 앵커(640)가 해저면에 설치되고, 각 앵커(640)는 터렛 부이(610) 주위에 배치되는 부이(660)와 앵커라인(650)으로 각각 연결된다. 또한, 터렛 부이(610)와 각 부이(660)는 연결라인(670)에 의해 서로 연결된다. 각 부이(660)에는 무선응답기가 설치되어 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이동식 해저 CO2 저장시스템을 이용한 해저 CO2 저장방법에 대해 설명한다.

최초 CO₂ 주입이 시작되면 절차는 다음과 같다.

CO₂ 주입선박(400)의 경우 주입지점으로 이동하기 전 항만에 대기하게 되는데, 이 항만에 대기 중인 CO₂ 주입선박(400)에 액화 CO₂를 선적하게 되고 선적 작업이 완료되면 CO₂ 주입선박(400)은 출항하게 된다.

출항 후 CO₂ 주입선박(400)은 자체 동력으로 주입 지점 인근까지 이동하게 되고, 터렛 부이(610)에 설치된 3개의 무선응답기(Transponder)와 부이(660)에 설치된 각각의 무선응답기로 터렛 부이(610)의 위치를 확인한다.

터렛 부이(610)의 위치를 확인한 후 CO₂ 주입선박(400)을 정밀하게 조정하여 터렛 부이(610)가 터렛룸(440) 내부로 진입하도록 한다.

그리고, CO₂ 주입선박(400)의 무인잠수정(460)을 전개하여 해저주입장치(600)의 이상 유무를 확인한다.

터렛룸(440) 내부로 들어온 터렛 부이(610)의 볼밸브를 개방하여 해저 플로우라인(625)을 CO₂ 주입선박(400)의 CO₂ 주입 라인과 연결한다.

그 다음, CO₂ 주입선박(400)으로부터 해저 플로우라인(625)을 통해 CO₂ 주입하게 되고, CO₂ 는 해저주입트리(620)를 통해 CO₂ 저장소(60)로 주입되게 된다.

그리고, CO₂ 주입 실시와 함께 무인잠수정(460)으로 CO₂ 유출 유무를 모니터링하고, 무인잠수정(460)의 카메라를 통해 습득된 영상은 CO₂ 주입선박(400)의 통제실 내 디스플레이장치에 표출된다.

이와 같이 CO₂ 주입선박(400)에 저장된 CO₂를 모두 주입한 후 CO₂ 이송 절차는 다음과 같다.

항만에 대기 중이던 CO₂ 수송선박(300)에 CO₂를 선적하고 선적 작업 완료 후 출항하게 된다.

CO₂ 수송선박(300)은 주입 지점의 CO₂ 주입선박(400) 인근까지 자체 동력을 이용하여 이동한다.

CO₂ 수송선박(300)이 CO₂ 주입선박(400)까지 이동하면 CO₂ 주입선박(400)에서 CO₂ 플로우라인(500)을 전개하고, CO₂ 수송선박(300)에서는 크레인(330) 집게로 CO₂ 플로우라인(500)을 CO₂ 수송선박(300) 위로 올린 후 CO₂ 수송선박(300)의 CO₂ 라인과 연결한다.

CO₂ 플로우라인(500)과의 연결이 완료되면 CO₂ 수송선박(300)의 CO₂ 펌프를 이용하여 CO₂ 주입선박(400)으로 CO₂를 이송한다.

CO₂ 수송선박(300)으로부터 CO₂ 주입선박(400)으로 CO₂ 이송 작업이 종료되면 CO₂ 플로우라인(500) 연결을 해체한다.

그리고, CO₂ 주입선박(400)에서는 전술한 바와 같이 해저주입장치(600)로 CO₂를 주입하게 되고, CO₂ 수송선박(300)은 항만으로 복귀하게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 수 있을 것이다.

10 : CO₂ 포집원 20 : 육상 허브 터미널
60 : CO₂ 저장소 300 : CO₂ 수송선박
400 : CO₂ 주입선박 500 : CO₂ 플로우라인
600 : 해저주입장치

Claims (19)

1. 포집된 이산화탄소(CO₂)를 액화하는 육상 허브 터미널(20);
   CO₂ 저장탱크를 포함하여 액화 CO₂를 수송하고, 상기 육상 허브 터미널(20)로부터 공급된 액화 CO₂를 수송하는 CO₂ 수송선박(300);
   액화 CO₂를 공급받아 해저 CO₂ 저장소(60)로 주입하기 위한 해저주입장치(600);
   상기 CO₂ 수송선박(300)으로부터 액화 CO₂를 공급받아 상기 해저주입장치(600)로 주입하기 위한 CO₂ 주입선박(400); 및
   부이를 구비하고 상기 CO₂ 수송선박(300)으로부터 상기 CO₂ 주입선박(400)으로 액화 CO₂를 이송하기 위한 CO₂ 플로우라인(500)을 포함하고,
   상기 해저주입장치(600)는 해상에 부유하며 무선응답기가 설치된 터렛 부이(610)와, 해저에 고정된 해저주입트리와, 액화 CO₂가 주입되는 CO₂ 라인을 포함하여 상기 터렛 부이와 상기 해저주입트리를 연결하는 해저플로우라인을 포함하며,
   상기 CO₂ 주입선박(400)은
   CO₂ 저장탱크;
   액화 CO₂를 이송하기 위한 CO₂ 펌프;
   상기 CO₂ 저장탱크에서 기화된 CO₂ 가스를 재액화하기 위한 CO₂ 가스 회수용 압축기;
   상기 해저주입장치(600)의 상기 터렛 부이(610)를 수용하는 터렛룸;
   상기 해저주입장치(600)의 이상 유무를 감시하는 카메라가 부착된 무인잠수정;
   상기 CO₂ 주입선박(400)의 CO₂ 저장탱크 또는 CO₂ 배관에 메탄올을 주입하기 위한 케미칼 주입펌프; 및
   상기 CO₂ 플로우라인(500)을 권취하는 CO₂ 플로우라인 릴(480);을 포함하고,
   상기 터렛룸은 상기 터렛 부이(610)가 출입하는 개폐가능한 도어를 구비하고,
   상기 터렛룸에는 질소를 분사하는 질소가스 분출라인이 배치되며,
   상기 무인잠수정에는 상기 해저주입장치(600)로부터 CO₂ 누출을 감지하는 센서가 부착되며,
   상기 해저주입트리는 CO₂ 주입을 조절하는 CO₂ 주입차단밸브; CO₂의 온도 및 압력을 측정하기 위한 게이지; 및 메탄올 주입라인을 포함하고,
   상기 해저플로우라인은 메탄올을 주입하는 케미칼 주입라인을 더 포함하며,
   상기 해저주입장치(600)는 해저면에 고정설치되어 상기 터렛 부이(610)와 앵커라인에 의해 연결되는 앵커 기초부(630);
   상기 터렛 부이(610) 주위에 배치되어 상기 터렛 부이(610)와 연결라인에 의해 연결되는 다수의 부이(660); 및
   상기 각 부이(660)와 앵커라인에 의해 연결되고 해저면에 고정설치되는 다수의 앵커(640)를 더 포함하는 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템.
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3. 제1항에 있어서,
   국지적으로 이산화탄소를 포집하는 다수의 CO₂ 포집원; 및
   상기 각 CO₂ 포집원에서 포집된 이산화탄소를 액화하는 다수의 로컬 터미널을 더 포함하는 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 CO₂ 수송선박(300)은
   액화 CO₂를 이송하기 위한 CO₂ 펌프;
   상기 CO₂ 저장탱크에서 기화된 CO₂ 가스를 재액화하기 위한 CO₂ 가스 회수용 압축기를 더 포함하는 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 CO₂ 수송선박(300)은
   상기 CO₂ 저장탱크 또는 상기 CO₂ 수송선박(300)의 CO₂ 배관에 메탄올을 주입하기 위한 케미칼 주입펌프를 더 포함하는 이동식 해저 이산화탄소 저장시스템.
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