전 세계적으로 다양한 산업계에서 이산화탄소 배출 저감에 대한 관심이 높아지면서, 이산화탄소를 격리하여 대기 중으로 빠져나가는 것을 방지하려는 노력이 많은 관심의 대상이 되었습니다. 이러한 기술을 탄소 포집 및 저장(CCS)이라고 합니다. 예를 들어, 캐나다 앨버타 주 에드먼턴 인근 퀘스트 탄소 포집 및 저장(CCS) 시설은 2015년 말 개장 이후 680만 톤 이상의 이산화탄소를 포집 및 밀봉하여 지하 2km에 안전하게 저장했습니다. 부식 생성 재료와 적절한 장비 재료 선택은 CCS 인프라의 안전하고 신뢰할 수 있으며 경제적인 운영의 핵심입니다. 많은 CCS 공정 중에 생성되는 저온 환경과 자유수는 처리 장비의 부식을 초래할 수 있는 산성 조건을 생성할 수 있습니다. 이러한 이유로 이러한 장비의 제조에는 내식성이 높은 니켈 함유 스테인리스강 및 니켈 합금이 선호됩니다.
가스에서 포집된 탄소는 일반적으로 연소 과정에서 발생하며 높은 수준의 수분을 함유하고 있습니다. 포집 및 격리 공정은 습하고 산성인 조건에서 수행되거나, 이산화탄소를 포집하기 위해 사전 건조가 필요하거나, 고온 및 가혹한 조건에서 수행될 수 있습니다. 또한 포집지에서 지하 저장고까지 이산화탄소를 운반하는 방법은 주로 파이프라인, 선박, 트럭, 철도 등을 통해 이루어지며, 이산화탄소를 저장 장소로 운송하기 전에 액화해야 합니다. 탄소를 포집에서 지하 저장소로 운반하는 데 사용되는 장비는 일반적으로 니켈, 스테인리스강 또는 니켈 합금을 함유한 저합금강으로 만들어집니다.
지하 저장소에 주입된 이산화탄소는 일반적으로 건조하고 부식성이 없습니다. 우물 설계에서는 우물 수명 동안 산성 환경에서 발생할 수 있는 부식 위험을 고려해야 합니다. 미국과 EU의 유정 설계 데이터에 따르면 니켈 함유 스테인리스강과 니켈 합금은 부식 위험이 있는 중요 유정 인프라를 제작하는 데 일반적으로 사용됩니다. 현재 미국은 지하 CO2 저장을 위한 장비 재료로서 니켈의 중요성을 강조하는 CO2 주입정의 설계 및 건설에 대한 명확한 지침을 개발했습니다.
또한 국제 재료 성능 및 보호 협회(AMPP)는 CO2 수송 및 주입을 위한 재료 선택 및 부식 제어에 대한 지침을 개발하고 있으며 니켈 함유 재료를 장비 제조에 선호되는 선택으로 식별하고 있습니다. 이는 니켈이 앞으로 한동안 순제로 온실가스 배출에 중요한 역할을 할 것임을 시사합니다.
CCS 프로세스에서 니켈은 구체적으로 어떤 단계에서 중요한 역할을 합니까? 이산화황과 물로 오염되고 탄소강을 부식시킬 수 있는 산성 응축물을 생성하는 석탄 화력 발전소의 배가스에서 이산화탄소를 회수합니다. 액체 용매(예: 아민)에 의한 가스 스트림의 이산화탄소 흡수. 이는 이산화탄소 흡수기, 액체 아민 처리 시스템 및 깨끗한 이산화탄소가 방출되는 증기 제거 용기에서 산성 부식 조건을 초래할 수 있습니다. 온도 가변 흡착(TSA)과 같은 고체 흡수제의 회수 시스템은 흡수제와의 상호 작용을 통해 가스 흐름에서 이산화탄소를 제거하기도 하며 온도가 40도에서 100도 사이로 변동하는 습한 조건을 포함하는 공정입니다. 탄산이 형성될 수 있으므로 위험에 처한 주요 단계는 건조입니다. 이러한 모든 공정에는 오스테나이트계 니켈 함유 스테인리스강을 사용하는 것이 권장되는 반면, 사전 포집 송풍기에는 니켈 함유 듀플렉스 스테인리스강이 더 권장됩니다. 또한 Allam-Fetvedt 발전 사이클과 같은 CO2 활용 및 포집을 위한 혁신적인 프로세스에는 니켈 함유 합금으로 제작된 CO2 터빈 및 버너, 열 교환기 및 두 구성 요소를 연결하는 고온 배관이 필요합니다.
