KR100220147B1 - 탄화수소의 연소방법 - Google Patents
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Abstract
수소에 의해 천연가스 또는 다른 탄화수소 가스를 풍부하게 하여, 탄소함량을 감소시키고, 따라서 가스의 연소과정중에 이산화탄소의 방출을 감소 또는 제거하기 위하여, 연소되는 천연가스 또는 탄화수소 가스를 위한 공급기류에 열분해 공정이 유도된다. 가스가 적어도 부분적으로 탄소성분 및 수소성분으로 분해되는 반응기를 통해 통과된다. 탄소성분이 바람직한 정도로 제거된다. 수소성분과 함께 임의의 잔여성분이 연소공정으로 이송되며, 제거된 탄소성분은 별도사용을 위해 공정으로부터 이송된다. 열분해 공정은 전체기류 또는 기류의 일부분에서 수행될 수 있다.
Description
본 발명은 예컨대, 가스 화력 발전소와 관련하여, 가스의 연소시에 이산화탄소의 배출을 바람직한 정도로 제거하거나 최소한 감소시키기 위하여, 연소처리 또는 화학처리용 천연가스 또는 다른 탄화수소 가스의 공급 흐름에서 탄소함량을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
화석 연료, 석탄, 천연가스 및 다른 탄화수소의 연소과정에서, 수증기 및 이산화탄소 모두가 폐기가스에서 발견된다. 이 두 가스사이의 발생율은 관련 연소에서의 탄소 대 수소의 정량적인 비율에 의존할 것이다. 석탄은 거의 이산화탄소만을생성하여, 메탄은 물 및 이산화탄소를 2:1 의 비율로 생성하고 수소는 물만을 생성한다. 온실효과를 감소시키기 위한 방안에 있어서, 이산화탄소의 배출량에 대한 허용치가 점차 줄어들고 있다. 따라서, 이러한 배출량을 제한하고 이를 전체적으로 제거시킬 수 있는 최선의 해결책을 모색함은 생명공학적 측면에서 매우 중요하다.
본 발명의 목적은 천연가스 및 탄화수소 가스의 탄소함량을 감소시키기 위한방법을 제공하여 이러한 상황을 개선시키는 것이다. 이러한 감소는 연소 또는 화학적 처리후 바람직한 정도의 CO2함량이 얻어지는 방식으로 이루어질 수 있어야 한다. 감소는 연료로서 순수 수소를 사용하여 CO2배출을 완전히 배제하는 모든 방법으로 확장될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 천연가스가 예컨대, 가스 터빈에서 이산화탄소의 생성을 크게 감소시키면서 연료로서 사용될 수 있게 하는 것이다.
이러한 목적은 첨부되는 특허청구범위에 기재된 사항을 특징으로 하는 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명은 탄화수소가 탄소 및 수소로 열분해될 수 있다는 사실에 기초하고 있다. 연료로서 순수 수소를 사용함으로써, 이산화탄소가 제어된다. 탄소가 연료로서 사용되는 천연가스 또는 탄화수소 가스로부터 제거되는 경우, 연소전에 이산화탄소의 배출량이 감소될 것이다.
이러한 종류의 경감은 연소처리 또는 화학처리 공정으로의 공급 기류내의 천연가스 또는 탄화수소 가스를 완전히 또는 부분적으로 전환시킴으로써 수행될 수 있다. 공급기류는 바람직한 정도까지 탄소 및 수소로 분해되고, 이때 감소된 탄소 함량을 가진 천연가스가 연소 또는 화학처리되며, 탄소성분은 별도의 작용을 위해 공정으로 부터 제거된다. 이러한 감소는 천연가스 또는 탄화수소 가스의 부분적인 기류를 전환시킴으로서 수행될 수도 있다.
두 경우 모두, 탄소 및 수소로의 분해에 에너지가 필요하다. 감소된 탄소 함량을 갖는 기체내의 에너지 분포는 유리탄소가 에너지 손실을 나타내기 때문에 순수한 천연가스 또는 탄화수소 가스에서 보다 더 낮다. 결과는 전체중의 더많은 가스가 공정으로 공급되어 순수한 천연가스 또는 탄화수소가스로 부터와 같은 알짜 효과를 얻는 결과가 된다. 이러한 부가적인 량의 정도는 탄소함량이 감소되는 정도즉, 전환이 수행되는 정도 및 관련된 연소공정의 효율에 의존한다.
이러한 목적은 CO2의 배출을 완전히 제거하기 위해 연소가스로서 순수 수소를 사용할 수 있도록 하는 것이다.
그러나, 기존 플랜트에 있어서, 순수 수소의 사용을 방해하여, 특정량의 탄화수소를 부가해야 하는 작업조건이 있을 수 있다.
따라서, 공정은 수소기류에 특정량의 천연가스 또는 탄화수소 가스를 부가할 수 있는 가능성을 제공하도록 설계되어야 하며, 그 양은 작업조건에 따라 조정될 수 있다.
연소공정후, 폐기가스는 기술분야의 공지방법으로 정제될 수 있으며, 정제방법은 예컨대, 측매 정제의 경우와 같이 매우 비싸다.
연소 플랜트에서 연료로서 사용되는 천연가스 또는 탄화수소 가스의 전환에 관련된 비용이 보상될 수 있으며, 따라서 연소기류에서의 에너지 손실에도 불구하고 경제적으로 유리한 공정이 얻어질 수 있다. 이는 본 발명에 따른 방법에 있어 열분해 공정에서 수소에 부가하여 순수한 탄소를 생성함으로써 이루어진다. 탄소성 물질은 카본 블랙형으로 존재하며, 이러한 물질은 매우 큰 가치를 갖는다. 카본 블랙은 예컨대, 야금 공업에서 환원제로서 또는 종래의 카본 블랙시장에서 사용된다. 탄소함유 물질이 알루미늄 공업에서의 양극에 사용되는 경우, 환경적 측면에서나 경제적 측면에서나 모두 실질적인 개선점을 나타내며, 이는 신규의 양극이 황 및 주석에 의해 전기분해물 및 생성물 또는 환경을 오염시키지 않을 것이기 때문이다.
따라서, 본 발명에 의해, 공업적 생산에 매우 적합하고 환경을 보존할 수 있는 즉, 오염을 감소시키는 매우 유리한 조합을 얻을 수 있다.
다음에서, 본 발명을 실시예을 참고로 하여 보다 상세히 기재한다.
예컨대, 에너지원으로서 천연가스를 사용하는 가스 화력발전소의 작업이 선택된다. 실시예는 본 발명의 주 원리를 설명하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 적용에 의해 순수 수소를 제조할 수 있으며, 천연가스 또는 다른 탄화수소가 에너지원으로 사용되는 모든 공정에 있어 상기 방법을 사용할 수 있다.
예컨대, 메탄과 같은 천연가스를 사용하여 작동되는 가스-화력 발전소로의 공급라인에 있어서, 플라즈마 토치에 의한 열분해 원칙에 따라 작동되며, 수소성분 및 탄소입자 성분으로 유입되는 천연가스 또는 탄화수소 가스를 분해하는 반응기를 제공한다. 반응기는 반응기를 통과하는 라인 또는 분기라인에 위치할 수 있다. 이러한 반응기의 작업 및 이를 위한 플라즈마토치의 설계가 하기 참고문헌에 기재되어 있다(노르웨이 특허출원 91 4904 및 91 4907). 이들 문헌에 기재된 바와같이, 탄소성분에 대해 양적 제어가 수행될 수 있다. 형성된 수소는 토치를 위한 플라즈마 형성가스로서 회수라인을 통해 사용되며, 따라서, 이러한 전체 반응기가 오염을 일으키지 않고 작동될 수 있다.
반응기로부터의 수소가스는 가스 터빈에서의 연료로서 탄화수소(메탄)와 함께 또는 단독으로 사용되는 가스 터빈으로 통과된다. 가스 터빈은 종래의 방식으로 작동된다. 그러나, 한가지 주요한 차이점이 있으며, 이는 이산화탄소의 배출량이 감소 또는 완전히 제거되는 것이다. 이산화탄소의 배출량이 감소되는 정도는 가스 터빈으로의 공급비율이 어느정도의 순수한 수소로 이루어지느냐에 의존한다. 공정전체를 통해, 그 비율은 순수 수소에 수소를 부가혼합하지 않고 전체 면적에서 조절될 수 있다.
Claims (8)
- 기체의 연소 또는 다른 화학적 응용과정에서 이산화탄소의 배출을 감소 또는 제거시키기 위하여 연소공정 또는 화학적 공정에 천연가스 또는 다른 탄화수소 가스의 공급 기류내의 탄소함량을 감소시키는 방법으로서,연소될 천연가스 또는 탄화수소 가스가 완전히 또는 부분적으로 열분해 공정을 거치고, 모든 가스 또는 공급가스의 일부가 반응기를 거치면서 수소성분 및 탄소성분으로 원하는 정도로 완전히 또는 부분적으로 분해되며 반응기로부터의 미분해 성분 및 천연가스 또는 탄화수소 가스의 별도 성분과 함께 수소성분이 연소공정 또는 화학공정에 이송되며 침전된 탄소성분이 별도의 이용을 위해 공정으로부터 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 형성된 수소의 일부가 열분해 공정 동안 반응기내 사용을 위해 순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 공급기류가 두 부분의 기류로 분할되고, 기류의 한 부분만이 반응기를 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제거된 탄소성분이 순수한 탄소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 따른 방법으로 제조한 순수 수소를 연료전지에 또는 내연 엔진에서의 연료로서 사용하는 방법.
- 제1항에 따른 방법으로 제조한 가스를 가스 화력발전소에 사용하는 방법.
- 제1항에 따른 방법으로 제조한 가스를 에너지용 탄화수소의 연소에 사용하는 방법.
- 제1항에 따른 방법으로 제조한 순수 탄소를 야금 공업에서의 환원물질로서 사용하는 방법.
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