KR101998193B1 - 수소 함유 가스 연료를 생성하기 위한 다단계 방법 및 열 가스 발전기 플랜트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터빈 발전기 플랜트에서 수소 함유 가스 연료를 생성하는 방법에 관한 것이다. 수소 함유 가스 연료를 생성하기 위한 다단계 방법(지.지. 아라켈리안 방법)은 적어도 세 단계의 공정을 수행하는 터빈 발전기 플랜트 내에서 구현된다. 수소 함유 가스 연료를 생성하기 위한 다단계 방법은 물과 탄화수소 성분을 개별적으로 도입하는 단계를 포함하며, 제 1 단계에서 물이 공급되고 가열되어 수증기가 형성되고, 제 2 단계에서 탄화수소 성분이 공급되고 인젝션 방법에 의해 수증기와 혼합되며, 수증기와 탄화수소 혼합물이 가열되어 연료를 생성하기 위한 가열을 수행하는 후속하는 제 3 단계로 이송되고, 제 3 단계에서 생성된 연료는 파이어링 시스템의 입구로 보내어져서 연료의 다단계 형성을 위한 공정 실린더를 가열하는 파이어링 화염과 작업 화염을 형성하며, 연료의 일부는 외부에서의 사용을 위해 보내어진다.

Description

수소 함유 가스 연료를 생성하기 위한 다단계 방법 및 열 가스 발전기 플랜트{MULTISTAGE METHOD FOR PRODUCING A HYDROGEN-CONTAINING GASEOUS FUEL AND THERMAL GAS GENERATOR PLANT}
본 발명은 에너지 절감 기술에 관한 것으로, 특히 연소 온도가 500 ℃를 초과할 때 연속하는 열 화염 매체 내의 CnH2n+2(디젤 연료, 잔류 오일)의 라인으로부터 촉매제를 사용하여 수소 함유 가스 내의 물(H2O)를 변환하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 종종 이러한 방법은 가스 연료 생성 및 연소에 의해 연료 생성의 실현이 단일 사이클에 의해 이루어지는 시스템에 기초하며, 또한 이러한 시스템은 수소 함유 가스 연료의 축적에 사용될 수도 있다.
수소 함유 가스 생성 방법으로서 성분들이 고온의 모드에서 연소하여 수소 함유 가스를 생성하는 방법이 공지되어 있다(1985년 소련 특허 제 1144977호).
이 방법의 결점은 전력 소모가 심하다는 것이다.
탄화수소 원료로부터 가스를 생성하는 방법으로서 430도까지 과열된 수증기가 탄화수소와 혼합되고 후속하여 스팀 및 가스 혼합물이 가열되는 방법이 공지되어 있다(1982년 소련 특허 제 939 380 호).
이 방법의 결점은 과열된 스팀을 생성하고 후속 가열을 위해서는 추가적인 에너지 소스를 적용할 필요가 있다는 것이다.
다른 평형 상태를 갖는 다양한 상태의 수증기를 적용하는 방법이 공지되어 있다(1985년 소련 백과사전 962쪽, "스팀" 참조).
본 출원의 출원인에 의해 채택된 것으로서 "터빈 발전기 장치 내에서 수소 함유 가스를 생성하는 방법"에 가장 유사한 기술이 또한 공지되어 있다(2006년 러시아 특허 제 2269486호). 공지된 방법 및 이를 구현하기 위한 장치는 청구된 기술적 해결 방안과 동일한 목적을 가지고 있으며, 이 방법은 단일의 폐쇄 사이클에서 수행되는 다수의 단계로 이루어지고 이 장치는 이들 단계에 대응하는 부분들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 방법의 경우, 공지된 기술적인 해결 방안에 있어서, 폐쇄된 사이클에서 수소 함유 가스 연료를 생성하는 다단계 방법이 실현되며, 이 다단계 방법은 강제 워밍업 모드에서의 공정 시동과 정상적인 자가 가열 모드에서의 자가 가열 공정의 실현을 포함하며, 정상적인 자가 가열 모드에서의 자가 가열 공정은 탄화수소 성분 및 물의 혼합 단계를 포함하며, 탄화수소 성분 및 물은 압력 하에서 펌핑되고 가열되며, 연료는 반송되고 점화된다.
공지된 기술적인 해결 방안에 있어서, 정상적인(20도) 성분 온도에서의 액체 상태의 물과 탄화수소 성분의 초기 혼합은 혼합물의 분산 조성의 안정성을 확보하지 못하며, 연료의 생성을 위해 추가적으로 가열된다.
혼합이 중단된 후에(즉, 혼합물이 가열된 때로부터), 반대의 공정이 시작된다. 물과 탄화수소 성분의 밀도 차이로 인하여 혼합물의 층상 분리가 일어난다. 그 결과, 혼합물의 분산 조성이 이종 혼교성 상태에 놓이게 된다. 후속하여 혼합물이 가열되는 동안, 온도의 이종 혼교성 상태가 또한 관찰된다.
이들 이종 혼교성 상태는 최종 제품, 즉 토치 점화가 일어나는 연료 혼합물에서 유지된다. 이들 이종 혼교성 상태는 토치 연소의 불안정성을 야기하며, 한편으로는 혼합물 내에 (조성의) 국부적인 중심이 형성되고, 여기에서는 혼합물이 연소될 수 없어서 (무거운 탄화수소 성분에 전형적인) 토치의 점화 및 소화의 실패가 야기되며, 다른 한편으로는 혼합물 내에 빠른 연소의 국부적인 중심이 형성되어 가벼운 탄화수소 성분에 전형적인 토치의 허가되지 않은 화염 플래시에 이르게 된다.
공지된 장치의 경우에는 청구된 기술적인 해결 방안에 또한 고유한 방법을 구현하는 관련 요소들을 포함하며, 열 가스 발전기 장치는 단일 장치로서 구성되며, 열 가스 발전기 장치는 복잡한 다수의 부분으로 이루어진 구조를 가진다. 장치는 버너 시스템과, 파이어링 체임버와, 성분을 혼합하기 위한 장치와, 점화 펄스 장치와, 파이프와, 가연성 연료가 공급되는 시동 버너를 포함하는 시동 시스템을 포함한다.
이 장치는, 혼합물의 이종 혼교성 상태로 인한 연료 생성 공정에 있어서의 실패를 포함하여, 구현되는 방법에 고유한 결점을 갖는다.
본 발명의 기술적 과제는 공지된 기술적인 해결 방안의 결점을 해소하고, 수소 함유 가스 연료 생성 공정의 안정성을 확보하고, 에너지 소모를 줄이고, 탄화수소 성분의 배출을 감소시키는 것이다.
기술적인 결과는 연료 생성 과정에서 혼합물의 균질한 상태를 확보함으로써 탄화수소 성분의 배출을 감소시키는 것을 포함하여 수소 함유 연료 생성의 안전성을 향상시키는 것은 물론 기술적으로 향상된 파이어링 토치와 작업 토치의 연소의 안정성 및 항구성을 보장한다.
기술적인 과제의 해결 방안은 연료 생성을 위한 다단계 공정에 의해 달성된다. 공정의 모든 단계는 성분 및 혼합물의 가장 안전하고 안정되고 균질한 상태에 대응하며, 이는 기술적으로 향상된 흐름의 방향을 변경하여 탄화수소 성분 및 물을 분리 상태로 도입하고, 탄화수소 성분을 그 상태가 변화된 물과 혼합하는 것에 의해 달성된다.
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도 1은 본 발명의 방법을 구현하기 위한 알고리즘을 보인 블록 선도로서, 도 1의 a)는 알고리즘의 일반적인 블록 선도이고 도 1의 b)는 기본 요소들을 갖는 상세한 블록 선도이다.
도 2는 세 부분으로 이루어진 열 가스 발전기 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 선 I-I을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 2의 선 II-II를 따라 취한 단면도이다.
도 5는 인젝션 타입 믹서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 기술적으로 향상된 실린더 내에서의 열 온도 상태를 도시한 도면이다.
본 발명의 구별되는 특징
종래 기술과 대비되는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 연료 생성은 연료 생성 단계의 수에 대응하는 갯수의 격리된 부분으로 분할된 기술적으로 향상된 실린더로서 파이어링 토치에 의해 가열된 실린더 내에 탄화수소 성분 및 물을 개별적으로 도입하는 다단계 공정에 의해 실현되고, 제 1 단계에서 물이 도입되고 가열되어 수증기가 형성되고, 후속 단계에서 탄화수소 성분이 도입되고 수증기와 혼합되며, 수증기와 탄화수소 혼합물이 수소 함유 가스 연료의 형성 온도까지 추가적으로 가열되며, 수소 함유 가스 연료의 흐름은 점화 구역으로 반송되어 파이어링 토치 연소를 보장한다.
정상적인 자가 가열 모드에서, 수소 함유 가스 연료를 형성하기 위한 공정은 적어도 세 단계의 가열에 의해 수행될 수 있다. 수증기 형성 공정에 대응하는 제 1 단계에서 물은 0.3 내지 0.5 MPa의 압력 하에서 펌핑에 의해 분사되고 500 내지 550℃의 온도를 갖는 수증기가 형성될 때까지 가열되며, 혼합 및 추가 가열 공정에 대응하는 제 2 단계에서 탄화수소 성분이 0.3 내지 0.5 MPa의 압력 하에서 펌핑에 의해 분사되며, 탄화수소 성분은 0.06 내지 0.25 MPa의 압력 하에서 수증기 분사에 의해 물과 탄화수소 성분의 혼합비가 10.5:1 내지 8:1이 되도록 물과 혼합되고, 혼합물은 1000 내지 1100℃의 온도까지 가열되고, 수소 함유 가스 연료의 생성 공정에 대응하는 후속하는 제 3 단계에서 혼합물은 1300 내지 2000℃의 온도까지 가열된다.
정상적인 자가 가열 모드에서, 점화는 1 내지 2 Hz의 주파수에서 동작하는 외부 소스, 즉 스파크 발생기를 갖춘 점화 펄스 장치 및/또는 파이어링 토치에 의해 수행될 수 있고, 점화 및 파이어 토치를 형성하기 위하여 반송되는 연료의 흐름은 부분적으로 저장 및/또는 외부 소비를 위해 보내어질 수 있고, 파이어 토치를 형성하고 유지하는 공정은 터보 차징에 의해 수행되어 파이어링의 품질 및 효율을 향상시킬 수 있다.
강제 가열 모드에서의 공정 시동 시에 0.3 내지 0.5 MPa의 압력 하에서 최대로 허용 가능한 정상적인 작동 체적의 40 내지 50%에 해당하는 양의 물을 예비적으로 분사하는 것이 바람직하다. 물의 상태 변화는 450 내지 500℃의 온도를 갖는 수증기가 형성될 때까지 물을 가열함으로써 달성되고, 가열은, 예를 들어, 인덕션 히터 등의 독립적인 열원에 의해 수행되며, 40 내지 50 Hz의 주파수에서 동작하는 독립적인 스파크 소스를 갖춘 점화 스파크 펄스 장치에 의해, 스팀 및 탄화수소 혼합물 또는 다른 연료 성분이 점화된다.
열 가스 장치는 단일 장치로 이루어지고, 열 가스 장치는 복잡한 다수의 부분을 갖는 구조로 이루어지고, 종래의 장치와 비교하여 복잡한 구조는 하나가 다른 하나에 끼워넣어져서 갭을 가지고 기술적으로 향상된 실린더를 형성하는 두 개의 원통형 튜브를 갖는 단일 구조로 이루어지며, 기술적으로 향상된 실린더는 격리된 부분들로 구분되고, 부분의 갯수는 연료 혼합물 생성 공정의 단계의 수에 대응하며, 내측 튜브 공간은 파이어링 체임버를 형성하고, 혼합 장치는 스트림 형태의 물과 탄화수소 성분이 각각 유입되는 분리된 입구를 갖는 인젝터로서 구성되고, 기술적으로 향상된 실린더의 마지막 부분의 출구는 파이프를 통해 파이어링 체임버의 입구에 연결되고, 파이어링 체임버에는 버너 시스템이 설치되고, 버너 시스템은 스파크 점화 펄스 소스와, 작업 버너와, 시동 버너를 갖춘 점화 장치를 포함하며, 파이어링 체임버의 출구에는 수축 유닛으로서 작업 토치 형성 요소가 설치되고, 장치에는 물과 탄화수소 성분의 분리되고, 밀봉된, 배출 컨테이너로서 구성된 연료 탱크가 구비된다.
장치는 기술적으로 향상된 실린더는 세 부분으로 이루어질 수 있다. 제 1 부분은 증발 단계를 실현하며 독립적인 인덕션 열원을 구비한다. 제 2 부분은 성분을 혼합하고 수증기와 가스 혼합물을 가열하는 단계를 실현하며, 제 3 부분은 연료 혼합물을 생성하기 위한 추가적인 가열 단계를 제공한다. 장치에 있어서, 물 배출 컨테이너는 파이프를 통해 기술적으로 향상된 실린더의 제 1 부분의 입구에 연결되고, 기술적으로 향상된 실린더의 제 1 부분의 출구는 파이프를 통해 인젝터의 제 1 입구에 연결되고, 인젝터의 제 2 입구는 파이프를 통해 탄화수소 성분 배출 컨테이너에 연결되고, 인젝터의 출구는 파이프를 통해 기술적으로 향상된 실린더의 제 3 부분에 연결된 기술적으로 향상된 실린더의 제 2 부분에 파이프를 통해 연결된다.
연료 혼합물 형성을 위한 기술적으로 향상된 실린더를 형성하는 튜브의 반경의 비는 다음과 같다.
0.3 > (r2/R1) > 0.1
여기서, R1은 내측 튜브의 외경을 가리키고,
r2는 외측 튜브의 내경을 가리킨다.
터빈 버너 시스템의 입구에는 터보 차징 유닛이 설치되며, 배출 컨테이너 내에는 0.3 내지 0.5 MPa의 과압이 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법 및 이를 구현하기 위한 장치에 대한 설명
본 발명의 방법 및 장치는 고온의 다단계 모드에서 H2O + SnH2n+2 = H2 + CO2의 관계를 구현한다. 탄소의 열적 능력은 수성 가스 상태에서 최고로 활용된다.
탄소의 수성 가스의 증발 상태에서는 자체 자원의 8%를 필요로 하며, 수성 가스는 주로 CO(40 내지 60%) 및 H2(30 내지 50%)로 이루어진다.
수성 가스의 형성은 복잡하다. 적어도 두 단계의 공정이 수행된다. 500℃에서 수소와 이산화탄소의 완전한 분해(C + 2H2O = 2H2 + C02)가 이루어지고, 1000 내지 1200℃에서 수소와 일산화탄소의 완전한 분해(C02 + C = 2CO)가 이루어진다. 만일 물이 스팀 상태인 경우, 수증기의 분해(C + H2O = C0 +H2)시 열 손실이 수반되며, 따라서 냉각이 이루어진다. 이와 관련하여 열 손실을 보상하기 위하여, 제 1 가열 단계의 온도는 최종 단계의 온도보다 높아야 한다. 구체적으로, 1300℃보다 낮아서는 안된다.
환경에 유해한 성분의 출력이 실제로 존재하는 않는 경우에(공기, 산소, 또는 기타의 추가되는 강산화성 물질의) 터보 펌핑을 통해 1935℃의 혼합물 연소 온도를 갖는 이른바 발전기 가스를 획득할 수 있는 가능성이 제공된다.
본 발명에 따른 방법의 본질이 본 발명에 따른 방법을 구현하는 알고리즘의 블록 선도에 도시되어 있다(도 1). 본 발명의 방법은 기술적으로 향상된 실린더 내의 성분 및 혼합물의 가열(35)을 위한 파이터 토치 형성 및 기술적으로 향상된 연소(30)를 제공하는 단계를 포함한다(도 1의 (a)).
공정을 구현하기 위하여 그리고 청구된 기술적인 과제를 결정하기 위하여, 성분(물(1) 및 탄화수소 성분(20))을 분리하여 공급(17-18)하는 기술적으로 향상된 흐름을 도모할 수 있다. 물은 탄화수소 성분과의 혼합을 위한 후속하는 스팀 공급(19)을 위한 가열 및 증발(29)과 후속하는 증기 및 탄화수소 혼합물의 가열(31)을 위해 공급된다. 이 단계에서, 증기 및 탄화수소 혼합물은 이미 가연성 혼합물일 수 있다.
이 혼합물은 시스템(22)이 시동되는 동안 사용된다. 그런 다음, 추가적인 무부하 완속 운전(워밍업)(20-21)을 위해, 혼합물은 다음 처리 단계(32)로 보내어진다. 결과적으로 얻어지는 연료는 점화(23)를 위한 시스템 입구로 보내어진다. 이는 장치 출구에서 작업 토치를 생성하기 위하여 또한 사용된다.
정상적인 모드에서의 성분 및 혼합물의 가열(35)은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 단계의 수에 따른 다수의 부분을 구비한 기술적으로 향상된 실린더에 의해 실시된다.
성분, 구체적으로 물 및 탄화수소 성분이 0.3 내지 0.5 MPa의 일정한 압력 하에 밀봉된 컨테이너(1, 2)에 수용되어서 제어 밸브(25)를 통한 펌핑에 의해 시스템으로의 중단 없는 성분의 공급이 이루어진다(도 1a 및 도 2). 수용 작업은 연속적으로 수행될 뿐만 아니라 주기적으로 성분의 배출 작업만큼 빠르게 수행될 수 있다.
기본적으로 3단계로 공정이 이루어지기 때문에, 정상적인 자가 가열 모드에서의 첫번째 단계에서는, 물이 500 내지 550℃의 온도를 갖는 과열 상태의 스팀으로 가열되고, 강제 가열이 이루어지는 시동 모드에서는 최대 450 내지 500℃의 온도까지 가열된다.
결과적으로 얻어지는 과열 상태의 스팀은 탄화수소 성분과 혼합된다. 혼합은 스팀의 분사(8)에 의해 달성된다(도 5). 그런 다음, 스팀과 탄화수소 혼합물은 기술적으로 향상된 실린더의 제 2 부분(11)에서 추가로 가열되며, 제 3 부분(12)에서는 혼합물이 가스 연료의 형성을 위한 온도까지 가열된다. 정상적인 자가 가열 모드에서, 혼합물은 점화 및 화염 토치 형성을 위하여 반송(23)된다.
강제 가열(7)이 이루어지는 시동 모드에서는, 스팀 및 탄화수소 혼합물이 제 2 부분(11)으로부터 점화를 위해 반송(22)된다.
장치는 본 발명의 방법을 구현하기 위한 적절한 요소를 포함하며, 장치는 단일 장치로서 구현된다. 장치는 복잡한 다수의 부분을 갖는 구조로 이루어진다. 장치는 버너 시스템(30)과, 파이어링 체임버(9)와, 성분을 혼합하기 위한 인젝션 타입 유닛(8)과, 펄스 점화 유닛(5)과, 파이프와, 가연성 연료(a, b, 또는 c)가 공급되는 시동 버너(4)를 포함하는 시동 시스템을 포함한다.
구조는 하나가 다른 하나에 끼워넣어져서 갭을 가지고 기술적으로 향상된 실린더를 형성하는 두 개의 원통형 튜브(33, 34)를 갖는 단일 구조로 이루어진다.
기술적으로 향상된 실린더는 파이어링 토치에 의해 가열된다. 기술적으로 향상된 실린더는 밀봉 상태로 격리되는 부분(10, 11, 12)으로 이루어진다. 부분의 갯수는 연료 혼합물 제조 공정의 단계의 수에 대응한다. 제 1 부분(10)은 증발 단계에 대응한다. 제 1 부분(10)에는 공정 시동을 실현하기 위한 독립적인 인덕션 열원(7)이 구비된다. 성분을 혼합하고 수증기와 가스 혼합물을 가열하는 단계에 대응하는 제 2 장치 부분은 기술적으로 향상된 실린더의 부분(11)과, 인젝션 타입 믹서(8)와, 혼합물을 최종적으로 워밍업하여 연료를 생성하는 기능을 수행하는 제 3 부분(12)를 포함한다. 내경(r1)을 갖는 내측 튜브 캐비티(9)는 기술적으로 향상된 실린더를 가열하기 위한 파이어링 토치가 형성되는 파이어링 체임버(13, 14)를 형성한다. 제 2 단계의 혼합 유닛(8)은 스트림 형태의 물과 탄화수소 성분(18)이 각각 유입되는 분리된 입구(19)들을 갖는 인젝터로서 구성된다. 장치에는 물(1)과 탄화수소 성분(2)의 분리되고, 밀봉된, 배출 컨테이너로서 구성된 연료 탱크가 구비된다. 물 배출 컨테이너(10)는 파이프(17)를 통해 증기 체임버(10)의 기술적으로 향상된 실린더의 제 1 부분의 입구에 연결된다. 증기 체임버의 출구는 파이프를 통해 인젝터의 제 1 입구에 연결된다. 인젝터의 제 2 입구는 탄화수소 성분 배출 컨테이너에 연결된다. 인젝터의 출구는 파이프를 통해 스팀 및 가스 혼합물을 가열하기 위한 카메라(11)에 연결된다. 스팀 및 가스 혼합물을 가열하기 위한 카메라(11)는 파이프를 통해 연료 혼합물을 형성하기 위한 추가적인 가열 체임버(12)에 연결된다. 이 체임버의 출구는 파이프(23)를 통해 파이어링 체임버(9)의 입구에 연결된다. 파이어링 체임버(9)에는 터빈 버너 시스템이 설치된다. 이 시스템은 스파크 점화 펄스 소스(5)와, 작업 버너(3)와, 시동 버너(4)를 갖춘 점화 장치를 구비한다. 파이어링 체임버(9)의 출구에는 수축 유닛(15)으로서 작업 토치 형성 요소(16)가 설치된다.
연료 혼합물 형성을 위한 기술적으로 향상된 실린더를 형성하는 튜브의 반경의 비는 다음과 같다.
0.3 < (r2/R1) > 0.1
여기서, R1은 내측 튜브의 외경을 가리키고,
r2는 외측 튜브의 내경을 가리킨다.
터빈 버너 시스템의 입구에는 터보차저 유닛(6)이 설치되고, 배출 컨테이너(1, 2) 내에는 0.3 내지 0.5 MPa의 과압이 일정하게 유지된다. 도 6의 그래프는 기술적으로 향상된 실린더의 각각의 부분에 있어서의 온도의 의존도(dependence)를 보여주고 있다.
본 발명에 따른 방법의 구현 가능성
아래의 표는 공지된 기술적인 해결 방안들과 본 발명에 따라 제안되는 방법의 특징을 비교하여 보여주고 있다. 이들 특징으로부터 본 발명에 따른 방법은 청구된 기술적인 과제를 해결함을 알 수 있다. 즉, 수소 함유 가스 연료 생성 과정의 안정성이 증가하고(실패 횟수의 현저한 감소가 이루어지고) 전력 소모 및 탄화수소 성분의 배출이 감소된다(물/디젤 연료 비율 표시기의 값이 상승된다).
Figure 112014502398680-pct00001
도면에서, 도면 부호 1은 물 배출 컨테이너를 가리킨다. 도면 부호 2는 탄화수소 성분(SnH2n+2) 배출 컨테이너를 가리킨다. 도면 부호 3은 작업 버너를 가리킨다. 도면 부호 4는 시동 버너를 가리킨다. 도면 부호 5는 펄스 스파크 점화기를 갖춘 외부의 독립적인 소스 발생기를 가리킨다. 도면 부호 6은 터보차저 유닛을 가리킨다. 도면 부호 7은 터빈 발전기 장치의 인덕션(핀) 히터를 가리킨다. 도면 부호 8은 인젝션 타입 믹서를 가리킨다. 도면 부호 9는 파이어(fire) 체임버를 가리킨다. 도면 부호 10은 기술적으로 향상된 실린더의 제 1 부분을 가리킨다. 도면 부호 11은 기술적으로 향상된 실린더의 제 2 부분을 가리킨다. 도면 부호 12는 기술적으로 향상된 실린더의 제 3 부분을 가리킨다. 도면 부호 13은 점화, 발화, 및 파이어 토치 형성 구역을 가리킨다. 도면 부호 14는 기술적으로 향상된 파이어링 토치의 연소 구역을 가리킨다. 도면 부호 15는 작업 토치를 형성하기 위한 유닛을 가리킨다. 도면 부호 16은 작업 토치 구역을 가리킨다. 도면 부호 17은 물 배출 컨테이너(1)로부터 펌핑에 따라 물을 기술적으로 향상된 실린더의 제 1 부분(10)에 공급하기 위한 기술적으로 향상된 파이프를 가리킨다. 도면 부호 18은 탄화수소 배출 컨테이너(2)로부터 펌핑에 따라 탄화수소 성분(SnH2n+2)을 인젝션 타입 믹서(8)에 공급하기 위한 기술적으로 향상된 파이프를 가리킨다. 도면 부호 19는 기술적으로 향상된 실린더의 제 1 부분(10)으로부터 인젝션 타입 믹서(8)에 스팀을 공급하기 위한 기술적으로 향상된 파이프를 가리킨다. 도면 부호 20은 인젝션 타입 믹서(8)로부터 기술적으로 향상된 실린더의 제 2 부분(11)에 스팀 및 탄화수소의 혼합물을 공급하기 위한 기술적으로 향상된 파이프를 가리킨다. 도면 부호 21은 기술적으로 향상된 실린더의 제 2 부분(11)으로부터 제 3 부분(12)에 스팀 및 탄화수소의 혼합물을 공급하기 위한 기술적으로 향상된 파이프를 가리킨다. 도면 부호 22는 기술적으로 향상된 실린더의 제 2 부분(11)으로부터 시동 버너(4)에 스팀 및 탄화수소의 혼합물을 공급하기 위한 기술적으로 향상된 파이프를 가리킨다(강제 가열 모드에서의 연료의 반송). 도면 부호 23은 기술적으로 향상된 실린더의 제 3 부분(12)으로부터 작업 버너(3)에 연료를 공급하기 위한 기술적으로 향상된 파이프를 가리킨다(정상적인 자가 가열 모드에서의 연료의 반송). 도면 부호 24는 외부의 연료 소비자를 위한 연료 테이크-오프(take-off) 파이프를 가리킨다. 도면 부호 25는 제어 밸브를 가리킨다. 도면 부호 26은 물을 배출 컨테이너(1)에 수용하기 위한 장소를 가리킨다. 도면 부호 27은 탄화수소 연료를 배출 컨테이너(2)에 수용하기 위한 장소를 가리킨다. 도면 부호 28은 기술적으로 향상된 실린더 내에서의 수두와 압력을 제어하기 위한 장치를 가리킨다. 도면 부호 29는 수증기 발생을 가리킨다. 도면 부호 30은 파이어 토치 형성을 가리킨다. 도면 부호 31은 수증기 및 탄화수소 혼합물의 혼합 및 가열을 가리킨다. 도면 부호 32는 연료 생성을 위한 스팀 및 탄화수소의 혼합물의 가열을 가리킨다. 도면 부호 33은 열 가스 발전기의 내부 실린더를 가리킨다. 도면 부호 34는 열 가스 발전기의 외부 실린더를 가리킨다. 도면 부호 a)는 운전 공정을 위한 기술적으로 향상된 실린더의 제 2 부분(11)으로부터의 스팀 및 탄화수소의 혼합물의 공급을 가리킨다. 도면 부호 b)는 운전 공정을 위한 외부 소스로부터의 가연성 혼합물의 공급을 가리킨다. 도면 부호 c)는 운전 공정을 위한 탄화수소 성분의 공급을 가리킨다. 도면 부호 35는 기술적으로 향상된 실린더의 가열을 가리킨다.

Claims (11)

  1. 강제 가열 모드에서의 공정의 시동과 정상적인 자기 가열 모드에서의 공정을 실현하는 것을 포함하는 수소 함유 가스를 생성하기 위한 폐쇄 다단계 방법으로서, 압력 삽입에 의해 탄화수소 성분 및 물을 도입하고, 가열하고, 연료를 화염 형성을 위한 점화 구역으로 반송하는 것을 포함하는 방법에 있어서,
    연료 생성 공정은 탄화수소 성분 및 물을 화염-가열된 공정 실린더에 개별적으로 도입하는 다단계에 의해 실현되고, 공정 실린더는 연료 생성 공정의 단계의 수에 따라 개별 단계로 나누어지고, 제 1 단계에서 물이 도입되고 가열되어 수증기가 형성되고, 후속 단계에서 탄화수소 성분이 도입되고 수증기와 혼합되며, 수증기와 탄화수소 혼합물이 추가적으로 가열된 후 화염의 연소를 보장하기 위해 그 흐름이 점화 구역으로 반송하는 수소 함유 가스의 형성 온도까지 가열되며,
    정상적인 자가 가열 모드에서, 가스 흐름은 분할되고, 일부는 화염 형성을 위해 점화 구역으로 반송되고, 다른 부분은 저장 및/또는 외부 소비를 위해 추가로 운반되며, 정상적인 자가 가열 모드에서 수소 함유 가스를 형성하기 위한 공정은 가열되는 동안 세 단계로 수행되고, 제 1 단계에서 물은 0.3 내지 0.5 MPa의 압력 하에서 삽입에 의해 도입되고 500 내지 550℃의 온도를 갖는 수증기가 형성될 때까지 가열되며, 제 2 단계에서 탄화수소 성분이 0.3 내지 0.5 MPa의 압력 하에서 삽입에 의해 믹서 내에 도입되며, 상기 탄화수소 성분은 물 성분과 탄화수소 성분의 비율이 10.5:1 내지 8:1의 비율로 0.06 내지 0.25 MPa의 압력에서 삽입에 의해 수증기와 혼합되고, 제 3 단계에서 상기 혼합물은 1300 내지 2000℃의 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 정상적인 자가 가열 모드에서, 상기 점화는 1 내지 2 Hz의 주파수에서 동작하는 외부 스파크 발생기를 갖춘 점화 펄스 장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 화염 형성 및 화염 유지 공정은 터보 차징에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 강제 가열 모드에서의 공정 시동 시에 0.3 내지 0.5 MPa의 압력 하에서 정상적인 작동 체적의 최대량의 40 내지 50%에 해당하는 양의 물을 예비적으로 삽입하며, 제 1 단계에서의 가열은 450 내지 500℃의 온도에서 수증기가 형성될 때까지 수행되며, 가열은 독립적인 열원에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 강제 가열 모드에서의 공정 시동 시에, 40 내지 50 Hz의 주파수에서 동작하는 독립적인 스파크 소스를 갖춘 점화 펄스 장치에 의해, 수증기 및 탄화수소 혼합물 또는 독립적인 소스로부터의 다른 연료 성분이 점화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 수소 함유 가스를 생성하기 위한 폐쇄 열 가스 발생 시스템으로서, 상기 열 가스 발생 시스템은 단일 장치로 이루어지고, 상기 열 가스 발생 시스템은 조립된 다수의 부분을 갖는 구조로 이루어지고, 상기 열 가스 발생 시스템은 버너 시스템과, 파이어링 체임버와, 성분을 혼합하기 위한 혼합 장치와, 펄스 점화 장치와, 파이프와, 독립적인 인덕션 열원 및 연료가 공급되는 시동 버너를 포함하는 시스템에 있어서,
    상기 조립된 다수의 부분은 상호 작용으로 중첩된 2 개의 실린더 튜브의 형태의 유닛으로 구현되며, 공정 실린더는 개별 단계로 분할되도록 형성되고, 연료 혼합물 제조 공정의 단계의 수에 대응하며, 파이어링 체임버는 내측 파이프의 용기에 의해 형성되고, 혼합 장치는 수증기 형태의 물과 탄화수소 성분이 각각 유입되는 분리된 입구를 갖는 인젝터로서 구성되고, 공정 실린더의 마지막 단계의 출구는 파이프를 통해 파이어링 체임버의 입구에 연결되고, 파이어링 체임버에는 스파크 점화 펄스 소스와, 작업 버너와, 시동 버너를 갖춘 점화 장치를 구비한 버너 시스템이 설치되고, 파이어링 체임버의 출구에는 작업 화염 형성 요소를 형성하기 위한 수축 장치의 형태의 요소가 설치되고, 폐쇄 열 가스 발생 시스템에는 물과 탄화수소 성분의 분리되고, 밀봉된, 배출 컨테이너로서 구성된 연료 탱크가 구비되며, 공정 실린더는 세 단계로 이루어지고, 제 1 단계는 독립적인 인덕션 열원을 사용하여 수증기 형성을 제공하고, 제 2 단계는 수증기 가스 혼합물의 성분의 혼합 및 가열을 달성하고, 제 3 단계는 연료 혼합물을 생성하기 위한 가열하는 단계를 포함하며, 물 배출 컨테이너는 파이프를 통해 공정 실린더의 제 1 단계의 입구에 연결되고, 공정 실린더의 제 1 단계의 출구는 파이프를 통해 인젝터의 제 1 입구에 연결되고, 인젝터의 제 2 입구는 탄화수소 성분용 배출 컨테이너와 파이프를 통해 공정 실린더의 제 2 단계에 연결되고, 상기 단계는 파이프를 통해 공정 실린더의 제 3 단계에 연결되고,
    정상적인 자가 가열 모드에서, 가스 흐름이 분할되어, 일부가 화염 형성을 위해 점화 구역으로 반송되고, 다른 부분이 저장 및/또는 외부 소비를 위해 계속적으로 운반되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 연료 혼합물 생산하는 공정 실린더를 형성하는 파이프의 반경의 비는 다음과 같은 것을 특징으로 하는 시스템.
    0.3 > (R1/r2) > 0.1
    여기서, R1은 내측 파이프의 외경을 가리키고,
    r2는 외측 파이프의 내경을 가리킨다.
  8. 제 6 항에 있어서, 버너 시스템의 입구에는 터보 차징 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 독립적인 열원은 인덕션 히터인 것을 특징으로 하는방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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