KR19980064720A - 발전방법 및 발전장치 - Google Patents

Abstract

보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 유출분과 잔여분으로 분리하여, 유출분을 경우에 따라 유출분에 가스터빈방향 연료를 가하여, 가스터빈에 공급하여 발전하고, 그 연소 배기가스를 보일러에 공급하여 잔여분을, 경우에 따라 잔여분에 보일러 전용 연소연료를 가하여 연소시켜, 얻어진 증기에 의하여 발전을 실시한다. 이것에 의하여, 가격이 싼 석탄, 중질유, 플라스틱 폐기물 등의 보일러 전용 연소연료나, 경우에 따라 가스터빈방향 연료를 이용하여, 고효율의 발전을 실시할 수 있고, 더욱이는, 환경으로의 악영향이 적고, 설비비용이 싼 발전을 실시할 수 있다.

Description

발전방법 및 발전장치

본 발명은, 석탄, 중질유 등의 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여, 유출분과 잔여분으로 분리하고, 그 유출분으로부터 얻어지는 가스터빈용 연료 단독으로 또는 가스터빈 방향 연료와 조합해서 가스터빈에 공급, 연소시켜서 발전하고, 그 잔여분을 보일러 연료로하여, 보일러 연료 단독 또는 보일러 전용 연소연료와 조합하여 보일러에 공급, 연소시켜서 스팀을 발생시켜, 증기터빈에 의하여 발전하는 발전방법 및 장치, 또한, 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하여 보일러 연료의 연소에 이용하는 배기 재연소식의 발전방법 및 그 장치에 관한 것이다.

연소에 의한 에너지를 터빈 등의 원통기를 통하여 전기에너지로 변환하는 방법에는, 보일러 및 스팀터빈에 의한 발전방법, 가스터빈에 의한 발전방법 및 이들을 조합한 복합 사이클 발전방법이 있다.

보일러 및 스팀터빈에 의한 발전방법은, 연료로 중유, 원유, 잔사유 또는 석탄을 사용하고, 보일러에서 발생한 고온, 고압의 스팀에 의하여 터빈을 구동하여 발전하지만, 열효율이 38∼40%/HHV기준(HHV:고위발열량, 이하, 특히 한정하지 않는 한, 발전의 효율은 HHV기준으로 표시한다)으로 비교적 낮다.

또, 가스터빈은 연료로 액화천연가스(LNG), 등유, 경유 등을 사용하여, 연료를 압축공기로 또는 압축공기를 연소열로 가열하여 연소시켜, 발생한 고온, 고압의 가스에 의하여 터빈을 구동하여 발전한다. 발전효율은 20∼35%이지만, 가스터빈의 배기가스는 예컨데 450∼700℃로 고온이므로 이 열을 이용할 수가 있다.

또, 공냉익터빈등에서는 온도를 1300∼1500℃정도까지 높일 수 있으므로, 발전효율의 향상, 배기가스의 보다 유효한 이용이 가능하다.

이들을 조합한 복합 사이클 발전에서는 연료로 LNG를 사용하고, 압축공기로 연료를 연소시켜, 그 고온고압가스로 가스터빈을 구동하여 발전하고, 또한 그 배기가스를 폐열회수 보일러에 공급하여 스팀을 발생시키고, 스팀터빈에 의해 발전하는 방법이 실시되어 있고, 종래의 가스터빈에서는 열효율이 46∼47%로 높은 것이 특징이다. 따라서 발전설비의 노화에 의하여 설비를 신설할 때나, 기존설비를 이용한 발전력을 증강할 때에는, 열효율이 높은 복합 사이클 발전으로의 전환이 진행되고 있다.

그러나, 상기 LNG에 의한 복합 사이클 발전에서는 연료의 LNG는 저장에 비용이 들고, 공급에 문제를 일으킬 우려가 있다.

구미에서는, LNG나 경유이외에, 원유나 잔사유를 가스터빈의 연료로 사용하고 있는 실적이 있으나, 그들에 포함된 불순물 때문에 문제점이 많이 발생하고, 경유나 LNG를 사용하는 경우에 비해 보수비용이 든다는 문제점이 지적되고 있다. 가스터빈에 사용하는 연료의 불순물 함유량으로서, 나트륨과 칼리움분을 합하여 0.5ppm이하, 바나듐분을 0.5ppm이하로 제한하는 것이 바람직하다. 특히 나트륨, 칼륨 염분과, 바나듐분을 상호영향하여 가스터빈의 블레이드 금속의 용융점을 저하시키던가, 회분의 블레이드의 부착의 원인으로 된다.

한편, 화력발전은 석유나 LNG의 이외에 천연에 다량으로 매장되어 있는 석탄이나 중질유를 현연료로서 사용하고 있고 또한 그 효율적인 사용이 검토되고 있다.

예컨데, 가스화로에 분류상 방식을 사용하여, 송전단 효율 약43∼47%의 석탄가스화 복합 발전(IGCC)이 검토되고 있다. 그러나, 이들의 기술에서는 석탄이나 중질유를 복합 사이클 발전에 이용함에는 원료유를 한번 가스로 변환할 필요가 있고, 또한 얻어진 가스의 정제가 필요하다.

원료유를 전량 가스화하는 방법에서는 예컨데, 원료유의 전처리에 과대한 설비를 필요로 하던가, 특별한 형식의 가스화로나 그것과 조합하여 사용하는 특별한 형식의 보일러를 필요로 하던가, 조작조건이 가혹하던가, 전량 가스화하므로 생성한 가스의 양이 많고, 또 가스의 탈진, 정제에 과대한 설비를 필요로 하던가, 나머지의 용융재의 처리가 필요하던가, 증기터빈에 사용하는 연료까지 가스화하여 정제하게 되는 등의 문제점이 있었다.

1996년 10월의 Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 118, 737에는, 석탄을 산소 및 수증기의 존재하에 고온으로 가스화하여 얻어진 가스를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 발생한 고온의 연소가스에 의하여 가스터빈을 구동하여 발전을 행하고, 석탄을 가스화시킨 나머지의 목탄을 유동상 보일러에 공급하며 연소시키고 발생한 스팀에 의해 스팀터빈을 구동하여 발전을 행하는 복합 사이클 발전이 개시되어 있다.

그러나, 이 기술에서는, 가스화온도가 1000℃정도 또는 그 이상의 고온이기 때문에, Na 및 K염 및 V화합물과 같은 터빈 블레이드를 부식하는 성분의 혼입이 많고, 이들을 제거할 필요가 있다는 것, 가스화장치와 가스터빈 및 유동상 보일러를 조합한 장치가 특수하기 때문에, 기존의 보일러, 스팀터빈 시스템과 같은 복사전열면과 대류전열면을 구비한 보일러에 적용함에는, 설비의 대폭적인 수정이 필요하고, 실제적으로는 설비의 신설시에만 적용된다고 하는 제약이 있는 등의 문제를 가지고 있다. 또, 고온에서 얻어진 가스의 정제를 저온에서 행하지 않으면 아니되고, 에너지 손실이 크다는 문제가 있고, 또한, 전체적인 설비비가 과대하게 된다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 저렴하거나 또는 이용도가 낮은 보일러 전용 연소연료(가스터빈에 이용할 수 없고, 보일러에 이용할 수 있는 연료)를 사용하여 고효율의 발전을 행하는 것이며, 연료의 에너지를 효과적으로 이용하는 것이며, 또한 환경에 악영향이 적고, 설비비가 싼 방법을 제공하는 것이다. 또, 석유정제설비와 같은 연료발생원에 병설하여, 설비비가 너무 들지 않고 연료를 효과적으로 이용하여 발전하는 방법, 설비를 제공하는데 있다.

본 발명자등은, 여러 가지의 연료를 이용한 발전에 대하여 예의 검토한 결과, 석탄, 원유, 중질유 등의 저렴하거나 또는 이용도가 낮은 보일러 전용 연소연료를, 스트립핑, 증류, 열분해, 건류, 마이크로파 조사, 부분 수성 가스화, 부분 연소 가스화 등에 의하여, 부분처리하여 유출분과 잔여분으로 적절하게 분해하는 것에 의해, 유출분이 성질, 품질, 발생량 및 열량이 가스터빈의 연료용으로 적합한 것이고, 잔여분의 성질, 발생량 및 열량이 보일러의 연료용으로 적합한 것임을 발견하고, 또한, 각각의 양이 특히 가스터빈 발전과 스팀터빈 발전을 결합한 복합 사이클 발전에 적합하다는 것, 또한, 유출분을 단독으로 사용하거나 또는 유출분과 가스터빈 방향 연료를 가스터빈 연료로 사용하여 가스터빈에 의해 발전하고, 잔여분을 단독으로 사용하거나 또는 잔여분과 보일러 전용 연소연료를 보일러 연료로 사용하여 스팀을 발생시켜서 스팀터빈에 의해 발전하는 것에 의하여, 설비비가 낮은 장치에서, 비용이 적게 들고, 또한 고효율로 발전할 수 있다는 것, 가스터빈 배기가스를 보일러에 첨가하여 배기연소하므로서, 더욱 고효율로 발전할 수 있다는 것을 발견하고, 또한, 석유정제 설비에서 얻어지는 나머지를 가스터빈 방향 연료와 동설비내에서 발생하는 보일러 전용 연소연료를 사용하여 가스터빈으로부터의 배기를 이용하여 보일러에서 연소하는 것에 의하여, 설비에서 발생하는 연료를 유효하게 이용하여 효과적으로 발전할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성함에 이르렀다.

즉, 본 발명의 제1은 보일러 전용 연소연료(F)를 부분처리하여 유출분(D) 및 잔여분(R)으로 분리하고, 그 유출분(D)으로부터 얻어진 가스터빈용 연료(G)단독으로 또는 가스터빈용 연료(G)와 가스터빈 방향 연료(G')의 혼합물을 가스터빈 연료(A)로서 그 잔여분(R)단독으로 또는 그 잔여분(R)과 보일러 전용 연소연료(F) 및/또는 타종류의 보일러 전용 연소연료(F')의 혼합물을 보일러 연료(B)로하여, 가스터빈용연료(A)를 가스터빈에서 연소하여 가스터빈을 구동하여 발전함과 아울러, 보일러 연료(B)를 보일러에서 연소하여 발생한 스팀에 의해, 스팀터빈을 구동하여 발전하는 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 석탄, 중질유 등의 저렴하거나 이용도가 낮은 보일러 전용 연소연료(가스터빈에 이용할 수 없고, 보일러에 이용할 수 있는 연료)로부터 가스터빈과 스팀터빈에 적합한 연료를 효율좋게 얻고, 혹은, 더욱 저렴한 것 또는 이용도가 낮은 각종 보일러 전용 연소연료와 각종 가스터빈 방향 연료를 조합하여 사용할 수가 있으므로, 연료의 이용범위가 넓어지고, 경제적으로도, 환경악화시에도 적절하게 연료를 선택하여 효율적으로 발전할 수가 있다. 그들의 연료를 사용하여 발전할 수가 있으므로, 단순히 보일러 전용 연소연료(F)를 보일러 연료(B)로서 사용하는 경우에 비교하여 대폭으로 발전효율이 향상한다.

본 발명의 제2는 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하여 보일러 연료(B)를 배기재연시키는 본 발명의 제1에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 가스터빈 배기가스중의 잔존열량과 10∼15%가 잔존하는 산소를 이용하여 잔여분을 연소할 수가 있으므로, 발전효율을 약 46%높일 수 있다.

본 발명의 제3은 가스터빈 배기가스를 폐열회수 보일러에 공급하여 발전용증기를 발생시키고, 폐열회수 보일러 배출가스를 보일러에 공급하여 보일러 연료(B)를 배기재연시키는 본 발명의 제1에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 가스터빈 배기가스중의 잔존열량으로부터 발전용의 증기를 발생시키는 것이 가능하고, 또한, 폐열회수 보일러 배기가스중의 잔존열량과 10∼15%잔존하는 산소를 이용하여 잔여분을 연소할 수 있으므로 발전효율이 높다.

본 발명의 제4는 부분처리가 토핑, 플러싱, 증류, 추출, 경사 또는 이들의 혼합처리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 부분 분리처리인 본 발명의 제1∼제3중 임의의 것에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 보일러 전용 연소의 각종의 부분 분리 처리방법을 구체적으로 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 제5는 부분처리가, 열분해, 건류, 수성가스화, 연소가스화, 수소화, 액화, 마이크로파 조사 또는 이들의 혼합처리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 부분 분해처리인 본 발명의 제1∼제3 중 임의의 것에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 보일러 전용 연소의 각종의 부분 분리 처리방법이 구체적으로 사용되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 제6은 부분처리가 250℃이상 500℃이하에서 행하여지는 본 발명의 제4에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 열적으로 유리하게 유출분을 얻을 수 있음과 아울러, 유출분중의 Na, K, Ca, V, 기타의 불순물의 혼입을 대폭적으로 감소할 수가 있다.

본 발명의 제7은 유출분(D) 대 잔여분(R)의 열량비율이 20∼60%대 80∼40%인 본원 발명의 제1∼제3중 임의의 것에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 보일러 전소 연소로부터 배기 재연소 복합 사이클 발전에 적합한 열량의 유출분이 경제적으로 얻어지고, 유출분을 가스터빈용연료에 사용하여, 잔여분을 보일러에 사용하여, 배기연소에 의하여 효율좋게 발전을 행할 수 있다.

본 발명의 제8은 유출분(D)으로부터 적어도 가스분(V)과 오일분(O)을 분리하고, 가스분(V), 오일분(O)또는 가스분(V)과 오일분(O)을 가스터빈용 연료(G)에 사용하는 본 발명의 제1에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 수분이나 그것에 용해하는 불순물성분이 가스터빈용 연료에 혼힙하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제9는 오일분(O)을 증류하여 정제유분(C)과 증류잔사(R')로 분리하고, 정제유분(C)을 가스터빈용 연료(G)에 사용하여, 증류잔사(R')를 보일러에 사용하는 본 발명의 제8에 기재한 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 어떠한 보일러 전용 연소연료로부터 얻어진 유출분으로부터 가스터빈용 연료를 제조하여도, 가스터빈을 장시간 가동한 경우에 터빈블레이드 등의 부식이 적은 연료를 얻을 수 있고, 원래 유출분 중의 불순물이 적은 경우에는 더욱 그 함유율을 내릴 수 있다.

본 발명의 제10은 가스터빈 연료(A)가 나트륨 및 칼륨분을 합하여 0.5중량ppm이하, 바나듐분 0.5중량ppm이하를 함유하는 본 발명의 제8∼9 중 임의의 것에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, Na와 K분의 합계가 0.5중량ppm 내지 그 이하, V분이 0.5중량ppm 내지 그 이하이고, 가스터빈을 장시간 연속 사용하여도, 터빈 블레이드 등의 부식이 적다.

본 발명의 제11은 가스분(V)을 가스전용 연소 가스터빈에 의해 연소시켜, 오일분(O) 또는 정제유분(C)을 오일 전용 연소 가스터빈에 의해 연소시키는 본 발명의 제8∼9중 임의의 것에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 가스분과 오일분을 효율좋게 안정하게 연소시켜서 가스터빈발전을 행할 수가 있다.

본원 발명의 제12는 보일러 전용 연소연료(F)를 부분처리하여 유출분(D) 및 잔여분(R)으로 분리하는 부분처리수단, 본 발명의 제1에 기재된 가스터빈 연료(A)를 연소시켜서 구동하는 가스터빈, 구동된 가스터빈에 의하여 발전하는 가스터빈용발전기, 본 발명의 제1에 기재된 보일러 연료(B)를 연소시켜서 증기를 발생시키는 보일러, 발생한 스팀에 의해 구동하는 스팀터빈 및 구동된 스팀터빈에 의하여 발전하는 스팀터빈용 발전기로 이루어지는 발전설비에 관한 것이다.

이에 의하여, 석탄, 중질유 등의 저렴하거나 이용도가 낮은 보일러 전용 연소연료로부터 가스터빈과 스팀터빈에 적합한 연료를 효율좋게 얻어서, 그들의 연료를 이용하여 발전할 수가 있고, 또한, 저렴하거나 이용도가 낮은 각종 보일러 전용 연소연료나, 각종 가스터빈용 연료를 조합하여 사용할 수가 있으므로, 연료의 이용범위가 넓어지고, 경제적으로도, 환경악화시에도 적절하게 연료를 선택하여 효율적으로 발전할 수가 있다.

본 발명의 제13은 가스터빈 배기가스 보일러에 공급하는 배기가스 공급수단을 설치한 본 발명의 제12에 기재한 발전장치에 관한 것이다.

이에 의하여 가스터빈 배기가스중의 잔존열량과 10∼15%가 잔존하는 산소를 사용하여 잔여분을 연소할 수가 있으므로 약 46%의 발전효율로 발전을 행할 수가 있다.

본 발명의 제14는 가스터빈 배기가스를 공급하여 발전용 증기를 발생시키는 폐열회수 보일러 및 폐열회수 보일러 배기가스를 보일러에 공급하는 배기가스 공급수단을 설치한 본 발명의 제12에 기재된 발전장치에 관한 것이다.

이에 의하여, 가스터빈 배기가스중의 잔존열량으로부터 발전용의 증기를 발생함과 아울러, 폐열회수 보일러 배기가스중의 잔존열량과 10∼15%로 잔존하는 산소를 사용하여 잔여분을 연소할 수가 있으므로 발전효율이 높다.

본 발명의 제15는 가스터빈용 연료와 보일러 전용 연소연료가 동일장소에서 얻어지는 설비를 병설하여, 그 가스터빈용 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 연소에 의해 발생한 구동용 연소가스에 의하여 가스터빈을 구동시켜 발전하고, 그 보일러 전용 연소연료를 보일러에 공급하여 전기 가스터빈 배기가스를 사용하여 연소시키고, 발생한 스팀에 의해 스팀터빈을 구동하여 발전하는 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여, 부분처리 설비를 신설함이 없이, 오프가스나 타르 등을 유효하게 이용하여, 효율좋게 발전할 수 있다.

본 발명의 제16은 상기 설비가 석유정제 플랜트, 제철 플랜트, 화학 플랜트 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 본 발명의 제15에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

본 발명의 제17은 본 발명의 제6은 부분처리가 250℃이상 500℃이하에서 행하여지는 본 발명의 제5에 기재된 발전방법에 관한 것이다.

이에 의하여 다량의 가스터빈용 연료와 보일러 전용 연소연료를 환경에 배출하던가, 수송하던가 하지 않고, 단순히 보일러에서 연소시키는 것보다도 효율좋게 발전에 이용할 수가 있다.

본 발명은, 또한 이하와 같은 것도 발명으로서 표시하는 것이다.

즉, 본 발명은 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 유출분을 가스터빈 연료로 사용하고, 잔여분을 보일러 연료로 사용하여, 상기 가스터빈 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 연소에 의하여 발생한 구동을 연소가스에 의해 가스터빈을 구동하여 발전하고, 상기 보일러 연료 및 상기 보일러 전용 연소연료를 보일러에 공급하여 연소시키고, 발생한 스팀에 의하여 스팀터빈을 구동하여 발전하는 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 유출분을 가스터빈 연료로 사용하고, 잔여분을 보일러 연료로 사용하여, 가스터빈 방향 연료 및 전기 가스터빈 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 연소에 의하여 발생한 구동용 연소가스에 의하여 가스터빈을 구동하여 발전하고, 전기 보일러 연료를 보일러에 공급하여 연소시키고, 발생한 스팀에 의하여 스팀터빈을 구동하여 발전하는 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은 보일러 전용 연소연료(F) 또는 (F')가, 석탄, 휘발분 20중량%이상의 저질탄, 목탄, 코크스, 중유, 잔사유, 피치, 역청, 석유 코크스, 탄소, 타르샌드로부터 얻어지는 샌드오일, 오일쉘, 오일쉘로부터 얻어지는 쉘오일, 오리노콜타르, 오리노콜타르의 물현탁물인 오리멀젼, 아스팔트, 아스팔트의 물현탁물인 아스멀젼, 석유-기름혼합물(COM), 석유-물혼합물(CWM), 석탄-메탄올 슬러리, 나무, 풀, 유지 또는 착유재의 천연물로부터의 마스, 폐플라스틱, 가연 쓰레기 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 원료인 상기에 기재된 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은, 가스터빈 방향 연료(G')가 수소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로펜, 부탄류, 부텐류, 헥산류, 헵탄류, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디메틸에테르, 디에틸에테르, LNG, LPG, 나프사, 가솔린(휘발유)등유, 경유, 상압비점500℃이하의 중질유 분해성분, 천연가스, 탄층 메탄, 란도휠 가스, 고로가스, 코크스로 가스, 전소가스, 수소를 함유하는 화학플랜트로부터의 부생가스, 석탄 또는 중질유의 가스화 가스, 석탄건류 가스, 석탄 수성가스화 가스, 석탄 부분연소 가스, 중질유 가열 분리 경질유 또는 가스, 중질유 열분해 경질유 또는 가스, 중질유 산화분해 경질유 또는 가스, 초중질유 열분해 경질유 또는 가스, 초중질유 산화 분해 경질유 또는 가스, 발효가스 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 연료인 상기에 기재된 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은 부분처리하는 보일러 전용 연소연료가 석탄, 중질유 및 이들의 혼합물인 본 발명의 상기에 기재된 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은, 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하여 보일러 연료 및/또는 보일러 전용 연소연료를 공기를 공급하여 연소시키는 본 발명의 상기에 기재된 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은, 보일러의 연소를 가스터빈 배기가스만으로 행하는 본 발명의 상기한 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은, 마이크로파 조사가 보일러 전용 연소연료(F)에 직접적으로 가열용 가스와 수증기를 공급하여 행하여지는 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은, 수성가스화가 보일러 전용 연소연료(F)에 직접가열용수증기를 공급하여 행하여지는 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은, 연소가스화가 보일러전소가스(F)에 공기 또는 산소와 수증기를 공급해서 행하여지는 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은, 부분처리수단, 가스터빈, 가스터빈용 발전기, 보일러, 스팀터빈 및 스팀터빈용 발전기로 이루어지고,

(1) 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 유출분을 가스터빈 연료로 사용하고, 잔여분을 보일러 연료로 사용하여, 전기 가스터빈 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 연소에 의하여 발생한 구동용연소가스에 의하여 가스터빈을 구동하여 발전하고, 상기 보일러 연료 및 싱기 보일러 전용 연소연료를 보일러에 공급하여 연소시키고, 발생한 스팀에 의하여 스팀터빈을 구동하여 발전하며,

(2) 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 유출분 및 잔여분을 분리하고, 유출분을 가스터빈 연료로 사용하고, 잔여분을 보일러 연료로 사용하여, 가스터빈 방향 연료 및 전기 가스터빈 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 연소에 의하여 발생한 구동용연소가스에 의하여 가스터빈을 구동하여 발전하고, 상기 보일러 연료를 보일러에 공급하여, 연소시키고, 발생한 스팀에 의하여 스팀터빈을 구동하여 발전하며,

(3) 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 유출분을 가스터빈 연료로 사용하고, 잔여분을 보일러 연료로 사용하여 전기 가스터빈 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 연소에 의하여 발생한 구동용연소가스에 의하여 가스터빈을 구동하여 발전하고, 상기 보일러 연료 및 상기한 것과 다른 종류의 보일러 전용 연소연료를 보일러에 공급하여 연소시키고, 발생한 스팀에 의하여 스팀터빈을 구동하여 발전하거나, 또는,

(4) 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 유출분을 가스터빈용 연료로 사용하고, 잔여분을 보일러 연료로 사용하여, 가스터빈 방향 연료로 사용하여, 가스터빈 방향 연료 및 상기 가스터빈 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 연소에 의하여 발생한 구동용 연소가스에 의하여 가스터빈을 구동하여 발전하고, 상기한 것과 다른 종류의 보일러 전용 연소연료 및 상기 가스터빈 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시키고, 연소에 의하여 발행한 구동용연소가스에 의하여 가스터빈을 구동하여 발전하고, 상기한 것과 다른 종류의 보일러 전용 연소연료 및 전기 보일러 연료를 보일러에 공급하여 연소시키고, 발생한 스팀에 의하여 스팀터빈을 구동하여 발전하는 발전장치를 개시하는 것이다.

본 발명은 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하여, 잔여분을 공기를 공급하여 연소시키는 본 발명의 상기에 기재된 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명은 보일러의 연소를 가스터빈 배기가스만으로 행하는 본 발명의 상기한 발전방법을 표시하는 것이다.

본 발명의 석탄의 건류에 관한 발명은 다시 이하의 것을 표시한다.

즉, 본 발명은 석탄을 특히 휘발분을 20중량%이상 함유하는 석탄을 부분분해처리하여, 건류분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료료 하고, 잔여분 및 열분해 탄화 잔여분, 목탄 또는 코크스를 스팀터빈의 보일러 연료로 하는 발전용 연료를 개시하는 것이며, 부분 분해처리가 건류이고, 특히, 건류가 500℃이하의 열분해 탄화히고, 유출분으로부터 가스분 및/또는 오일분을 분리하여, 그 가스분 및/또는 오일분을 가스터빈용 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법을 표시하는 것이다.

본 발명은, 또, 상기에서 얻어진 가스분 및/또는 오일분을 연료로 하고, 그 연료가 염분 함유량 0.5중량ppm이하 및 바나듐 함유량 0.5중량ppm 이하인 가스터빈 발전용 연료를 표시하는 것이다.

또, 본 발명은 석탄을 부분 분해처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분을 스팀터빈의 보일러 연료로 하는 발전용연료의 제조방법을 표시하는 것이다.

또, 본 발명은 석탄을 10∼100000℃/초의 가열속도로 0.1∼10초간 가열하여, 석탄을 급격하게 부분 열분해하여, 유출분 및 잔여분으로 분해하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로하고, 잔여분을 스팀터빈의 보일러 연료로하는 발전용 연료의 제조방법을 표시하는 것이다.

또, 본 발명은 상기 급속 부분 열분해에 의하여 얻어진 유출분으로부터 얻어지는 가스터빈 연료를 가스터빈에 사용하고, 잔여분을 보일러 연료로 사용하여, 복합 사이클 발전을 행하는 것을 표시하는 것이다.

본 발명의 석탄의 마이크로파 조사에 관한 발명은 다시 이하의 것으로 표시한다.

본 발명은 석탄을, 특히 휘발분을 20중량%이상 함유하는 석탄을, 마이크로파 조사에 의해서 부분 분해처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분을 보일러, 스팀터빈 시스템에 사용하는 보일러 연료로하는 발전용연료에 관한 것이며, 부분 분해처리는 마이크로파 조사처리이고, 특히 마이크로파 조사처리가 50℃이상이고, 바람직하게는 100∼1000℃이고, 또, 탄화수소의 존재하에, 바람직하게는 탄소수1∼20의 지방족, 지환족, 방향족탄화수소의 존재하에, 또는 탄화수소가스의 존재하에, 또는 유출분으로부터 가스분 및/또는 오일분을 분리하여, 그 가스분 및/또는 오일분을 가스터빈용 연료로 하는 발전용 연료를 표시하는 것이다.

또, 본 발명은, 석탄을 마이크로파 조사에 의하여 부분 분해처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로하고, 잔여분을 보일러, 스팀터빈 시스템에 사용하는 보일러 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법을 표시하는 것이다.

본 발명의 석탄의 부분 수성가스화에 관한 발명은 다시 이하의 것으로 표시한다.

본 발명은 석탄을 부분 수성 가스화처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로하고, 잔여분을 보일러 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법을, 또, 부분 수성 가스화처리가 직접 가열용 가스에 수증기를 첨가해서 행하여지는 것이며, 부분 수성 가스화처리가 다시 수소, 탄화수소, 이산화탄소, 또는 이들의 혼합물을 첨가하여 행하여지는 제조방법을 표시하는 것이다

본 발명은 또, 유출분으로부터 가스분 또는 가스 및 오일분을 분리하고, 그 가스분 또는 가스 및 오일분을 가스터빈용 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법을, 유출분과 잔여분의 비율이, 열량비율로 30∼45% 대 70∼55%인 발전용 연료의 제조방법을 표시하는 것이다.

본 발명의 석탄의 부분 연소 가스화에 관한 발명은 이하의 것도 표시한다.

본 발명은, 석탄을 부분 연소 가스화처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로하고, 잔여분을 보일러 연료로하는 발전용 연료의 제조방법, 부분 연소 가스화처리가, 석탄에 공기 또는 산소 및 수증기를 첨가하여 행하여지는 발전용 연료의 제조방법, 부분 연소 가스화처리가, 다시, 수소, 탄화수소, 이산화탄소, 또는 이들의 혼합물을 첨가하여 행하여지는 발전용 연료의 제조방법, 다시 유출분으로부터 가스분 또는 가스 및 유분을 분리하고, 그 가스분 또는 가스 및 유분을 가스터빈용 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법, 유출분과 잔여분의 비율이, 열량비율로 30∼56% 대 70∼45%인 발전용 연료의 제조방법을 표시하는 것이다.

본 발명의 중질유의 부분 열분해에 관한 발명은 다시 이하의 것으로 표시한다.

즉, 본 발명은 중질유를 열분해 처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을, 가스터빈용 연료로하는 발전용 연료의 제조방법, 중질유를 열분해처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 잔여분을 보일러 연료로하는 발전용 연료의 제조방법, 중질유를 열분해처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 잔여분을 보일러 연료로하는 발전용 연료의 제조방법, 중질유를 열분해처리하여, 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로하고, 잔여분을 보일러 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법.

중질유가 A중유, B중유, C중유, 상압 잔사유, 감압 잔사유, 쉘오일, 오리노코 초중질유, 오리멀젼, 아스멀젼, 역청 또는 이들의 혼합물이고, 열분해처리가, 크랙컹법, 비스브레이킹법, 디레이드코킹법, 후루드코킹법, 플렉시코킹법, 콘택트코킹법, 또는 유리카법에 의하여 행하여지고, 열분해 처리가 다시 수증기, 공기,수소, 탄화수소, 이산화탄소, 또는 이들의 혼합물을 첨가하여 행하여지고, 유출분과 잔여분의 비율이, 열량비율로 20∼60% 대 80∼40%인 발전용 연료의 제조방법을 표시하는 것이다.

본 발명의 석탄과 중유질의 혼합물의 부분 연소 가스화에 관한 발명은, 다시 이하의 것도 표시한다.

즉, 본 발명은, 석탄 및 중질유의 혼합물을 부분 연소 가스화 처리하여 유출분 및 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로하고, 잔여분을 보일러 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법, 부분 연소 가스화처리가, 석탄 및 중질유의 혼합물에 공기 또는 산소, 및 수증기를 첨가해서 행하여지는 발전용 연료의 제조방법, 부분 연소 가스화처리가 다시 수소, 탄화수소, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물을 첨가해서 행하여지는 발전용 연료의 제조방법, 부분 연소 가스화 처리하는 석탄:중질유의 중량비율이 5:95∼80:20인 발전용 연료의 제조방법, 또한, 유출분으로부터 가스분 또는 가스 및 유분을 분리하고, 그 가스분 또는 가스 및 유분을 가스터빈용 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법, 유출분과 잔여분의 비율이, 열량비율로 20∼60%대 80∼40%인 발전용 연료의 제조방법을 표시하는 것이다.

또, 본 발명은 유출분(D)으로부터 적어도 가스분(V)과 오일분(O)을 분리하기 위한 분리장치를 설치한 상기 발전장치를 표시하는 것이다.

또 본 발명은, 오일분(O)을 정제유분(C)과 잔사(R')로 분리하기 위한 분리장치를 표시하는 것이다.

본 발명은 다음과 같은 장점이 있다.

보일러 전용 연소연료로서 석탄, 중질유등 및 이들의 혼합물을 원료로하여, 부분처리하는 것에 의해 필요한 모든 기준을 충족하는 가스터빈용 연료 및 보일러 연료가 발전, 특히, 배기 재연소를 행하는 발전에 적합한 연료비율로 얻어진다. 보일러 전용 연소연료의 전량을 보일러에서 태워서 스팀터빈으로 발전하는 경우의 열효율 약38∼40%에 비하여, 본 발명에 의하면 약45∼47%의 열효율로 발전할 수가 있고, 이 열효율은 중질유의 전량 가스화 발전과 같은 정도의 효율로서 더욱이 전량 가스화에 비교하여 연료분석행정이나 연료가스의 정제공정 등의 설비비가 싸고, 가스터빈을 사용하여도 부식이 일어나지 않고, 원료의 풍부함, 염가성, 경제성, 기존설비의 이용, 열효율이 높기 때문에 배기가스량이 적고 지구환경을 악화시키기 어렵다는 점에서 유리하다.

또한, 보일러에만 이용할 수 있는 저렴하고, 이용도가 낮은 또는 처리의 필요성에 쫓기는 각종 보일러 전용 연소연료와, 각종의 입수의 용이도, 나머지로 존재하는 것 또는 공해원인 물질의 발생이 적은 가스터빈용 연료를 수시로 선택하여 사용하는 것이 가능하게 되고, 또한 효율적인 발전을 행하는 것이 가능하게 되고, 부분 처리설비가 불필요하기 때문에 소규모투자에 의한 발전능력의 증가가 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명은 프로세스 흐름도이다.

도 2는, 본 발명에서 유출분을 가스성분과 액체성분으로 분리하는 경우의 프로세스 흐름도이다.

도 3은, 본 발명에서 유분을 다시 증유하는 경우의 프로세스 흐름도이다.

도 4는, 가스터빈 방향 연료와 보일러 전용 연소연료에 의한 발전방법을 표시하는 프로세스 흐름도이다.

도 5는, 보일러 전용 연소연료와, 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 얻는 가스터빈 연료와 보일러 연료를 조합하여 사용하는 발전방법을 표시하는 프로세스 흐름도이다.

도 6은, 가스터빈 방향 연료와 보일러 전용 연소연료와, 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 얻은 가스터빈 연료와 보일러 연료를 조합하여 사용하는 발전방법을 표시하는 프로세스 흐름도이다.

도 7은, 도 6에서 유출분을 가스성분과 액체성분으로 분리하는 경우의 프로세스 흐름도이다.

도 8은, 도 6에서 오일분을 다시 증유하는 경우의 프로세스 흐름도이다.

본 발명에서 가스터빈 방향 연료(G')라 함은, 가스터빈에 사용할 수 있는 연료이고, 가연성의 기체, 가연성의 경질액체(상압 비등점이 500℃(약 900℃F)이하의 액체)를 말하고, 구체적으로는, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로펜, 부탄류, 부텐류, 헥산류, 헵탄류, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디메틸에테르, 디에틸에테르, LNG, LPG, 나프사, 개솔린, 등유, 경유, 상압 비등점 500℃이하의 중질유분해성분, 천연가스, 탄층메탄, 라드휠가스, 고로가스, 코크스로 가스, 전로가스, 수소 및/또는 일산화탄소를 포함하는 각종 플랜트 부생가스, 석탄 또는 중질유 등의 가스화가스, 석탄건류가스, 석탄 수성가스화 가스, 석탄 부분 연소가스, 중질유 열분해 경질유 또는 가스, 중질유 산화분해 경질유 또는 가스, 초중질유 열분해 경질유 또는 가스, 초중질유 산화분해 경질유 또는 가스, 발효가스 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.

수소 및/또는 일산화탄소를 포함하는 각종 플랜트 부재가스로서는, 예컨대 탄화수소를 산화해서 얻어지는 수소, 또는 수소와 일산화탄소의 혼합가스 등의 화학프랜트로부터의 가스를 들 수가 있다.

본 발명에서 보일러 전용 연소연료(F)라 함은, 가스터빈에 사용할 수 없고, 보일러에 사용할 수 있는 연료의 것이고, 가용성의 고체, 가용성의 중질액체를 말하고, 구체적으로는, 석탄, 목탄, 코크스, 중유(A중유, B중유, C중유), 잔사유(상압잔사유, 감압잔사유), 피치, 역청, 석탄 코크스, 탄소, 타르샌드, 타르샌드에서 얻어지는 샌드오일, 오일쉘, 오일쉘로부터 얻어지는 쉘오일, 오리노코타르, 오리노코타르의 수현탁물인 오리멀젼, 아스팔트, 아스팔트의 수현탁물인 아르멀젼, 석탄-오일 혼합물(COM), 석탄-물 혼합물(CWM), 석탄-메탄올 슬러리, 나무, 풀, 착유재 등의 천연물로부터의 마스, 폐플라스틱, 가연쓰레기 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.

본 발명에서는 부분처리용보일러 전용 연소연료(F)와, 부분처리하지 않고, 직접보일러에 공급하는 보일러 전용 연소연료(F')가 같은 것이거나, 다른 것이어도 좋다. 예컨데, 부분처리용 전용 연소연료로 중질유를 사용하고, 보일러에 직접공급하는 보일러 전용 연소연료로 석탄을 사용할 수가 있다. 혹은 부분처리가 가능한 보일러 전용 연소연료로 사용하고, 보일러에 직접 공급하는 보일러 전용 연소연료에는 부분처리가 곤란하거나 또는 부분처리하면 경제적으로 불리하게 되는 연료를 사용할 수가 있다.

그리고, 본 발명에서는 보일러 및 폐열회수 보일러라는 용어가 사용되지만, 단순히 보일러라고 할 때에는 보일러 연료를 연소시키는 보일러·스팀터빈 시스템의 보일러를 말하고, 폐열회수 보일러의 경우는 폐열회수 보일러를 말한다.

본 발명에서 보일러 전용 연소연료(F) 또는 (F')로서 사용되는 석탄으로서는, 갈탄, 흑갈탄, 저도 역청탄, 고도 역청탄, 반역청탄, 반무연탄, 무연탄 등을 들 수 있다. 바람직하게는 휘발분함유량이 20중량%이상 60%이하이며, 더욱 바람직하게는 휘발분함유량이 30중량%이상인, 가스터빈과 보일러에서 사용하는 열량비에 맞는 휘발분 또는 휘발분과 열분해 생성물과 이루어지는 유출분을 발생시킬 수 있는 것으로서, 가장 바람직하게는 휘발분함유량이 35중량%이상인 배기 재연소를 조합시키는 가스터빈과 보일러에서 사용하는 열량비에 맞는 유출분을 발생시킬 수 있는 저질탄 내지 중질탄이다.

휘발분이 낮은 석탄일수록 탄화도가 낮기 때문에 이용가치가 낮으나, 반대로 매장량은 풍부하고 또한 가격이 싸므로, 이들을 유효하게 이용하여 발전을 행하는 방법을 찾아내는 것은 중요한 문제이지만, 본 발명의 방법은 알려져 있지 않고, 실제로도 이와 같은 발전설비나 실험설비는 알려져 있지 않다.

본 발명에서 보일러 전용 연소연료로서 사용되는 중질유는, 원유, 종래의 중질유, 초중질유 및 역청(샌드오일)을 포함한다.

원유는 유출분 및 중질분을 포함하고, 본 발명에서는 원유를 부분 분리처리 또는 부분 분해처리하여 가스터빈에 사용할 수 있고, 보일러 전용 연소연료로서 보일러에 공급할 수가 있다. 원유는 저유황물 원유에서도, 고유황물 원유에서도 사용가능하고, 부분처리에 앞서서 염분 함유량를 미리 0.5ppm과 같은 저농도로 조절하여야 할 필요는 없고, 유출분중의 유황분에 제한을 가하는 것은 아니다.

종래의 중질유로서는 A중유, B중유, C중유, 상압 잔사유, 감압 잔사유, 쉘오일, 기타의 중질유 등을 들 수 있다.

초중질유로서는 비중이 1.0이상(60/60°F)이고, 점도가 10000CP(유층온도이하)이며, 오리노코 초중질유, 그의 수분 에멀젼인 올리멀젼, 혹은 아스팔트층, 그 수분 에멀젼인 아스멀젼 등을 들 수 있다.

역청으로서는 비중이 1.0이상(60/60。F)이고, 점도가 10000cp(유층온도 이하)이상인 아사바즈카 역청, 코르 드랙 역청 등을 들 수 있다.

이들의 중질유는, 필요하다면, 부분처리를 행하기 전에, 수세, 알카리세, 산세, 용매세, 흡착, 교환, 바이오처리 등에 의해 나트륨, 칼륨, 칼슘 등의 염분, 유황분, 기타의 불순물의 함유량을 저하시켜둘 수도 있다.

본 발명에서, 보일러 전용 연소연료에 대한 부부처리라함은, 부분분리처리, 부분 분해처리 또는 이들의 혼합처리를 말한다.

부분 분리처리라 함은 보일러 전용 연소연료를 화학적으로 조성변화시키지 않고, 가열, 감압, 토핑, 프래싱, 증유, 추출, 경사 등의 분리수단에 의하여, 보일러 전용 연소연료에서 후술하는 유출분과 잔여분을 분리하는 것이다.

부분 분해처리라함은 보일러 전용 연소연료를 화학적으로 조성변화시키는 처리이고, 열분해, 건류, 연소가스화, 수성가스화, 수소화, 액화, 마이크로파 조사 등에 의하여, 보일러 전용 연소연료로부터 유출분과 잔여분을 생성시킬 수 있다. 따라서, 부분 분해처리는, 이어서 유출분과 잔여분과의 분리 조작을 수반하고, 필요하다면, 다시 유출분으로부터 가스분이나 유분 등을 분리하는 조작, 또는 유분으로부터 다시 경유분등을 분리하는 조작이 따른다.

본 발명에 있어서 유출분(D)이라 함은 보일러 전용 연소연료로부터, 부분 분리처리에 의해, 또는 부분 분해처리와 그것에 이어지는 분리처리에 의하여 보일러 전용 연소연료 또는 부분 분해처리한 보일러 전용 연소연료에 함유되는 성분을 기체 및/또는 액체상태로 분리한 것을 말한다. 따라서, 유출분에는 한 번 기화하여 응축하여 액화한 것도, 액체상태에서 발생하여 분리된 것도 포함된다.

그리고, 중질유의 부분처리의 경우에는 유출분이라 함은 대기압하에 있어서의 비등점이 500℃(약900°F)이하인 기체 또는 액체의 성분을 말한다.

본 발명에 있어서, 잔여분(R)이라 함은 보일러 전용 연소연료 또는 부분 분해처리한 보일러 전용 연소연료로부터 상기 유출분을 분리한 후의 나머지의 것을 말한다.

이하, 부분처리를 부분 분리처리와 부분 분해처리로 나누어서 설명한다.

우선, 여러 가지의 부분 분리처리에 대하여 설명한다.

본 발명에서 사용되는 토핑은, 원유를 예로 설명하면, 원유를 가열하여, 스트리핑 가스에 스팀, 질소, 이산화탄소, 메탄함유가스와 같은 불활성 가스를 사용해서, 이것을 원유에 불어넣어서 휘발성분을 유출시키는 방법이다.

본 발명에서 사용되는 증류로서는, 원유를 예로 설명하면, 원유를 가열하여 감압, 상압 또는 가압하에 휘발성분을 유출시키는 방법, 휘발성분을 단유출시키는 방법, 환류를 가해서 증류에 의하여 정제유분으로 분리하는 방법, 공비제를 가하던가, 추출제를 가해서 특정의 성분을 분리하는 증류법을 들 수 있다.

본 발명에서 사용되는 추출에서는 유분이 많은 바이오마스를 필요할 경우, 분쇄해서, 추출제를 가하여 추출물과 추출 잔여물로 분리하고, 추출물로부터 추출제를 분리하여 또는 추출물을 그대로 가스터빈 연료로, 추출 잔여물인 추출물을 그대로 가스터빈 연료로, 추출 잔여물인 섬유질부분 등을 보일러 연료로 할 수가 있다.

본 발명에서 사용되는 프래싱에서는 원유를 예로 설명하면, 고온 고압에서 가열한 원유를 압력이 낮은 용기로 유도시켜 유출분과 잔여분으로 분리할 때에 사용할 수가 있다.

본 발명에서 사용되는 경사는 오일쉘을 예로 들면, 오일쉘을 사용하여 점도가 저하한 유분만을 경사에 의하여 분리하는 방법이다.

그리고, 이들의 부분 분리처리는 부분분해에 이어서 유출물과 잔여분을 분리하는 경우에도, 유출분으로부터 정제유분을 얻는 경우에도 사용할 수가 있다.

다음에 여러 가지의 부분 분해처리에 대하여 설명한다.

본 발명에서 사용되는 열분해처리를 중질유를 예로 설명하면, 원료인 중질유를, 가스터빈 연료로 사용할 수 있는 성분을 함유하는 유출분과 보일러 연료로 사용되는 잔여분으로 적어도 분리하는 방법이다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 열분해 처리방법으로서는 단순한 열분해여도 좋고, 수증기나 수소를 불어 넣으면서 열분해하여도 좋고, 촉매 존재하에서 접촉열분해하는 방법이어도 좋다.

열분해 처리방법으로서는 예컨데, 유출분을 얻기위한 크랙킹법, 주로 잔여분의 점도를 내리는 비스브레이킹법, 유출분과 코크스를 얻기 위한 코킹법이 있고, 과혹도 별로 분류하면, 1100℃이상에서 고온열분해하는 방법, 980∼1100℃에서 열분해하는 고온 코킹법, 870∼980℃에서 열분해하는 중온 열분해법(저열량가스가 얻어진다), 700∼870℃에서 열분해하는 중온열분해법(고열량가스가 얻어진다), 480∼700℃에서 열분해하는 저온열분해법, 430∼540℃에서 열분해하는 저온여룬해법, 430∼480℃에서 열분해하는 비스브레이킹법, 350∼480℃에서 수증기를 불어 넣으면서 열분해하는 유리카법 등을 들 수 있다.

또, 원료의 중질유 및 코킹법의 종류에 의해서, 얻어지는 잔여분의 성질이 다르다. 코킹법의 종류에 관하여는, 디레이드코킹법에서는 아스필칙크한 코크스가 얻어지고, 플로드코킹법이나 플렉시코킹법이나, 콘택트코킹법에서는 카보이드코크스가 얻어진다.

중질유를 비스브레이킹법을 사용하여 열분해처리하는 경우에는, 코크스를 생성하지 않도록하는 완만한 열분해가 행하여지고, 잔여분의 저점도화 및 저유동화를 도모할 수가 있다. 비스브레이킹법에서는, 중질유를 가열로에서 분해하여, 혹은 다시 필요하다면 소오카조를 경유시킨 후, 유출분과 잔여분으로 분리한다. 유출분을 급냉하여 분해를 정지시켜서 분리하여도 좋다.

중질유를 플로드코킹법이나 플렉시코킹법을 사용하여 열분해처리하는 경우에는, 리액터에 중질유를 공급하고, 리액터내에서 유동하는 가열코크스상에서 열분해되고 유출부과 잔여분(코크스)로 분리된다. 플렉시코킹법의 경우에는, 가열코크스상에 부착한 잔여분(코크스)는 히터실에 보내지고, 가시파이어로 부터 되돌아오는 코크스와 가스에 의하여 히터실중에서 가열된 후 리액터에 리사이클 된다. 히터실에 보내진 가열 코크스상에 부착한 잔여분(코크스)의 일부는 가시파이어에 보내지고, 공기와 스팀으로 가스화되어 히터실에 되돌아간다. 히터실내의 코크스는 일부가 코크스로서 뽑아져 나오고, 나머지는 리액터에서 재순환된다.

플루드코킹법의 경우에는, 가열 코크스상에 부착한 잔여분(코크스)이 버너실에 보내지고, 공기를 공급해서 가열된 후, 리액터에서 재순환된다. 버너실내의 코크스는 일부는 코크스로서 뽑아져 나오고, 나머지는 리액터에서 재순환된다.

중질유를 디레이드코킹법을 사용하여 열분해처리하는 경우에는 중질유를 가열하여 증류탑 저부에 공급하고, 유출분(기름증기)과 잔여분(고비점액)을 분리하고, 잔여분을 가열로에 공급하고, 가열로내에서는 중질유를 단시간 가열한 후, 코크스드럼에 송액하며, 코크스 드럼내에서 다시 유출분과 잔여분으로 분리되고, 잔여분이 가열에 의하여 점차 코크스로 된다. 유출분은 상기 증류탑에 공급하고, 중질유와 함께 유출분(오일증기)과 잔여분(고비등점액)으로 분리된다.

이 방법에서는, 후르드코킹법이나 플렉시코킹법에 비교하여 가스 및 코크스의 수율이 높다.

중질유를 유리카법을 사용하여 열분해처리하는 경우에는 중질유를 예열하여, 증류탑 저부에 공급하고, 유출분과 잔여분(고비점액)으로 분리한다. 잔여분(고비점액)은 가열로에서 가열되고, 경도로 분해되어서 반응기에 공급된다. 반응기에는 하부로부터 수증기가 공급되고, 경도로 분해된 잔여분을 다시 열분해함과 아울러, 잔여분의 혼합, 유출분의 유출촉진이 행하여진다. 소정시간 후 반응물을 냉각하고, 반응을 정지시킨다. 유출분은, 가스, 오일분 및 응축수이다. 가스분은 필요에 따라 유화수소 등의 유황화합물은 제거하여도 좋다. 오일분은 정류에 의해 분리하여 고비등점 오일분은 원료의 중질유에 혼합하여 계내를 순환하도록 하여도 좋다. 반응정지후의 잔여분은 액상의 피치이고, 계외에 석유피치로서 뽑혀나온다.

반응기는 복수개 준비되고, 소정시간마다에 변환해서 사용한다. 이 때문에 처리조작은 반회분식으로 행하여진다.

열분해를 플라스틱 폐기물을 기름에 용해하면서 부분 열분해하는 경우를 예로 들면, 경유와 같은 기름에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 330∼350℃, 20∼120분간 가열하는 것에 의하여 분자량저하를 일으키면서 용해하고, 폴리스틸렌에서는 250℃, 10∼60분간 가열하는 것에 의하여 주로 복중합에 의해 분해하여 용해시킨다. 이와 같이 해서 얻어진 플라스틱 폐기물의 분해 용해액을 증류에 의하여 유출분과 잔여분으로 분리하여 유출분을 가스터빈 연료로 사용하고, 잔여분을 보일러 연료로 사용할 수가 있다.

접촉열분해에서는 연료로 사용하는 중질유의 종류, 혼입 불순물의 종류에 의 한, 활성백토, 실리카 알루미늄, 제오라이트, (특히, 희토류 교환 제오라이트, 초안정 Y형 제오라이트), Co-Mo, Ni-Mo, Fe 등의 분해촉매가 사용된다.

중질유를 열분해처리하는 조건은 원료로 되는 중질유의 종류, 목적으로 하는 생성물의 종류, 그들의 취득비율, 상기의 처리방법에 따라 다르다, 중질유의 처지온도는 상기와 같이 과혹도별로 350∼1300℃이고, 압력은 상압∼100기압이다. 따라서 유출분을 상압부터 100기압정도의 가압에서 얻을 수가 있다. 반응시간은 10시간이하이다.

열분해처리를 위해 개질제로서, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 탄화수소, 생성한 가스의 성분의 일부, 오일분, 알코올 등을 원료에 첨가하여도 좋다.

이들의 방법은, 회분법, 유리카법과 같은 반회분법, 비스브레이킹법과 같은 연속법의 어느 것인가의 조작방법에 의해서도 가능하다. 본 발명에서 사용되는 건류는 석탄을 산소의 저감된 상태, 바람직하게는 공기를 끊고 증기구이하여, 유출분을 수냉 등에 의하여 냉각하여, 응축하지 아니한 가스성분과 응축하는 액체성분과 경사에 의하여 분리되는 액체성분과 고체성분으로 화학적으로 전환하는 조작이다.

건류방법은 레토르트를 사용하는 방법이어도, 소위 코크스로를 사용하는 방법이라도 좋다. 석탄은 건류장치에의 공급, 잔여분의 배출을 고려하여 통상의 크기의 불록 또는 분체로 공급한다.

건류를 위한 석탄의 가열은, 단순히 건류용의 로를 외부로부터 가열하여도 좋으나, 바람직하게는 소정 온도의, 예컨데 연료를 연소해서 얻어진 400부터 1300℃의 가열용 가스를 송입해서 가열하고, 가열용 가스에 동반해서 휘발분을 유출시킨다.

건류는 최종 가열온도가 800℃이하인 저온 건류와 그 이상에서 통상 1000℃부근에서 행하여지는 고온 건류가 있고, 본 발명에서는 양 방법이 사용되나, 바람직한 것은 저온 건류이다.

저온 건류에서는 유분이나 연료로 사용되는 목탄이 많이 얻어지고, 고온 건류에서는 코크스로 가스나 고로 또는 주물용으로 사용되는 코크스가 많이 얻어진다. 또, 본 발명에서 행하는 건류는 500℃이하의 열분해 탄화 과정만으로 소결과정을 포함하지 않아도 좋다. 이 경우에는 잔여분은 탄종에 따라서는 분말인 채로 얻어지던가, 연화 용해하여 덩어리로 되나, 보일러의 형식에 의하여 구분하여 사용할 수가 있다.

본 발명에 있어서 건류라 함은, 상기 저온 건류, 고온 건류, 열분해 탄화 또는 이들의 조합을 말한다.

건류에 있어서의 가열시 간은, 종래 행하여지고 있던 체류시간이 약1분이인 것도 급속 열분해와 같은 1000℃의 고온하에 체류시간이 약1분 이하인 것도 좋으나, 종래 행하여지고 있던 체류시간이 길고, 저저온에서 행하는 건류방법이 바람직하다.

건류에서는 가스성분은 탄종이나 제조조건에 의하지만, 일예를 들면(특히 한정하지 않는 한, 가스성분에서는 이하용량%로 표시한다), 수소 50%, 메탄 30%, 일산화탄소 8%, 에틸렌벤젠 등의 탄화수고 3%등이 유효성분이고, 수분, 질소, 이산화탄소, 미량성분으로서 일산화칸소, 청산, 피리딘, 유화수소, 이산화탄소, 유화 카르보닐, 타르 등을 함유하고 있다.

건류에 의한 성분의 발생량은 저온 건류 또는 열분해 탄화에 의한 경우에는 100∼200Nm³/t석탄이고, 고온 건류에 의한 경우에는 300∼400Nm³/t석탄이고, 그들의 가스의 발열량은, 저온건류, 또는 열분해탄 화에 의한 가스에서는 4700∼5400K㎈/Nm³이고, 고온 건류에 의한 가스에서는 6200∼8000 K㎉/Nm³이다.

오일분은 건류에서는 주로 경유, 타르 및 알코올분이다. 오일분은 다시 증류에 의해 정제분리하여 사용하여도 좋다. 잔사는 피치이고, 피치에는 염분, 바나듐분 등의 무기물이 농축되므로, 증류정제하면 더욱 바람직한 가스터빈용 연료가 얻어진다. 이 경우, 잔사는 보일러의 연료에 혼힙할 수가 있다.

알코올의 발생량은, 50∼150 리터/t석탄이다.

경유 및 타르의 발생량은 저온 건류 또는 열분해 탄화에 의한 경우에는 90∼80리터/6석탄이고, 고온 건류에 의한 경우에는 40∼80리터/t석탄이다.

본 발명에서 사용되는 급속 부분 열분해에 대하여 설명하면, 석탄을 10∼100000℃/초의 가열속도로 0.1∼10초간 가열하여, 석탄을 급속하게 부분 열분해하여, 휘발분을 주성분으로 하는 유출분 및 목탄, 코크스를 주성분으로 하는 잔여분으로 분리하고, 그 유출분을 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분을 스팀터빈의 보일러 연료로 하는 발전용 연료의 제조방법을 개시하는 것이다.

또, 본 발명은 상기 급속 부분 열분해에 의하여 얻어진 유출분으로부터 얻어지는 가스터빈용 연료를 가스터빈에서 사용하여 잔여분을 보일러 연료로 사용하여 복합 사이클 발전을 행하는 것을 개시한다.

본 발명에서 사용되는 부분 연소 가스화처리를 석탄을 예로 설명하면, 본 발명에서 사용되는 부분 연소 가스화처리로서는, 원료인 석탄을 가스터빈용 연료로 사용할 수 있는 성분을 함유하는 유출분과 보일러 연료로 사용되는 잔여분으로 분리한다. 부분 연소 가스화처리로서는, 예컨데, 고정상로, 유동상로, 기류상로, 용융충로 이동상로, 고정상-기류상조합로, 유동상-기류상조합로, 기류상-용융층조합로 등을 사용한 방법을 들 수 있다.

석탄을 부분 연소 가스화처리하는 조건은 이들의 방식에 의하여 다르나, 또한, 산화를 위해 공기나 산소를 사용하는 것인가에 의하여 얻어진 가스중의 연료성분의 비율이 변화한다. 발열량이 높은 연료를 얻기 위해서는 산소의 사용이 바람직하다.

또한, 발열량이 높은 연료는 부분 연소 가스화처리하여 얻어진 가스로부터 이 산화탄소 등을 분리제거하거나 전화반응이나 개질반응을 행하여 수소나 메탄의 비율을 증가하는 것에 의하여 얻어진다.

석탄에 대하여 첨가하는 산소(공기를 사용하는 경우에는 공기중의 산소), 물의 중량비율은 부분 연소 가스화처리방법에 의하지만, 석탄1에 대하여 산소 약 1.5이하, 물 3이하이고, 바람직하게는, 산소 0.1∼1.2이고, 물 0.1∼2.0이고, 처리온도는 로의 온도로 약 600∼1600℃이고, 압력은 상압∼100기압이다. 따라서, 유출분을 상압∼100기압 정도로 가압하여 얻을 수가 있다.

첨가하는 수증기의 중량비율이 3에 가까울수록, 일산화탄소로부터 수소로의 시프트반응이 진행하기 때문에, 유출분 중의 수소의 비율이 증가하고, 산소, 물이 적을수록 건류에 가까워지고, 가스성분이 감소하고, 액체성분이 증가한다.

유분은 부분 연소 가스화처리에서는, 나프사, 타르등이고, 부분 연소 가스화처리에 의하여 생성한 것 및 석탄의 휘발분이 그대로 유출한 것이다.

본 발명에서 사용되는 부분 수성 가스화처리를 석탄을 예로 들어서 설명한다. 부분 수성 가스화처리로서는예컨대, 고정상로, 유동상로, 기류상로, 용융층로, 이동상로, 고정상-기류상 조합로, 유동상-기류상 조합로, 기류상-용융층 조합로 등을 사용한 방법을 들 수 있다.

석탄을 부분 수성 가스화처리하는 조건은 이들의 방식에 의해 다르나 석탄에 대하여 첨가하는 수증기의 중량비율은, 석탄1에 대하여 3이하이고, 바람직하게는 0.1∼2이고, 처리온도는 로의 온도로 300∼1600℃이고, 압력은 상압∼100기압이다. 첨가하는 수증기의 중량비율이 2에 가까울수록 일산화탄소로부터 수소로의 시프트반응이 진행하기 때문에, 유출분중의 수소의 비율이 증가하고, 0.1에 가까울수록 건류에 가까워지고, 가스화분이 감소한다.

부분 수성 가스화처리를 위한 석탄의 가열은 석탄에 스팀을 가하면서 단지 부분 수성 가스화 처리용의 로를 외부로부터 가열하여도 좋으나, 바람직하게는 소정온도의, 예컨대 연료를 연소하여 얻은 400∼1800℃의 가열용 가스(직접 가열용 가스)에 수증기를 첨가하여 가열하고, 가스 및 휘발분을 유출시킨다.

수증기원으로서는 상기 부분 수성 가스화로의 종류에 의해 다르나, 물, 드레인수, 저압 스팀, 고압 스팀등이 사용된다.

가열용 가스에는 수증기의 외에, 수소, 일산탄소, 이산화탄소, 탄화수소, 생성한 수성가스의 일부, 유분, 알코올 등을 첨가하여도 좋다.

부분 수성 가스화에서는 가스 성분은 탄종, 부분 수성 가스화 처리의 정도, 처리조건, 탄종에 의하지만, 석탄에 수증기 및 공기를 불어 넣은 경우에는, 얻어지는 가스는, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄, 수소가 주성분이고, 발열량은, 1000∼1500㎉/Nm³이며, 석탄에 수증기 및 산소를 불어 넣은 경우에는, 얻어지는 가스는, 일산화탄소, 메탄, 수소, 이산화탄소가 주성분이고, 발열량은 2500∼400㎉/Nm³이다. 유출분에는 상기 가스성분 이외에, 통상 탄화수소, 암모니아 등의 질소화합물, 유화수소 등의 유화물, 타르등이 함유된다. 예를 들면, 830℃, 70기압에서 석탄의 전화율 35%의 부분 수성가스화처리에서는 수소 24%, 메탄 7%, 일산화탄소 7%, 탄화수소 4% 등이 유효성분이고, 수분, 질소, 이산화탄소 및 암모니아 등의 질소화합물, 유화수소 등의 유화물, 타르등이 포함되어 있다.

오일분은 부분 수성 가스화에스는 주로, 나프사, 타르등이고, 부분 수성 가스화 처리에 의해 생성한 것 및 석탄의 휘발분이 그대로 유출된 것이다.

본 발명에서 사용되는 부분 수소화 처리를 석탄과 같은 고체의 보일러 전용 연소연료를 예로 설명하면, 부분 수소화는 무접촉시에도, 금속 촉매의 존재하에 행할 수도 있다. 무접촉에서 얻어지는 기름을 순환 용매로 사용하여, 처리온도, 압력은 열분해 내지 전류의 경우와 같지만, 필요한 공급량은 수소화가 발열반응이기 때문에 적은 양으로 끝난다.

또, Co-Mo/알루미늄, 또는 Ni-Mo/알류미늄, 혹은 철계 또는 아연계와 같은 1회용 촉매의 존재하에 얻어지는 기름을 순환 용매로 사용하여, 400∼500℃, 20∼200기압에서 부분 수소화처리를 행할 수도 있다.

얻어진 유출물은 메탄 등의 저급 탄화수소 가스가 많고, 열량이 높다.

본 발명에서 사용되는 부분 액화처리를 석탄과 같은 고체의 보일러 전용 연소연료를 예로 설명하면, 얻어지는 기름을 순화용매로 사용하여, 고체의 보일러 전용 연소연료를 그대로 또는 분말화하여 순환용매로 분산시킨다. 무접촉 또는 부분수소화처리 촉매와 동일한 촉매를 사용해서, IG법, EDS법, DOW법, 염화아연 접촉법, Bergbau-Forschung법, Saarbergwerke법, SRC법, SRC-II법, 미쓰이-SRC법, C-SRC법, H-Coal법, 용매추출법, 초임계가스추출법, STC법, 소르보리시스법, CS/R법, IGT-SRT법, NECOL법 등에 의하여 액화가 행하여 진다. 부분 액화 처리조건은 300∼500℃, 20∼200기압에서 행할 수 있다.

저압에서는 목탄이나 중질유가 많으나, 본 발명에서는 이들은 보일러에 사용할 수 있으므로, 완전 액화는 행하지 않아도 좋다.

본 발명에서 사용되는 마이크로파 조사 처리는 석탄과 같은 보일러 전용 연소연료를 예로 들면, 바람직하게는 탄화수소의 존재하에 부분 분해하고, 유출분을 수냉 등에 의하여 냉각하여, 응축하지 않은 가스성분, 응축한 액화성분, 예컨대 경사에 의하여 분리되는 액화성분 및 고체성분으로 전환하는 조작이다.

마이크로파 조사 처리방법은 반응기의 외부로부터 마이크로파를 조사하는 방법이거나 반응기의 내부에서 조사하는 방법이라도 좋다. 또, 처리 방법은 회분법, 반회분법, 연속법 중 어느 조작방법에 의해서도 가능하다.

탄화수소는, 탄소수 1∼20의 포화지방족, 불포화지방족, 포화지환족, 불포화지환족, 방향족탄화수소이다. 특히 바람직하게는 탄화수소가스이고, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 메틸아세틸렌, 부탄, 부텐, 부타디엔, 펜탄, 헥산, 헵탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산이다. 탄화수소가스는 액체의 탄화수소를 가열하여 발생시킨 것이어도, 불활성가스에 동반하여 발생한 것이라도 좋다.

탄화수소의 존재하에서는 탄화수소는 마이크로파에 의하여 프라즈마 상태로 되고, 이것이 석탄과의 반응이 촉진되어서, 석탄과 같은 보일러 전용 연소연료로부터 효율좋게 가스성분, 액체성분, 및 잔분을 생성한다.

마이크로파 조사 처리는 상온에서도, 가열하에서도 행할 수가 있다. 가열은 단순히 반응기를 외부로부터 가열하여도 좋으나, 바람직하게는 소정온도로 가열된 탄화수소가스를 송입하여 가열하고, 동반해서 휘발분을 유출시킨다. 가열온도는 50℃이상, 바람직하게는 100∼1000℃이고, 더욱 바람직하게는 600℃이하이다.

마이크로파 조사에서는, 오일분은 주로 경유, 타르 및 알코올분이고, 수소나 메탄 등의 탄화수소의 존재하에 분해를 행한 경우에는, 탄화수소 가스나 경유등이 증가한다.

본 발명에서 사용되는 부분 연소 가스화처리를 보일러 전용 연소연료가 중질유오 석탄의 혼합물의 부분 연소 가스화 처리를 예로 설명하면, 무촉매시에도 탄산카리와 같은 알칼리 금속화합물 등의 촉매, Ni촉매, Ni-드로마이트촉매, Ni-마그네슘 촉매 등의 촉매의 존재하에서 행하여져도 좋다.

부분 연소 가스화처리방법으로서는 석탄의 비율이 높은 경우에는 예컨대, 고정상로, 유동상로, 기류상로, 용융층로, 이동상로, 고정상-기류상조합로, 유동상-기류상조합로, 기류상-용융층 조합로 등을 사용한 방법을 들 수 있고, 중질유의 비율이 높은 경우에는 ERE플렉시코킹법, 유베중질유가스화법, 셀가스화법, 데커사코부분산화법, 코크스 열매체법(KK법)을 대신하는 석탄 열매체법 등을 들 수있다.

ERE플렉시코킹법에서는, 리액터에 석탄 및 중질유의 혼합물(이하, 원료라고 약칭한다)을 공급하고, 리액터 내에서 유동하는 가열석탄 내지 코크스상에서, 중질유가 열분해되고, 유출분과 잔여분(석탄 내지 코크스)로 분리된다. 가열석탄 내지 코크스상에 부착한 잔여분은 히터실에 보내지고, 가시파이어로부터 되돌아오는 코크스와 가스에 의하여 히터실 중에서 600∼650℃로 가열된 후, 리액터에서 재순환된다. 히터실 내에 보내진 잔여분의 일부는 가시파이어에 보내지고, 공기와 스팀으로 925∼975℃로 가스화되어, 히터실로 되돌아간다. 히터실 내의 잔여분은 일부는 보일러 연료로서 뽑아져 나오고, 나머지는 리액터에서 재순환된다.

ERE후렉시코킹법 대신에 중질유의 공기취입 열분해에서 사용되는 플루드코킹법의 경우에는, 가열 코크스상에 부착한 잔여분은 버너실에 보내지고, 공기를 공급하여 가열된 후, 리액터에서 재순환된다. 버너실내의 잔여분은 일부가 보일러열로서 빠져나가고, 나머지는 리액터에서 재순환된다.

특히 점도가 높은 중질유에 대하여는 콤보풀렉시코카(Commbo Flexicoker)타입의 분해로를 사용할 수가 있다.

우베 중질유 가스화법에서는 원료는 유동상분해로에 공급되고, 산소에 의하여 500∼900℃로 분해된다. 스팀을 산소와 함께 공급하여, 중질유의 분압을 내리고, 분해를 촉진함과 아울러 로내 온도를 유지하도록 하여도 좋다. 500∼600℃로 분해하면, 유분이 증가하며, 800∼900℃로 분해하면, 가스분이 증가한다. 잔여분은 점조한 잔사유에 목탄가 분산한 것이다. 잔여분은 그대로 보일러 연료로 사용할 수가 있다.

유동상을 형성시키기 위하여는, 원료로서 가한 석탄만에 의해서도 좋고, 또, 구형내화재 등을 공존시켜도 좋다.

쉘가스화법에서는 원료는 예열된 후, 가스화로에 공급되어서 공기 또는 산소를 불어넣고, 약 1500℃ 대기압∼100기압 정도로, 특히 공기를 사용한 경우에는 20기압이하에서, 산소를 사용한 경우에는 30기압 이상에서 산화되어, 부분가스화 처리된다. 가스화로로부터 배출한 가스는, 원로러서 사용하는 중질유로 세정되고, 탄소나 회분의 미립자를 제거한 후, 가스터빈용 연료로서 사용된다. 탄소나 회분의 미립자를 함유한 중질유 현탁액은, 수분을 분리한 후, 미립화한 석탄을 가하여 가스화로용 원료로 된다. 가스화로에서 배출한 가스는 유출분으로부터 증류등으로 분리된 나프사 등을 사용해서 세정하여, 수분과의 분리가 용이하게 되도록 하고 있다.

공기 산화법에서는, 60%정도의 질소가 혼입하지만, 20기압, 100㎉/Nm²정도의 가스가 얻어 지므로, 그대로 가스터빈에 사용할 수가 있다.

데키사코부분 산화법에서는, 원료는 수증기로 혼합해서, 약 380℃로 예열되고, 공기 또는 산소와 함께 반응로에 공급되어 1200∼1500℃, 20∼150기압에서 반응된다. 반응로로부터 배출된 가스는 물에 의해서 급냉되어 동시에 수소, 이산화탄소에의 시프트 반응이 생기고, 얻어진 가스는 가스터빈에 사용된다. 물에 현탁한 탄소는 유분 또는 중질유에 의하여 추출되어서, 원료에 혼합된다.

석탄 열매체법에서는 원료가 반응탑에 공급되어, 증기가 반응탑 저부로부터 공급되어서, 또한, 재열탑에서 가열된 석탄 내지 코크스를 포함하는 미분해물(이하, 단순히 미분해물이라고 한다)이 반응탑에서 재순환되어서, 원료를 주로 열분해한다. 열분해하여 생긴 유출물은 반응탑 정상부에서 배출되어, 가스터빈용 연료로 사용된다. 반응탑상부로부터 미분해물의 일부가 재열탑 하부에 공급되고, 나머지가 잔여분으로서 보일러 연료로 사용된다. 재열탑에는 증기가 저부로부터 공급되고, 중간부로부터 공기 또는 산소가 취입되어서, 미분해물을 연소하여 가열한다. 재열탑상부로부터 가열된 미분해물의 일부가 반응탑 하우에서 재순환된다. 재열탑 정상부로부터는 연소가스가 배출된다. 본 발명에서는 부분산화의 외에 증기의 취입에 의해 수성가스화 반응에 의한 가스화도 생긴다.

부분연소 가스화처리로서는 특히, 석탄의 비율이 높은 경우에는, 예컨대, 고정상로, 유동상로, 기류상로, 용융층로, 이동상로, 고정상-기류상 조합로, 유동상-기류상 조합로, 기류상-용융층 조합로 등을 사용한 방법 등을 들 수 있다.

특히, 석탄의 비율이 높은 경우에 사용되는 상기의 방법에서는, 석탄 및 중질유의 혼합물에 대하여 첨가하는 산소(공기를 사용하는 경우에는 공기중의 산소), 물의 중량비율은, 부분 연소 가스화처리방법에 의하지만, 석탄 및 중질유의 혼합물 1에 대하여, 산소 약 1.0이하, 물 3이하이고, 바람직하게는, 산소0.1∼0.5이고, 물 0.5∼2.0이고, 처리온도는 로의 온도로 약 300∼1600℃이고, 압력은, 상압∼100기압이다. 따라서, 유출분을 상압부터 100기압정도로 가압하여 얻을 수가 있다.

수증기로서는 상기 부분 연소 가스화로의 종류에 의해서 다르지만, 물, 드레인수, 저압 스팀, 고압 스팀 등이 사용된다. 물은 석탄과 혼합해서 석탄/수류체로서 부분 연소가스화로에 보낼 수도 있고, 마찬가지로, 중질유/수류체로서 또는 석탄 및 중질유의 혼합물/수유체로서 부분 연소 가스화로에 보낼 수도 있다.

첨가하는 수증기의 중량비율이 3에 가까울수록 일산화탄소로부터 수소에의 시프트반응이 진행하기 때문에, 유출분중의 수소의 비율이 증가하고, 산소, 물이 적을수록 열분해에 가까워지고, 가스성분이 감소하고, 액성분이 증가한다.

공기 또는 산소, 및 수증기에는 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 탄화수소, 생성한 가스성분의 일부, 유분, 알코올 등을 첨가하여도 좋다.

가스화 처리 온도는, 바람직하게는 1000℃이하, 보다 바람직하게는 600℃이하이다.

본 발명에서는 유출분은 한 번 기체 또는 기체와 액체의 혼합물로 되는 경우에는, 고체분의 혼입은 적으나, 필요에 의하여 사이클론, 필터, 스트레이너 등에 의하여 제거할 수가 있다.

본 발명에서는 부분처리온도는 바람직하게는, 1000℃이하, 보다 바람직하게는 600℃이하, 특히 바람직하게는 500℃이하이다. 500℃이하로 하는 것에 의하여, Na, K염, V화합물의 혼입이 적어지고, 가스터빈용 연료로서 바람직한 품질의 것이 그대로 또는 증류 등의 간단하 분리 조작으로 얻을 수가 있다.

유출분(D)은 그대로 가스터빈용 연료(A)로서 사용할 수도 있으나, 유출분을 냉각하여 비응축성의 가스분(V)과 응축한 액체성분으로 분리한 것을 가스터빈용 연료(A)로서 사용할 수가 있다.

유출분(D)에는 상기 가스분(V)외에 통상, 암모니아 등의 질소화합물, 유화수소 등의 유화물, 분자량이 높은 탄화수소, 타르 등이 포함되는 경우가 있다.

가스분(V)은, 후술하는 액체성분, 유분 또는 기타의 세정뉴에 의하여 세정하여 정제하여도 좋고, 또 탈진후 탈황장치에 의하여 유화수소를 제거할 수가 있다.

탈진방법으로서 사이클론, 필터를 사용하면, 유출분 또는 가스를 고온, 고압의 상태에서 가스터빈 연소실에 공급할 수가 있다.

액체성분은 수분과 오일분(O)이고, 필요에 의해서 수분을 분리해서, 오일분(O)만을 가스터빈 연료로서 이용할 수가 있다. 수분에는 염분 등의 무기물이 농축되므로, 가스터빈을 사용하는 경우에는 오일분(O)만을 이용하는 것이 바람직하다. 분리된 수분은, 알코올이나 카르본산, 타르산 등을 함유하므로 보일러 연료(B)에 혼입할 수가 있다. 또, 액체성분, 수분 또는 오일분은 스트레이너, 필터 등에 의하여 고형분을 제거하여 사용할 수가 있다.

오일분(O)은 주로, 나프사, 등유, 경유, 타르 등이고, 보일러 전용 연소연료(F)로부터 부분 분해처리에 의하여 생성한 것 및/또는 보일러 전용 연소연료(F)중의 휘발분이 그대로 유출한 것 등이다.

오일분(O)은 다시 증류 등에 의하여 정제분리하여 사용하여도 좋다. 증류잔사에는 나트륨, 칼륨, 칼슘 등의 염분, 바나듐 등의 무기물이 농축되므로, 증류정제하면, 더욱 바람직한 가스터빈용 연료(G)가 얻어진다. 이 경우 잔사(R')는 보일러의 연료(B)에 혼입할 수가 있다.

본 발명에서는 가스터빈은 가스분과 액체성분을 혼합해서 연소시켜도, 가스분 전용 연소 가스터빈, 액체성분 전용 연소 가스터빈을 따로따로 설치해서, 따로따로 연소시켜도 좋다. 특히 보일러 1기에 대하여 가스 전용 연소 가스터빈 1기이상, 액체 전용 연소 가스터빈 1기이상을 가지는 것이 바람직하다.

가스터빈 출구 배기가스의 압력은 대기압에서도, 가압에서도 좋다. 배기가스의 압력을 대기압으로 하므로서, 고온, 고압의 연소가스의 에너지를 유효하게 이용하는 것이 가능하게 되고, 가스터빈 배기가스를 보일러에 가해서 배기 재연소를 행하는 경우에 그 보일러가 대기압에서 작동하는 종래의 타입의 것을 사용하여, 잔존하는 열, 압력 및 산소를 유효하게 이용할 수가 있다.

가스터빈용 연료(G)중의 불순물은, 예컨대, 나트륨과 칼륨분 함유량 0.5중량ppm이하 및 바나듐분 함유량 0.5중량 ppm이하이고, 칼슘분도 딱딱한 석출물이 생기므로 0.5중량 ppm이하가 바람직하고, 염분은 부식을 일으키고 더욱이 부식방지를 위한 마그네슘 첨가물의 효과를 저하시키기 때문에, 0.5중량 ppm이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하여, 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여, 이와같은 바람직한 가스터빈 연료를 얻을 수가 있다.

석탄 및 중질유의 혼합물을 부분 연소 가스화 처리하는 경우에는 잔여분은 석탄 및 중질유의 종류, 혼합비율, 부분연소가스처리의 정도, 처리조건에 의해서 다르나, 점조한 유잔사에 목탄 내지 코크스가 분산한 상태로 얻어지던가, 전체가 코크스 상태로 얻어지던가 하지만, 이들의 보일러의 형식에 의하여 구분하여 사용할 수가 있다.

잔여분은 석탄의 경우에는 저온 건류에 의하여 경우는 목탄이고, 고온 건류에 의한 경우에는 코크스이고, 열분해 탄화에 의한 경우에는 소결이 일어나고 있지 않으므로, 대략 석탄의 형상을 유지한 것이며, 본 발명에서는 열분해 탄화 잔여분이라고 한다.

탄종에 의한 영향이 크지만, 저온 건류에 의한 목탄의 발생량은 고온 건류에 의한 코크스의 발생량보다 많고, 열분해탄화의 경우에는 잔여분의 발생량은 더욱 많고 800㎏/t석탄 정도에 달하는 일이 있다.

마이크로파 조사에 의한 경우에는 잔여분은 분해탄화성분 또는 목탄이고, 발생량은 많고 5000∼6500㎉/Nm³이다.

부분 수성 가스화처리 또는 부분 연소 가스화처리에 의한 경우에는 잔여분은 탄종, 부분 수성 가스화처리의 정도, 처리조건에 의해서는 분말인 채로 얻어지던가, 연화 용융하여 덩어리로 되던가, 코크스 내지 목탄으로 얻어진다.

잔여분에는 회분이 농축되고, 각종염분, 바나듐분 등의 터빈블레이드 부식성분이 농축된다.

중질유의 부분처리에서는 점도가 높은 기름 건조된 고형물, 코크스등이다.

중질유가 석탄의 혼합물에서는 상기 석탄, 중질유의 잔여분의 혼합물이다.

플라스틱 폐기물에서는 잔여분은 분해잔여물 고체, 점도가 높은 기름등이다.

본 발명에서는 잔여분을 연소시키는 보일러는 잔여분을 대기압에서 연소시킴과 아울러, 가압하여 연소시킬 수도 있다. 따라서, 복사전열면과 대류전열면을 갖는 종래의 보일러를 사용한 발전설비를 이용하여, 설비를 대폭 개조함이 없이 본 발명을 용이하고 경제적으로 행할 수가 있다.

본 발명에서는 보일러의 튜브표면의 온도가 600℃정도로 저온이므로, 전술한 알칼리금속이나, 알칼리토류금 속의 염분이나 V분이 있어도 사용가능하고, 이들의 불순물이 농축된 잔여분을 연소시킬 수 있는 것이 본 발명의 특징이다.

가스터빈에서 사용되는 열량 대 스팀터빈에서 사용되는 열량의 비율은 풀가동시에서는 20∼60%대 80∼40%, 바람직하게는 30∼55%대 70∼45%, 더욱 바람직하게는 35∼50%대 65∼50%이다.

따라서, 가스터빈 연료(A)대 보일러 연료(B)의 열량비율은, 상기 열량비율에 맞는 것이 요구된다.

보일러 전용 연소연료(F)를 부분처리하여 얻어지는 유출분(D)과 잔여분(R)만을 사용하여 발전을 행하는 경우에는 유출분(또는 유분 혹은 정제유분)대 잔여분의 열량비율이 상기 범위로 되도록, 또는, 가스터빈 방향 연료(G')와 보일러 전용 연소연료(F')에 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 얻어지는 유출분(D)과 잔여분(R)을 포함해서 사용하는 경우에는, 조합한 후의 가스터빈 연료(A)와 보일러 연료(B)의 열량비율이 상기 범위로 되도록 조절된다.

가스터빈 연료의 비율이 상기 범위보다 낮은 경우에는 발전효율이 그렇게 증가하지 않고, 가스터빈 연료의 비율을 상기 범위보다 크게 함에는 완전 가스화 또는 과혹한 처리가 필요하고, 설비나 처리비용의 점에서 경제적이지 않게 된다.

또한, 상기의 가스터빈 연료와 보일러 연료의 비율에서는 가스터빈의 연소배기가스를 보일러에 공급하여 잔여분을 연소시킬 수가 있으므로, 가스터빈 연소배기가스중의 열량과 잔존산소가 유효하게 이용되므로, 배기 재연소 복합 사이클 발전을 행하는 것에 의하여 열효율을 향상시킬 수 있다.

이에 더해서, 보일러 전용 연소연료를 500℃이하에서 부분 처리하는 것에 의하여, 유출분으로부터 얻어지는 가스터빈용 연료(G) 혹은 가스터빈 방향 연료(G')를 혼합한 가스터빈 연료(A)중의 Na와 K분의 합계를 0.5ppm이하, V분을 0.5ppm이하로 하는 것이 가능하게 되고, 장시간 사용한 경우에 터빈블레이드 등의 부식이 적은 가스터빈 연료를 용이하게 얻을 수가 있다.

또, 가스터빈 방향 연료와 보일러 전용 연소연료의 비율은 통상시에 상기 사용 열량 비율에 맞도록 하면서도, 환경에 영향이 적은 연료, 저렴한 연료 또는 잔여 연료 등 각종의 연료를 상황에 맞추어서 사용할 수가 있다.

따라서, 본 발명에 의해 발전을 행하면, 난방이 불필요한 계절에는 잔여 등유를 사용하여, 메탄가스가 부생하는 경우에는, 부생가스를 가스터빈향 연료로 사용해서, 폐플라스틱과 같은 보일러 전용 연소연료의 처리가 필요하다면 이것을 보일러 연료로 사용하여 또는 이것을 부분처리하여 가스터빈용 연료와 보일러 연료를 제조하여 발전하는 것에 의하여 자원량, 비용, 환경에 따라서 적절하게 발전을 행할 수가 있다.

상기의 보일러 전용 연소연료의 부분처리에 의한 발전을 복잡한 열손실을 생략하여 이론적으로 간략하게 설명하면 이하와 같이 된다.

예컨대, 100Mcal의 발열량의 보일러 전용 연소연료를 부분처리해서 45Mcal의 유출분과 55Mcal의 잔여분으로 분리한다. 45Mcal의 유출분은 그의 ⅓(15Mcal)이 전력으로 변환되고, 나머지 30Mcal는 가스터빈 연소 배기가스로 된다. 이 연소 배기가스의 온도는 450∼700℃이고, 산소를 10∼15용량%포함하고 있다. 이 연소 배기가스(30Mcal)를 보일러에 공급하여 55Mcal의 잔여분을 연소하면 그 열량의 90%(76.5Mcal)가 스팀으로 변환되고, 나머지 10%(8.5Mcal)가 보일러 배기가스 등으로서 상실된다. 발생한 스팀(76.5Mcal)에 의해, 스팀터빈에 의해 발전하면, 열효율 46%로 35.2Mcal이 전력으로 변환된다. 즉, 100Mcal의 보일러 전용 연소연료의 열량중 50.2Mcal이 전력으로 변환된다.

한편, 종래와 같이 단순히 보일러에 공급해서 발전하는 경우에는, 100Mcal의 보일러 전용 연소연료를 연소하여 290%(90Mcal)가 스팀으로 변화되고, 스팀터빈에 의하여 발전하면, 열효율 48%로 43Mcal이 전력으로 변환된다. 즉, 100Mcal의 석탄의 열량중 41.4Mcal밖에 전력으로 변환되지 않는다.

즉, 본 발명에 의하면, 보일러전용 연소연료를 부분 처리하는 것에 의하여, 유출분과 잔여분으로 분리하여, 적절한 품질을 가지는 가스터빈 연료 대 보일러 연료를 상기 열량비율에 맞도록 얻는 것이 가능하고, 또한, 경제적으로, 용이하게 연료의 제조와 복합 사이클 발전을 행하는 것이 가능하다.

상기의 관계를 보다 대표적인 보일러 전용 연소연료를 사용해서 설제에 가까운 형태로 설명한다.

휘발분이 30중량%의 석탄(HHV기준으로 6200㎉/kg)을 단순히 보일러에 의하여 연소해서 스팀을 발생하여 증기터빈에 의하여 100㎿의 발전을 행하는 경우에는, 석탄 8536t/일이 필요하고, 송전단 효율은 39%(HHV기준)이다.

이에 대하여 본 발명에서 발전을 행하는 경우에는, 동상의 석탄 7398t/일을 450℃로 건류하여 휘발분에 알맞는 가스터빈용 연료 2005t/일을 얻으므로, 이것을 사용해서 가스터빈 발전에 의해 269㎿의 발전을 행하는 것이 가능하다. 가스터빈의 연소 배기가스는 580℃, 산소를 13용량% 함유하므로, 가스터빈의 연소배기가스를 보일러에 공급하여 잔여분을 연소하는 것이 가능하고, 증기터빈에 의하여 731㎿의 발전을 행하는 것이 가능하다. 즉, 같은 석탄 7398t/일로 1000㎿의 잘전을 행하는 것이 가능하게 되고, 송전단 효율은 45%로 증가할 수가 있다.

특히 석탄으로서는 저품질의 갈탄 등 휘발분이 많고, 석탄의 전열량에 대한 유출분의 열량이, 20%이상 60%이하인 것이, 바람직하게는 30%이상인 것이, 가장 바림직하게는 35∼50%인 것이 유효하게 이용되는 것을 알게 되었다. 주로 휘발분은 유출분으로서 끄집어 내는 일은 석탄의 완전가스화 등에 비교해서 보다 간단한 수단으로, 더욱이 원료를 산화하지 않으므로 원래의 열량을 유지하고, 더욱이 저온도로 처리하면 Na, K, V 등의 불순물도 적은 열량이 얻어진다.

또, 중질유(HHV기준 9800㎉/㎏)를 단순히 보일러에 의하여 연소해서 스팀을 발생하여 증기 터빈에 의하여 1000㎿의 발전을 행하는 경우에는, 중질유 5265t/일 이 필요하고, 송전단효율은 40%(HHV기준)이다.

이에 대하여 본 발명에서 발전을 행하는 경우에는, 동상의 중질유 4481t/일을 480℃에서 비스브레이킹법에 의하여 열분해하여 간편한 트랩핑에 의하여, 가스터빈용 연료 1824t/일을 얻으므로, 이것을 사용하여 가스터빈 발전에 의하여 312㎿의 발전을 행하는 것이 가능하다. 가스터빈의 연소 배기가스는 580℃산소를 13용량%함유하므로, 가스터빈의 연소 배기가스를 보일러에 공급하여 잔여분을 연소하는 것이 가능하고, 증기터빈에 의해 688㎿의 발전을 행하는 것이 가능하다. 즉, 같은 중질유 4481t/일으로 1000㎿의 발전을 행하는 것이 가능하게 되고, 송전단효율을 47%로 증가할 수가 있다.

특히 중질유로서는 폭넓은 원연료가 사용가능하고, 열분해에 의하여 용이하게 끄집어 낼 수 있는 분을 유출분으로서 끄집어내는 것은 중질유의 완전가스화 등에 비교해서 보다 간단한 수단으로, 더욱이 원료를 산화하지 않으므로 원래의 열량을 유지하고, 더욱이 저온도로 처리하면 Na, K, V 등의 불순물도 적은 연료가 얻어진다.

석탄과 다른 보일러 전용 연소연료와의 혼합물, 중질유와 다른 보일러 전용 연소연료와의 혼합물, 특히 석탄과 중질유의 혼합물에 대하여도, 상기한 것이 성립하고, 또, 통상의 연료비율과는 달리, 예컨대 등유가 남는 시기에 유출분 비율을 저하시키고, 등유를 가스터빈 방향 연료로서 보조적으로 사용하는 경우에도, 역으로 잔여분비율을 저하시키는 경우에는 상기한 것이 성립한다.

또 본 발명은, 석유정제 플랜트, 제철플랜트, 화학플랜트와 같이 가스터빈 방향 연료와 보일러 전용 연소연료가 동일장소에서 얻어지는 설비를 병설하여, 각플랜트로부터 공급되는 가스터빈 방향 연료와 보일러 전용 연소연료를 사용하여 전술한 복합 사이클 발전을, 바람직하게는 배기 재연소 복합 사이클 발전을 행할 수가 있다.

석유정제 플랜트에서는 원유 혹은 기타의 각종원연료를 받아 넣어서, 플랜트로부터 수소, LPG, 석유화학용 나프사, 항공 가솔린, 자동차 가솔린, 젯트연료, 등유, 디젤 경유 등의 가스터빈 방향 연료를 공급할 수가 있다. 또, A, B, C중유나, 감압잔사유, 아스팔트, 석유 코크스, 피치 등을 보일러 전용 연소연료로서 공급할 수가 있다.

이들의 자급되는 가스터빈 방향 연료와 보일러 전용 연소연료를 상기 열량비율로 되도록 사용하는 것에 의하여, 부분 처리장치를 설치하는 일없이 복합 사이클 발전을, 바람직하게는 배기 재연소 복합 사이클 발전을 행할 수가 있다.

마찬가지로, 제철플랜트에서는 일산화탄소, 수소 등을 함유하는 블러스트파네스(고로)가스 또는 코크스제조시의 수소, 메탄, 일산화탄소가 풍부한 코크스로(코크스로)가스가 얻어지고, 이것을 가스터빈 방향 연료로 사용하여, 제철플랜트로부터 얻어지는 탄소계 잔사, 제철에 사용하는 코크스, 그 원료인 석탄, 철광석 가열용의 천연가스, 중질유, 미분탄 등을 보일러 전용 연소연료로 사용하여, 그들의 열량비율이 상기한 열량비율로 되도록 사용하는 것에 의하여, 부분처리장치를 설치하는 일 없이 복합 사이클 발전을, 바람직하게는 배기 재연소 복합 사이클 발전을 행할 수가 있다.

또, 마찬가지로, 화학 플랜트에서는 LNG, 부탄, 나프사, 중유, 석탄 등의 적어도 1종 이상의 원연료를 받아 넣어서, 화학 플랜트에 있어서 합성반응 등이 행하여지고, 수소, 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 스탁크가스 기타 가연성 가스 및 또는 상압 비등점이 500℃이하의 액체가 가스터빈향 연료로서 플랜트로부터 공급된다. 한편, 플랜트로부터 배출되는 타르분이나 결함제품, 혹은 화학플랜트의 원연료로서의 중유, 석탄 등을 보일러 전용 연소연료로 사용할 수가 있으므로, 그들의 열량비율이 상기한 열량비율로 되도록 사용하는 것에 의하여, 부분처리장치를 설치하는 일 없이 복합 사이클 발전을, 바람직하게는 배기 재연소 복합 사이클 발전을 행할 수가 있다.

화학플랜트로서는 나프사 크래킹을 행하는 올레핀/방향족 제품 제조플랜트, 각종 폴리올레핀, 폴리스틸렌, 폴리염화비닐 등의 범용 수지 제조플랜트, 폴리에스테르, 나이론 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리초산비닐, 리폴리아세타르 등의 기타의 수지 제조플랜트, 암모니아, 요소, 유산, 초산, 멜라민, 아크리로니트릴, 메탄올, 포르말린, 아세트로알데히드, 초산, 초산비닐, 펜타에리스리톨, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 옥탄올, 에틸렌옥탄올, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 글리셀린, 페놀, 비스페놀, 아닐린, 디페닐메탄디인시아네이트, 톨루엔 디인시아네이트, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 무수마레인산, 아크릴산, 폴리아크릴산, 메타아크릴산, 폴리메타아크릴산, 아크릴아미드 등의 저분자량 화학품 풀랜트 등을 들 수 있다.

각종 플랜트는, 석유정제, 석유화학, 제철소, 제강소, 식품가공, 화력발전소 등 몇 개 인가를 조합하여 합성하고 있어도 좋다.

또한, 본 발명은 탄갱에 병설하여 석탄과 탄층가스를, 각각 보일러 전용 연소연료, 가스터빈 방향 연료로 사용하여, 그들의 열량비율이 상기한 열량비율로 되도록 사용하는 것에 의하여, 부분 처리장치를 설치하는 일 없이, 복합 사이클 발전을 바람직하게는, 배기 재연소 복합 사이클 발전을 행할 수가 있다.

또, 본 발명은, 오니, 계분, 두부 제조공정으로부터 나오는 쓰레기의 발효에 의하여 발생하는 메탄과, 그 건조잔사를 사용하여, 각각이 가스터빈 방향 연료, 보일러 전용 연소연료로 사용하여, 그들의 열량비율이 상기한 열량비율로 되도록 사용하는 것에 의하여, 부분 처리장치를 설치함이 없이 복합 사이클 발전을, 바람직하게는 배기 재연소 복합 사이클 발전을 행할 수가 있다.

이와같이, 석유정제 플랜트, 제철플랜트, 화학플랜트 등에 병설해서 각 플랜트로부터 발생하는 가스터빈 방향 연료와 보일러 전용 연소연료를 사용하여, 그 플랜트와 동일장소(사업소내)에 있어서 발전을 행하는 것에 의하여, 효율좋게 발전을 행하는 것이 가능하게 되고, 각 플랜트의 자체 소비용 전력에 첨가하여 매매용 전력으로서도 이용할 수가 있으므로, 전력회사의 피이크시의 전력부족을 보충할 수가 있다.

이하, 본 발명을 도면에 의해서 설명한다.

도면에서는 주요부분만을 표시하고, 펌프, 열교환기, 사이클론, 스트레이너, 필터, 저장조, 고체 반송수단, 가열용 가스발생 설비 등의 장치 및 부속장치나 배연 탈초, 탈유황, 탈탄산 등의 부속설비는 생략하였다.

다음에 도 1 중에서, 보일러 전용 연소연료의 부분분해 처리방법에 관한 부분을 각 처리방법 마다 설명한다.

A) 건류

도 1에 있어서 석탄(1)이 바람직하게는 미리 건조되어서, 부분 분해처리수단(여기에서는, 건류장치, 특히 저온 건류장치의 경우에 대하여 설명한다)(2)에 공급되고, 별도 연료를 연소하여 발생한 가열용 가스(15)에 의하여 소정의 온도로 가열된다. 가열용가스(15)에 동반해서 유출분(3)이 얻어진다.

부분 분해 처리수단(2)의 저부로부터 잔여분(여기에서는 목탄)(4)이 배출된다.

(B) 마이크로파 조사

도 1에 있어서, 석탄(1)이 바람직하게는 미리 건조되어서, 부분 분해처리수단(여기에서는 마이크로파 조사처리 장치)(2)에 공급되고, 가열용 가스(15) 대신에 탄화수소 가스(15')와 함께 소정 온도에서 부분 분해처리되어, 유출분(3)이 얻어진다. 부분 분해 처리수단(2)의 저부로부터 잔여분(4)이 배출된다.

(c) 부분 수성 가스화,

도 1에 있어서, 석탄(1)이 수분이 측정된 후, 부분 분해 처리수단(여기에서는 부분 수성가스화 처리수단중, 특히 고정상 가스화로의 경우에 대하여 설명한다)(2)에 공급되고, 가열용가스(15) 대신에, 별도로 연료를 연소해서 발생한 가열용가스(15')에 소정량의 수증기가 첨가되어, 소정의 온도, 압력, 반응시간에서 부분 가스화 처리되어 부분 가스화처리수단(2)의 정상부로부터 유출분(3)이 얻어지고, 저부로부터 잔여분(4)이 배출된다.

(D) 석탄의 부분 연소가스화

부분 연소 가스화 처리에서는, 건류의 경우에 비하여 하기의 점이 다르다.

도 1에 있어서, 석탄(1)이 부분 분해 처리수단(여기에서는 고정상 가스로의 경우에 대하여 설명한다)(2)에 공급되고, 가열용 가스(15) 대신에, 소정량의 공기(또는 산소)(17)와 수증기(18)가 첨가되고, 소정의 온도, 압력, 반응시간에서 부분 연소 가스화 처리되어, 부분 분해 처리수단(2)의 정상부로부터는 유출분(3)이 얻어지고, 저부로부터 잔여분(4)이 배출된다.

(E) 석탄 및 중질유의 혼합물의 부분연소 가스화

도 1에 있어서, 석탄 및 중질유의 혼합물(1)(따로따로 공급하여도 좋다)이 부분 연소 가스화 처리수단(여기에서는 기류상 가스화로의 경우에 대하여 설명한다)(2)에 공급되고, 가열용가스(15) 대신에 소정량의 공기(또는 산소)(17)와 수증기(18)가 첨가되어, 소정의 온도, 압력, 반응시간에서 부분 연소 가스화 처리되어, 부분 연소 가스화 처리수단(2)의 정상부로부터 유출분(3)이 얻어지고, 저부로부터 잔여분(4)이 배출된다.

(F) 열분해,

도 1에 있어서, 부분 분해용 보일러 전용 연소연료(여기에서는 중질유)(1)가 열분해 처리수단(여기에서는 비스브레이킹법에 대하여 설명한다)(2)에 공급되고, 소정의 온도, 압력, 반응시간에서 열분해 처리되고, 열분해처리수단(2)의 정상부로부터 유출분(3)이 얻어지고, 저부로 부터는 잔여분(4)이 배출된다. 그리고, 중질유의 열분해에서는 반드시 가열용 가스(15)를 불어넣을 필요는 없다.

도 1에 있어서, 상기와 같은 각종 부분처리에 의하여 얻어진 유출분(3)은 가스터빈(가스터빈의 본체(21), 공기압축기(22), 연소실(23)로 이루어진다)의 연소실(23)에 공급되고, 압력공기(산소부화공기라도 좋다)(25)와 혼합하고, 연소되어서, 고온고압이 구동용 연소가스(27)을 발생하고, 구동용 연소가스(27)에 의하여 가스터빈을 구동하고, 가스터빈의 축에 부착된 가스터빈용 발전기(24)에 의하여 발전한다.

한편, 잔여분(4)은 보일러(31)에 공급되어서, 공기(35)를 공급하여 연소되어, 스팀(32)을 발생한다. 스팀(32)은 스팀터빈(33)에 공급되고, 스팀터빈의 축에 부착된 스팀터빈용 발전기(34)에 의하여 발전한다. 스팀터빈(33)에는 복수(復水)수(37)가 설치되고, 감압의 상태에서 스팀을 농축시켜, 스팀터빈 배기를 복수시켜서, 메이크업수와 함께 보일러 급수(38)로서 보일러(31)에서 재순환한다.

상기에 있어서, 가스터빈으로부터 배출된 고온의 가스터빈 배기가스(28)는 배기가스 공급수단에 의하여 보일러(31)에 공급할 수가 있다. 가스터빈 배기가스(28)에 산소를 10∼15용량%남기고, 이 산소에 의하여, 잔여분(4)을 보일러(31)에서 연소(즉, 배기 재연소)시키는 방법은, 새롭게 공기(35)(통상 대기온도)를 집어 넣을 필요가 없고, 또한 배기가스의 열을 이용할 수 있기 때문에, 복합 사이클 발전의 열효율을 높일 수 있고, 배기가스 처리도 경제적이므로 바람직하다.

물론, 잔여분을 연소시키기 위해 가스터빈 배기가스(28)에 공기(35)를 혼합할 수도 있다.

가스터빈 배기가스(28)는 다른 폐열회수 보일러에 공급하여 스팀발생 등에 의하여 열회수하여도 좋고, 폐열회수 보일러 배출가스를 보일러에 공급하여, 배출가스중의 나머지 열과, 10∼15%의 잔존 산소에 의하여, 잔여분(4)을 보일러(31)에서 배기연소 할 수도 있다.

배기가스 공급수단은, 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하는 배관(닥트)으로 이루어지고, 필요에 의하여, 밸브, 온도계, 유량계, 산소 농도계 등을 구비하고 있어도 좋다.

도 1중에서 보일러 전용 연소연료의 부분 분리처리 방법에 관한 부분은 부분 분해처리에 계속되는 각 분리처리 방법과 유사하고, 가열, 감압, 토핑, 플래싱, 증류, 추출, 경사 또는 이들의 혼합처리가 사용된다.

도 2에 도시하는 바와같이 유출분(3)은 열교환기(16)에 의하여 냉각되어서, 가스성분과 액체성분으로 분리하고, 가스 세정탑(5)에 의하여 세정되어서, 가스성분(6)과 액체성분(7)으로 분리할 수가 있다. 가스 세정탑(5)의 세정액에는 액체성분(7)을 사용하여, 가스 세정탑(5)의 정상부에 공급하여 기액 접촉시킬 수 있다. 가스성분(6)은 가스 성분 압축기(26)에 의하여 연소실(23)에 공급된다.

혹은, 가스 세정탑(5)의 액체성분(7)을 냉각하여 가스 세정탑(5)의 정상부에 공급하여도 좋다.

액체성분(7)은 그대로 가스터빈용 연료로 하여도 좋으나, 분액조(8)에 의하여 수층(10)을 분리해서 유분(9)만을 가스터빈용 연료로 하여도 좋다. 수층(10)은, 보일러(31)의 연료로서 첨가할 수도 있다.

도 3에 도시하는 바와같이, 유분(9)는 다시 정제수단(예컨대 증류수)에 의하여 정제하여도 좋다. 유분(9)는 증류탑(11)에 공급되어 정제유분(12)과 잔사(13)로 분리된다. 정제유분(12)은 가스터빈용 연료로서 연소실(23)에 공급되고, 잔사(13)는 보일러(31)의 연료로서 첨가할 수도 있다.

이와 같이 정제처리하므로서 가스터빈을 사용한 경우에도, 염분, 바나듐분에 의한 부식이 방지되고, 가스터빈의 수명을 길게 할 수가 있다.

이하에, 가스터빈 방향 연료(101) 및 보일러 전용 연소연료(102)를 사용하는 경우에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.

도 4에 있어서, 석유 정제 플랜트, 제철플랜트, 화학플랜트 등(도면에서는 생략하고 있다)에 병설하여 가스터빈 방향 연료(101)가 가스터빈(가스터빈의 본체(21), 공기압축기(22), 연소실(23)으로 이루어진다)의 연소실(23)에 공급되고, 압축공기(산소부화 공기라도 좋다)(25)와 혼합되어 연소되어서, 고온고압의 구동용 연소가스(27)를 발생하고, 구동용 연소가스(27)에 의하여 가스터빈을 구동하고, 가스터빈의 축에 부착된 가스터빈용 발전기(24)에 의하여 발전한다. 가스터빈으로부터 배출된 가스터빈 배기가스(28)는 보일러(31)에 공급된다.

한편, 플랜트등으로부터 발생한 보일러 전용 연소연료(102)는 보일러(31)에 공급되어서, 공기(35)에 의하여 연소되어 스팀(32)을 발생한다. 스팀(32)은 스팀터빈(33)에 공급되고, 스팀터빈의 축에 부착된 스팁터빈용 발전기(34)에 의하여 발전한다.

스팀터빈에는 복수기(37)가 설치되고, 감압의 상태에서 스팀을 농축시키고, 스팀터빈 배기를 복수시켜서 메이크업수와 함께 보일러 급수(38)로서 보일러(31)에서 재순환한다.

상기에 있어서, 가스터빈으로부터 배출된 고온의 가스터빈 배기가스(28)는 고온인 채로 보일러(31)에 공급되나, 가스터빈 배기가스(28)에 산소를 10∼15용량% 남기고, 이 산소에 의하여 보일러 전용 연소연료(102)를 보일러(31)에서 연소시키는 방법(즉, 배기재연방법)은 새롭게 공기(35)(통상 패기온도)를 불어넣을 필요가 없고, 또한 고온이기 때문에, 복합 사이클 발전의 열효율을 높일 수 있고, 배기가스처리도 경제적으로 되므로 바람직하지 않다.

물론, 보일러 전용 연소연료(102)를 연소시키기 위해 가스터빈 배기가스(28)에 공기(35)를 가할 수도 있다.

가스터빈 배기가스(28)는 다른 폐열회수 보일러에 공급하여 스팀발생 등에 의하여 열회수하여도 좋고, 폐열회수 보일러 배출가스를 보일러에 공급하여, 배출가스중의 잔여 열과, 10∼15용량%의 잔존산소에 의하여, 보일러 전용 연소연료(102)를 보일러(31)에서 연소시키는 방법(즉 배기재연방법)에 의하여 처리할 수가 있다.

이와 같이, 특히 보일러전용 소연료를 부분처리하는 설비를 새롭게 설치하지 않고, 플랜트로부터 발생하는 가스터빈방향 연료(101) 및 보일러전용 소연료(102)에 이용하여, 효율좋게 발전을 실시할 수 있다.

도 5는 보일러 전용 연소연료(102) 및 보일러 전용 연소연료(1)를 부분처리하여 얻어지는 가스터빈 연료와 보일러 연료를 사용하는 프로세스의 예이다.

도면에 있어서, 부분 처리용 보일러 전용 연소연료(1)가, 부분 처리수단(여기서는 석탄의 기류상 가스화로의 경우에 대하여 설명한다)(2)으로 공급되고, 소정량의 공기(또는 산소)(17)와 수증기(18)가 첨가되고, 소정의 온도, 압력, 반응시간으로 부분 연소 가스화 처리되며, 부분 연소 가스화 처리수단(2)의 정상부로부터는 유출분(3)이 얻어지며, 밑부분으로부터는 잔여분(4)이 배출된다.

유출분(3)은 가스터빈 연료로서 그대로 가스터빈의 연소실(23)로 공급되고, 압축공기(25)와 혼합되어 연소되어서, 고온고압의 구동용 연소가스(27)를 발생하고, 구동용 연소가스(27)에 의하여 가스터빈을 구동하며, 가스터빈의 축에 장착된 가스터빈용 발전기(24)에 의하여 발전한다. 가스터빈으로부터 배출된 가스터빈 배출가스(28)는, 보일러(31)에 공급된다.

한편, 잔여분(4)은 보일러 연료로서 보일러 전용 연소연료(102)와 아울러 보일러(31)에 공급되어서, 공기(35)를 공급하여 연소되고, 스팀(32)을 발생한다. 스팀(32)은 증기터빈(33)에 공급되며, 증기터빈축에 장착된 증기터빈용 발전기(34)에 의하여 발전한다. 증기터빈에는 복수기(37)가 설치되고, 감압의 상태에서 증기를 응축시켜서, 증기터빈 배기를 복수시켜서, 메이크업수와 아울러 보일러급수(38)로서 보일러(31)에서 재순환한다.

상기한 것에 있어서, 가스터빈으로부터 배출된 고온의 가스터빈 배기가스(28)는, 보일러(31)에 공급되고, 배기 재연소에 사용할 수 있다. 배기 재연소 방법에 의하여, 복합 사이클 발전의 열효율을 높일 수 있고, 배기가스 처리도 경제적으로 되므로 바람직하다. 물론, 보일러 전용 연소연료(102)와 잔여분(4)을 연소시키기 위하여 가스터빈 배기가스(28)에 공기(35)를 가할 수도 있다.

가스터빈 배기가스(28)는 다른 폐열회수 보일러에 공급하여 증기발생 등에 의하여 열회수하여도 좋고, 폐열회수 보일러 배출가스를 증기보일러에 공급하여, 배기가스 중의 잔여 열과, 10∼15용량%의 잔존산소에 의하여, 보일러 전용 연소연료(102)와 잔여분(4)을 보일러(31)에서 배기 재연소할 수도 있다.

도 6은 보일러 전용 연소연료와 보일러 전용 연소연료를 부분처리하여 얻어지는 가스터빈 연료와 보일러 연료에 가하여 가스터빈방향 연료도 사용하는 프로세스의 예이다.

도 6에 있어서, 부분처리용 보일러 전용 연소연료(1)가, 부분처리수단(여기서는 석탄의 건류의 경우에 대하여 설명한다)(2)으로 공급되며, 소정량의 공기(또는 산소)(17)와 수증기(18)가 첨가되며, 소정의 온도, 압력, 반응시간으로 부분 연소 가스화 처리되고, 부분 연소 가스화 처리수단(2)의 정상부로부터는 유출분(3)이 얻어지며, 저부로부터는 잔여분(4)이 배출된다.

유출분(3)은 가스터빈 방향 연료(101)와 아울러, 가스터빈의 연소실(23)로 공급되며, 압축공기(25)와 혼합되어 연소시켜서, 고온고압의 구동용 연소가스(27)를 발생하고, 구동용 연소가스(27)에 의하여 가스터빈축에 장착된 가스터빈용 발전기(24)에 의하여 발전한다. 가스터빈으로부터 배출된 가스터빈 배기가스(28)는, 보일러(31)에 공급된다.

이 방법에 의하여, 예컨대 석탄과 같은 값싼 연료를 부분처리하여 가스터빈 연료와 보일러 연료를 제조하고, 처분이 촉박한 중질유를 부분처리하지 않는 보일러 전용 연소연료(102)로서 이용하고, 등유와 같이 계절적으로 남게 되는 가스터빈 방향 연료 등을 선택하여 사용하므로서, 각종 연료의 조합사용이 가능하게 되고, 더욱이, 부분처리수단의 능력을 증강하여 전력수요의 변동에 대처하는 것보다도 소규모의 투자에 의하여 발전능력을 증가할 수도 있다.

도 7은 도 6에 있어서의 유출분을 더욱이 가스성분과 액체성분으로 분리하는 경우의 프로세스 흐름도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 유출분(3)은 열교환기(16)에 의하여 냉각되어서, 가스성분과 액체성분으로 분리되고, 가스세정탑(5)에 의하여 세정되어서, 가스성분(6)과 액체성분(7)으로 분리할 수 있다. 가스 세정탑(5)의 세정액에는 액체성분(7)을 사용하여, 가스 세정탑(5)의 정상부에 공급하여 기체접촉시킬 수 있다. 가스성분(6)은 가스성분압축기(26)에 의하여 연소실(23)로 공급된다.

혹은, 가스 세정탑(5)의 액체성분(7)을 냉각하여 가스 세정탑(5)의 정상부에 공급하여도 좋다.

액체성분(7)은 그대로 가스터빈 연료로 하여도 좋지만, 분액조(8)에 의하여 수층(10)을 분리하여 유분(9)만을 가스터빈 연료로 할 수 있다. 수층(10)은 보일러(31)의 연료로서 가할 수 있다.

이 방법에 의하여 유출분 속의 수분이 분리제거되므로, 가스터빈 연료에 수분이 들어가지 않고 가스터빈의 연소실의 용량을 작게할 수 있다. 그 외에, 나트륨, 칼륨과 같은 염분이나 바나듐 등의 무기물의 가스터빈 연료속으로의 혼입이 적게 되고, 가스터빈으로서 바람직한 연료가 얻어진다.

도 8에 도시한 바와 같이, 유분(9)은 더욱이 정제수단(예컨대 증류)에 의하여 정제하여도 좋다. 유분(9)은 증류탑(11)으로 공급되며 정제유분(12)과 남은 찌꺼기(13)로 분리된다. 정제유분(12)은 가스터빈 연료로서 연소실(23)로 공급되고, 남은 찌꺼기(13)는 보일러(31)의 연료로서 가할 수 있다.

이와 같이 정제처리하므로서, 염분, 바나듐분 농도가 저하되므로 이들에 의한 부식이 충분히 방지되며, 가스터빈의 수명을 더욱 길게할 수 있다.

또, 제조된 유출분과 잔여분을 본 복합 사이클 발전으로 사용하는 외에, 적당히, 그 일부를 외부의 다른 연료, 합성원료 등으로 사용하는 것도 본 발명의 기본적 생각으로 함유되는 것이다.

이와 같이 본 발명에서는, 연료는 복합 사이클 발전으로 사용되어서 최대의 효과가 있는 것이므로, 본 발명에 의한 발전설비는, 보일러 전용 연소연료 또는 가스터빈 방향 연료가 얻어지는 장소로 병설하여 설치되는 것이 바람직하고, 예컨대, 석탄, 석유 또는 천연가스채굴장소, 석유정제공장 등, 제철공장, 발효처리장, 폐기물연소처리장, 각종 화학플랜트 등으로 실시할 수도 있다.

(실시예)

아래에서, 실시예에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.

제1로 석탄의 건류처리에 대하여 각종 실시예를 설명한다.

(실시예A-1)

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 하기의 건조된 석탄 1000㎏/hr을, 약 1000℃에서 고온건류하고, 유출분과 코크스를 얻을 수 있다.

원료탄(건조후)

수분 : 2중량%

휘발분 : 30중량%

고정 탄소 : 51중량%

회분 : 17중량%

발열량 : 5780㎉/㎏

코크스

생성량 : 550㎏/hr

휘발분 : 2중량%

고정 탄소 : 67중량%

회분 : 31중량%

발열량 : 6300㎉/㎏

가스성분

생성량 : 355N㎥/hr

발열량 : 5050㎉/N㎥

오일분

생성량 : 57㎏/hr

발열량 : 9100㎉/㎏

상기한 유출분(가스성분 및 오일분)을 가스터빈으로 공급하여 연소한다. 가스터빈 배기가스는, 약 580℃이고, 산소를 약 14용량% 함유하고 있다. 가스터빈 배 기가스를 보일러에 공급하여 상기한 잔여분(코크스)을 연소할 수 있다. 이 결과, 발전효율은 45%로 향상한다.

이것에 대하여, 상기한 석탄을 단지 보일러에서 연소시켜, 증기를 발생시켜서 증기터빈에 의하여 발전시키는 경우에는 발전효율은 39%이다.

(실시예A-2)

도 2에 도시하는 장치를 사용하여, 하기의 건조된 석탄 1000㎏/hr를, 60℃에서 저온건류하고, 유출분과 목탄을 얻는다. 유출분은 액체성분에 의하여 냉각세정되고, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다.

가스성분과 오일분은 가스터빈용 연료로 하고, 코크스와 유출분 중에서 분리된 수층은 보일러 연료로 한다.

원료탄(건조후)

수분 : 4중량%

휘발분 : 31중량%

고정 탄소 : 50중량%

회분 : 15중량%

발열량 : 6430㎉/㎏

목탄

생성량 : 669㎏/hr

휘발분 : 11중량%

고정 탄소 : 65중량%

회분 : 24중량%

발열량 : 6200㎉/㎏

가스성분

생성량 : 180N㎥/hr

발열량 : 7100㎉/N㎥

오일분

생성량 : 110㎏/hr

발열량 : 9100㎉/㎏

상기한 가스성분을 가스연소용 가스터빈으로 공급하고, 오일분을 오일연소용 가스터빈으로 공급하여 발전하고, 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 약 13용량% 함유하고 있으므로, 폐열회수 보일러에 공급하여 상기한 것을 발생시킨 후, 폐열회수 보일러 배기가스에 의하여 목탄을 보일러에 공급하여 발전할 수 있다.

이 결과, 복합 사이클 발전의 열효율은 46%이다.

(실시예A-3)

도 2에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예A-2의 석탄을 원료로서, 450℃에서 열분해 탄화되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은, 액체성분에 의하여 냉각세정하여, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다.

가스성분과 오일분은, 가스터빈용 연료로서, 잔여분과 분리된 수층은 보일러 연료로서 공기를 공급하여 연소한다. 가스성분, 액체성분 중의 유황분은 0.52중량%이고, Na분, K분, 바나듐분은 각각 0.5중량ppm이므로, 이것을 가스터빈에 사용하여도 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

(실시예A-4)

도 3에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예A-1의 석탄을 원료로서, 450℃에서 열분해 탄화되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은, 액체성분에 의하여 냉각세정하여, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다. 오일분은 감압증류하여 정제유분과 남은 찌꺼기 피치로 분리한다.

가스성분과 정제유분은, 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분과 분리된 수층과 남은 찌꺼기 피치는 보일러 연료로서, 공기를 공급하여 연소한다. 가스성분, 액체성분 중의 유황분은 0.95중량%, 염분, 바나듐분은 각각 0.1중량ppm이고, 이것을 가스터빈에 사용하여도 장시간 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

(실시예A-5)

하기의 건조된 석탄 1000㎏을 플라스크에 넣어서 외부에서 가열하여, 내온 500℃에서 건류하고, 유출분과 목탄을 얻는다.

원료 WANBO탄(건조후)

수분 : 3.5중량%

휘발분 : 33중량%

고정 탄소 : 53.1중량%

회분 : 10.4중량%

총발열량 : 7100㎉/㎏(진발열량 6840㎉/㎏)

목탄

생성량 : 0.80㎏

휘발분 : 16중량%

고정 탄소 : 66중량%

회분 : 13중량%

총발열량 : 6825㎉/㎏

유출분

생성량 : 0.20㎏

총발열량 : 8200㎉/㎏

유출분의 Na, K, V분은 어느 것도 0.5㎎/㎏ 이하였다.

유출분 대 잔여분의 열량비는 약 20 대 80이였다.

이들의 유출분은 가스터빈에, 목탄은 보일러에 공급하여 복합 사이클 발전을 실시할 수 있다.

그런데, 유출량을 억제하여 유출분 대 잔여분의 열량비를 10 대 90으로 꺼내면, 복합 사이클 발전을 실시했더라도 발전효율의 증가는 낮고, 연료의 부분처리 설비를 설치하는 잇점이 적다.

(실시예A-6)

실시예A-5와 마찬가지로 하여, 석탄 1,000㎏을 플라스크에 넣어서 외부에서 가열하여, 내온 800℃에서 건류하고, 유출분과 코크스를 얻었다.

코크스

생성량 : 0.69㎏

휘발분 : 2.6중량%

고정 탄소 : 77중량%

회분 : 16중량%

발열량 : 6650㎉/㎏

유출분

생성량 : 0.31㎏

발열량 : 8100㎉/㎏

유출분 : 잔여분의 열량비율은 35:65였다.

유출분 중의 Na, K, V분은 각각 0.5㎎/㎏, 2㎎/㎏, 0.5㎎/㎏ 이하였지만, 이것을 유출분으로 상압에서 증류한 것에서는, Na, K, V분은 각각 0.5㎎/㎏ 이하였다.

상기한 실시예에서 알 수 있듯이, 주로 석탄의 휘발분에 상당하는 양의 유출분을 복합 사이클 발전을 유리하게 실시하기 위한 가스터빈용 연료로서 얻을 수 있는 것은 대단히 용이하였다.

또, 유출분:잔여분의 양을 열량비율이 60:40을 초과할수록 유출분을 증가시키는 데는 대단히 과혹한 조건이 필요하게 됨과 아울러, 가스터빈 배기가스 중의 산소량이, 배기 재연소에 필요한 양보다도 여분으로 되고, 배기손실이 증가한다.

(실시예A-7)

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 하기의 건조된 석탄 100,000㎏/hr을, 500℃에서 저온건류하고, 유출분과 목탄을 얻는다.

유출분은 가스터빈용 연료로 하고, 목탄은 보일러 연료로 한다.

원료탄 : 고도탄(무수기준)

휘발분 : 44중량%

고정 탄소 : 50중량%

회분 : 6중량%

발열량 : 7900㎉/㎏

목탄

생성량 : 61,600㎏/hr

휘발분 : 1중량%

고정 탄소 : 67중량%

회분 : 31중량%

발열량 : 7054㎉/㎏

가스성분

생성량 : 35,500N㎥/hr

발열량 : 5050㎉/N㎥

오일분

생성량 : 19,400㎏/hr

발열량 : 9100㎉/㎏

상기한 유출분(가스성분 및 오일분)과 공기 1,075,000㎥/hr를 가스터빈에 공급하여 연소하고, 129㎿/hr로 발전할 수 있다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하여 상기한 잔여분(목탄)을 연소하고, 증기터빈에 의하여 285㎿/hr로 발전할 수 있다. 즉, 발전의 열효율은 45%로 향상한다.

이것에 대하여, 상기한 석탄을 부분처리하지 않고 보일러에서 공기 1,075,000㎥/hr에 의하여 연소시켜, 증기를 발생시켜서 증기터빈에 의하여 발전시키는 경우에는 발전의 열효율은 39%이다.

본 발명에서는 가스터빈에 상기한 공기의 전량 1,075,000㎥/hr을 가해도 좋고, 보일러 연소에 필요한 분의 공기를 분할하여, 보일러에 가할 수도 있다.

제2로, 석탄의 마이크로파 조사처리에 대하여 각종 실시예에 의해서 설명한다.

(실시예B-1)

도 1에 도시하는 장치를 사용하여(단 탄화수소가스는 공급하지 않는다), 하기의 석탄을 원료로서, 건조된 석탄 1000㎏/hr을, 300℃에서 마이크로파 조사처리하고, 유출분 280㎏/hr과 목탄 430㎏/hr을 얻는다.

원료탄

수분 : 29중량%

휘발분 : 31중량%

고정 탄소 : 35중량%

회분 : 5중량%

발열량 : 4530㎉/㎏

목탄

휘발분 : 11중량%

고정 탄소 : 77중량%

회분 : 11중량%

발열량 : 6000㎉/㎏

유출분

발열량 : 6960㎉/N㎥

유출분은, 가스터빈용 연료로 하고, 목탄은 보일러 연료로서 복합 사이클 발전을 실시할 수 있다.

(실시예B-2)

메탄가스를 공존시키는 것 외에는 실시예B-1과 마찬가지로 실시하고, 유출분과 잔여분을 얻는다.

유출분은 가스터빈용 연료로 하고, 목탄은 보일러 연료로 한다. 가스터빈 배기가스는, 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 가스터빈 배기가스에 의하여 목탄을 연소한다. 이 결과, 복합 사이클 발전의 열효율은 46%에 도달한다.

석탄을 단지 보일러에서 연소하여 증기터빈에 의하여 발전하는데 비하여 열효율이 높다.

이들은 실시예A시리즈와 마찬가지로, 유출분을 복합 사이클 발전을 유리하게 실시하기 위한 가스터빈용 연료로서 얻는 것은 대단히 용이하다.

또, 유출분을 억제하여 유출분 대 잔여분의 열량비를 10 대 90으로 꺼내면, 복합 사이클 발전을 실시하였다 하여도 발전효율의 증가는 낮고, 연료의 부분처리 설비를 설치하는 잇점이 적다.

더욱이, 유출분:잔여분의 양을 열량비율이 60:40을 초과할수록 유출분을 증가시키는 데는 대단히 과혹한 조건이 필요하게 됨과 아울러, 가스터빈 배기가스 중의 산소량이 배기 재연소에 필요한 양보다도 남게 되고, 배기손실이 증가한다.

제3으로, 석탄의 부분수성 가스화 처리에 대하여 각종 실시예에 의하여 설명한다.

(실시예C-1)

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 하기의 석탄 1000㎏/hr을, 유동상 가스화로에 의하여 약 830℃에서 수증기/석탄＝0.3(중량비)으로 부분수성 가스화 처리하고, 유출분과 잔여분을 얻는다.

유출분은, 탈진, 탈유황, 고온, 고압인 채로 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분은 보일러 연료로 한다.

원료탄

수분 : 29중량%

휘발분 : 31중량%

고정 탄소 : 35중량%

회분 : 5중량%

발열량 : 4530㎉/㎏

잔여분

생성량 : 300㎏/hr

휘발분 : 3중량%

고정 탄소 : 80중량%

회분 : 17중량%

발열량 : 5500㎉/㎏

유출분 : 가스성분, 오일 및 수분

가스성분

생성량 : 632N㎥/hr

발열량 : 2500㎉/N㎥

오일분

생성량 : 200㎏/hr

발열량 : 6500㎉/㎏

물(수분)

생성량 : 500㎏/hr

상기한 유출분(가스성분 및 오일분)을 가스터빈에 공급하여 연소한다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하여 상기한 잔여분을 연소한다.

이 결과, 발전효율은 약 45%로 향상한다.

이것에 대하여, 상기한 석탄을 단지 보일러에서 연소시켜, 증기를 발생시켜서 증기터빈에 의하여 발전시키는 경우에는 발전효율은 약 39%이다.

(실시예C-2)

도 2에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예C-1과 마찬가지로 하여 부분수성 가스화 처리하고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은 탈진, 탈유황 후, 액체성분에 의하여 냉각세정되고, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다. 오일분 중의 Na분, K분, V분은 각각 0.5ppm 정도이다.

가스성분과 오일분은, 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분과 유출분중의 분리된 수층은 보일러 연료로 사용된다.

(실시예C-3)

도 3에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예C-1과 마찬가지로 하여 부분수성 가스화 처리되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은 탈진, 탈유황 후, 액체성분에 의하여 냉각세정되며, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다. 오일분은 감압증류하여 정제유분과 남은 찌꺼기 피치로 분리한다.

가스성분과 정제유분은, 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분과 분리된 수조와 남은 찌꺼기 피치는 보일러 연료로서, 공기를 공급하여 연소한다. 가스성분, 액체성분중의 유황분은 0.52중량%이고, 나트륨 및 칼륨분, 바나듐분은 각각 0.1중량ppm이고, 가스터빈에 사용하여도 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

(실시예C-4)

도 3에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예C-1과 마찬가지로 하여 부분수성 가스화 처리되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은, 그대로 액체성분에 의하여 냉각세정하여, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다. 오일분은 감압증류하여 정제유분과 남은 찌꺼기로 분리한다.

가스성분과 정제유분은, 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분과 분리된 수층과 남은 찌꺼기는 보일러 연료로서, 공기를 공급하여 연소한다. 가스성분, 액체성분 중의 유황분은 0.95중량%, 나트륨 및 칼륨분, 바나듐분은 각각 0.1중량ppm이고, 가스터빈에 사용하여도 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

(실시예C-5)

실시예C-1에서 얻어진 유출분을 가스터빈에 공급하여 연소되고, 잔여분은 보일러에 공급한다. 또, 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 폐열회수 보일러에 의하여 열을 회수한다. 이것에 의하여, 단지 보일러에서 석탄을 연소시켜서 증기를 발생시키는데 비하여 열효율이 향상한다.

(실시예C-6)

실시예C-2에서 얻어진 유출분을 가스터빈에 공급하여 연소되고, 가스터빈 배기가스는 보일러에 공급한다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 가스에 의하여 잔여분을 연소한다. 이 결과, 복합 사이클 발전의 열효율은 46%에 도달한다.

이들은 실시예A시리즈와 마찬가지로, 유출분을 복합 사이클 발전을 유리하게 실시하기 위한 가스터빈용 연료로서 얻는 것은 용이하다.

또, 유출량을 억제하여 유출분 대 잔여분의 열량비를 10 대 90으로 하면, 복합 사이클 발전을 실시하였다고 해도 발전효율의 증가는 낮고, 연료의 부분처리 설비를 설치하는 잇점이 적다.

더욱이, 유출분:잔여분의 양을 연료비율이 60:40을 초과할수록 유출분을 증가시키는 데는 대단히 과혹한 조건이 필요로 됨과 아울러, 가스터빈 배기가스 중의 산소량이, 배기 재연소에 필요한 양보다도 여분으로 되고, 배기손실이 증가한다.

도 4로, 석탄의 부분연료 가스화 처리에 대하여 각종 실시예에 의하여 설명한다.

(실시예D-1)

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 하기의 석탄 1000㎏/hr, 고압증기 500㎏/hr, 산소 130㎏/hr을 기류층 가스화로에 공급하고, 약 1100℃, 40기압에서 부분연소 가스화 처리하고, 유출분과 잔여분을 얻는다.

원료탄

수분 : 25중량%

휘발분 : 30중량%(건조기준)

고정 탄소 : 51중량%(건조기준)

회분 : 17중량%(건조기준)

발열량 : 5780㎉/㎏(건조기준)

잔여분

생성량 : 400㎏/hr

휘발분 : 1중량%

고정 탄소 : 43중량%

회분 : 56중량%

발열량 : 5000㎉/㎏

유출분 : 가스성분, 오일분 및 수분

가스성분

생성량 : 652N㎥/hr

발열량 : 2600㎉/N㎥

오일분

생성량 : 80㎏/hr

발열량 : 8000㎉/㎏

물(수분)

생성량 : 550㎏/hr

유출분은, 탈진, 탈유황되고, 고온, 고압대로 가스터빈용 연료로 되고, 잔여분은 보일러 연료로서 복합 사이클 발전을 실시할 수 있다.

(실시예D-2)

도 2에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예D-1과 마찬가지로 하여 부분연소 가스화 처리되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은 탈진, 탈유황 후, 액체성분에 의하여 냉각세정되며, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다.

가스성분과 오일분은 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분과 유출분 중의 분리된 수층은 보일러 연료로 한다.

얻어진 유출분을 가스터빈에 공급하여 연소되고, 가스터빈 배기가스는 보일러에 공급한다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 가스에 의하여 잔여분을 연소한다. 이 결과, 복합 사이클 발전의 열효율은 46%에 도달한다. 또, 가스터빈에 사용하여도 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

(실시예D-3)

도 3에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예D-1과 마찬가지로 하여 부분연소 가스화 처리되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은 탈진, 탈유황 후, 액체성분에 의하여 냉각세정되고, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다. 오일분은 감압증류하여 정제유분과 남은 찌꺼기 피치로 분리한다.

가스성분과 정제유분은, 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분과 분리된 수층과 남은 찌꺼기 피치는 보일러 연료로서, 공기를 공급하여 연소한다. 가스성분, 액체성분 중의 유황분은 0.6중량%이고, 나트륨 및 칼륨분, 바나듐분은 각각 0.5중량ppm이고, 장기간 가스터빈에 사용하여도 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

(실시예D-5)

실시예D-1에서 얻어진 유출분을 가스터빈으로 공급하여 연소되고, 잔여분은 보일러에 공급한다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 폐열회수 보일러에 의하여 증기를 발생시켜, 증기터빈에 의하여 발전할 수 있다.

이들은 실시예A시리즈와 마찬가지로, 유출분을 복합 사이클 발전을 유리하게 실시하기 위한 가스터빈용 연료로서 얻는 것은 대단히 용이하다.

또, 유출량을 억제하여 유출분 대 잔여분의 열량비를 10 대 90으로 하면, 복합 사이클 발전을 유리하게 실시하였다고 하여도 발전효율의 증가는 낮고, 연료의 부분처리 설비를 설치하는 잇점이 적다.

더욱이, 유출분 대 잔여분의 양을 열량비율이 60:40을 초과할수록 유출분을 증가시키는 데는 대단히 과혹한 조건이 필요하게 됨과 아울러, 가스터빈 배기가스 중의 산소량이 배기 재연소에 필요한 양보다도 남게 되고, 배기손실이 증가한다.

제5로, 중질유의 열분해처리에 대하여 각종 실시예에 의해서 설명한다.

(실시예E-1)[비스브레이킹법]

하기의 중질유 1000㎏/hr을, 가압하에 가열로에 공급하고, 480℃에서 열분해 처리되고, 급냉오일을 가하여 부반응을 정지한 후, 증류탑 저부에 공급하여, 유출분과 잔여분을 얻는다.

원료중질유 : 이라니언 라이트(lranian Light) 감압잔사유

비중 : 1.01(15/4℃)

점도 : 100,000cSt(50℃)

유황분 : 3.6중량%

잔여분

생성량 : 665㎏/hr

비중 : 1.03(15/4℃)

점도 : 45,000cSt(50℃)

유황분 : 3.9중량%

350℃이상 고비등점분 함유율 : 78.5중량%

발열량 : 9000㎉/㎏

유출분 : 가스성분 및 오일분

가스성분

생성량 : 35㎏/hr

발열량 : 10400㎉/N㎥

오일분

생성량 : 300㎏/hr

발열량 : 1000㎉/㎏

얻어진 유출분을 가스터빈에 공급하여 연소되고, 가스터빈 배기가스는 보일러에 공급한다. 가스터빈 배기가스에는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 가스에 의하여 잔여분을 연소한다. 이 결과, 복합 사이클 발전의 열효율은 46%에 도달한다. 중질유을 단지 보일러에 공급하여 증기터빈에 의하여 발전된 경우에는 발전의 열효율은 약 40%인 것에 비교하여, 본 발명에 의하면 발전의 열효율이 대폭으로 향상한다.

(실시예E-2)[플루이드코킹법]

하기의 중질유 1000㎏/hr를 리액터에 공급하고, 500℃에서 열분해처리하여, 유출분과 잔여분으로 분리한다. 리액터의 저부로부터 뽑아내어진 잔여분은 더욱 버너실에 공급하여 공기를 불어넣어서 가열한다. 버너실의 중간부로부터는 코크스의 일부를 뽑아낸다. 잔여분의 코크스를 버너실의 저부로부터 리액터로 순환한다.

원료중질유 : 566℃이상 감압잔사유

콘드라손 잔류탄소 : 26.5중량%

비중 : 1.05(15/4℃)

바나듐분 : 890중량ppm

유황분 : 3.6중량%

잔여분

코크스 생성량 : 260㎏/hr

유황분 : 5중량%

발열량 : 6000㎉/㎏

유출분 : 가스성분 및 오일분

리액터 가스성분

생성량 : 130㎏/hr

발열량 : 10400㎉/N㎥

오일분(나프타 및 경유)

생성량 : 540㎏/hr

발열량 : 1000㎉/㎏

유출분은, 가스분의 전부와 오일분의 일부는 가스터빈용 연료로 하고, 오일분의 잔여와 잔여분은 보일러 연료로 한다.

(실시예E-3)[디레이드코킹법]

하기의 중질유 1000㎏/hr를 증류탑 저부에 공급하고, 유출분과 잔여분(고비등점 액체)으로 분리한다. 증류탑 저부로부터 뽑아내어진 잔여분은, 더욱이, 코크스분이 생성하지 않는 정도로 가열로에서 470℃로 열분해 처리되어서, 코크스드럼에 공급되고, 코크스 드럼 중에서, 유출분과 잔여분(코크스)으로 분리된다. 유출분은 더욱 가스분과 오일분으로 분리된다.

원료중질유 : 미너스(Minas) 감압잔사유

잔류탄소 : 10.9중량%

비중 : 0.939(15/4℃)

유황분 : 0.16중량%

잔여분

코크스 생성량 : 191㎏/hr

유황분 : 0.4중량%

발열량 : 6000㎉/㎏

유출분 : 가스성분 및 오일분

가스성분

생성량 : 70㎏/hr(수소: 10, 메탄: 36, 에탄 및 에틸렌 18, 프로판 및 프로필렌 21, 부탄 및 부텐 15 각 몰%)

발열량 : 10400㎉/N㎥

오일분(나프타 및 경유)

생성량 : 739㎏/hr

발열량 : 1000㎉/㎏

유출분은, 가스분의 전부와 오일분의 일부는 가스터빈용 연료로 하고, 오일분의 잔여와 잔여분은 보일러 연료로 한다.

(실시예E-4)[유리카법]

하기의 중질유 1000㎏/hr를 증류탑 저부에 공급하고, 유출분과 잔여분(고비등점 액체)으로 분리한다. 증류탑 저부로부터 뽑아내어진 잔여분은, 더욱이, 코크스분을 생성하지 않는 정도로 가열로에서 400℃로 열분해 처리되어서, 반응기에 공급되며, 증기를 불어넣으면서, 더욱이 2시간 열분해처리된다. 반응기로부터의 유출분은 상기한 증류탑에 가해지며, 유출분과 잔여분으로 분리된다. 냉각후, 반응기의 저부로부터는 피치를 배출하며, 피치는 플레이크형상으로 절단되어 보일러 연료로 한다. 유출분은 더욱 가스분과 응축수 및 오일분으로 분해되고, 더욱이 오일분은 경질유분과 중질유분으로 분리되어 가스분과 경질유분은 가스터빈용 연료로 하고, 중질유분과 피치는 보일러 연료로 한다.

원료중질유 : 500℃ 이상 감압잔사유

잔류탄소 : 20중량%

비중 : 1.017(15/4℃)

바나듐분 : 200중량ppm

유황분 : 3.9중량%

잔여분

피치 생성량 : 290㎏/hr

바나듐분 : 690중량ppm

유황분 : 5.7중량%

발열량 : 9000㎉/㎏

유출분 : 가스성분, 응축수 및 오일분

가스성분

생성량 : 90㎏/hr(유황분 13중량%)

발열량 : 10400㎉/N㎥

오일분(경질유 및 중질유분)

경질유분 생성량 : 220㎏/hr

발열량 : 10000㎉/㎏

중질유분 생성량 : 400㎏/hr

발열량 : 9000㎉/㎏

유출분은 가스분의 전부와 경질유분은 가스터빈용으로 공급하여 발전하고, 중질유분과 잔여분의 피치는 보일러 연료로서 증기를 발생시켜, 증기터빈에 의하여 발전하였다.

(실시예E-5)

실시예E-1과 마찬가지로 하여 열분해처리되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은 탈유황 후, 냉각분리하여 가스성분과 오일분을 얻는다.

가스성분은 가스전용 연소가스터빈에 공급되고, 오일분은 오일전용 연소가스터빈에 공급하여 발전하였다. 잔여분은 보일러 연료로서, 공기를 공급하여 연소한다. 가스성분 및 오일분 중의 유황성분은 1중량%이고, 나트륨 및 칼륨분의 합계는 0.5중량ppm 이하이고, 바나듐분은 0.5중량ppm 이하이며, 가스전용 연소가스터빈, 오일전용 연소가스터븐은 함께 부식되는 우려는 없다.

(실시예E-6)

실시예E-1에서 얻어진 유출분을 가스터빈에 공급하여 연소되고, 잔여분은 보일러에 공급한다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 폐열회수 보일러에 의하여 증기를 발생시켜, 발전할 수 있다.

(실시예E-7)[역청의 콘텍트코킹]

하기의 원료 1000㎏/hr을 코일히터에 의하여 가열하고, 유동상태로 하여 리액터에 공급하고, 480℃에서 열분해처리하여, 유출분과 잔여분으로 분리한다. 리액터의 저부로부터 뽑아내어진 잔여분(종코크스상에 부착)은, 더욱 히터실에 공급하여 공기를 흡입하여 연소에 의해서 가열되고, 가열된 코크스를 히터실의 저부로부터 리액터로 순환한다. 히터실의 중간부로부터는 코크스의 일부를 뽑아낸다.

원료 드라이 타르 : 그레이트 카나디언 오일 샌드 역청(Great Canadian Oil Sand Bitumen)

램스보텀 잔류탄소 : 11중량%

비중 : 1.016(20/4℃)

점도 : 11,000cSt(38℃)

바나듐분 : 140중량ppm

유황분 : 4.7중량%

잔여분

피치코크스 생성량 : 650㎏/hr

유황분 : 6중량%

발열량 : 9000㎉/㎏

유출분 : 가스성분 및 오일분

리액터 가스 성분

생성량 : 30㎏/hr

발열량 : 10400㎉/N㎥

오일분(경유 및 디젤중유)

생성량 : 320㎏/hr

발열량 : 10000㎉/㎏

유출분은 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분은 보일러 연료로 한다.

(실시예E-8)[C중유의 비스브레이킹법]

하기의 중질유 1000㎏/hr을 20㎏/㎠G압으로 가열로에 공급하고, 500℃에서 열분해처리되고, 급냉오일을 가하여 부반응을 정지한 후, 증류탑 저부에 공급하여, 290℃ 유출분과 잔여분(고점도 액체)을 얻는다.

원료중질유 : C중유 2호

인화점 : 80℃

점도 : 100cSt(50℃)

유황분 : 1.5중량%

발열량 : 9,400㎉/㎏

잔여분

생성량 : 670㎏/hr

유황분 : 2.1중량%

발열량 : 9,000㎉/㎏

유출분 : 오일분

오일분

생성량 : 330㎏/hr

비중 : 0.80(15/4℃)

발열량 : 10,212㎉/㎏

유출분은, 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분은 보일러 연료로 한다.

(실시예E-9)[C중유의 상압열분해]

하기의 중질유 1.00㎏을 플라스크에 넣어서 외부에서 가열하고, 상압에서 450℃로 배치식으로 열분해하여, 206℃ 유출분과 잔여분(고점도 액체)을 얻었다.

원료중질유 : C중유(미쓰비시 석유 IFO-280)

인화점 : 111℃

점도 : 278cSt(50℃)

유황분 : 2.35중량%

질소분 : 0.20중량%

잔류탄소 : 8.88중량%

Na분 : 12.6중량ppm

K분 : 0.1중량ppm

V분 : 32.6중량ppm

총발열량 : 9,800㎉/㎏

잔여분

생성량 : 0.55㎏

유황분 : 3.1중량%

질소분 : 0.34중량%

잔류탄소 : 16중량%

Na분 : 23중량ppm

K분 : 0.2중량ppm

V분 : 59중량ppm

총발열량 : 9,170㎉/㎏

유출분 : 오일분

오일분

생성량 : 0.45㎏

유황분 : 1.4중량%

질소분 : 0.01중량%

잔류탄소 : 0.07중량%

Na분 : 0.1중량ppm

K분 : 0.1중량ppm

V분 : 0.1중량ppm

총발열량 : 10,570㎉/㎏

오일분은 가스터빈 연료에 적합한 것이고, 잔여분은 보일러 연료로서 사용가능하였다. 또 오일분의 양과 잔여분의 양은 배기 재연소 복합 사이클 발전에 균형이 잡힌 것이다.

(실시예E-10)[C중유의 상압열분해]

실시예E-9에서 사용된 중질유 1.00㎏을 실시예E-9와 마찬가지의 방법에서, 상압으로 450℃에서 배치식으로 열분해하여, 218℃ 유출분과 잔여분(건고물)을 얻었다. 잔여분을 이 이상 가열하여도, 유출분의 양은 현저하게 감소되었다.

잔여분

생성량 : 0.35㎏

유황분 : 0.7중량%

질소분 : 0.36중량%

잔류탄소 : 1중량%

Na분 : 36중량ppm

K분 : 0.3중량ppm

V분 : 93중량ppm

총발열량 : 9,130㎉/㎏

유출분 : 오일분

오일분

생성량 : 0.65㎏

유황분 : 1.4중량%

질소분 : 0.01중량%

잔류탄소 : 0.07중량%

Na분 : 0.5중량ppm

K분 : 0.5중량ppm

V분 : 0.5중량ppm

총발열량 : 10,160㎉/㎏

오일분은 가스터빈 연료에 적합한 것이고, 잔여분은 건조된 고형물이다. 이 이상의 유출분을 얻을려면 과혹한 조건이 필요하게 되고, 설비비용도 과대하게 되므로, 실제로는 보다 유출량을 억제하여, 유출분을 전중량의 60중량% 부근(유출분 대 잔여분의 열량비가 60% 대 40%로 되는 정도)에서 멈춘다. 이것에 의하여, 잔여분을 유동상태에서 보일러에 수송할 수도 있게 된다. 이와같이 유출량이 적절한 열량비율로 조절된 상태의 오일분과 잔여분은 배기 재연소 복합 사이클 발전에 적합한 것이다.

(실시예E-11)[올리멀젼의 상압 열분해]

하기의 건조 올리멀젼 1.00㎏을 실시예E-9와 마찬가지의 방법으로, 상압에서 450℃로 배치식으로 열분해하여, 282℃ 유출분과 잔여분(건고물)을 얻었다.

원료 : 올리멀젼(무수베이스)

유황분 : 3.51중량%

질소분 : 0.89중량%

탄소 : 84.9중량%

Na분 : 104중량ppm

K분 : 4중량ppm

V분 : 444중량ppm

총발열량 : 9,820㎉/㎏

잔여분

생성량 : 0.35㎏

유황분 : 4.9중량%

질소분 : 1.9중량%

탄소 : 86중량%

Na분 : 400중량ppm

K분 : 6중량ppm

V분 : 1590중량ppm

총발열량 : 8,850㎉/㎏

유출분 : 오일분

오일분

생성량 : 0.65㎏

유황분 : 2.8중량%

질소분 : 0.23중량%

탄소 : 84중량%

Na분 : 0.1중량ppm

K분 : 0.1중량ppm

V분 : 0.3중량ppm

총발열량 : 10,340㎉/㎏

오일분은 가스터빈 연료로 적합한 것이고, 잔여분은 보일러 연료로서 사용가능한 성질을 유지하고 있었다. 본 예는 가스터빈에 적합한 오일분이 쉽게 얻어지는 범위로 열량비율에서 70% 정도의 한계가 있는 것을 도시한 것이다. 이 경우도 실제로는, 잔여분의 꺼냄, 배기 재연소의 효율의 점 등을 고려하면, 유출분을 보다 낮은 열량비율로 꺼낼 수 있는 것이다.

(실시예E-12)[C중유의 상압열분해]

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 하기의 중질유 100,000㎏/hr을 상압에서 450℃로 열분해하여, 206℃ 유출분과 잔여분(고점도 액체)을 얻는다.

원료중질유 : C중유(미쓰비시석유 ISO-280)

인화점 : 111℃

점도 : 278cSt(50℃)

유황분 : 2.35중량%

질소분 : 0.20중량%

잔류탄소 : 8.88중량%

Na분 : 12.6중량ppm

K분 : 0.1중량ppm

V분 : 32.6중량ppm

총발열량 : 9,800㎉/㎏

잔여분

생성량 : 58,480㎏

유황분 : 3.1중량%

질소분 : 0.34중량%

잔류탄소 : 16중량%

Na분 : 23중량ppm

K분 : 0.2중량ppm

V분 : 59중량ppm

총발열량 : 9,170㎉/㎏

유출분 : 오일분

오일분

생성량 : 41,520㎏/hr

유황분 : 1.4중량%

질소분 : 0.01중량%

잔류탄소 : 0.07중량%

Na분 : 0.5중량ppm

K분 : 0.5중량ppm

V분 : 0.5중량ppm

총발열량 : 10,570㎉/㎏

가스터빈에 상기에서 얻어지는 오일분 41,520㎏/hr과 공기 1,190,000㎥/hr를 공급하여 169㎿/hr으로 발전한다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소 13용량%를 함유하고 있고, 보일러에 공급하여 잔여분을 연소시켜 366.6㎿/hr로 발전할 수 있다. 이 결과, 본 발명에 의한 중질유의 발전효율은 47%이다.

한편, 단지 보일러에서 연소시킨 경우는, 중질유 100,000㎏/hr에 공기 1,190,000을 공급하여 455.3㎿/hr로 발전할 수 있다. 이 경우의 발전열효율은 40%이다.

본 발명에서는 가스터빈에 상기한 공기의 전량 1,190,000㎥/hr을 가해도 좋고, 보일러연소에 필요한 분의 공기를 분할하여, 보일러에 가할 수도 있다.

이들의 실시예로부터 알 수 있듯이 유출분을 복합 사이클 발전을 유리하게 실시하기 위한 가스터빈용 연료로서 얻을 수 있는 것은 대단히 용이하다.

또, 유출량을 억제하여 유출분 대 잔여분의 열량비를 10 대 90으로 꺼내었다고 하면, 복합 사이클 발전을 실시하였다고 하여도 발전효율의 증가는 낮고, 연료의 부분처리 설비를 설치하는 잇점이 적다.

더욱이, 유출분:잔여분의 양을 열량비율이 70:30 정도까지는 유출분을 증가시킬 수 있지만, 60:40을 초과할수록 잔여분의 꺼냄이 곤란하게 되고, 또, 가스터빈 배기가스 중의 산소량이 배기 재연소에 필요한 양보다도 여분으로 되고, 배기손실이 증가한다.

제6으로, 석탄과 중질유의 혼합물의 부분연소 가스화 처리에 대해서도 각종 실시예에 의하여 설명한다.

(실시예F-1)[쉘부분산화법]

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 하기의 석탄을 건조된 것과 중질유의 혼합물을 1000㎏/hr, 260℃의 증기 800㎏/hr, 산소 735N㎥/hr을 가스화로에 공급하고, 약 1400℃, 40기압의 부분연소 가스화 처리하고, 유출분과 잔여분을 얻는다.

석탄

수분 : 25중량%

휘발분 : 30중량%(건조기준)

고정 탄소 : 51중량%(건조기준)

회분 : 17중량%(건조기준)

발열량 : 5780㎉/㎏(건조기준)

석탄공급량 : 500㎏/hr

중질유 : C중유 2호

인화점 : 80℃

점도 : 100cSt(50℃)

유황분 : 1.5중량%

발열량 : 9,400㎉/㎏

중질유 공급량 : 500㎏/hr

잔여분

생성량 : 600㎏/hr

휘발분 : 1중량%

고정 탄소 : 67중량%

회분 : 32중량%

발열량 : 4000㎉/㎏

유출분 : 가스성분, 오일분 및 수분

가스성분

생성량 : 1600N㎥/hr

발열량 : 2500㎉/N㎥

오일분

거의 없다

생성량 : 20㎏/hr

발열량 : 9800㎉/㎏

수분

생성량 : 300㎏/hr

얻어진 유출분을 가스터빈에 공급하여 연소하고, 가스터빈 배기가스는 보일러에 공급한다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 가스에 의하여 잔여분을 연소한다. 이 결과, 복합 사이클 발전의 열효율은 46%에 도달한다.

한편, 보일러전용 연소연료를 전량 가스화하여 가스터빈에 의하여 발전하고, 가스터빈 배기가스에서 폐열회수 보일러에 의하여 증기를 발생시켜, 복합 사이클 발전을 실시한 경우의 열효율은 약 46%이다. 그러나, 전량 가스화에서는 특별한 가스터빈, 보일러의 시스템이 필요하고, 건설비가 높은데 대하여, 본발명에 의하면 건설비도 싸고, 기존설비의 개선에서는 보일러를 이용할 수 있다. 또, 전량 가스화에서는, 회분의 처리가 곤란하였거나, 가스정제를 저온에서 실시하지 않으면 안되고, 열의 손실이 많다.

(실시예F-2)

도 2에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예F-1과 마찬가지로 하여 부분연소 가스화 처리되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은 탈진, 탈유황 후, 액체성분에 의하여 냉각세정되고, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다.

가스성분과 오일분은 가스터빈에 공급하여, 잔여분과 유출분 중의 분리된 수층은 보일러에 공급하여 복합 사이클 발전을 실시할 수 있다.

(실시예F-3)

도 3에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예F-1과 마찬가지로 하여 부분연소 가스화 처리하고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은 탈진, 탈유황 후, 액체성분에 의하여 냉각세정되고, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다. 오일분은 감압증류하여 정제유분과 잔사피치로 분리한다.

가스성분과 정제유분은 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분과 분리된 수층과 잔사피치는 보일러 연료로서, 공기를 공급하여 연소한다. 가스성분, 액체성분 중의 유황분은 0.6중량%이고, 나트륨 및 칼륨분, 바나듐분은 각각 0.5중량ppm 이하이고, 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

(실시예F-4)

도 3에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예F-1과 마찬가지로 하여 부분연소 가스화 처리되고, 유출분과 잔여분을 얻는다. 유출분은 액체성분에 의하여 냉각세정해서, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다. 오일분은 감압증류하여 정제유분과 잔사로 분리한다.

가스성분과 정제유분은 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분과 분리된 수층과 잔사는 보일러 연료로서, 공기를 공급하여 연소한다. 가스성분, 액체성분 중의 유황분은 1.0중량%, 나트륨 및 칼륨분, 바나듐분은 각각 0.1중량ppm 이하이고, 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

(실시예F-5)

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예F-1에서 얻어진 유출분을 가스터빈에 공급하여 연소되고, 잔여분은 보일러에 공급한다. 가스터빈 배기가스는 580℃이고, 폐열회수 보일러에 의하여 열을 회수한다.

(실시예F-6)

도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 실시예F-1에서 사용된 석탄과 하기의 중질유의 혼합물을 1000㎏/hr, 고압증기 500㎏/hr, 산소 130㎏/hr을 기류층 가스화로에 공급하고, 약 1100℃, 30기압의 부분연소 가스화 처리되어, 유출분과 잔여분을 얻는다.

석탄

수분 : 25중량%

휘발분 : 30중량%(건조기준)

고정 탄소 : 51중량%(건조기준)

회분 : 17중량%(건조기준)

발열량 : 5780㎉/㎏(건조기준)

석탄공급량 : 400㎏/hr

중질유 : 이라니언 라이트(lranian Light) 감압잔사유

비중 : 1.01(15/4℃)

점도 : 100,000cSt(50℃)

유황분 : 3.6중량%

중질유 공급량 : 600㎏/hr

잔여분

생성량 : 300㎏/hr

휘발분 : 3중량%

고정 탄소 : 74중량%

회분 : 23중량%

발열량 : 4800㎉/㎏

유출분 : 가스성분, 오일분 및 수분

가스성분

생성량 : 1500N㎥/hr

발열량 : 2600㎉/N㎥

오일분

생성량 : 80㎏/hr

발열량 : 8000㎉/㎏

수분

생성량 : 250㎏/hr

유출분은, 탈진, 탈유황하고, 고온, 고압대로 가스터빈용 연료로 하고, 잔여분은 보일러 연료로서 복합 사이클 발전할 수 있다.

이들은 실시예로부터 알 수 있듯이 유출분을 복합 사이클 발전을 유리하게 실시하기 위한 가스터빈용 연료로서 얻을 수 있는 것으로 대단히 용이하다.

또, 유출량을 억제하여 유출분 대 잔여분의 열량비를 10 대 90으로 하면, 복합 사이클 발전을 실시하였다고 하여도 발전효율의 증가는 낮고, 연료의 부분처리 설비를 설치하는 잇점이 적다.

더욱이, 석탄과 중질유의 혼합비에 따르지만, 유출분:잔여분의 양을 열량비율이 70:30 정도까지는 유출분을 증가시킬 수 있지만, 60:40을 초과할수록 잔여분의 꺼냄이 곤란하게 되고, 또, 가스터빈 배기가스 중의 산소량이 배기 재연소에 필요한 양보다도 여분으로 되고, 배기손실이 증가한다.

제7로, 각종 보일러전용 연소연료를 사용한 실시예에 의하여 설명한다.

(실시예G-1)

도 4에 도시하는 장치를 사용하여, 여름철에 남아있는 등유를 가스터빈 방향 연료로서 56000㎏/hr 사용하고, 가스터빈 방향 연료로 사용하지 못하는 하기의 중질유를 보일러전용 연소연료로서 92800㎏/hr 사용한다.

가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 배기가스만에 의하여 보일러전용 연소연료를 연소시킬 수 있다. 이 결과, 복합 사이클 발전의 열효율은 46%에 도달한다.

등유 : 1호

인화점 : 40℃ 이상

95% 유출온도 : 270℃ 이하

발열량 : 10500㎉/㎏(HHV 기준)

중질유 : 이라니언 라이트(lranian Light) 감압잔사유

비중 : 1.01(15/4℃)

점도 : 100,000cSt(50℃)

유황분 : 3.6중량%

(실시예G-2)

도 8(단 부호 102에 도시하는 보일러전용 연소연료는 사용하지 않는다)의 장치를 사용하여 실시예G-1에서 사용된 등유를 가스터빈 방향 연료로서 9505㎏/hr 사용한다.

더욱이, 하기한 건조된 석탄 220,400㎏/hr을, 600℃에서 저온건류하고, 유출분과 목탄을 얻는다. 유출분은 액체성분에 의하여 냉각세정되고, 분액조에 의하여 수층을 분리하여, 가스성분과 오일분을 얻는다.

오일분은 감압증류하여 정제유분과 잔사피치로 분리한다.

가스성분과 정제유분은 등유와 아울러 가스터빈 방향 연료로 하고, 잔여분과 분리된 수층과 잔사 피치는 석탄과 아울러 보일러 연료로서 보일러에 공급되고, 공기를 공급하여 연소시킨다. 가스성분, 액체성분중의 유황분은 0.52중량%이고, 염분, 바나듐분은 각각 0.5중량ppm이고, 8000시간과 같은 장시간 운전에 사용가능하며, 터빈블레이드 등의 부식은 발생하지 않는다.

원료탄(건조후)

수분 : 4중량%

휘발분 : 31중량%

고정 탄소 : 50중량%

회분 : 15중량%

발열량 : 6430㎉/㎏

목탄

생성량 : 193,100㎏/hr

휘발분 : 11중량%

고정 탄소 : 65중량%

회분 : 24중량%

발열량 : 6700㎉/㎏

가스성분

생성량 : 18,000N㎥/hr

발열량 : 7100㎉/N㎥

오일분

생성량 : 11,000㎏/hr

발열량 : 9100㎉/㎏

(실시예G-3)

도 5의 장치를 사용하여 실시예G-2에서 사용된 석탄을 보일러전용 연소연료로서 36050㎏/hr 사용하고, 하기한 중질유를 열분해용 보일러전용 연료로서 135800㎏/hr 사용한다.

중질유를 가압하에 가열로 공급하고, 500℃에서 열분해 처리하며, 급냉유를 가하여 부반응을 정지한 후, 증류탑 저부에 공급하여, 유출분과 잔여분을 얻는다.

유출분은 탈유황되고, 고온, 고압대로 가스터빈 방향 연료로 하고, 잔여분은 석탄과 아울러 보일러 연료로 할 수 있다.

원료중질유 : 이라니언 라이트(lranian Light) 감압잔사유

비중 : 1.01(15/4℃)

점도 : 100,000cSt(50℃)

유황분 : 3.6중량%

잔여분

생성량 : 75,369㎏/hr

비중 : 1.03(15/4℃)

점도 : 45,000cSt(50℃)

유황분 : 3.9중량%

350℃ 이상 고비등점분 함유율 : 78.5중량%

발열량 : 9000㎉/㎏

유출분 : 가스성분 및 오일분

가스성분

생성량 : 5,433N㎥/hr

발열량 : 10125㎉/N㎥

오일분

생성량 : 54,320㎏/hr

발열량 : 10000㎉/㎏

(실시예G-4)[석탄과 중질유 열분해와 등유 이용]

도 6의 장치를 사용하여, 실시예G-1에서 사용된 등유 15500㎏/hr를 가스터빈 방향 연료로 하고, 실시예G-2에서 사용된 석탄 100000㎏/hr을 보일러전용 연소연료로서 사용하며, 중질유 99520㎏/hr를 열분해용 보일러 전용 연소연료로서 사용하고, 실시예G-3과 마찬가지로 열분해 처리하여 유출분과 잔여분을 얻는다.

가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 배기가스만에 의하여 잔여분 및 보일러전용 연소연료를 연소시킨다. 이 결과, 발전의 열효율은 46%에 도달한다.

(실시예H-1)[석유정제 플랜트에 병설하여 실시되는 복합 사이클 발전]

원유 15900㎘/일(13674t/일)을 원료로서 사용하는 석유정제 플랜트에 도 4에 도시하는 발전장치를 병설한다.

원유는 완전히 처리되며, 석유정제 플랜트로부터 얻어지는 것은 하기한 것과 같다.

가스 : 250,000N㎥/일

LPG :450t/일

석유화학용 나프타 : 680t/일

가솔린 : 2,750t/일

제트연료 : 700t/일

등유 : 1,350t/일

디젤경유 : 2,300t/일

A, B 및 C중유계 : 3,000t/일

감압잔사유 : 1,500t/일

아스팔트 : 300t/일

석유 코크스·피치 : 400t/일

이중에서, 가스터빈 방향 연료로서 디젤경유를 41.9t/hr으로 가스터빈에 공급하며, 보일러전용 연소연료로서 감압잔사유를 86t/hr 보일러에 공급한다.

가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 배기가스만에 의하여 보일러전용 연소연료를 연소시킨다. 이 결과, 발전의 열효율은 46%(송전단)에 도달한다.

이 결과, 부분처리 설비를 신설하지 않고, 디젤경유 및 감압잔사유를 전력회상의 저장설비에 수송하지 않고, 전력으로 변환할 수 있다.

(실시예H-2)[제철플랜트에 병설하여 실시되는 복합 사이클 발전]

제철플랜트에, 도 4에 도시하는 발전장치를 병설한다.

제철플랜트에는, 코퍼어스식 코크스로를 설치하여, 역세탄을 완전히 분해처리하여 코크스 및 코크스로 가스를 제조한다.

석탄 공급량 : 200t/hr

코크스 생산량 : 146t/hr

코크스로 가스부생량 : 6,200N㎥/hr

코크스로 가스조성 : 수소 56용량%, 메탄 27용량%, 일산화탄소 7용량%, 탄화수소 3용량%, 그밖에 불연가스성분

코크스로 가스발열량 : 4,450㎉/N㎥

상기한 코크스를 고로에 공급하여 제철을 실시한다.

고로에서는 하기한 블라스트파네스가스가 발생하므로, 이것을 가스터빈에 공급할 수도 있다.

블라스트파네스가스조성 : 수소 3용량%, 일산화탄소 24용량%, 그밖에 불연가스성분

블라스트파네스가스발열량 : 800㎉/N㎥

여기에서는, 코크스로 가스를 사용한 경우에 대하여 도시한다.

상기한 코크스로 가스의 전량을 가스터빈 방향 연료로서, 가스터빈에 공급하고, 코크스제조공정에서 발생하는 미분탄 및 필요에 의하여 코크스원료탄을 보일러전용 연소연료로서 85.2t/hr로 보일러에 공급한다.

가스터빈 배기가스는 580℃이고, 산소를 13용량% 함유하고 있다. 이 배기가스만에 의하여 보일러전용 연소연료를 연소시킨다. 이 결과, 발전의 열효율은 45%(송전단)에 도달한다.

이 결과, 부분처리 설비를 신설하지 않고, 코크스로 가스 등 또 미분탄 등으로부터 제철소에 있어서 효율이 좋게 전력이 얻어진다.

(실시예H-3)[과학플랜트 등에 병설하여 실시되는 복합 사이클 발전]

나프타 크래커 및 범용 수지플랜트, 화학품 플랜트로 된 화학플랜트에, 도 4에 도시하는 발전장치를 병설한다.

나프타를 나프타 크래커에 공급하여 완전히 크래킹하였다.

나프타 처리량 : 1,000,000t/연

에틸렌 생산량 : 350,000t/연

프로필렌 생산량 : 170,000t/연

벤젠 생산량 : 56,000t/연

오프가스 발생량

메탄 환산 : 87,000t/연

동상 발열량 : 13,300㎉/㎏

연료유·타르발생량 : 39,500t/연

동상 발열량 : 10,500㎉/㎏

화학품 타르형상물 발생량 : 21,000t/연

동상 발열량 : 4,800㎉/㎏

현재, 나프타 크래커로부터 배출되는 오프가스도, 크래커, 각종 수지플랜트로부터 배출되는 타르 형상 배출물, 어택틱 폴리머나 명병(무늬를 새김)변환시의 세정 폴리머 및 규격외의 수지 등의 리사이클 불능수지 등도 전부 보일러에서 연소되어서, 증기를 발생시켜 발전하고 있다. 이때의 발전의 열효율은 39%(송전단)이다.

종래의 연소용 가스로서 보일러에 공급되어 있던 오프가스를 가스터빈 방향 연료로서 사용되고, 연료유·타르, 리사이클불능수지, 화학품 타르 형상물을 보일러전용 연소연료로서 사용하여, 복합 사이클 발전을 실시하고, 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하여 보일러전용 연소연료를 연소시킨다. 이 결과, 발전의 열효율은 46%(송전단)에 도달한다.

이 결과, 부분처리 설비를 신설하지 않고, 나프타크래커로부터 배출되는 오프가스를 가스터빈에 공급하여, 크래커, 각종 수지플랜트로부터 배출되는 타르형상배출물, 리사이클불능수지, 화학품 타르형상물을 보일러에 공급하므로서 화학플랜트에 있어서 효율좋게 전력이 얻어지며, 필요에 따라 전력회사에 판매할 수 있다.

Claims (17)

1. 보일러 전용 연소연료(F)를 부분처리하여 유출분(D) 및 잔여분(R)으로 분리하고, 상기 유출분(D)으로부터 얻어진 가스터빈용 연료(G) 단독으로 또는 가스터빈용 연료(G)와 가스터빈 방향 연료(G')와의 혼합물을 가스터빈 연료(A)로서, 상기 잔여분(R) 단독으로 또는 상기 잔여분(R)과 보일러 전용 연소연료(F) 및/또는 타종류의 보일러 전용 연소연료(F')와의 혼합물을 보일러 연료(B)로서, 가스터빈 연료(A)를 가스터빈에서 연소하여 가스터빈을 구동하여 발전함과 아울러, 보일러 연료(B)를 보일러에서 연소하여 발생한 증기에 의하여 증기터빈을 구동하여 발전하는 것을 특징으로 하는 발전방법.
2. 제1항에 있어서, 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하여 보일러 연료(B)를 배기 재연소시키는 것을 특징으로 하는 발전방법.
3. 제1항에 있어서, 가스터빈 배기가스를 폐열회수 보일러에 공급하여 발전용 증기를 발생시켜, 폐열회수 보일러 배기가스를 보일러에 공급하여 보일러 연료(B)를 배기 재연소시키는 것을 특징으로 하는 발전방법.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 부분처리가, 토핑, 플래싱, 증류, 추출, 경사 또는 이들의 혼합처리로 된 군으로부터 선택되는 부분 분리처리되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 부분처리가 열분해, 건류, 수성가스화, 연소가스화, 수소화, 마이크로파 조사 또는 이들의 혼합처리로 된 군으로 선택되는 부분 분리처리로 되어 있는 것을 특징으로 하는 발전방법.
6. 제4항에 있어서, 부분처리가 250℃ 이상 500℃ 이하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 유출분(D) 대 잔여분(R)의 열량비율이 20∼60% 대 80∼40%인 것을 특징으로 하는 발전방법.
8. 제1항에 있어서, 유출분(D)으로부터 적어도 가스분(V)과 오일분(O)을 분리하고, 가스분(V), 오일분(O) 또는 가스분(V)과 오일분(O)을 가스터빈용 연료(G)로 사용하는 것을 특징으로 하는 발전방법.
9. 제8항에 있어서, 오일분(O)을 증류하여 정제유분(C)과 증류잔사(R')로 분리하고, 정제유분(C)을 가스터빈용 연료(G)로 사용하여, 증류잔사(R')를 보일러에 사용하는 것을 특징으로 하는 발전방법.
10. 제8항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 가스터빈 연료(A)가, 나트륨 및 칼륨분의 합계에서 0.5중량ppm 이하, 바나듐분 0.5중량ppm 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 발전방법.
11. 제8항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 가스분(V)을 가스전소 가스터빈에 의하여 연소시켜, 오일분(O) 또는 정제유분(C)을 오일전소 가스터빈에 의하여 연소시키는 것을 특징으로 하는 발전방법.
12. 보일러 전용 연소연료(F)를 부분처리하여 유출분(D) 및 잔여분(R)으로 분리하는 부분처리수단, 상기 유출분(D)으로부터 얻어진 가스터빈용 연료(G) 단독 또는 가스터빈용 연료(G)와 가스터빈 방향 연료(G')와의 혼합물을 가스터빈 연료(A)로서, 상기 잔여분(R) 단독 또는 상기 잔여분(R)과 보일러 전용 연소연료(F) 및/또는 타종류의 보일러 전용 연소연료(F')와의 혼합물을 보일러 연료(B)로서, 가스터빈 연료(A)를 연소시켜서 구동하는 가스터빈, 구동된 가스터빈에 의하여 발전하는 가스터빈용 발전기, 보일러 연료(B)를 연소시켜서 증기를 발생시키는 보일러, 발생된 증기에 의하여 구동하는 증기터빈 및 구동된 증기터빈에 의하여 발전하는 증기터빈용 발전기를 구비하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
13. 제12항에 있어서, 가스터빈 배기가스를 보일러에 공급하는 배기가스 공급수단을 설치한 것을 특징으로 하는 발전장치.
14. 제12항에 있어서, 가스터빈 배기가스를 공급하여 발전용 증기를 발생시키는 폐열회수 보일러 및 폐열회수 보일러 배기가스를 보일러에 공급하는 배기가스 공급수단을 설치한 것을 특징으로 하는 발전장치.
15. 가스터빈 방향 연료와 보일러 전용 연소연료가 동일 장소에서 얻어지는 설비에 병설하여, 상기 가스터빈 방향 연료를 가스터빈에 공급하여 연소시켜, 연소에 의하여 발생된 구동용 연소가스에 의하여 가스터빈을 구동하여 발전하고, 그 보일러 전용 연소연료를 보일러에 공급하여 전기한 가스터빈 배기가스를 사용하여 연소시켜, 발생된 증기에 의하여 증기터빈을 구동하여 발전하는 것을 특징으로 하는 발전방법.
16. 제15항에 있어서, 설비가 석유정제 플랜트, 제철플랜트, 화학플랜트 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
17. 제5항에 있어서, 부분처리가 250℃ 이상 500℃ 이하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 발전방법.