KR19990006974A - 가스발생장치 및 그를 사용한 가스발생방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부분산화법에 의해, 탄화수소와 탄소로부터 수소와 산화탄소의 혼합가스를 발생시키는 가스발생장치 및 그를 이용한 가스발생방법에 관한 것으로서, 부분산화반응에 의해 원료탄화수소와 산소를 고온에서 반응시켜 일산화탄소와 수소로 이루어진 혼합 가스를 발생시키는 부분산화기와, 상기 연소기(3)에서 발생한 혼합가스에 의해 구동되는 터빈(5)을 구비하고, 상기 터빈(5)에서 발생한 동력을 유효 출력으로서 이용하도록 하며, 본 발명에서는 설비가 소형화함과 동시에 초기비용도 저렴해지고, 이동설치나 장래의 가스발생량 증대에 용이하게 대응할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

가스발생장치 및 그를 사용한 가스발생방법
본 발명은 부분산화법에 의해, 탄화수소와 산소로부터 수소와 일산화탄소의 혼합가스를 발생시키는 가스발생장치 및 그를 이용한 가스발생방법에 관한 것이다.
종래부터 수소제조법으로서는 수전해법이나 부분산화법과 나란히, 수증기 개질법에 의한 수소제조가 실시되어 왔다. 수증기 개질법은 천연가스, LPG, 나프타 등의 탄화수소와 수증기를 원료로 한 수증기 개질반응이 실시된다. 그런데, 상기 수증기 개질법에서는, 사용하는 촉매를 약 900℃로 가열하지 않으면 안되고, 또한 원료와 수증기의 반응후에 발생하는 매연이 촉매 표면상에 퇴적하고 촉매를 열화시킬 우려가 있다. 또한, 흡열반응이므로 외부로부터 항상 가열할 필요가 있다. 이 때문에, 일반적으로는 반응관을 4인치 튜브로 하여, 몇십개, 몇백개 설치하고 있다. 따라서 반응장치는 매우 큰 것이 되고, 건설비용이 상승하는 원인이 되고 있다. 또한, 원료는 가스상태에서 반응관에 공급하지 않으면 않되고, 나프타 이상의 경질유 밖에 사용할 수 없다는 문제도 있다.
그래서, 염가인 중질유를 원료로서 사용할 수 있는 방법으로서, 부분산화법에 의한 수소제조법이 실시되고 있다. 부분산화반응은 원료중의 탄화수소의 완전연소에 필요한 산소량의 30∼40%에 상당하는 양의 산소로 원료를 연소시키고, 하기의 화학식 1의 반응에 의해, 주로 H2와 CO로 이루어진 혼합가스를 발생시킨다. 상기 혼합가스를 CO 컨버터에 의해 CO로 변화시킨 후, CO2흡수제거 및 PSA법에 의한 불순물 제거법 등 각 정제 공정을 거쳐 수소가 제조된다.
CnHm+ (n/2)O2→ nCO + (m/2) H2
상기의 부분산화법을 이용하여 수소 등을 제조하는 가스발생장치는 도 12에 도시한 바와 같이, 연소기(40), CO 컨버터(41) 및 고압 보일러(42)를 구비하고 있다. 그리고, 도입로(43)로부터 원료탄화수소, 증기, 산소를 연소기(40)에 도입하고 1100∼1300℃의 고온에서 연소, 반응시켜 발생한 혼합가스를 고압 보일러(42)에서 냉각시킨 후 CO 컨버터(41)로 보내, 여기에서 CO로 변화하도록 이루어져 있다. 또한, 물은 파이프(45)를 지나 고압 보일러(42)로 보내고 연소기(40)에서 발생한 열에 의해, 고압보일러(42)에서 고압 증기를 제조하고 증기 터빈(44)에서 전력으로 변환하여 상기 열을 동력으로서 회수하고 있다.
도면에서 46은 고압 증기를 증기 터빈(44)으로 보내는 파이프이다.
그러나 상기의 가스발생장치에서는 연소기(40)에서 발생한 열을 이용하여 동력을 얻는(즉, 연소기(40)에서 발생한 고온의 혼합가스와 물을 고압 보일러(42)에서 열교환시켜 고압증기를 제조하고, 상기 고압 증기를 증기 터빈(44)으로 보내 이것을 구동하고, 그 축출력을 동력으로서 뽑아낸다) 것이므로, 대규모인 고압 보일러(42), 대용량의 증기 터빈(44), 파이프(45,46) 등이 필요해진다. 일반적으로 수만㎥/h의 수소를 발생시키는 설비가 되면, 상기 고압 보일러(42)는 직경 4∼5m, 높이 20∼30m가 되기도 한다. 이 때문에, 장치 자체가 매우 대규모인 것이 되어 설비 비용이나 건설 비용 등 초기비용이 높아지고, 고장의 빈도도 높아진다. 또한, 설비의 이동설치나 장래의 가스발생량의 증대 등에 대해서 용이하게 대응할 수 없다는 문제도 있다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로 설비가 소형화됨과 동시에 초기비용도 저렴해지고, 이동설치나 장래의 가스발생량의 증량에 용이하게 대응할 수 있는 가스발생장치 및 그를 사용한 가스발생방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 6은 본 발명의 제 6 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 7은 본 발명의 제 7 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 8은 본 발명의 제 8 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 9는 본 발명의 제 9 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 10은 본 발명의 제 10 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도,
도 11은 본 발명의 제 11 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도 및
도 12는 종래예를 도시한 설명도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2: 압축기 3: 연소기
5: 터빈
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 부분산화반응에 의해 원료탄화수소와 산소를 고온에서 반응시켜 주로 일산화탄소와 수소로 이루어진 혼합가스를 발생시키는 연소기와, 상기 연소기에서 발생한 혼합가스에 의해 구동되는 터빈을 구비하고, 상기 터빈에서 발생한 동력을 유효 출력으로서 이용할 수 있도록 한 가스발생장치를 제 1 요지로 하고, 연소기에 원료탄화수소와 산소를 공급하고 상기 연소기에서의 부분산화반응에 의해 원료탄화수소와 산소를 고온에서 반응시키며 주로 일산화탄소와 수소로 이루어진 혼합가스를 발생시키고, 상기 연소기에서 발생한 혼합가스에 의해 터빈을 구동시키며, 상기 터빈에서 발생한 동력을 유효 출력으로써 이용할 수 있도록 한 발생방법을 제 2 요지로 한다.
즉, 본 발명의 가스발생장치는 부분산화반응에 의해 원료탄화수소와 산소를 고온에서 반응시키고 주로 일산화탄소와 수소로 이루어진 혼합가스를 발생시키는 연소기와, 상기 연소기에서 발생한 혼합가스에 의해 구동되는 터빈을 구비하고 있다. 이와 같이, 본 발명의 가스발생장치에서는 연소기에서 발생한 혼합가스의 기류를 이용하여 터빈을 구동시키고 있으므로, 종래, 연소기에서 발생한 혼합가스를 냉각하기 위해 필요해졌던 대형의 고압 보일러(42)가 불필요해지고, 터빈 자체도 대용량의 증기 터빈(44)을 사용할 필요가 없게 된다. 따라서, 설비가 소형화되고, 초기비용의 감소가 도모될 뿐만 아니라 이동설치나 증설 등도 용이하게 실시할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 가스발생방법에 의하면, 상기 뛰어난 효과를 갖는 가스발생장치를 사용하고 연소기에 의해 주로 일산화탄소와 수소로 이루어진 혼합가스를 발생시키며, 상기 혼합가스에 의해 터빈을 구동시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서 부분산화반응에 제공되는 산소는 완전산소로 하여 공급해도 좋고 공기를 공급하여 공기중의 산소와 반응시키도록 해도 좋다.
본 발명에서 연소기와 터빈을 연이어 설치한 경우에는 연소기로부터 나온 혼합가스의 기류로 직접 터빈을 돌릴 수 있고 기류의 손실이 거의 없으며 효율이 좋다. 또한, 설비가 소형이어도 되므로, 이동설치이나 증설 등도 용이해진다.
본 발명에서 압축기와 터빈을 일체로 형성하고 압축기를 터빈의 동력에 의해 구동하고, 상기 터빈에서 발생한 동력과 상기 터빈이 압축기를 구동하는 동력의 차를 유효출력으로서 이용할 수 있도록 한 경우에는 터빈에서 발생한 동력을 압축기의 동력으로 이용할 수 있어, 전력비 등의 운전비용이 감소된다.
또한, 본 발명에서 터빈을 거친 혼합가스중의 일산화탄소를 수증기와 반응시켜 수소와 이산화탄소로 변화시키는 컨버터를 구비한 경우에는 연소기에서 발생한 혼합가스를 컨버터에 의해 변화시킬 수 있고, 고농도의 수소를 제조할 수 있다.
다음에 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 도면에서 3은 연소기이고, 산소제조장치(1)로부터 산소공급로(12)를 통하여 상기 산소제조장치(1)에서 제조된 O2가스의 공급을 받음과 동시에, 연료탱크(8)로부터 연료공급로(14)를 통하여 원료탄화수소의 공급을 받는다. 상기 연소기(3)는 원료탄화수소와 O2가스를 분사시켜 연소시키는 연소부(2)와, 상기 연소부(2)에서 발생한 고온고압의 가스를 정류시키는 정류부(7)로 이루어지고, 상기 정류부(7)에 연소기(3)로부터 배출되는 기류로 구동되는 터빈(5)이 연이어 설치되어 있다.
상기 정류부(7)에는 물 또는 수증기를 도입하는 도입관(15)이 설치되어 있다. 상기 도입관(15)은 복수로 분기되고 각각의 선단부에는 복수의 노즐(9,10)이 설치되어 있다. 상기 정류부(7)의 연소부(2)측에 제 1 노즐(9)이 설치되고, 필요에 따라서 상기 제 1 노즐(9)로부터 물 또는 수증기를 주입시킴으로써 연소온도를 적정한 온도범위로 제어하도록 이루어져 있다.
또한, 상기 정류부(7)의 터빈(5)측에 제 2 노즐(10)이 설치되고 상기 제 2 노즐(10)로부터 물 또는 수증기를 주입시킴으로써, 필요에 따라서 터빈(5)의 입구에서의 기류의 온도를 제어함과 동시에, 터빈(5) 내 (주로 날개)의 세척을 하도록 이루어져 있다. 그리고, 상기 연소기(3) 내에서, 원료탄화수소와 O2가스를 고온에서 부분산화반응시키고, 상기 화학식 1의 반응에 의해, 주로 CO가스와 H2로 이루어진 혼합가스를 발생시킨다. 또한, 상기 제 1 노즐(9) 및 제 2 노즐(10)은 필요에 따라서 설치하면 좋고, 특별히 필요가 없으면 없어도 좋다. 13a는 터빈(5)으로부터 나온 혼합가스를 수증기와 함께 추출하는 가스 추출로이다.
상기 터빈(5)에는 터빈(5)의 회전에 의해 구동되는 발전기(6)가 접속되고, 터빈(5)에서 발생한 동력을 전력으로 바꾸어, 유효출력으로서 이용하도록 이루어져 있다.
상기 가스발생장치는 예를 들어 다음과 같이 하여 사용된다.
우선, 산소제조장치(1)에서 제조된 O2가스를 소정의 압력으로 연소기(3)의 연소부(2)에 공급함과 동시에, 연료 탱크(8)로부터 원료탄화수소를 상기 연소부(2)에 공급한다. 이 연소기(3) 내에서 원료탄화수소와 O2를 상기 화학식 1의 반응을 시키고, 주로 CO와 H2로 이루어진 혼합가스를 발생시킨다. 이 때, 제 1 노즐(9)로부터 주입되는 물 또는 수증기에 의해 연소기(3)의 정류부(7)안이 어느 정도 냉각되고, 부분산화반응에 적절한 온도범위로 조절됨과 동시에, 수증기와 탄화수소가 반응하고 CO와 H2의 증산작용에 제공된다.
또한, 상기 연소기(3)에서 발생한 온합가스 및 수증기를 터빈(5)에 보내어 터빈(5)을 구동한다. 상기 터빈(5)의 회전에 의해, 발전기(6)를 구동시키고, 터빈(5)의 유효출력을 전력으로서 추출하여 이용한다. 이 때, 제 2 노즐(10)로부터 주입되는 물 또는 수증기에 의해, 연소기(3)를 나오는 기류의 온도를 저하시키고, 터빈(5)의 수명을 향상시킨다. 또한, 연소기(3)에 터빈(5)이 연이어 설치되어 있으므로, 기류의 손실이 거의 없어 효율이 좋다.
상기 가스발생장치에 의하면, 대형의 고압 보일러 등을 필요로 하지 않고, 터빈(5)에서 얻어진 유효 출력을 전력 등으로서 추출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 상기 장치는 터빈(5)으로부터 나온 혼합가스 및 수증기를 CO로 변화시키는 CO 컨버터(4)를 구비하고 있다. 상기 CO 컨버터(4)에는 증기 공급로(11)가 설치되고, 필요에 따라서 증기를 도입하도록 이루어져 있다. 그리고, 상기 CO 컨버터(4) 내에서는 터빈(5)을 나온 기류가 충전된 촉매와 접촉하여 상기 기류중의 CO와 H2O가 하기 화학식 2의 반응을 일으켜, CO2와 H2를 생성한다. 13은 CO로 변화된 수소부화가스를 추출하는 가스 추출로이다. 또한, 상기 장치에서 도입관(15)으로부터 연소기(3)에 도입되는 물 또는 수증기는 고온 가스가 유통되는 배관(예를 들어, 가스추출로(13,13a), 터빈(5) 출구배관(13b) 등)에서 열교환하고, 가열하여 공급하도록 해도 좋다(도 7 참조). 그 이외의 부분은, 도 1에 도시한 장치와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
CO + H2O ↔ CO2+ H2
상기 장치는 예를 들어 다음과 같이 하여 사용된다. 즉, 상기 터빈(5)을 나온 혼합가스 및 수증기를 포함하는 기류를 CO컨버터(4)에 도입하고, 촉매와 접촉시킨다. 그리고, 상기 기류중의 CO와 수증기가, 상기 화학식 2의 반응에 의해 CO2와 H2를 생성한다. 여기에서, 혼합가스중의 CO 농도가 수 % 정도가 될때까지 전환한다. 그리고, 가스 추출로(13)로부터 추출된 상기 수소부화가스는 필요에 따라서 CO2흡수공정이나 PSA법에 의한 불순물 제거, 메타네이션 등의 정제공정으로 보내진다.
상기 장치에 의하면, 제 1 및 제 2 노즐(9,10)로부터 연소기(3) 내에 공급되는 물 또는 수증기를 CO변화에 제공하도록 이루어져 있으므로, 상술한 발생동력의 증대나 부분산화반응의 효율 및 터빈(5)의 수명 향상 등의 효과를 갖는다. 여기에서 제 1 및 제 2 노즐(9,10)로부터 연소기(3) 내에 물 또는 수증기를 주입시킴으로써 터빈(5) 출구에서의 기류가 포화수증기를 포함하도록 하면, CO변화용의 수증기를 연소기(3)를 나온 기류중의 수증기에서 공급할 수 있게 된다. 그 이외에는 도 1에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태의 가스발생장치의 구성을 나타낸 설명도이다. 상기 장치는 터빈(5)으로부터 나온 기류를 냉각하는 냉각기(20), 상기 냉각기(20)에서 냉각된 기류를 압축하는 압축기(21), 및 상기 압축기(21)에서 압축된 기류의 열과 상기 냉각기(20)에 도입되는 기류를 열교환하는 열교환기(22)를 구비하고, 터빈(5)으로부터 나온 기류를 소정 압력으로 승압하고 나서 CO컨버터(4)에 도입하도록 이루어져 있다. 도면에서, 11a는 CO 컨버터(4)에 증기를 도입하는 증기 공급로이고, 가스추출로(13)에 설치된 열교환기(23)에서 증기를 가열하고 나서 도입하도록 이루어져 있다. 그 이외의 부분은, 도 2에 도시한 바와 같은 장치와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
상기 장치에 의하면, 가스추출로(13b)로부터 소정 압력으로 승압된 가스를 추출할 수 있다. 그리고, 터빈(5)으로부터 나온 기류를 CO 컨버터(4)에 도입하기 전에 승압하기 위해, CO컨버터(4)의 출구에서 승압하는 경우 보다도 압축기(21)를 가동하는 동력이 적어도 된다. 이것은, CO변화에 의해 혼합가스의 양이 대폭 증대하는 것에 기인한다. 그리고, 이 경우에는 기류중의 수증기가 냉각되어 응축하고, CO변화에 필요한 수증기가 부족하므로, CO변화용 증기를 공급하도록 이루어져 있다. 그 이외의 부분은 도 2에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 상기 장치는 제 1 노즐(9) 및 제 2 노즐(10)에 각각 물 또는 수증기를 도입하는 제 1 및 제 2 도입관(15a,15b)에 각각 조절밸브(16a,16b)가 설치되어 있다. 또한, 연소기(3)의 정류부(7)에는 정류부(7) 내의 반응온도를 검지하는 제 1 온도검지기(17a) 및 터빈(5) 입구에서의 기류의 온도를 검지하는 제 2 온도검지기(17b)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 제 1 온도검지기(17a)에 의해 부분산화반응온도를 검지하고 그 검지신호에 의해 조절밸브(16a)를 조절하며, 제 1 노즐(9)로부터 주입되는 물 또는 수증기의 양을 조절함으로써, 정류부(7) 내의 부분산화반응온도를 제어하도록 이루어져 있다. 또한, 상기 제 2 온도검지기(17b)에 의해 터빈(5) 입구에서의 기류의 온도를 검지하고 그 검지신호에 의해 조절밸브(16b)를 조절하며, 제 2 노즐(10)로부터 주입되는 물 또는 수증기의 양을 조절함으로써 터빈(5) 입구에서의 기류의 온도를 제어하도록 이루어져 있다. 그 이외의 부분은 도 2에 도시한 장치와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있으며, 도 2에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 상기 장치는 제 2 노즐(10)에 물 또는 수증기를 도입하는 제 2 도입관(15b)에 조절밸브(16b)가 설치되어 있음과 동시에, 가스추출로(13)에, CO 컨버터(4)로부터 나온 기류의 가스조성을 검지하는 조성검지기(18)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 조성검지기(18)에서 CO 컨버터(4)로부터 나온 기류의 가스 조성을 검지하고, 그 검지신호에 의해 조절밸브(16b)를 조절하며, 제 2 노즐(10)로부터 주입되는 물 또는 수증기의 양을 조절하도록 이루어져 있다. 이에 의해, 연소기(3) 내에서 발생시켜 CO변화에 제공하는 수증기의 양을 제어하도록 이루어져 있다. 그 이외의 부분은 도 2에 도시한 장치와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 도 2에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 상기 장치는 제 2 노즐(10)에 물 또는 수증기를 도입하는 제 2 도입관(15b)에 조절밸브(16b)가 설치되어 있음과 동시에, 터빈(5)의 출구부분에, 터빈(5) 출구에서의 기류의 온도를 검지하는 제 3 온도검지기(19)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 제 3 온도검지기(19)에 의해 터빈(5) 출구에서의 기류의 온도를 검지하고, 그 검지신호에 의해 조절밸브(16b)를 조절하고, 제 2 노즐(10)로부터 주입되는 물 또는 수증기의 양을 조절함으로써 터빈(5) 출구에서의 기류의 온도를 제어하도록 이루어져 있다. 이와 같이 함으로써, 터빈(5) 내의 온도가 적정하게 제어되고, 터빈(5)에 가해지는 열부하가 적어지며, 터빈(5)의 수명이 향상된다. 또한, 터빈(5) 출구에서의 기류의 온도를 제어하기 위해, 터빈(5)으로부터 나온 기류의 온도를, 그 후에 실시되는 CO변화의 적절한 온도범위로 제어하는 것도 가능하다. 그 이외의 부분은, 도 2에 도시한 장치와 동일하고 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있으며, 도 2에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 7은 본 발명의 제 7 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 도면에서 24는 O2가스를 압축하는 압축기, 25는 연소기(3)에 반응온도제어용 수증기를 도입하는 도입로, 26은 터빈(5) 냉각용의 수증기를 도입하는 도입로, 27은 CO컨버터(4)에 변화용 증기를 도입하는 증기로이다. 또한, 연소기(3)와 터빈(5)은 별체로 제작되어 있다. 그 이외의 부분은 도 2에 도시한 장치와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 이 장치에서도 도 2에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 8은 본 발명의 제 8 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 상기 장치는 도 7에 도시한 장치에서, 산소를 압축하는 압축기(24)가 없고, 펌프(28)로 공급되는 액체산소를 소정의 압력으로 승압시켜 연소기(3)에 공급하도록 이루어져 있다. 또한, 상기 액체산소를 열교환기로 기화시켜 연소기(3)에 공급해도 좋다(도 10참조). 그 이외의 부분은 도 7에 도시한 장치와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 이 장치에서도 도 7에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 9는 본 발명의 제 9 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 이 장치는 도 7에 도시한 장치에서, 도입로(25,26)를 대신하여 연소기(3)에 증기를 도입하는 증기로(29)를 설치하고 있다. 그 이외의 부분은 도 7에 도시한 장치와 동일하고 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 이 장치에도, 도 7에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 10은 본 발명의 제 10 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 상기 장치는 도 9에 도시한 장치에서, 산소를 압축하는 압축기(24)가 없고 펌프(31)로 공급되는 액체산소를 열교환기(30)에서 기화시켜 소정의 압력 산소가스를 연소기(3)에 공급하도록 이루어져 있다. 그 이외의 부분은 도 9에 도시한 장치와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 이 장치에서도 도 9에 도시한 장치와 동일한 작용효과를 갖는다.
도 11은 본 발명의 제 11 실시형태의 가스발생장치의 구성을 도시한 설명도이다. 상기 실시형태는 가스터빈을 이용한 것으로, 연소기(3)에서 부분산화반응을 실시하고, 연소가스를 제품가스로 하여 연료의 100% 유효이용화를 도모하도록 하고 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 3은 연소기이고 산소제조장치(1)로부터 산소공급로(12)를 지나 상기 산소제조장치(1)에서 제조된 O2가스의 공급을 받음과 동시에, 연료 탱크(8)로부터 연료공급로(14)를 지나 원료탄화수소의 공급을 받는다. 상기 O2가스는 압축기(33)에서 소정의 압력까지 압축되고 나서 연소기(3)에 공급되도록 이루어져 있다. 또한, 상기 연소기(3)에는 연소기(3) 내의 온도조절용으로서 증기 도입관(37)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 연소기(3)내에서, 원료탄화수소와 O2를 고온에서 연소시키고, 상기 화학식 1의 반응에 의해 주로 CO와 H2로 이루어진 혼합가스를 발생시킨다.
34는 상기 압축기(33)과 일체가 된 터빈이고, 연소기(3)에서 발생한 혼합가스에 의해 구동된다. 그리고, 상기 터빈(34)의 발생동력에 의해 압축기(33)가 구동됨과 동시에, 터빈(34)에서의 발생동력과 압축기(33) 구동동력의 차(유효출력)에 의해 발전기(36)를 구동하도록 이루어져 있다. 즉, 상기 연소기(3), 압축기(33) 및 터빈(34)으로 가스터빈(35)을 구성하고, 상기 가스터빈(35)의 유효출력을 전력으로서 추출하여 이용하도록 이루어져 있다. 또한, 상기 압축기(33)는 터빈(34)의 출력이 저하된 경우의 안전대책으로서 외부로부터 공급되는 전력에 의해 구동되도록 이루어져 있다. 이 때는 발전기(36)는 전동기로서 작동하고 있다. 이에 의해, 안정된 조업이 가능해진다.
4는 CO 컨버터이고, 터빈(34)을 나온 혼합 가스가 도입된다. 상기 CO 컨버터(4)에는 증기 도입관(38)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 CO컨버터(4) 내에 도입된 혼합가스는 증기와 혼합된 후, 충전되어 있는 촉매와 접촉하여, 혼합가스 중의 CO와 H2O가, 상기 화학식 2의 반응에 의해 CO2와 H2를 생성한다. 또한, 혼합가스로부터 CO를 추출하는 경우에는 CO추출로(39)로부터 추출된다.
종래의 가스터빈에서는 연소기에서 공기를 완전연소시키고, 그 연소가스를 배기가스로서 방출하고 있었던 데에 비해, 상기 가스발생장치에 의하면, 연소기(3)에서 부분산화반응을 실시하여 연소가스를 제품으로서 추출함으로써, 연료를 100% 효과적으로 이용할 수 있다. 또한, 산소는 압축기(33)에 의해 연소기(3)로 들여 보내지므로, 미리 연소기내의 압력까지 승압할 필요가 없고, 대기압으로 연소기(3)에 공급하면 좋다. 또한, 압축기(33)와 터빈(34)이 일체로 되어 있으므로, 설비가 한층 소형이 된다.
또한, 상기 각 실시형태에서 연소기(3)에 O2가스를 공급한 것에 대해서는 액체산소를 공급해도 좋다. 또한, 상기 각 실시형태에서는 터빈(5,34)의 유효출력을 전력으로서 이용했지만 이에 한정되는 것이 아니고, 축회전이나 분류와 같은 운동에너지 등의 형으로 이용하도록 해도 좋다. 또한, 부분산화에 의해 얻어진 H2와 CO의 혼합가스를 CO변화에 의해 수소부화가스로 한 것에 대해서는, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 혼합가스로부터 H2나 CO를 분리해도 좋고, 혼합가스로서 추출하도록 해도 좋다. 또한, 상기 연소기(3)로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 각종의 것을 사용할 수 있다. 예를 들어 제트엔진이나 로켓용 연소기도 사용할 수 있다. 상기 연소기(3)가 로켓용 연소기로 이루어진 경우에는 로켓용 연소기로부터 높은 배출속도로 분사되는 기류에 의해 터빈(5,34)이 구동되고, 터빈(5,34)에서 발생하는 동력이 증대한다. 또한, 발생동력이 큰 데에 비교하여 설비가 매우 소형이어도 되고 이동설치나 증설 등이 한층 용이해진다.
이상과 같이 본 발명의 가스발생장치에 의하면, 연소기에서 발생한 혼합가스의 기류를 이용하여 터빈을 구동시키고 있으므로, 종래, 연소기에서 발생한 혼합가스를 냉각하기 위해 필요했던 대형의 고압보일러(42)가 불필요해지고, 터빈 자체도 대용량의 증기 터빈(44)을 사용할 필요가 없어진다. 따라서, 설비가 소형화되고, 초기비용의 감소를 도모할 수 있을 뿐만아니라, 이동설치나 증설 등도 용이하게 실시할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 가스발생방법에 의하면, 상기 우수한 효과를 갖는 가스발생장치를 사용하여, 연소기에 의해 주로 일산화탄소와 수소로 이루어진 혼합가스를 발생시키고, 상기 혼합가스에 의해 터빈을 구동시킬 수 있게 된다.
본 발명에서 연소기와 터빈을 연이어 설치한 경우에는 연소기로부터 나온 혼합가스의 기류로 직접 터빈을 돌릴 수 있고, 기류의 손실이 거의 없어 효율이 좋다. 또한, 설비가 소형이어도 되고, 이동설치나 증설 등도 용이해진다.
본 발명에서, 압축기와 터빈을 일체로 형성하고 압축기를 터빈의 동력에 의해 구동하고 상기 터빈에서 발생한 동력과, 상기 터빈이 압축기를 구동하는 동력의 차를 유효 출력으로서 이용할 수 있도록 한 경우에는, 터빈에서 발생한 동력을 압축기의 동력으로 이용할 수 있고, 전력비 등의 운전 비용이 감소된다.
또한, 본 발명에서 터빈을 거친 혼합가스 중의 일산화탄소를 수증기와 반응시켜 수소와 이산화탄소로 변화시키는 컨버터를 구비한 경우에는 연소기에서 발생한 혼합가스를 컨버터에 의해 변화시킬 수 있고, 고농도의 수소를 제조할 수 있다.

Claims (5)

  1. 부분산화반응에 의해 원료탄화수소와 산소를 고온에서 반응시켜 주로 일산화탄소와 수소로 이루어진 혼합가스를 발생시키는 연소기와, 상기 연소기에서 발생한 혼합가스에 의해 구동되는 터빈을 구비하고, 상기 터빈에서 발생한 동력을 유효출력으로서 이용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 가스발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연소기와 터빈을 연이어 설치한 것을 특징으로 하는 가스발생장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    압축기와 터빈을 일체로 형성하고 압축기를 터빈의 동력에 의해 구동하며, 상기 터빈에서 발생한 동력과, 상기 터빈이 압축기를 구동하는 동력의 차를 유효출력으로서 이용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 가스발생장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    터빈을 거친 혼합가스 중의 일산화탄소를 수증기와 반응시켜 수소와 이산화탄소로 변화시키는 컨버터를 구비한 것을 특징으로 하는 가스발생장치.
  5. 연료기에 원료탄화수소와 산소를 공급하고 상기 연소기에서의 부분산화반응에 의해 원료탄화수소와 산소를 고온에서 반응시켜 주로 일산화탄소와 수소로 이루어진 혼합가스를 발생시키며, 상기 연소기에서 발생한 혼합가스에 의해 터빈을 구동시키고, 상기 터빈에서 발생한 동력을 유효출력으로서 이용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 가스발생방법.
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