KR20130107294A - 화력 발전소, 공업용 및 중앙 가열 퍼니스에서 화석 연료 대체용으로 사용되는 연료 및 가연 혼합물 - Google Patents

화력 발전소, 공업용 및 중앙 가열 퍼니스에서 화석 연료 대체용으로 사용되는 연료 및 가연 혼합물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 새로운 가연 혼합물을 개시하며, 이는 연소시, 갈탄의 에너지보다 15배 큰 에너지를 그리고 코크의 에너지보다 4-5배 많은 에너지를 방출한다. 상기 가연 혼합물은 고상 및 액상으로 구성되며, 상기 고상은 알루미늄 분말; 적어도 하나의 M1X2 (여기서, M1은 산화 상태 +2의 어떠한 금속일 수 있고, X는 어떠한 할로겐일 수 있음); M2CO3 (여기서, M2는 어떠한 2 가 금속일 수 있음); 아연 암모니아 클로라이드; 규사 형태의 SiO2; 및 생석회를 포함하며; 상기 액상은 적어도 하나의 C1 내지 C6 카르복시산, 또는 상기 카르복시산의 적어도 하나의 무수물 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드; 메틸셀룰로오스; 및 포름알데히드, 또는 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린; 및 물을 포함한다. 연료는 상기 가연 혼합물이 용기에 밀폐되는 경우에 제조된다. 본 발명은 또한, 에너지 생성 방법 및 본 발명에 의한 연료의 용도를 제시한다.

Description

화력 발전소, 공업용 및 중앙 가열 퍼니스에서 화석 연료 대체용으로 사용되는 연료 및 가연 혼합물{FUEL AND COMBUSTIBLE MIXTURE USED AS A SUBSTITUTE FOR FOSSIL FUELS IN THERMOELECTRIC POWER PLANTS, INDUSTRIAL AND CENTRAL HEATING FURNACES}
본 발명은 화력 발전소(thermoelectric power plants (TEPP))에서 화석 연료 대체물로 사용될 수 있는 수소 발생에 기초한 연료 및 연소 혼합물에 관한 것이다. 화석 연료를 대체하는 본 발명은 CO2와 같은 유해한 배가스의 방출이 감소됨을 의미한다. 그러나, 본 발명은 부가적인 특징을 갖는다: 이는 대체되지 않는, 석탄 부분의 연소로 발생된 CO2를 바인딩(bind)시킨다. 나아가, 본 발명은 TEPPs에서 석탄 연소 공정의 부산물로 발생되는 더스트(dust)의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
본 발명은 동일한 양의 전력을 생산하는데 필요한 석탄의 많은 부분을 대체할 수 있는 TEPPs에 대한 대체 연료의 제조를 주요한 목적으로 하며, 이는 채탄 및 TEPP로의 석탄 운반 비용을 절약할 수 있다. 본 발명의 다른 목적은 TEPPs에서의 전력 발생에 관한 주요한 문제에 관한 것이며, 이는 석탄의 불완전 연소 결과로 인한 온실 가스의 다량 방출이다.
상기한 기술적 문제는, 고상과 액상으로 구성되는 가연 혼합물에 의해 해결되며, 상기 가연 혼합물은 용기의 파티션(partition)이 상기 액상을 상기 고상으로부터 분리하는 밀폐 용기에 저장되고, 공정 도중에 상기 파티션은 액상과의 접촉으로 점차적으로 해체되며 따라서, 액상과 고상이 점차적으로 혼합되도록 하며, 이는 화학 반응을 트리거(trigger)하여 TEPP 퍼니스(furnace)에서 연소되는 수소를 발생한다.
출원인이 아는 한, TEPP에서 대체 연료로 사용될 수 있는, 유사한 원칙에 기초한 유사한 연료는 없다. TEPP에서 수소를 발생시키고, 수소를 퍼니스의 외부로 취하여 저장하거나 또는 TEPP와 함께 전력을 함께 발생시키는 별도의 시설에 사용하는 기술을 개발하기 위해 많은 노력을 행하였다. 그러나, 이들 모든 노력은 수증기 가스화(water steam gasification)의 원리에 따른 것이며, 여기서 수증기는 퍼니스에 도입되고, 고상 및 기상에서는 다음의 화학 반응이 일어난다:
고상에서:
부분 산화 C + 1/2 O2 = CO
연소 C +O2 = CO2
가스화 C +H2O = CO + H2
부다 반응(Boudouard reaction) CO + 1/2 O2 = CO2
수소화 C +2 H2 = CH4
액상에서:
부분 산화 CO + 1/2 O2 = CO2
물 출발 CO + H2O = CO2 + H2
메탄화 CO+ 3H2 = CH4 + H2O
수소 산화(hydrogen oxidation) 1/2 O2 + H2 = H2O
본 발명은 이들 반응을 모두 포함하며, 특히, TEPP 퍼니스의 고온의 물은 석탄과 접촉됨에 기초하며, 이러한 반응은 불가피하다. 그러나, 상기한 공정은 수소의 생산 및 원위치 (in situ) (운반 및 저장 없이)에서 수소의 이용 모두를 가능하게 하는, 본 발명에 포함되는 공정의 작은 단편일 뿐이다.
반면에, 문헌 US7014834는 TEPPs로부터의 CO2 방출을 흡수하기 위한 생석회 및/또는 소석회의 사용을 기술한다. CO2 흡수의 화학작용을 보여주는 기본적인 화학 반응은 상기 문헌에 따르면 다음과 같다:
C + H2O = CO + H2
H2O + CO = CO2 + H2
CaO + CO2 = CaCO3
정리하면: C + 2H2O + CaO = CaCO3 + 2H2
가연 혼합물의 고상에서, 본 발명은 생석회를 일 성분으로 제공하며, 따라서, 상기한 CO2 분리 반응이 또한, 본 발명에 따라서 발생한다. 그러나, 본 발명에서 생석회는 여러 가지 기능을 하도록 제공된다. 즉, 생석회는 배타적으로 CO2를 바인딩(binding)할 뿐만 아니라 또한 H2를 발생하고, 다른 반응에도 또한 참여하며, 이들은 가연 혼합물의 연소 특성을 향상시킨다.
본 발명의 본질을 기술하기 전에, 특히 달리 명시하지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 의미로 배타적으로 사용되는, 용어에 대하여 정의하는 것이 적합하다.
본 발명에 의한 가연 혼합물(combustible mixture)은 고상 및 액상으로 구성되는 혼합물이다. 이들 상 각각은 많은 성분으로 구성된다. 모든 성분은 아래에 기재된다.
본 발명의 연료는 부가되는 절연체가 구비된 또는 구비되지 않은, 밀폐 용기내의 가연 혼합물이다. 상기 용기 및 상기 용기 내부의 가연 상(combustible phase)의 고상 및 액상의 상호관계 및 위치의 특징은 보다 상세하게 후술될 것이다. 상기 용기는 연료의 일부로 여겨진다. 이는 용기가 가연 물질의 구성에 필요하며, 퍼니스에서 본 발명에 의한 연소 트리거(burning trigger) 역할을 하기 때문이다. 가연 혼합물의 반응에 의해서, 수소가 발생되고 용기에 축적된다. 상기 용기는 퍼니스에서 연소되며, 이에 따라 수소 연소가 개시된다. 만약 절연체(insulator)가 사용되면, 이는 가연 물질이어야 한다. 절연체는 수소를 바인딩(binding)하여 용기의 내부에 수소를 유지하는 것을 돕는다. 반면에, 퍼니스에서 절연체는 용기의 연소를 자극하고 따라서, 수소 연소의 개시를 도우며 그 자체가 연료의 일부로 여겨질 수 있다.
따라서, 본 발명은 새로운 가연 혼합물을 개시하며, 이는 연소시, 갈탄(lignite)의 에너지보다 15배 큰 에너지를 그리고 코크의 에너지보다 4-5배 많은 에너지를 방출한다. 이를 가능하게 하기 위해서, 상기 가연 혼합물은 용기내에 밀폐되어야 한다. 상기 용기는 가연 혼합물의 고상과 액체 물질 사이의 직접적인 접촉을 방지하는 파티션을 가질 수 있으나, 상기 파티션은 액상의 산 성분과 접촉되어, 점차적으로 해체되며 따라서, 가연 혼합물의 액상과 고상이 서로 접촉되도록 하며, 실제 수소를 발생시키는 화학 반응의 트리거(trigger)/점화자(igniter)로서 작용한다. 상기 용기는 밀폐임으로, 발생되는 수소는 내부에 남게 된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 밀폐 용기로부터의 어떠한 수소의 방출을 방지하기 위해, 용기 내부에 절연체가 코팅되고 수소 분자를 바인딩하며, 퍼니스의 연소상(burning phase)에서, 상기 절연체 및 상기 용기 자체가 가연 물질이고, 보일러 퍼니스의 산화 분위기에서 수소를 점화한다. 이러한 절연체의 예는 타르-기초 접착제(glues) 또는 유사한 물질이다. 상기 용기는 폴리머 물질, 바람직하게는 이의 우수한 연소 특성으로 인하여 폴리비닐 클로라이드로 제조된다.
가연 혼합물 이외에, 본 발명은 또한, 연료 및 TEPP 퍼니스 또는 공업용 퍼니스 또는 중앙 가열 퍼니스에서의 연료 이용 방법을 제공한다. TEPP에서의 상기 가연 혼합물 및 에너지 생성 연료가 상세하게 기술된다. 공업용 퍼니스용 가연 혼합물 및 연료는 이 기술분야의 평균적인 기술자에게 친숙한 표준 방법으로 조절된다.
TEPP에 필요한 석탄의 일부에 대한 연료 대체물로 사용될 수 있는 상기한 가연 혼합물은 고상 및 액상으로 구성되며,
여기서 고상은
알루미늄 분말; 적어도 하나의 M1X2 (여기서, M1은 산화 상태 +2의 어떠한 금속일 수 있고, X는 어떠한 할로겐일 수 있음); M2CO3 (여기서, M2는 어떠한 2가 금속일 수 있음); 아연 암모니아 클로라이드, 규사(quartz sand) 형태의 SiO2; 및 생석회를 포함하며;
액상은
적어도 하나의 C1 내지 C6 카르복시산, 또는 적어도 하나의 상기한 카르복시산의 무수물, 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드; 메틸셀룰로오스; 및 포름알데히드, 또는 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린; 및 물을 포함한다. 물의 존재는 이 기술분야의 기술자에게 명백할 것이며, 이는 상기 액체 물질은 상기 특정한 화학 화합물의 수용액으로 제조되기 때문이다. 이러한 이유로, 액상에서 물의 퍼센트는 자명하며 다시 언급하지 않는다. 가연 혼합물에서 고상 및 액상의 중량 퍼센트에 대하여, 본 발명에 의한 상기 혼합물에서 고상의 퍼센트는 32% w/w 내지 46% w/w일 수 있으며, 액상의 퍼센트는 54% w/w 내지 68% w/w일 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 혼합물에서 고상의 몫은 36% w/w 내지 42% w/w이고 액상의 몫은 58% w/w 내지 64% w/w이다. 본 특허 출원에 의한 본 발명의 실시에 관한 일 실시예에서, 상기 혼합물 중의 고상의 몫은 39% w/w이고, 액상의 몫은 61% w/w이다.
상기 특정한 고상 중량 퍼센트에서, 상기 고상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 고상에 참여한다:
알루미늄 분말 3% 내지 10%
M1X2 1% 내지 4%
M2CO3 1% 내지 3%
아연 암모니아 클로라이드 2% 내지 5%
SiO2 3% 내지 8%
생석회 70% 내지 90%
본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 고상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 존재한다:
알루미늄 분말 5% 내지 8%
M1X2 2% 내지 4%
M2CO3 1% 내지 2%
아연 암모니아 클로라이드 3% 내지 5%
SiO2 4% 내지 7%
생석회 74% 내지 85%
한편, TEPP에서 석탄을 대체하는 연료로, 본 발명의 연료를 사용할 필요가 있는 경우에, 상기한 특정한 고상 성분은 고상에 다음의 중량 퍼센트로 존재한다:
알루미늄 분말 7%
M1X2 3%
M2CO3 1.5%
아연 암모니아 클로라이드 3.5%
SiO2 6%
생석회 79%
액상에 대하여, 액상에서, 이의 성분 및 이들 성분의 몫로서, 이들은 다음의 중량 퍼센트로 존재한다:
적어도 하나의 카르복시산, 또는 적어도 하나의 카르복시산의 무수물, 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드는 10% 내지 27%의 범위로 존재할 수 있으며;
메틸셀룰로오스는 20% 내지 40%의 범위로 존재할 수 있으며;
포름알데히드, 또는 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린은 1% 내지 10%의 범위로 존재할 수 있다. 물이 나머지로서, 100%가 되도록 됨은 자명하다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 액상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 존재한다:
적어도 하나의 카르복시산, 또는 적어도 하나의 카르복시산의 무수물, 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드는 5% 내지 22%의 범위로 존재할 수 있으며;
메틸셀룰로오스는 25% 내지 35%의 범위로 존재할 수 있으며; 그리고
포름알데히드, 또는 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린은 3% 내지 7%의 범위로 존재할 수 있다. 이 경우에, 또한, 나머지는 100%가 되도록 물이다.
본 발명의 실시를 위해 기술된 실시예에서, 상기 액체 물질은 성분들이 다음의 중량 퍼센트로 사용되었다:
적어도 하나의 카르복시산, 또는 적어도 하나의 카르복시산의 무수물, 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드는 17%로 존재하였으며;
메틸셀룰로오스는 29%로 존재하였으며; 그리고
포름알데히드, 또는 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린은 5%이며, 나머지는 100%가 되도록 물이었다.
그 이외에, 상기한 가연 혼합물 또는 보다 정확하게는 상기한 고상에서 M1 및 M2는 본 발명의 일 실시형태에 의하면, Fe, Cu, Zn 중에서 선택된다. 반면에, 동일한 실시형태에서, 적어도 하나의 카르복시산, 또는 적어도 하나의 이의 유도체는 C1-C3 카르복시산 또는 이의 유도체로 구성되는 그룹으로부터 선택되며; 메틸셀룰로오스는 젤라틴 및 타일로시스(tylosis)로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
석탄에 대한 대체물로서, 본 발명에 따라, TEPP에서 연료를 사용하는 경우에, M1 및 M2는 Zn이고, 여기서, M1X2는 ZnCl2 및 ZnBr2의 혼합물을 나타내며, 이는 본 특허청구범위에서 보호받고자 하는 범위 및 주제의 구성요소를 제한하거나 협소하게 하는 것으로 여겨져서는 안 된다. 마찬가지로, 본 발명에 의한 연료를 상기한 용도로 사용하는 경우에 - 메틸셀룰로오스는 타일로시스이며, 액상에는 2가지 카르복시산이 존재한다. 즉: C1 카르복시산 - 포름산으로 알려짐 및 C2 카르복시산 - 아세트산으로 알려짐.
연료의 가연 특성을 향상시키기 위해, 코크 또는 에탄올과 같은 첨가제가 상기 가연 혼합물에 첨가될 수 있으며, 여기서 코크는 상기 고상에 첨가되고 에탄올은 상기 액상에 첨가된다.
본 발명의 다른 특징은 석탄의 적어도 일부를 상기한 연료로 대체하는 것을 포함하는 TEPP에서 에너지를 생성하는 방법이다. 본 발명의 연료는 요구되는 석탄의 50%를 초과하는 양을 대체할 수 있다. 본 발명에 따르면, 특히, TEPP 퍼니스를 구성하는 물질에서, 요구되는 석탄의 최고 60%가 대체될 수 있으며, 일부 변형으로 최고 100%가 대체될 수 있다. 이 문단의 구체적인 퍼센트는 또한, 체적 또는 어떠한 다른 몫(shares)일 수 있다. 칼로리 값으로, 본 발명의 연료 1 kg은 갈탄 15 kg 및 코크 4 - 5 kg을 대체한다. 또한, 본 발명에 의한 방법으로, CO2 방출이 최고 75%까지 감소될 수 있다.
본 발명의 다음 주제는 상기한 연료를 TEPP에서 대체물/대체 연료로 사용하는 것이다. 상기 연료의 사용 도중에, 상기 가연 혼합물 또는 이의 특정한 성분은 TEPP에서의 석탄 연소로 발생되는 유해한 배가스를 바인드(bind)한다. 상기 모두는 CO2 바인딩에 적용된다.
용기의 내부에 코팅되는 절연체의 과업은 수소 수집 및 연소 공정의 활성화이다. 메틸셀룰로오스에 의해, 상기 절연체는 수소가 상기 용기로부터 유출되지 않도록 한다. 메틸셀룰로오스는 젤라틴 또는 타일로시스(tylosis) 또는 다른 공업적으로 이용가능한 메틸셀룰로오스일 수 있다.
본 발명은, 퍼니스의 최소 작동 온도가 350℃ 이상인 한, TEPP뿐만 아니라 용량(capacity)이 가변적인 공업용 및 중앙 가열 퍼니스(central heating furnaces)를 포함하는 고상 연료를 사용하는 어떠한 퍼니스에 적용될 수 있다.
본 발명에 의한 연료가 일단 퍼니스에 공급되면, 연소 생성물로서, 칼슘 알루미네이트 염, 3CaO·Al2O3이 기포(bubble) 형태의 3분자의 수소 방출과 함께 형성된다. 규사(quartz sand), 석회(lime) 및 물의 반응으로 퍼몰라이트-타입(permolite-type) 칼슘 하이드로실리케이트가 형성된다. 퍼몰라이트 형성에 필요한 황은 석탄에 불순물로서 존재한다. 밀폐 용기는 이들 반응으로부터 수소를 수집할 뿐만 아니라 연료가 퍼니스에 도입되는 경우에 "퓨즈(fuse)"로 작용하는 기능을 갖는다. 수소가 산소 분위기에서 불꽃을 내며 연소됨에 따라, 산소가 수소 분위기에서 불꽃을 내며 연소할 수 있다. 2 부피의 수소와 1 부피의 산소가 서로 혼합되면 (폭발성 가스), 상기 혼합물은 점화시에 폭발할 것이다. 따라서, 본 발명은 규사, 석회, 물 및 석탄으로부터의 황으로부터의 퍼몰라이트-타입의 칼슘 하이드로실리케이트의 생성을 가능하게 하며, 이는 연소 도중에, 산소를 추출하며 따라서, 폭발성 가스의 발달을 방지한다.
알루미늄은 고-순도 알루미늄 분말 형태로 가연 혼합물의 고상에 존재한다. 고순도는 적어도 90%의 알루미늄을 함유함을 의미한다. Blen에 의한 알루미늄의 최소 비표면(specific surface)이 7000 ㎠/g인 알루미늄으로 최상의 결과가 달성되었다. 본 발명에 좋은 실시형태에서, 벌크에서 알루미늄 분말의 체적 질량(volume mass)은 약 0.15 kg/dm3이다.
연소시 1 kg의 수소는 143,146 kJ/kg을 방출하며, 새로운 본 발명의 연료는 수소 연소 도중에 95,690 kJ/kg을 방출하며, 이는 순수한 수소의 연소 에너지의 67%에 해당한다. 이 정도의 이용가능성은 수소가 상기 연료에서 이미 연소됨에 기인한다 - 즉, 수소는 용기의 내부에서 이미 연소하며, 여기서, 용기 내의 가연 혼합물 성분은 수소 연소에 필요한 산화(oxidation) 분위기를 형성한다.
본 발명에 의한 연료 연소(burning)는 4 단계를 포함한다:
a) 제 1단계에서, 수소는 가연 혼합물의 액상과 고상 성분 사이의 반응 결과로 발달한다. 수소는 용기에서 탈출하지 못하므로 연료의 내부에 유지된다. 수소는 모두 가연성 물질인 상기 용기 및 절연체에 의해 이의 용기 내에서 점화된다.
b) 상기 혼합물의 인근 주위에서의 순수한 수소의 연소로부터, TEPP 퍼니스에서 발달되는 고온 (1000℃)의 결과로 수소가 발생되며, 이로 인하여 상기 가연 혼합물에 함유되어 있는 물로부터 수소의 분리가 가속화된다.
c) 수소 분리 공정 종료 후에, 혼합물 중의 알루미네이트 염 및 다른 가연 실리케이트 성분이 연소된다.
d) 연료가 연소 공정에 사용되는 방식에 무관하게, TEPP의 굴뚝 또는 다른 설비에서 배출되는 연도 가스를 통해 이동하는, 상기 혼합물의 불연소 부분, 칼슘 산화물 또는 생석회는 유해 가스를 바인딩하여 유해 가스를 추가적으로 정제한다. 이러한 방식으로, 배출되는 연도 가스의 최고 75%가 상당한 정도로 정제되어, 배출되는 연도 가스가 환경적으로 허용가능하게 되도록 한다.
본 발명에 의한 용기 제조 방법은 다음을 포함한다:
a) 서로 상호간에 터치(touching)하는 2개의 롤러는 2 mm의 폭 그리고 이들이 대면하여 위치되는 부분에 1 mm 깊이의 그루브를 갖는다. 즉, 하부 롤러가 길이 방향 그루브를 가지면, 전류에 의해 롤러가 재킷상의 이중 호일을 절단하는 경우에, 사각형/직사각형 (이의 내부에 수소 생성 내용물이 보유됨)으로 절단하도록 상부 롤러상의 그루브가 위치된다. 상기 용기 내의 스페이스는, 과립인 가연 혼합물로부터 생성될 수 있는 수소를 수집하기 위한 스페이스가 형성되도록, 내용물(용기 내부의 가연 혼합물)의 3분의 2 만큼 더 커야 한다.
b) 일정 기간 후에, 보다 정확하게는, 수 시간 후에, 가연 혼합물은 상기 과립에 대하여 충분한 수소를 생성하여 부풀어 보인다. 이 단계에서, 이미 사용, 즉, 연소 준비가 된다.
300℃ 보다 높은 온도에서, 상기 플라스틱 용기는 연소하여 상기 연료 및 이의 연소로부터 수소를 균일하게 분리하며, 물로부터의 산소는 상기 가연 혼합물 성분과 공정에서 발생되는 퍼몰라이트-타입 칼슘 하이드로실리케이트로 바인딩되고, 이는 폭발성 가스의 발달을 방지한다.
아연 카보네이트 (ZnCO3)는, 물 없이, 물에 사실상 불용인 백색 분말 형태로 발생한다. 그러나, 상업용 제품으로, 이는 염기성 아연 카보네이트(2ZnCO3 x 3Zn(OH)2)의 수화된 형태로 판매된다. 상기 염기성 아연 카보네이트가 본 발명에 사용된다.
상기 고상 성분과 소석회, Ca(OH)2 (생성회, CaO가 상기 가연 혼합물의 액상으로부터의 물과 접촉하게 되는 경우에 발생됨)의 주된 반응(이에 기초하여, 본 발명에 따라 수소가 얻어짐)은 다음과 같다:
1. 2Al + 3Ca(OH)2 = 3CaOxAl2O3 + 3H2
2. 2Al + Ca(OH)2 + 6H2O = Ca(Al(OH)4)2 + 3H2
3. 7ZnBr2+ Ca(OH)2 + 6H2O = 7ZnO + 7Br2 + 7H2 또는 14HBr
4. 2ZnCO3 + 3Ca(OH)2 + = 2ZnO2 +2CaCO3 +2CaO + 3H2
5. (2ZnCO3 x 3Zn(OH)2) + 2Ca(OH)2 = 6ZnO2 + CaCO3+CaO + 5H2
6. 2ZnCl2 x 2NH4Cl + 2Ca(OH)2 +2H2O = 2ZnO + 2NH4OH +2CaO + 3H2 + 2Cl2
물과 접촉되는 CaO의 다른 부분은 수화된 석회로 되며 - Ca(OH)2 + 6H2O, 이는 알루미늄과 상기 2의 반응을 시작한다.
반면에, 가연 혼합물의 액상 성분과 Ca(OH)2사이의 공정의 주된 화학 작용(이를 통해 수소가 발생됨)은 다음과 같다:
7. 2HCOOH +2Ca(OH)2 + 2H2O =3CaO + 2CO2 +6H2
8. CH3OH + Ca(OH)2 =CaCO3 + 3H2
9. HCHO + Ca(OH)2 + = CaCO3 + 3H2
상기 연료 용기가 연소되면, 다음의 반응이 일어난다:
10. C + H2O = CO + H2
11. H2O + CO = CO2 + H2
12. CaO + CO2 = CaCO3
정리하면: C + 2H2O + CaO = CaCO3 + 2H2
일반적으로, CaO는 Ca(OH)2로부터 제조되고, Ca(OH)2는 가열로 인하여 물을 잃고, C는 석탄으로부터의 탄소이다. 따라서, 본 발명에 의하면, 수소는 연료 내부로부터 뿐만 아니라, 수증기 가스화(water steam gasification) 반응에 의해 또한 발생된다. 수증기 가스화 반응에 의한 수소의 발생의 원인이 되는, 물은 연료, 즉, 가연 혼합물로부터 기인하고, 수분은 석탄으로부터 기인하다.
석탄의 낮은 발열량은 무연탄에 대한 29310 kJ/kg 내지 갈탄에 대한 12250 kJ/kg로 가변적이다. 발열량은 석탄 질량(mass)의 50%를 대체하는 발열량을 1000kg을 기준으로 계산한 것으로, 갈탄에 대하여는 1250 Nm3의 수소가 그리고 무연탄에 대하여는 521 Nm3이 요구된다. 질량(mass)으로 전환하면, 이는 무연탄에 대하여는 수소 110 kg 그리고 갈탄에 대하여는 수소 42.7 kg이다. 따라서, 1000 kg의 무연탄은 110 kg의 수소로 질이 향상된 500 kg의 무연탄의 열 정도의 열을 발생하거나 또는 두번째 경우에, 42.7 kg의 수소로 질이 향상된 500 kg의 갈탄의 열 정도의 열을 발생한다. 달리 말하면, 본 발명의 연료의 8 질량 퍼센트는 적어도 약 50 질량 퍼센트의 석탄을 대체한다. 나아가, 조성에서 무연탄이 100% 석탄인 것으로 가정하면, 석탄 500 kg과 수소 110 kg의 혼합물에 대한 석탄:수소의 비율은 C:H = 1:1.32와 같다. 석탄 대 수소의 비율은 에너지 및 환경 지표 중 하나이다. 천연가스에 대하여, 이는 C:H = 1:4, 휘발유에 대하여 C:H = 1:2 비율이다. 이러한 점에서, 탄소의 몫이 클수록, 환경에 대한 영향이 더 유해하다. 이는 연소에 의해 더 많은 양의 이산화탄소가 생성되기 때문이다. 이로 인하여 본 발명에 의한 가연 혼합물 또는 연료가 상기 12에 기재된 반응에 기초하여 환경적인 위험을 감소시키는 방식으로 제조된다.

Claims (33)

  1. 고상 및 액상으로 구성되는 가연 혼합물에 있어서,
    상기 고상은
    알루미늄 분말;
    적어도 하나의 M1X2 (여기서, M1은 산화 상태 +2의 어떠한 금속일 수 있고, X는 어떠한 할로겐일 수 있음);
    M2CO3 (여기서, M2는 산화 상태 +2의 어떠한 금속일 수 있음);
    아연 암모니아 클로라이드;
    SiO2; 및
    생석회를 포함하며; 그리고
    상기 액상은
    적어도 하나의 C1 내지 C6 카르복시산, 또는 적어도 하나의 상기 카르복시산의 무수물 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드;
    메틸셀룰로오스; 및
    포름알데히드, 즉, 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린; 및
    물을 포함하는 가연 혼합물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합물에서 상기 고상의 몫은 32% w/w 내지 46% w/w이고, 상기 액상의 몫은 54% w/w 내지 68% w/w임을 특징으로 하는 가연 혼합물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 혼합물에서 상기 고상의 몫은 36% w/w 내지 42% w/w이고 상기 액상의 몫은 58% w/w 내지 64% w/w임을 특징으로 하는 가연 혼합물.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 혼합물에서 상기 고상의 몫은 39% w/w이고, 상기 액상의 몫은 61% w/w임을 특징으로 하는 가연 혼합물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 존재함을 특징으로 하는 가연 혼합물.
    알루미늄 분말 3% 내지 10%
    M1X2 1% 내지 4%
    M2CO3 1% 내지 3%
    아연 암모니아 클로라이드 2% 내지 5%
    SiO2 3% 내지 8%
    생석회 70% 내지 90%
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 고상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 존재함을 특징으로 하는 가연 혼합물.
    알루미늄 분말 5% 내지 8%
    M1X2 2% 내지 4%
    M2CO3 1% 내지 2%
    아연 암모니아 클로라이드 3% 내지 5%
    SiO2 4% 내지 7%
    생석회 74% 내지 85%
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 고상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 존재함을 특징으로 하는 가연 혼합물.
    알루미늄 분말 7%
    M1X2 3%
    M2CO3 1.5%
    아연 암모니아 클로라이드 3.5%
    SiO2 6%
    생석회 79%
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 액상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 존재함을 특징으로 하는 가연 혼합물.
    적어도 하나의 카르복시산, 또는 적어도 하나의 카르복시산의 무수물 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드 - 10% 내지 27%;
    메틸셀룰로오스 - 20% 내지 40%; 및
    포름알데히드, 또는 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린 - 1% 내지 10%; 및
    100%가 되도록 잔부 물.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 액상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 존재함을 특징으로 하는 가연 혼합물.
    적어도 하나의 카르복시산, 또는 적어도 하나의 카르복시산의 무수물 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드 - 15% 내지 22%;
    메틸셀룰로오스 - 25% - 35%; 및
    포름알데히드, 또는 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린 - 3% 내지 7%; 및
    100%가 되도록 잔부 물.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 액상 성분은 다음의 중량 퍼센트로 존재함을 특징으로 하는 가연 혼합물.
    적어도 하나의 카르복시산, 또는 적어도 하나의 카르복시산의 무수물, 또는 적어도 하나의 이의 에스테르 또는 아미드 - 17%;
    메틸셀룰로오스 - 29%; 및
    포름알데히드, 또는 이의 상업적으로 이용가능한 용액 - 포르말린 - 5%; 및
    100%가 되도록 잔부 물.
  11. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    M1 및 M2는 Fe, Cu, Zn로 구성되는 그룹으로부터 선택되며; 적어도 하나의 카르복시산, 또는 적어도 하나의 이의 유도체는 C1-C3 카르복시산 또는 이의 유도체로 구성되는 그룹으로부터 선택되며; 메틸셀룰로오스는 젤라틴 및 타일로시스로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 가연 혼합물.
  12. 제 11항에 있어서,
    M1 및 M2는 Zn이고; 메틸셀룰로오스는 타일로시스임을 특징으로 하는 가연 혼합물.
  13. 제 1항, 제 8항 내지 제 10항 및 제 11항에 있어서,
    상기 액상에, 2가지 카르복시산: C1 카르복시산 및 C2 카르복시산이 존재함을 특징으로 하는 가연 혼합물.
  14. 제 1항, 제 5항 내지 제 7항 및 제 11항에 있어서,
    상기 고상에서, M1X2는 ZnCl2 및 ZnBr2의 혼합물로 구성됨을 특징으로 하는 가연 혼합물.
  15. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    첨가제로서 코크 및 에탄올을 추가로 함유함을 특징으로 하는 가연 혼합물.
  16. 선행하는 청구항 중 어느 한 항의 가연 혼합물은 용기에서 밀폐됨을 특징으로 하는 연료.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 밀폐된 용기는 폴리머 물질로 제조됨을 특징으로 하는 연료.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 밀폐된 용기는 폴리비닐 클로라이드로 제조됨을 특징으로 하는 연료.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 밀폐된 용기는 상기 액상을 상기 고상으로부터 분리하는 파티션을 포함하며, 상기 파티션은 상기 액상의 산 성분과 접촉되어 서서히 해체되고 상기 액상과 상기 고상이 점차적으로 혼합되도록 하며, 이에 따라, 상기 용기 내부에서 점차적으로 수소가 발생함을 특징으로 하는 연료.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 밀폐된 용기는 절연체로 내부에 안이 대어짐(lined)을 특징으로 하는 연료.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 열 절연체는 타르-기초 접착제임을 특징으로 하는 연료.
  22. 제 16항에 있어서,
    상기 밀폐된 용기의 3분의 1은 액상 및 고상으로 채워지고, 나머지 3분의 2는 상기 발생된 수소를 수취하도록 작용함을 특징으로 하는 연료.
  23. 제 16항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 연료가 상기 TEPP 퍼니스로 도입됨을 특징으로 하는 TEPP에서의 에너지 생성 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    제 16항 내지 제 21항의 상기 연료가 요구되는 석탄의 최고 50%를 대체함을 특징으로 하는 TEPP에서의 에너지 생성 방법.
  25. 제 23항에 있어서,
    제 16항 내지 제 21항의 상기 연료가 요구되는 석탄의 최고 60%를 대체함을 특징으로 하는 TEPP에서의 에너지 생성 방법.
  26. 제 23항에 있어서,
    제 16항 내지 제 21항의 연료가 요구되는 석탄의 최고 70%를 대체함을 특징으로 하는 TEPP에서의 에너지 생성 방법.
  27. 제 23항에 있어서,
    제 16항 내지 제 21항의 연료가 요구되는 석탄 전체를 대체함을 특징으로 하는 TEPP에서의 에너지 생성 방법.
  28. 제 23항에 있어서,
    제 16항 내지 제 21항의 연료 1 kg이 갈탄 15 kg 또는 코크 4 -5 kg을 대체함을 특징으로 하는 TEPP에서의 에너지 생성 방법.
  29. 제 23항에 있어서,
    제 16항 내지 제 22항의 연료의 사용으로 CO2 방출이 최고 75% 감소됨을 특징으로 하는 TEPP에서의 에너지 생성 방법.
  30. 연료가 TEPP에서 석탄에 대한 대체 연료로 사용됨을 특징으로 하는 제 16항 내지 제 22항의 연료의 용도.
  31. 제 31항에 있어서,
    상기 연료의 물성은 TEPP에서 불완전한 석탄 연소 결과로 발달하는 유해한 연도 가스(flue gas)를 바인딩함을 특징으로 하는 연료의 용도.
  32. 제 32항에 있어서,
    상기 혼합물은 CO2를 바인딩함을 특징으로 하는 연료의 용도.
  33. 연료가 공업용 퍼니스 및 중앙 가열 퍼니스에서의 에너지 생성에 사용됨을 특징으로 하는 제 16항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 연료의 용도.
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