KR20250133424A - 열 생성 방법 및 장치 - Google Patents

열 생성 방법 및 장치

Info

Publication number
KR20250133424A
KR20250133424A KR1020257026613A KR20257026613A KR20250133424A KR 20250133424 A KR20250133424 A KR 20250133424A KR 1020257026613 A KR1020257026613 A KR 1020257026613A KR 20257026613 A KR20257026613 A KR 20257026613A KR 20250133424 A KR20250133424 A KR 20250133424A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
mixture
heat
oxidizer
product gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020257026613A
Other languages
English (en)
Inventor
시몬 한
Original Assignee
포르슝스젠트룸 율리히 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포르슝스젠트룸 율리히 게엠베하 filed Critical 포르슝스젠트룸 율리히 게엠베하
Publication of KR20250133424A publication Critical patent/KR20250133424A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/06—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for completing combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F23C13/08—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material characterised by the catalytic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/06041—Staged supply of oxidant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Abstract

본 발명은 열 생성 방법 및 장치에 관한 것이다. 열 생성 방법에서, 기체 연료(1) 및 기체 산화제(2)를 포함하는 혼합물(3)이 생성된다. 연료(1)는 산화된다. 혼합물(3)은 폭발 범위 밖에 있고, 또는 보다 정확하게는, 혼합물의 산소 함량은 산소 한계 농도 미만이다. 이러한 방식으로, 특히 안전하고 기술적으로 덜 복잡한 방법이 제공된다.

Description

열 생성 방법 및 장치
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2023년 11월 08일자로 출원된 특허협력조약 출원 PCT/EP2023/081117의 이익을 주장하며, 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.
본 발명은 열 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.
연소와 같은 발열 반응은 공정 열 (process heat) 생성에 사용될 수 있다. 예를 들어, CxHy, NxHy와 같은 수소 함유 화합물 또는 수소 자체인 H2 와 같은 연료는 보통 산화제, 예를 들어, 대기 산소와 연소된다. 연소 가스는 고온에 도달하고, 온도는 1000 °C 보다 높을 수 있다. 이 온도는 공연비 (air-fuel ratio) (또는 당량비 (air-fuel equivalent ratio)) λ에 의해 결정된다. 연소 공기비 (combustion air ratio)로도 알려진 공연비 λ는 완전한 연소 공정을 위한, 화학양론적으로 (stoichiometrically) 이상적인 비율과 관련된 공기 대 연료의 질량비를 가리킨다. 연소는 용광로에서 일어날 수 있다. 생산된 고온 가스는 열 교환기를 통해 2차 회로 (예를 들어, 물, 열유 (thermal oil), 공정 증기)로 열을 분배할 수 있다. 뜨거운 매체는 필요한 열을 각 공정으로 전달하여, 해당 공정에서 열을 식힌 다음 재가열된다.
고온으로 인해, 물질들은 그에 따른 내열성이 있어야 한다. 예를 들어, 열유는 높은 막온도(film temperature)로 인해 높은 응력(stress)을 받는다.
연료는 연료별 농도 범위에 따른 산화성 대기에서 폭발성 혼합물을 형성한다. 폭발성 혼합물이 있는 공정은 증가된 기술적 노력과 연계된 특별 안전 장비와 모니터링이 필요하다. 폭발 보호 조치는, 예를 들어, “위험물 (Hazardous Substances)용 기술 규칙”에 요약될 수 있다.
발열 공정에서, 온도는 혼합물이 자체적으로 발화하는 온도 (자연 발화 (self-ignition) 온도)에 도달될 수 있다. 이런 이유로, 폭발성 혼합물이 만들어지지 않는 것이 특히 중요하다.
하한 폭발 한계 (lower explosion limit) 미만의 혼합물에서는, 연료가 낮은 농도로 존재한다. 그에 따라 과잉 공기량이 높다. 이는 낮은 효율을 초래한다. 예를 들어, 사전 가열을 통해 온도가 높아지면 하한 폭발 한계가 감소하고, 따라서 효율은 더 감소한다. 또한, 이렇게 많은 공기량(air volume)의 흐름이 필요하기 때문에, 송풍기와 열 교환기는 매우 커야만 한다.
본 발명의 목적은 특별히 효율적이고 안전한 방식으로 열이 생성될 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1항에 따른 방법 및 추가 청구항에 따른 장치에 의해 해소된다. 유리한 실시예들이 종속항에 제공된다.
혼합물이 생성되는, 열 생성 방법은 상기 목적을 해소하는 역할을 한다. 혼합물은 기체 연료 및 기체 산화제 (oxidizing agent)를 포함한다. 혼합물은 또한 하나 이상의 비활성 가스를 포함한다. 연료는 특히 산화제를 통해 산화된다. 혼합물의 산소 농도는 산소 한계 농도(oxygen limit concentration) 미만이다.
폭발 범위 (explosive range 또는 explosion range) (가연성 한계 (flammability limit) 또는 폭발 한계))는 연료, 산화제, 및 경우에 따라, 비활성 가스의 혼합비이며, 연료, 산화제 및 경우에 따라 비활성 가스의 혼합물이 폭발성을 가지는 혼합비 범위이다. 상기 혼합물은 폭발 범위 밖에 있으며 (가연성 한계 이상이다), 즉, 혼합물의 산소 농도는 한계 산소 농도(limiting oxygen concentration) 미만이다. 한계 산소 농도는 전체 혼합물이 더 이상 폭발성이 없게 되는 산소 함유량보다 낮은 산소 함유량을 나타낸다. 폭발을 일으킬 충분한 산소가 없다. 이는 발화원 (ignition source)과 무관한 불길이 더 이상 독립적으로 전파되지 않음을 의미한다. 특히, 본 발명의 방법에서 폭발성 혼합물은 어느 곳에도 존재하지 않는다. 이러한 방식으로, 기술적인 노력이 상당히 감소될 수 있다. 동시에, 단순하고 효과적인 방식으로 안전이 보장될 수 있다.
연료는 산소 또는 공기와 산화할 수 있는 기체 연료이다. 예를 들어, 수소, 일반식 CxHy의 화합물, 예를 들어, 메탄 또는 일반식 NxHy의 화합물일 수 있다. 혼합물 또한 가능하다. 연료는 또한 비활성일 수 있는 하나 이상의 다른 기체와 임의의 혼합비로 존재할 수 있다. 산화제는, 예를 들어, 산소이거나 산소를 포함할 수 있다. 산화제는 또한 비활성일 수 있는 하나 이상의 다른 기체와 임의의 혼합비로 존재할 수 있다.
하나의 가능한 것은 연료 또는 산화제를 여러 단계에서 투여하는 것으로 구성된다. 이는 폭발성 혼합물의 형성을 방지할 수 있다. 수소의 경우, λ = 1의 전역 공연비 (global air-fuel ratio)에서 대기 산소를 이용한 완전한 변환은 약 10 단계가 필요하고, 각 단계에서 약 2%의 산소가 소모될 것이다. 그러나 장비의 비용이 매우 높다.
산소 한계 농도 미만의 산소 함유량을 갖는 혼합물로 인해 본 발명은 1의 전역 공연비 λ를 달성한다. 이는 공정에서 산화 반응의 화학양론에 의해 특정된 만큼의 공기만이 필요함을 의미한다.
일실시예에서, 산화는 촉매와 불균일 촉매 반응 (heterogeneous catalysis)으로 일어난다.
불균일 촉매 반응에서, 화학 반응하는 촉매와 반응 물질은 상이한 상들 (phases)로 존재한다. 특히, 촉매는 고체다. 특히, 촉매반응은 기상 (gas phase) 촉매반응이다. 연료와 산화제는 기체로 존재한다. 촉매 산화(catalytic oxidation)는 촉매 연소로도 불린다. 촉매 산화는 사용가능한 열을 생산하는 발열반응이다.
촉매 열전달부에서, 장치의 특성상 연료와 산화제의 혼합물이 점유한 양은 상대적으로 크고, 따라서 폭발성 혼합물이 있는 경우 발화 및 폭발은 잠재적으로 파괴적인 효과를 낼 수 있다. 따라서 한계 산소 농도 미만의 산소 함유량을 갖는 혼합물은 촉매반응과 결합될 경우 특히 유리하다.
특히, 촉매로 코팅된 일반적인 3차원 구조가 사용된다. 바람직하게는, 해당 구조는 가능한 한 가장 낮은 압력 손실이 일어나는 방식으로 최적화된다. 바람직하게는, 해당 구조는 생성된 열이 용이하게 방산(dissipate)될 수 있도록 최적화된다.
일실시예에서, 촉매는 히트 싱크(heat sink)와 열 접촉상태이다. 이러한 방식으로, 생성된 임의의 열은 히트 싱크로 직접 전달될 수 있다.
고온 가스 (hot gas) 또는 연소 챔버로부터의 열을 사용하거나 방산시킬 필요는 없다. 물, 열유, 또는 공정 증기와 같은 열 전달 매체가 필요없다. 따라서 열을 방산 및 전달하는 2차 순환이 필요하지 않다. 열은 촉매 변환기로부터 히트 싱크로 직접 전달될 수 있다. 히트 싱크는 촉매로 코팅된 구조이거나 그러한 구조와 열적으로 연결될 수 있다. 특히, 촉매 반응은 히트 싱크 표면에서 직접 일어난다. 따라서 열은 촉매 표면으로부터 직접 방산 및 전달될 수 있다. 또한, 종래 연소 공정에 비해 촉매 반응시 매우 낮은 온도가 달성된다. 이는 장치의 기술적 복잡도를 상당히 감소시킨다. 종래 연소에서 발생하는 온도를 위한 시스템을 설계할 필요가 없다.
히트 싱크는 열을 방산(dissipate)시키는 물체이다. 예를 들어, 본 발명의 방법은 방(room)의 가열에 사용될 수 있다. 특히, 히트 싱크는 가열되는 영역 및/또는 디바이스에 열을 직접 전달한다.
특히, 히트 싱크는 열 교환기이다. 열 교환기는 촉매로부터 다른 위치로 열을 전도하도록 구성된다. 따라서 열은, 촉매로부터 직접 방산되며, 이는 공정 온도의 직접 제어 및/또는 제어를 가능하게 한다. 또한, 열 전달 매체를 변경하지 않고도, 열이 필요한 위치로 전달될 수 있다. 이는 한편으로는 장치 기술면에서 특히 간단하고, 다른 한편으로는 특히 낮은 손실을 가져오는 열 전달을 가능하게 한다. 본 발명의 방법은 더 적은 열 전달로 인해 보다 더 효율적이다.
특히, 촉매는 고체다. 특히, 촉매는 히트 싱크와 기계적으로 접촉상태이다. 이는 직접 또는 간접적인 기계 접촉일 수 있다. 따라서 열은 열 전도에 의해 촉매로부터 히트 싱크로 전달될 수 있다.
일실시예에서, 재순환된 생성 가스 또한 혼합물 생성에 사용된다.
생성 가스는 산화 공정에서 생성된 가스이다. 특히, 생성 가스는 연소 생성물이다. 일반적으로, 생성 가스는 비활성이다. 이는 특히, 산화 중에 화학양론적으로 완전한 변환이 일어난다면 가능하다. 특히, 산화제 및/또는 연료 농도가 재순환에 의해 감소된다. 따라서 혼합물은 연료, 산화제 및 생성 가스를 포함한다. 바람직하게는, 재순환에 의해 산소 농도가 감소되어, 한계 산소 농도보다 낮도록 한다. 재순환된 생성 가스는 산화에서 유래된 생성 가스로, 특히 산화 생성물로서 생산되고, 재순환되어 차례로 산화에 다시 공급(fed back)된다.
일 구성에서, 혼합물의 생성 및/또는 산화는 연속적이다. 본 방법은 대체로 연속 공정이다.
일실시예에서, 생성 가스 스트림은 분리된다. 제1 파트는 재순환되고, 제2 파트는 연료 및/또는 산화제에 열을 분배한다.
따라서 제1 파트는 산화를 위한 공급 스트림(feed stream)에 추가된다. 제2 파트는 연료 및/또는 산화제의 예열에 사용된다. 특히, 이 목적을 위해 적어도 하나의 열 교환기가 제공된다. 특히, 예열은 혼합물이 생성되기 전에 일어난다. 제2 파트는 예열 이후 폐가스(waste gas)로 분배된다.
일실시예에서, 제1 파트는 송풍기에 의해 이송된다. 이러한 방식으로, 재순환 흐름은 표적하는 방식으로 (targeted manner) 이송 및/또는 제어될 수 있다.
일실시예에서, 제1 파트는 산화제의 공급 라인에 공급된다. 이러한 방식으로, 산화제를 먼저 희석시켜 폭발성 혼합물이 형성되지 않도록 할 수 있다. 이는, 예를 들어, 본 방법에서는 산소를 완전히 소비하기 위해 산화제의 완전한 공급 및 완전한 재순환 시 연료가 천천히 추가하는 본 방법을 수행하는 반응기가 안전하게 시작될 수 있게 한다.
일실시예에서, 연료 및 산화제 모두는 생성 가스로부터의 열에 의해 가열된다. 특히, 연료의 가열은 산화제의 가열과 공간적으로 분리된다. 즉, 두 가지 분리된 가열 공정이 일어난다. 일실시예에서, 생성 가스 스트림의 제2 파트가 분리되어 연료 및 산화제를 각각 별도의 생성 가스 스트림을 통해 가열한다.
일실시예에서, 혼합물은 연료 및 산화제의 가열 이후에 생산된다. 일실시예에서, 공기는 산화제로 사용된다. 이는 기술적 노력을 최소화할 수 있다.
일실시예에서, 산화는 500°C 미만, 특히 400°C 미만 및/또는 100°C 초과, 특히 200°C 초과의 온도에서 수행된다. 특히 효율적인 촉매 연소가 이러한 온도에서 수행될 수 있다.
일실시예에서, 산화는 적어도 실질적으로 화학양론적으로 수행되고, 따라서 실질적으로 비활성 생성 가스가 생성된다.
이는 배기가스 내 높은 수증기 함유량으로 인해 물의 응축열이 사용될 수 있다는 추가 이점이 있다. 이러한 방식으로, 효율성은 보다 더 향상될 수 있다. 특히, 장치는 응축수를 수집 및/또는 방출하기 위한 디바이스를 포함한다.
본 발명의 추가적인 양태는 열을 생성하기 위한 장치이다. 본 장치는 기체 연료용 공급 라인 (feed line), 기체 산화제용 공급 라인, 연료와 산화제의 산화 반응을 위한 산화 반응기, 및/또는 생성 가스용 방출 라인을 포함한다. 장치는 연료와 산화제 혼합물이 생성될 수 있도록 구성된 혼합 디바이스를 포함하고, 여기서 혼합물의 산소 농도는 폭발 범위 밖, 특히, 산소 한계 농도 미만이다.
장치는 특히 본 발명에 따른 방법의 수행에 적합하다. 상술한 본 방법의 모든 특징, 특성, 및 이점 또한 본 장치에 적용되고, 그 반대도 성립한다.
일실시예에서, 산화 반응기는, 특히, 불균일 촉매작용을 위한 촉매를 포함한다.
일 구성에서, 본 방법 및/또는 장치는 열 생성과는 별도의 흡열 반응, 예를 들어, 암모니아 분해 (cracking ammonia)를 위한 열 제공에 사용된다. 다른 구성에서, 본 방법 및/또는 장치는 연료 제거를 위해 사용된다.
이어서, 본 발명의 예시적인 실시예들은 또한 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명된다. 예시적인 실시예의 특징들은 달리 지시되지 않는 한, 청구된 주제와 개별적으로 또는 복수로 결합될 수 있다. 청구된 보호 범위를 예시적인 실시예에 제한되지 않는다.
상당한 추가 기술적 노력없이도 높은 효율성을 갖는 공정이 실현될 수 있고, 동시에 높은 안전 요구사항을 만족함을 알 수 있다.
도면들은:
도 1: 상이한 공연비에 대한 완전 연소 시 효율,
도 2: 폭발 범위의 삼각도 (triangular diagram), 및
도 3: 본 발명에 따른 장치의 개략적인 표현을 보여준다.
도 1은 수소와 공기의 완전 연소인 H2 + ½ O2 → H2O 반응에 따른 서로 다른 효율을 보여준다. 효율 η는 상이한 공연비 λ에 따라, °C 단위의 배기 가스 온도 T의 함수로서 발열량에 대하여 나타낸 것이다. 이 효율들은 연소 종류와 무관하고 기존의 연소 공정 및 촉매 연소 모두에 적용된다. 배기 가스에 포함된 수증기의 응축에 의해 100%보다 높은 효율이 달성된다. 이 계산은 20 °C인 주변 온도에 적용된다.
1 바 (bar)의 대기압에서 공기 내 수소에 대한 하한 폭발 농도 (lower explosive level (LEL))은 20°에서 4.0 %, 100°에서 3.4 %, 200°에서 2.9 %, 300°에서 2.1 %, 및 400°에서 1.5 %이다.
“희박 혼합물 (lean mixture)”로 비폭발 수소-공기 혼합물을 얻기 위해, 20°에서 수소 농도는 4 % 미만이어야 한다. 이 경우, 공연비 λ는 적어도 10이다. 상술한 값들로부터 알 수 있는 것처럼, LEL은 보다 높은 온도에서 더 감소되고, 따라서 보다 높은 공연비 λ가 요구된다. 예를 들어, 연료 및/또는 산화제가 예열될 때, 보다 높은 온도가 발생한다. 도 1은 10의 공연비 λ에서도, 그리고 특히, 더 높은 공연비 λ에서도 상당한 효율 η의 손실이 일어나는 것을 보여준다. 배기가스 온도가 50 °C인 경우, λ = 20에서의 이론적은 효율은 발열량의 겨우 82 %에 불과하다. 이는 LEL 미만의 과도한 희박 혼합물은 상당히 불리함을 보여준다.
도 2는 3원 조성도 (ternary diagram)로도 알려진 삼각도를 보여주는 것으로, 수소, 공기 및 비활성 가스, 예를 들어, 재순환된 생성 가스의 혼합물에 대한 폭발 범위(30)를 나타낸다. 예를 들어, 비활성 가스는 35%의 수증기와 65 %의 N2로 구성되고, 이는 화학 양론적인 반응에서 생성 가스의 조성에 해당한다. 수소 함량 (31), 공기 함량 (32) 및 비활성 가스 (33)의 백분율이 축에 도시되어 있다.
삼각형 영역에서 가장 큰 파트는 폭발 영역(30)이 차지하고 있다. 우측의 띠와 하부의 매우 좁은 띠만이 폭발 영역 (30) 외부에 위치한다. 특히 유리한 공정 윈도우(35)는 우측 하단에 도시되어 있다. 유리한 공정 윈도우(advantageous process window)(35)에서, 공기 함량 (32)은 보통 15% 미만이고, 수소 함량 (31)은 5% 미만, 및/또는 비활성 가스 함량 (33)은 80% 초과이다.
본 발명에 따르면, 혼합물의 산소 농도는 산소 한계 농도 미만이다. 즉, 안전성 측면에서 결정적인 파라미터는, 종래 방법에서처럼 상한 또는 하한 폭발 한계와 관련된 연료 농도가 아니라, 보통 한계 산소 농도와 관련된 산소 농도이다. 예를 들어, 공기의 4 %의 H2 및 2 %의 O2의 화학양론 비는 300 °C에서 폭발 범위 내에 있지 않을 수 있다. 공기 내에 최대 2.1 %의 H2 가 가능할 것이다. 본 발명에 따른 저산소(low-oxygen) 혼합물로 인해, 연료와 공기의 단순 혼합물과 비교하여 폭발 범위 밖에서는 보다 높은 연료 농도가 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 열 생성 장치(8)의 공정도를 보여준다. 산소 반응기(10)는 촉매(11)로 설계된다. 산화제(2), 예를 들어, 공기는 선택적인 제1 송풍기를 사용하여 제1 라인을 통해 산소 반응기(10)로 이송된다. 연료(1)는 제1 라인이 제2 라인과 교차하는 지점에서 혼합물(3)이 연료(1) 및 산화제(2)로부터 생산되도록 제2 라인을 통해 제1 라인으로 투여된다 (dosed). 따라서 교차점은 혼합 디바이스로 동작한다.
촉매(11) 내에서의 산화는 생성 가스(4)를 생성한다. 이는 특히 비활성이다. 생성 가스 스트림은 제1 파트(15)와 제2 파트(16)로 분리된다. 제1 파트(15)는, 바람직하게는 제1 라인과 제2 라인의 교차 이전에 선택적인 제2 송풍기(25)를 사용하여 제1 라인으로 재공급 또는 재순환된다. 따라서, 유입되는 산화제(2)는 연료(1)가 추가되기 전, 먼저 비활성 생성 가스(4)와 희석된다. 이러한 방식으로, 항상 낮은 산소 농도가 보장될 수 있다.
생성 가스(4)의 제2 부분(16) 또한 바람직하게는 분리된다. 제2 파트(16)의 제1 부분은 제1 열 교환기(21)에서 산화제(2)를 가열하는데 사용된다. 여기에서 도시된 구성에서, 제1 열 교환기(21)는 제1 송풍기 (24) 및 재순환된 생성가스(4)가 제1 라인으로 들어가는 지점 사이에 위치한다. 그러나 이와 달리, 제1 열 교환기(21)는 또한 제1 송풍기(24)의 상류 (upstream)에 배치될 수 있다. 즉, 촉매반응시 생성된 열은 산화제 가열에 사용된다. 예를 들어, 공기, 특히, 공기 스트림이 가열된다. 특히, 이는 열 교환기에서 일어난다. 연료(1)와 산화제(2)의 분리 가열은 어느 시점에서도 폭발성 혼합물이 항상 존재하지 않도록 하는 것을 보장한다.
제2 파트(16)의 제2 부분은 제2 열 교환기(22)에서 사용되어 연료(1)를 가열한다. 일반적으로, 제2 열 교환기(22)는 제1 라인 및 제2 라인의 교차점 이전에 위치한다.
연료 1
산화제 2
혼합물 3
생성 가스 4
장치 8
산화 반응기 10
촉매 11
히트싱크 12
제1 파트 15
제2 파트 16
제1 열교환기 21
제2 열교환기 22
제1 송풍기 24
제2 송풍기 25
배기 가스 27
효율 η
생성 가스 온도 T
폭발 범위 30
수소 함량 31
공기 함량 32
비활성 가스 비율 33
공정 윈도우 35

Claims (15)

  1. 열 생성 방법에 있어서, 기체 연료(1) 및 기체 산화제(2)를 포함하는 혼합물(3)이 제조되고, 상기 연료(1)가 산화되되, 상기 혼합물(3)의 산소 농도는 한계 산소 농도 미만인, 열 생성 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 산화는 촉매(11)와의 불균일 촉매반응으로 일어나는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 촉매(11)는 히트 싱크(12)와 열접촉 상태이고, 따라서 생성된 열은 상기 히트 싱크(12)에 직접 전달되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 재순환된 생성 가스(4)는 상기 혼합물(3) 제조에도 사용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 생성 가스(4)의 스트림이 분리되고, 제1 파트(15)는 재순환되고, 제2 파트(16)은 열을 상기 연료(1) 및/또는 상기 산화제(2)로 분배하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 파트(15)는 송풍기에 의해 이송되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 파트(15)는 상기 산화제(2)의 공급라인으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료(1) 및 상기 산화제(2) 모두는 생성 가스(4)로부터의 열에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물(3)은 상기 연료(1) 및 상기 산화제(2)의 가열 후 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제5 항 및 제8 항에 있어서, 상기 생성 가스(4) 스트림의 상기 제2 파트(16)가 분리되어 상기 연료(1) 및 상기 산화제(2)를 상기 생성 가스(4)의 별도의 스트림들을 통해 가열하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 공기는 산화제(2)로 사용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화는 500°C 미만, 특히 400°C 미만 및/또는 100°C 초과, 특히 200°C 초과의 온도에서 일어나는 것을 특징으로 하는. 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화는 적어도 실질적으로 화학양론적으로 일어나고, 따라서 실질적으로 비활성인 생성 가스(4)가 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 열 생성 장치에 있어서, 기체 연료(1)용 공급 라인, 기체 산화제(2)용 공급 라인, 상기 산화제(2)와 상기 연료(1)를 산화시키는 산화 반응기(10), 및 생성 가스(4)용 배출 라인을 포함하고, 상기 장치는 상기 연료(1) 및 상기 산화제(2)로부터 혼합물(3)이 생성되도록 구성되는 믹싱 디바이스를 포함하고, 상기 혼합물의 상기 산소 농도는 상기 산소 한계 농도 미만인, 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 산소 반응기(10)은 불균일 촉매반응용 촉매(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(8).
KR1020257026613A 2023-01-13 2023-11-08 열 생성 방법 및 장치 Pending KR20250133424A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023200245.0 2023-01-13
DE102023200245.0A DE102023200245B3 (de) 2023-01-13 2023-01-13 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme
PCT/EP2023/081117 WO2024149489A1 (de) 2023-01-13 2023-11-08 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von wärme

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20250133424A true KR20250133424A (ko) 2025-09-05

Family

ID=88731663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020257026613A Pending KR20250133424A (ko) 2023-01-13 2023-11-08 열 생성 방법 및 장치

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4649267A1 (ko)
JP (1) JP2026502479A (ko)
KR (1) KR20250133424A (ko)
AU (1) AU2023422608A1 (ko)
DE (1) DE102023200245B3 (ko)
WO (1) WO2024149489A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023124322A1 (de) * 2023-09-08 2025-03-13 HYTING GmbH Heizvorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Heizvorrichtung
DE102024113650B3 (de) 2024-05-15 2025-05-15 Forschungszentrum Jülich GmbH Reaktor zur Durchführung von exothermen Reaktionen sowie Verwendung und Verfahren zum Betreiben eines solchen Reaktors

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5980596A (en) 1997-04-25 1999-11-09 Exxon Research And Engineering Co. Multi-injector autothermal reforming process and apparatus for producing synthesis gas (law 565).
JP2004125378A (ja) * 2002-07-15 2004-04-22 Miura Co Ltd 低ＮＯｘ燃焼方法とその装置
US7444820B2 (en) * 2004-10-20 2008-11-04 United Technologies Corporation Method and system for rich-lean catalytic combustion
ITPD20070066A1 (it) * 2007-02-28 2008-09-01 Easy Internat S R L Caldaia e metodo di funzionamento di detta caldaia
JP5435846B2 (ja) 2007-07-30 2014-03-05 日揮株式会社 ガス混合装置及び合成ガス製造装置
BR112012007204A2 (pt) 2009-09-30 2016-04-05 Sumitomo Chemical Co aparelho misturador para misturar um gás combustível, aparelho de reação, processo para produzir um gás misturado e processo para fornecer um gás misturado

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024149489A1 (de) 2024-07-18
AU2023422608A1 (en) 2025-06-05
JP2026502479A (ja) 2026-01-23
EP4649267A1 (de) 2025-11-19
DE102023200245B3 (de) 2024-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20250133424A (ko) 열 생성 방법 및 장치
US5002483A (en) Multi-stage combustion chamber for combustion of nitrogen-containing gas with reduced NOx emissions, and method for its operation
US4642272A (en) Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US3718506A (en) Fuel cell system for reacting hydrocarbons
KR101210684B1 (ko) 수소 리사이클형 ｍｃｆｃ 발전 시스템
US20070065687A1 (en) Method and apparatus for light internal reforming in a solid oxide fuel cell system
EP1231183B1 (en) Fuel reformer system
US20060096297A1 (en) Method and apparatus for operating a burner of a heat engine, in particular of a gas turbine installation
US7517372B2 (en) Integrated fuel processor subsystem with quasi-autothermal reforming
US4490347A (en) Process for sulfuric acid regeneration
JP2024520668A5 (ko)
US8454355B2 (en) Porous-medium burning apparatus
KR20030051452A (ko) 지구 온난화 방지 방법 및 그 장치
JP2007538184A (ja) 改質ガソリン補助式燃焼
US20040226217A1 (en) Fuel processor for producing hydrogen from hydrocarbon fuels
JP2024014792A (ja) 炉動作方法
CN1045277C (zh) 一种由含n2o的气流分解生成no的方法
US20110308156A1 (en) Reformer reactor and method for converting hydrocarbon fuels into hydrogen rich gas
CS712789A2 (en) Method of fuel combustion and equipment for this method realization
EP1941008B1 (en) Steam reforming unit
US20100314584A1 (en) Reformer reactor and method for converting hydrocarbon fuels into hydrogen rich gas
KR20260029451A (ko) 열 발생 및 전달 장치
SU878774A1 (ru) Способ газификации твердого углеродсодержащего топлива
JP2005281447A (ja) 有機物またはその炭化物のガス化方法
JPH0117043B2 (ko)

Legal Events

Date Code Title Description
D11 Substantive examination requested

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-2-D10-D11-EXM-PA0201 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

PA0105 International application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A15-nap-PA0105

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

Q12 Application published

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-Q10-Q12-NAP-PG1501 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)