가스화 작동 원리

가장 유망하고 관심을 끄는 에너지 대안 중 일부는 혁신적인 아이디어가 아닙니다. 우리 모두는 수세기 동안 주변에 있었던 풍차와 물레방아에 대해 알고 있습니다. 오늘날 혁신적인 터빈 설계를 비롯한 다양한 개선 사항으로 인해 이러한 고대 기계가 국가의 에너지 요구 사항을 충족하는 데 도움이 될 수 있는 첨단 기술로 변모하고 있습니다.

또 다른 오래된 공정이 있습니다. 아마도 여러분이 잘 모르실 것입니다. 이 공정은 인기를 얻고 있으며 청정 재생 에너지의 판테온에서 풍력과 수력 발전에 합류할 수 있습니다. 이 과정은 탄소 함유 공급원료를 합성 가스 또는 합성 가스로 전환하기 위해 제한된 산소를 사용하는 일련의 화학 반응인 가스화 로 알려져 있습니다 .

타는 것 같지만 그렇지 않습니다. 연소는 연소를 통해 열과 빛을 생성하기 위해 풍부한 산소를 사용합니다. 가스화는 극소량의 산소만을 사용하며, 이 산소는 증기와 결합되어 강한 압력으로 조리됩니다. 이것은 주로 일산화탄소와 수소로 구성된 기체 혼합물을 생성하는 일련의 반응을 시작합니다. 이 합성가스는 직접 연소되거나 비료, 순수 ​​수소, 메탄 또는 액체 운송 연료를 제조하기 위한 출발점으로 사용될 수 있습니다.

믿거 나 말거나, 가스화는 수십 년 동안 주변에 있었습니다. 스코틀랜드 엔지니어 William Murdoch는 기본 프로세스를 개발한 공로를 인정받았습니다. 1790년대 후반에 석탄을 원료로 사용하여 집에 불을 밝히기에 충분한 양의 합성 가스를 생산했습니다. 결국 유럽과 미국의 도시에서는 합성 가스(당시 알려진 "타운 가스")를 사용하여 도시의 거리와 가정을 밝히기 시작했습니다. 결국, 석탄 화력 발전소에서 생산된 천연 가스와 전기는 열과 빛의 선호되는 원천으로 도시 가스를 대체했습니다.

오늘날, 글로벌 기후 위기가 눈앞에 다가오고 전력에 굶주린 국가들이 대체 에너지원을 찾는 가운데 가스화가 다시 부활하고 있습니다. 가스화 기술 위원회는 2015년까지 세계 가스화 용량이 70% 이상 증가할 것으로 예상합니다. 이러한 성장의 대부분은 중국과 인도의 급속한 발전에 힘입어 아시아에서 발생할 것입니다. 그러나 미국도 가스화를 수용하고 있습니다.

이 프로세스가 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보겠습니다. 우리는 공정의 가장 일반적인 형태인 석탄 가스화부터 시작할 것입니다.

내용물

1. 석탄 가스화
2. 목재 가스화
3. 수제 가스화

석탄 화력 발전소의 핵심은 석탄을 연소시켜 물을 증기로 만드는 보일러입니다. 다음 방정식은 불타는 석탄이 화학적으로 어떻게 보이는지 보여줍니다: C + O ₂ --> CO ₂ . 석탄은 순수한 탄소로 만들어지는 것이 아니라 탄소가 다른 많은 원소에 결합되어 만들어집니다. 그럼에도 불구하고 석탄의 탄소 함량은 높고 연소 시 산소와 결합하여 지구 온난화의 주요 원인인 이산화탄소를 생성하는 탄소입니다. 석탄 연소의 다른 부산물에는 황 산화물, 질소 산화물, 수은 및 자연 발생 방사성 물질이 포함됩니다.

가스화를 통합하는 발전소의 핵심은 보일러가 아니라 가스화기 , 즉 높이가 약 12미터, 너비가 13피트(4미터)인 원통형 압력 용기입니다. 공급 원료는 상단에서 가스화로로 유입되고 증기와 산소는 하단에서 유입됩니다. 모든 종류의 탄소 함유 물질이 공급원료가 될 수 있지만 석탄 가스화에는 물론 석탄이 필요합니다. 일반적인 가스화 플랜트는 갈색 석탄의 일종인 갈탄을 매일 16,000톤(14,515미터톤) 사용할 수 있습니다.

가스화기는 석탄 보일러보다 더 높은 온도와 압력에서 작동합니다. 각각 화씨 2,600도(섭씨 1,427도)와 제곱인치당 1,000파운드(6,895킬로파스칼)입니다. 이로 인해 석탄은 다양한 화학 반응을 겪습니다. 첫째, 석탄 탄소의 부분 산화는 가스화 반응을 공급하는 데 도움이 되는 열을 방출합니다. 첫 번째는 석탄의 휘발성 물질이 여러 가스로 분해되어 숯과 같은 물질인 숯을 남길 때 발생하는 열분해 입니다. 그런 다음, 환원 반응은 숯에 남아 있는 탄소를 합성 가스 로 알려진 기체 혼합물로 변환합니다 .

일산화탄소와 수소는 합성 가스의 두 가지 주요 구성 요소입니다. 가스 정화 로 알려진 프로세스 동안 원료 합성 가스는 다양한 구성 요소를 분리하는 데 사용할 수 있는 냉각 챔버를 통과합니다. 세척을 통해 황, 수은 및 미전환 탄소를 포함한 유해한 불순물을 제거할 수 있습니다. 이산화탄소조차도 가스에서 빼내어 지하에 저장하거나 암모니아 또는 메탄올 생산에 사용할 수 있습니다.

그렇게 하면 순수한 수소와 일산화탄소가 남게 되며, 이는 가스터빈에서 깨끗하게 연소되어 전기를 생산할 수 있습니다. 또는 일부 발전소에서는 정화된 가스를 니켈 촉매 위로 통과시켜 합성 가스를 천연 가스로 전환하여 일산화탄소와 이산화탄소를 유리 수소와 반응시켜 메탄을 형성합니다. 이 "대체 천연 가스"는 일반 천연 가스처럼 작동하며 전기를 생성하거나 가정과 기업을 난방하는 데 사용할 수 있습니다.

그러나 석탄을 사용할 수 없는 경우 가스화는 여전히 가능합니다. 필요한 것은 나무입니다.

합성가스 세컨즈

Although the electric power industry has recently become interested in gasification, the chemical, refining and fertilizer industries have been using the process for decades. That's because the major components of syngas -- hydrogen and carbon monoxide -- are the basic building blocks of several other products. Some of the most important products derived from syngas include methanol, nitrogen-based fertilizers and hydrogen for oil refining and transportation fuels. Even slag, a glasslike byproduct of the gasification process, can be used in roofing materials or as a roadbed material.

Coal gasification is sometimes called "clean coal" because it can be used to generate electricity without belching toxins and carbon dioxide into the atmosphere. But it's still based on a nonrenewable fossil fuel. And it still requires mining operations that scar the Earth and leave behind toxic wastes of their own. Wood gasification -- or biomass gasification, to be more technically correct -- may provide a viable alternative. Biomass is considered a renewable energy source because it's made from organic materials, such as trees, crops and even garbage.

Biomass gasification works just like coal gasification: A feedstock enters a gasifier, which cooks the carbon-containing material in a low-oxygen environment to produce syngas. Feedstocks generally fall into one of four categories:

The choice of feedstock determines the gasifier design. Three designs are common in biomass gasification: updraft, downdraft and crossdraft. In an updraft gasifier, wood enters the gasification chamber from above, falls onto a grate and forms a fuel pile. Air enters from below the grate and flows up through the fuel pile. The syngas, also known as producer gas in biomass circles, exits the top of the chamber. In downdraft or crossdraft gasifiers, the air and syngas may enter and exit at different locations.

The choice of fuel and gasifier design affects the relative proportions of compounds in the syngas. For example, wheat straw placed in a downdraft gasifier produces the following:

그러나 하향 기류 가스화기에 넣은 숯은 다음을 생성합니다.

[출처: Rajvanshi ].

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더 나은 가스(화) 마일리지

믿거 나 말거나, 목재 가스화의 주요 용도 중 하나는 내연 기관에 동력을 공급하는 것입니다. 1940년 이전에는 특히 유럽에서 가스화 동력 자동차가 가끔 보였습니다. 그러다가 제2차 세계 대전 중에 석유 부족으로 인해 사람들은 대안을 생각하게 되었습니다. 서유럽의 운송 산업은 차량에 동력을 공급하고 식품 및 기타 중요한 재료가 소비자에게 전달되도록 하기 위해 목재 가스화에 의존했습니다. 전쟁이 끝난 후 가스와 석유가 널리 보급되면서 가스화는 거의 잊혀졌습니다. 그러나 미래의 석유 부족은 이 오래된 기술에 대한 우리의 관심을 되살릴 수 있습니다. 미래의 자동차 운전자는 몇 갤런의 휘발유 대신에 몇 그루의 나무 막대기로 "배 채우라"고 요청할 수 있습니다.

가스화의 한 가지 매력적인 품질은 확장성입니다. Tampa의 남동쪽에 있는 Polk Power Station은 4,300에이커(1,740헥타르)에 달하는 가스화 플랜트입니다. 시간당 100톤(90.7미터톤)의 석탄을 약 60,000개의 가정과 기업에서 2억 5천만 와트의 전력으로 변환합니다[출처: Folger ].

그러나 가스화를 실험하기 위해 거대한 공공 시설이 될 필요는 없습니다. 집에서 구할 수 있는 재료로 간단하고 작은 가스화기를 만들 수 있습니다. YouTube는 이러한 수제 장치의 여러 비디오를 제공합니다. 예를 들어, 한 비디오는 가스화 반응이 일어나는 압력 용기의 역할을 하는 페인트 캔을 보여줍니다. 합성가스는 밀봉된 캔 내부에서 생성되기 때문에 간단한 배관 피팅을 통해 가스가 점화될 수 있는 버너 캔으로 이동합니다.

또 다른 흥미로운 비디오미국 연방재난관리청(FEMA)과 오크리지 국립연구소가 준비한 계획에 따라 목재 가스화기를 조립하고 운영하는 소규모 팀을 보여줍니다. FEMA는 1989년 석유 비상 사태 시 소규모 가스화를 위해 특별히 이러한 계획을 개발했습니다. 이 기관의 보고서에는 다운드래프트 바이오매스 가스화기의 제작, 설치 및 작동에 대한 상세하고 설명된 지침이 포함되어 있습니다. (보고서에 대한 링크는 다음 페이지의 "Lafontaine" 아래 소스 목록에 포함되어 있습니다.) 이 장치에는 아연 도금 금속 쓰레기통, 작은 금속 드럼, 일반 배관 피팅 및 스테인리스 스틸 믹싱 볼이 필요하며 위에 장착할 수 있습니다. 내부 연소를 위한 합성 가스를 제공하는 차량. 가스화기가 제자리에 있으면 차량은 나무 조각이나 기타 바이오매스를 연료로 사용하여 안정적으로 달릴 수 있습니다.

가스화에 관심이 있지만 DIY 유형이 아닌 경우 제조업체에서 가스화 장치를 구입하는 것이 좋습니다. 예를 들어, New Horizon Corporation은 가정 환경에 설치할 수 있는 가스화 시스템을 배포합니다. 이 바이오매스 가스화 보일러는 주택, 차고 및 기타 건물을 데울 수 있으며 양념된 목재, 옥수수 속대, 톱밥, 우드 칩 및 모든 종류의 펠릿을 비롯한 다양한 연료를 사용할 수 있습니다.

어느 쪽이든, 가스화는 향후 수십 년 동안 가장 중요한 에너지 대안 중 하나로 부상할 것입니다. 석탄을 사용하는 가장 깨끗한 방법이지만 바이오매스와 같은 재생 가능한 에너지원에서도 효율적으로 작동합니다. 그리고 가스화의 주요 생성물 중 하나가 수소이기 때문에 이 공정은 연료 전지 및 청정 연료를 위한 대량의 수소를 생산하는 디딤돌을 제공합니다.

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