목재 가스

목재 가스는 휘발유, 디젤 또는 다른 연료 대신에 용광로, 스토브 및 차량의 연료로 사용할 수있는 합성 가스입니다. 생산 과정에서 바이오 매스 또는 기타 탄소 함유 물질은 목재 및 가스 생성기의 산소 제한 환경 내에서 가스화되어 수소와 일산화탄소를 생산합니다. 그런 다음이 가스는 산소가 풍부한 환경에서 연료로 연소되어 이산화탄소, 물 및 열을 생성 할 수 있습니다. 일부 가스 화기에서이 공정은 바이오 매스 또는 석탄이 먼저 챠르로 전환되고, 다환 방향족 탄화수소가 풍부한 메탄 및 타르를 방출하는 열분해에 의해 선행된다.

역사
최초의 목재 가스화로는 1839 년 Gustav Bischof에 의해 지어졌습니다. 목재 가스로 작동하는 최초의 차량은 1901 년 Thomas Hugh Parker에 의해 지어졌습니다. 1900 년 경에 많은 도시에서 합성 가스 (주로 석탄에서 중앙에서 생산)가 주택으로 공급되었습니다. 천연 가스는 1930 년에만 사용되기 시작했습니다.

목재 가스 차량은 화석 연료 배급의 결과로 제 2 차 세계 대전 중에 사용되었습니다. 독일에서만 전쟁이 끝날 때 약 50 만 개의 “생산자 가스”차량이 사용되었습니다. 트럭, 버스, 트랙터, 오토바이, 선박 및 열차는 목재 가스화 장치를 갖추고있었습니다. 목재 가스가 아직 인기를 얻지 못했던 1942 년에 스웨덴에는 약 73,000 대의 목재 가스 차량이 있었고, 프랑스에는 65,000 명이, 덴마크에는 10,000 명이, 그리고 스위스에는 8,000 명이있었습니다. 1944 년에 핀란드는 43,000 대의 “woodmobiles”를 보유하고 있으며 그 중 30,000 대는 버스와 트럭, 7,000 대의 개인 차량, 4,000 대의 트랙터와 600 대의 보트가 있습니다.

목재 가스는 다른 것들 중에서도 자동차의 내연 기관을 구동하는 데 사용되었습니다. 발전기는 시체 바깥에 지어 졌거나 예고편으로 운반되었습니다. 기술 시스템 인 목재 가스화 기는 장작으로 채워졌고 고정층 가스 화기로 사용되었습니다. 가열하면 인화성 가스 혼합물 (목재 가스)이 목재에서 빠져 나옵니다. 1950 년대 초반까지, 독일에서 여러 종류의 소형 트럭이 특별 운전 면허증으로 사용되었으며,이 트럭에 대해서는 인증되고 승인 된 너도밤 ​​나무 통나무 만 사용되었습니다. 가솔린 1 리터는 목재 3kg에서 얻은 가스의 양으로 대체 할 수 있습니다. 특히 목재 가스화를 위해 건조되고 적절한 크기로 잘게 파쇄 된 목재는 탱크 목재라고 불리우며 이른바 탱크 우드 공장에서 생산되고 저장됩니다.

2 차 세계 대전이 끝나면 독일에는 약 50 만대의 발전기 가스 자동차 또는 목재 가스 자동차가있었습니다. 그 공급은 fuelwood 및 관련 발전소 연료와 관련된 주유소에 대해 Power Generator Company의 Ministry로부터 제공 받았다.

소련에서는 목재로 기화 된 화차가 대량 생산되었습니다. 특히 주목할만한 것은 ZIS-21 (ZIS-5 기반)과 GAZ-42 (1939 년에서 1946 년 사이에 거의 35,000 부의 사본이 생산 된 모델)입니다. 그 이유는 특히 소련 북쪽의 1930 년대와 1940 년대의 연료 공급은 아직 보장되지 않았다.

리히텐슈타인 (Liechtenstein)의 Schaanwald에는 오토바이에서 트랙터까지 약 70 대의 목조 가스 차량이있는 개인 박물관이 있습니다. 빈티지 자동차는 도로 주행이 가능하며 때때로 옮겨지기 때문에 가구 공장에서 낭비됩니다.

목재 가소 화기는 자동차 및 산업 응용 분야의 발전기로서 중국과 러시아에서 제조됩니다. 목재 가스화로 개조 된 트럭은 시골 지역, 특히 동해안의 도로에서 북한에서 사용됩니다.

20 세기 말과 21 세기 초반에 재생 가능한 원재료의 사용 증가에 대한 논의의 일환으로, 목재 가스화 및 다른 유기 물질, 특히 유기 잔류 물의 가스화로 인해 열에 의한 기체 연료의 회수 발전 등을 다시 받아들이고 개별 시범 플랜트에서 실행했다. 이러한 순수한 에너지 사용에 기초하여, 바이오 연료와 화학 산업의 제품의 화학 합성을위한 원료 물질로서의 제품 가스의 사용 또한 목표로되었으며, 특히 BtL 연료, 디메틸 에테르 및 메탄올 . 후속적인 메타 형성 및 처리에 의해, 대체 천연 가스 (SNG)로서 천연 가스 계통에 공급 될 수있다. 수소가 50 % 이상 함유 된 고품질의 제품 가스는 소위 생물 수소 (biohydrogen)라고도합니다.

등록 정보
목재 가스는 주로 일산화탄소 34 %와 메탄 13 %, 소량의 에틸렌 2 %와 수소 2 %뿐만 아니라 질소 1 %, 이산화탄소 49 %와 같은 불연성 성분을 연소시키는 성분으로 구성되어있다. 수증기. 목재 가스는 정상 조건에서 공기보다 약 1.5kg / m 3 더 무겁습니다. 목재 가스의 발열량은 기존의 자열 가스화에서 약 8.5MJ / ㎥이며, 온열 가스화에서 12MJ / ㎥ 이상이다.

생산량에 따라 목재 가스의 조성은 다양 할 수 있습니다. 공기 (21 부피 % 산소, 78 부피 % 질소)를 사용할 때, 생성물 가스는 매우 높은 비율의 질소를 함유하며, 이는 가스의 발열량에 기여하지 않고 수소 수율을 감소시킨다. 대조적으로, 생성 가스는 산소 및 수증기를 사용할 때 질소를 함유하지 않으며 따라서 더 높은 칼로리 값 및 높은 수소 수율을 갖는다.

용법

내부 연소 엔진
목재 가스화로는 불꽃 점화 엔진에 전원을 공급할 수 있습니다. 보통의 연료는 모두 탄화물의 변화가 거의 없으며, 디젤 엔진에서는 스로틀 밸브가 장착되도록 공기 흡입구에 가스를 공급합니다. 벌써 가져 왔어. 디젤 엔진의 경우 디젤 연료가 여전히 가스 혼합물을 점화 할 필요가 있으므로 기계적으로 조절되는 디젤 엔진의 “정지”링키지와 아마도 “스로틀”링키지는 엔진에 약간의 연료가 주입되도록 수정해야합니다 유휴 당 분사량. 목재는 목재 가스화로를 부착하면 일반적인 내연 기관으로 자동차에 동력을 공급할 수 있습니다. 전쟁이 쉽고 경제적 인 비용으로 석유에 대한 접근을 막았 기 때문에 이것은 유럽, 아프리카 및 아시아 여러 국가에서 제 2 차 세계 대전 중 상당히 인기가있었습니다. 더 최근에는 목재 가스가 개발 도상국에서 열과 요리를하거나 심지어 내연 기관과 결합 할 때 전기를 생산하는 깨끗하고 효율적인 방법으로 제안되었습니다. 제 2 차 세계 대전 기술에 비해, 가스화 기는 정교한 전자 제어 시스템의 사용으로 인해 지속적 관심을 덜 받지만, 깨끗한 가스를 얻는 것은 여전히 ​​어려운 실정입니다. 천연 가스 파이프 라인으로의 가스 정화 및 공급은 기존의 연료 보급 인프라와 연계 된 하나의 변종입니다. 피셔 – 트 롭쉬 공정에 의한 액화가 또 다른 가능성이다.

가스화 시스템의 효율은 비교적 높다. 가스화 단계는 연료 에너지 함량의 약 75 %를 내연 기관의 연료로 사용할 수있는 가연성 가스로 변환합니다. 장기간의 실제 실험과 목재 가스 구동 자동차로 운전되는 10 만 킬로미터 (62,000 마일)를 기준으로했을 때, 에너지 소비는 추출에 필요한 에너지를 제외한 가솔린상의 동일한 자동차의 에너지 요구량에 비해 1.54 배 더 높습니다 가솔린이 유래 된 기름을 수송 및 정제하고, 목재를 수확하고, 가공하고, 가스화기를 공급하는 데 필요한 에너지를 제외한다. 이것은 동일한 주행 조건 및 동일하거나 다른 방식으로 수정되지 않은 차량에서 실제 운송 중 가연성 물질 1,000 킬로그램 (2,200 lb)이 가솔린 365 리터 (96 US gal)에 해당하는 것으로 밝혀졌습니다. 이것은 연료의 다른 정제가 필요하지 않기 때문에 좋은 결과로 간주 될 수 있습니다. 이 연구는 또한 시스템의 예열과 가스 생성 시스템의 추가 중량 운반과 같은 목재 가스 시스템의 모든 가능한 손실을 고려합니다. 발전량에서보고 된 연료 요구량은 킬로와트시 전기 당 1.1 킬로그램 (2.4 lb)의 가연성 물질입니다.

많은 경우에 다른 용도는없는 벼리를 사용하여 원거리 아시아 공동체를위한 가스화 기가 건설되었습니다. 버마의 한 시설은 전력이없는 약 500 명의 사람들을 위해 80 kW의 수정 된 디젤 동력 발전기를 사용합니다. 재는 바이오 숯 비료로 사용될 수 있으므로 재생 가능한 연료로 간주 될 수 있습니다.

내연 기관의 배기 가스 배출량은 가솔린보다 목재 가스가 훨씬 적습니다. 특히 탄화수소 배출은 목재 가스가 적다. 일반적인 촉매 컨버터는 목재 가스와 잘 작동하지만, 20ppm HC 및 0.2 % CO 미만의 배출 수준은 대부분의 자동차 엔진에서 쉽게 달성 할 수 있습니다. 목재 가스의 연소는 미립자를 발생시키지 않으며, 따라서 가스는 자동차 오일 사이에 카본 블랙을 거의 제공하지 않는다.

스토브, 요리 및 용광로
특정 난로 설계는 사실 가스 기화기의 상승 기류 원리에 기반을두고 있습니다. 공기는 연료를 통과하여 껍질의 기둥 일 수 있으며 연소되어 표면의 잔여 숯에 의해 일산화탄소로 환원됩니다. 결과 가스는 동심 튜브를 올라온 가열 된 2 차 공기에 의해 연소된다. 이러한 장치는 가스 렌지와 매우 흡사합니다.이 배열은 중국의 버너라고도합니다.

다운 드래프트 원리를 기반으로하고 일반적으로 중첩 된 실린더로 제작 된 다른 스토브도 높은 효율을 제공합니다. 상부로부터의 연소는 가스 화 구역을 생성하며, 가스는 버너 챔버의 바닥에 위치한 포트를 통해 아래쪽으로 빠져 나간다. 가스는 추가 유입 공기와 혼합되어 2 차 연소를 제공합니다. 가스화에 의해 생성 된 대부분의 CO는 2 차 연소 사이클에서 CO2로 산화된다. 따라서 가스화 스토브는 기존의 요리 화재보다 낮은 건강 위험을 나타냅니다.

또 다른 응용 분야는 산업용 용광로에서 LDO (light density fuel oil)를 대체하기 위해 생산자 가스를 사용하는 것입니다.

가스 사용량
바이오 매스 가스화에서 생성 된 가스는 에너지 적으로나 물질적으로 사용될 수있다.

연소에 의한 정력적 인 사용
바이오 매스 가스화의 가스 혼합물에 대한 현재 일반적으로 사용되는 것은 가솔린 또는 디젤 원리에 따른 모터 사용 또는 열 (증기) 및 전력 생산을위한 상응하는 소각장에서의 연소이다. 매우 높은 에너지 변환 효율이 달성된다. 가스 냉각 중에 생성 된 목질 가스 응축수는 높은 수준의 생화학 적 산소를 필요로하기 때문에 수생 식물로 보내지기 전에 이들 식물에서 적절히 처리되어야합니다. 대안으로, 고체 산화물 연료 전지에서의 바이오 매스 가스화의 가스 혼합물은 직접 전기로 전환 될 수있다. 능동적 인 원칙은 이미 2004 년에 실험에서 입증되었습니다.

합성 가스로 사용
또한 합성 가스로는 다양한 제품의 화학 합성을위한 일산화탄소와 수소의 생성 가스를 사용할 수 있습니다. 바이오 매스 가스화로부터의 합성 가스의 재료 사용은 여전히 ​​개발 중에 있으며, 그러한 공장은 현재 실험실 및 시범 규모에 불과하다. 이에 따라 CO / H2-Synthesegas의 대규모 생산 및 사용은 석탄 및 납사와 같은 천연 가스 및 기타 화석 연료만을 기준으로 이루어집니다.

화학 기술 활용 옵션은 주로 수소 생산과 Haber-Bosch 공정, 메탄올 합성, 다양한 옥소 합성 및 어부 – Tropsch 합성을 통한 바이오 연료 (BtL 연료) 및 기타 제품 생산을 통해 암모니아를 생성합니다.

Haber-Bosch 공정에 따른 암모니아 합성에서

메탄올 합성에서

옥소 합성에서

피셔 – 트 롭쉬 합성법

합성 가스 발효를 통해 합성 가스를 생물 공학적으로 사용할 수 있습니다. 이 옵션의 제품은 예를 들어 에탄올, 부탄올, 아세톤, 유기산 및 생체 고분자와 같은 알콜 일 수 있습니다. 이 사용은 현재 개발 단계에 있으며 대규모로 사용되지 않습니다.

이러한 모든 유형의 사용에서 목재는 응축수가 유기물로 다양하게 오염되므로 가스 냉각 및 다양한 정도의 공정 체인으로 물이 응축된다는 점에 유의해야합니다. 이 폐수의 적절한 처분 (목재 1kg 당 약 0.5 리터)은 BtL 체계에서 “부산물”로 여기에 나열되어 있지만, 그러한 시스템의 필수적인 부분입니다.

생산
목재 가스화로는 목재 칩, 톱밥, 숯, 석탄, 고무 또는 이와 유사한 재료를 연료로 취하여 화재 상자에서 불완전하게 연소시켜 목재 가스, 고체 재 및 그을음을 생산하며, 후자는 가스 화기에서 주기적으로 제거해야합니다. 목재 가스는 타르 및 그을음 / 회분 입자로 여과되어 냉각되어 엔진이나 연료 전지로 보내집니다. 이러한 엔진의 대부분은 목재 가스의 엄격한 순도 요구 사항을 가지고 있으므로 가스는 종종 “균열”, 타르 및 입자를 제거하거나 전환하기 위해 광범위한 가스 세정을 통과해야합니다. 타르의 제거는 종종 수세기를 사용하여 수행됩니다. 개조되지 않은 가솔린 연소 내연 기관에서 목재 가스를 작동시키는 것은 미 연소 화합물의 문제가되는 축적을 초래할 수있다.

다른 gasifiers에서 가스의 품질은 큰 거래 다릅니다. 제 2 차 세계 대전 기화기와 같은 반응 지역에서가 아니라 열분해와 가스화가 별도로 발생하는 단계적 가스화 기는 본질적으로 타르가 스가없는 가스 (1 mg / m³ 미만)를 생산하도록 설계 될 수 있으며, 단일 반응기 유동층 가스화 기는 50,000 mg / m³의 타르를 초과 할 수있다. 유동층 반응기는 단위 체적 및 가격 당 더 많은 용량을 가지면서 훨씬 더 콤팩트하다는 장점이있다. 가스의 의도 된 용도에 따라 타르는 가스의 발열량을 증가 시켜도 유익 할 수 있습니다.

내연 기관에서 사용하기 위해 생산 된 목재 가스를 의미하는 미국에서 사용되는 용어 인 “생산자 가스”의 연소열은 다른 연료에 비해 다소 낮습니다. Taylor는 생산자 가스가 천연 가스의 경우 55.9 MJ / kg 및 휘발유의 경우 44.1 MJ / kg에 비해 연소 열량이 5.7 MJ / kg라고보고합니다. 나무의 연소열은 일반적으로 15-18 MJ / kg입니다. 아마도 이러한 값은 샘플마다 다를 수 있습니다. 동일한 출처는 다음과 같은 화학적 조성을 매우 다양하게보고합니다.

1981 년 뉴질랜드 Nambassa 대안 축제의 숯 가스 생산 업체
검은 색 분말 용 목탄 제조 과정에서 휘발성 목재가 배출됩니다. 매우 높은 표면적의 카본 결과는 검은 색 분말의 연료로 사용하기에 적합합니다.

질소 N2 : 50.9 %
일산화탄소 CO : 27.0 %
수소 H2 : 14.0 %
이산화탄소 CO2 : 4.5 %
메탄 CH4 : 3.0 %
산소 O2 : 0.6 %.

가스 조성은 가스화 공정, 가스화 매질 (공기, 산소 또는 증기) 및 연료 수분에 크게 의존한다는 것이 지적되었다. 증기 기화 공정은 전형적으로 높은 수소 함량을 산출하며, 하향 유동식 고정층 기화기는 높은 질소 농도 및 낮은 타르 하중을 산출하고, 상승 기류 고정층 기화기는 높은 타르 하중을 산출한다.

바이오 연료
또한 바이오 연료의 생산에있어서, 가스화 생성물 기체에서 생성 된 기체는 이미 기술 된 합성 공정에서 합성 기체로서 사용된다. 초점은 바이오 수소, 천연 가스 대체물 (메탄, SNG) 및 디메틸 에테르뿐만 아니라 메탄올 및 BtL 연료와 같은 액체 연료와 같은 기체 연료에있다. [8 일]

바이오 수소는 수증기 개질에 의해 합성 가스로부터 추출되고, 메탄은 가스의 메탄 화에 의해 생성 될 수있다. 메탄올 및 디메틸 에테르의 제조를 위해, 메탄올의 합성이 사용된다. BtL 연료는 피셔 – 트 롭쉬 (Fischer-Tropsch) 합성법을 통해 생산되며,이를 통해 가솔린과 디젤 분율을 공정 변수에 따라 생산할 수 있습니다.