(57)【要約】  熱酸化装置は、プロセス流中のオフ‐ガスを、実質的に酸化チャンバの内部容積内で、熱的に酸化することを提供する。本発明の熱酸化装置は、炎の存在無し、または、炎中で燃焼させられる燃料のマイナー部分だけで処理される。
2011508864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面ライナを有する酸化チャンバ内の成分を熱酸化する方法であって、
前記方法は、
（ａ）前記酸化チャンバのライナを初期加熱するステップと、
（ｂ）次いで、前記加熱した酸化チャンバのライナからの熱伝達の結果として、前記成分の熱酸化を始める条件下で、前記酸化チャンバに成分を配送するステップと、を有することを特徴とする熱酸化方法。
【請求項２】
前記酸化チャンバに前記成分を配送するステップは、流動体流中において、前記酸化チャンバに前記成分を配送するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の熱酸化方法。
【請求項３】
前記成分の前記熱酸化の間、または、前記成分の前記熱酸化に続いて、前記酸化チャンバを通過させて前記流動体流を流すステップを有することを特徴とする請求項２に記載の熱酸化方法。
【請求項４】
前記流動体流中の前記成分間に１以上の燃料を供給するステップと、前記流動体流が前記酸化チャンバを通過している間、前記酸化チャンバのライナからの前記熱伝達の結果として、前記流動体流中の前記１以上の燃料を熱酸化するために、前記酸化チャンバ中における条件を維持するステップとを有することを特徴とする請求項３に記載の熱酸化方法。
【請求項５】
前記流動体流中の前記１以上の燃料を熱酸化するために、前記酸化チャンバ中における条件を維持するステップは、前記流動体流が前記酸化チャンバを通過している間、可燃範囲の下限未満の局所濃度で、前記流動体流中に前記１以上の燃料を供給することを特徴とする請求項４に記載の熱酸化方法。
【請求項６】
前記酸化チャンバ内の前記条件を変更することによって、前記流動体流中の前記１以上の燃料の燃焼を引き起こし、前記酸化チャンバのライナを再加熱するステップを有することを特徴とする請求項５に記載の熱酸化方法。
【請求項７】
前記酸化チャンバ内の前記条件を変更するステップは、前記流動体流中の前記１以上の燃料の局所濃度を可燃範囲の下限を上回る濃度に変更することを特徴とする請求項６に記載の熱酸化方法。
【請求項８】
前記流動体流中の前記１以上の燃料を熱酸化するために、前記酸化チャンバ中における条件を維持するステップは、前記流動体流を、前記１以上の燃料の乱流火炎速度を上回る流速で、内径が減少した通路を通過して流すことを特徴とする請求項４に記載の熱酸化方法。
【請求項９】
前記酸化チャンバ内の前記条件を変更することによって、前記流動体流中の前記１以上の燃料の燃焼を引き起こし、前記酸化チャンバのライナを再加熱するステップを有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸化チャンバ内の前記条件を変更する前記ステップは、前記流動体流の流速を前記１以上の燃料の乱流火炎速度未満に変更することを特徴とする請求項９に記載の熱酸化方法。
【請求項１１】
前記酸化チャンバのライナを初期加熱するステップは、前記成分の燃焼を引き起こす条件下で前記酸化チャンバに前記成分を配送することを特徴とする請求項１に記載の熱酸化方法。
【請求項１２】
前記酸化チャンバのライナを初期加熱するステップは、流動体流において、前記酸化チャンバに前記成分を配送することを特徴とする請求項１１に記載の熱酸化方法。
【請求項１３】
前記酸化チャンバのライナを初期加熱するステップは、前記流動体流中の前記成分間に１以上の燃料を供給することを特徴とする請求項１２に記載の熱酸化方法。
【請求項１４】
前記酸化チャンバのライナの前記初期加熱を生じさせる１以上の燃料の燃焼を引き起こす初期条件下において、前記酸化チャンバを通って前記１以上の燃料を含む流動体流を流すステップと、次いで、前記酸化チャンバのライナからの熱伝達の結果として、前記成分の前記熱酸化を引き起こす前記条件を変更するステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の熱酸化方法。
【請求項１５】
前記酸化チャンバに前記成分を配送するステップは、前記１以上の燃料を有する前記成分を配送することを特徴とする請求項１４に記載の熱酸化方法。
【請求項１６】
さらに、前記１以上の燃料の燃焼を引き起こす前記条件を変更し、前記酸化チャンバライナを再加熱することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の熱酸化方法。
【請求項１７】
前記成分の熱酸化ステップと前記酸化チャンバの再加熱ステップとの間を循環させるステップを有することを特徴とする請求項１６に記載の熱酸化方法。
【請求項１８】
前記条件を変更するステップは、前記１以上の燃料の局所濃度を前記１以上の燃料の前記可燃範囲内から前記可燃範囲外に変更することを特徴とする請求項１４に記載の熱酸化方法。
【請求項１９】
前記１以上の燃料の局所濃度を前記１以上の燃料の前記可燃範囲内から前記可燃範囲外に変更する前記ステップを引き起こすために、前記流動体流中への前記１以上の燃料の混合を増加させるステップを有することを特徴とする請求項１８に記載の熱酸化方法。
【請求項２０】
前記条件を変更するステップは、前記１以上の燃料の前記乱流火炎速度未満から前記乱流火炎速度超に、前記流動体流の速度を変化することを特徴とする請求項１４に記載の熱酸化方法。
【請求項２１】
前記流動体流中の前記成分として、揮発性有機化合物 、半揮発性有機化合物、および／または有害大気汚染物質を含ませるステップを有することを特徴とする請求項４に記載の熱酸化方法。
【請求項２２】
プロセス流から前記流動体流に、前記揮発性有機化合物 、前記半揮発性有機化合物、および／または前記有害大気汚染物質を加えるステップを有することを特徴とする請求項２１に記載の熱酸化方法。
【請求項２３】
前記酸化チャンバ内の位置において、前記流動体流に前記プロセス流の少なくとも一部を加えるステップを有することを特徴とする請求項２２に記載の熱酸化方法。
【請求項２４】
前記酸化チャンバに前記流動体流を配送する前に、前記流動体流に前記プロセス流の少なくとも一部を加えるステップを有することを特徴とする請求項２２に記載の熱酸化方法。
【請求項２５】
前記酸化チャンバに前記流動体流を配送する前に、前記燃料流中において燃焼空気と前記１以上の燃料の少なくとも一部とを予混合するステップを有することを特徴とする請求項５に記載の熱酸化方法。
【請求項２６】
前記酸化チャンバに補充熱を加えるために、前記酸化チャンバに前記１以上の燃料を含む他の流動体流を導入し、前記酸化チャンバ中の前記他の流動体流の前記１以上の燃料を燃焼することを特徴とする請求項２５に記載の熱酸化方法。
【請求項２７】
１時間以上の一定時間の間、前記熱酸化を維持するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の熱酸化方法。
【請求項２８】
前記流動体流中の前記成分間に１以上の燃料を供給するステップは、天然ガス、製油所燃料ガス、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、その他の炭化水素、一酸化炭素およびこれらを混合物から成る１以上のグループから選択された燃料を供給することを特徴とする請求項４に記載の熱酸化方法。
【請求項２９】
前記流動体流に１以上の希釈剤を加えるステップを有する請求項２８に記載の熱酸化方法。
【請求項３０】
前記流動体流中の前記成分間に１以上の燃料を供給するステップは、前記１以上の燃料の１つとして、天然ガスを含ませることを特徴とする請求項４に記載の熱酸化方法。
【請求項３１】
前記酸化チャンバを通過させて前記流動体流を流す前記ステップの前に、前記流動体流の少なくとも一部を予備加熱するステップを有することを特徴とする請求項３に記載の熱酸化方法。
【請求項３２】
前記酸化チャンバのライナの初期加熱ステップは、１８００゜Ｆから３０００゜Ｆまでの範囲内の温度に、酸化チャンバのライナを加熱することを特徴とする請求項４に記載の熱酸化方法。
【請求項３３】
１以上の燃料を供給するステップは、前記流動体流中の前記成分間に天然ガスを含ませるステップを有することを特徴とする請求項３２に記載の熱酸化方法。
【請求項３４】
前記酸化チャンバのライナの初期加熱のステップは、前記酸化チャンバと流体の流れで連通するバーナにおいて１以上の燃料を燃焼することによって、高温の燃焼排ガスを生成するステップと、予め選択された温度に前記ライナを加熱するために、前記酸化チャンバ中に前記高温の燃焼排ガスを配送するステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の熱酸化方法。
【請求項３５】
第１の位置において、前記バーナの内側チャンバ中に、前記１以上の燃料を導入するステップと、前記酸化チャンバの前記ライナを初期加熱する前記ステップの間に、前記第１の位置から上流側に予め選択された距離にある第２の位置において、前記内側チャンバ中に、燃焼空気、または、ほかの酸化剤を導入するステップとを有することを特徴とする請求項３４に記載の熱酸化方法。
【請求項３６】
前記酸化チャンバ内の前記成分の前記熱酸化を引き起こすために、前記１以上の燃料と前記燃焼空気のより完全な混合を生じさせるステップを有することを特徴とする請求項３５に記載の熱酸化方法。
【請求項３７】
前記流動体流の再循環を防止するステップを有することを特徴とする請求項２に記載の熱酸化方法。
【請求項３８】
内面の耐火性ライナを有する酸化チャンバ中において、１以上の燃料を含む流動体流の成分を熱酸化する方法であって、
（ａ）熱酸化可能な成分を有し、１以上の燃料および燃焼空気を含む流動体流を供給するステップと、
（ｂ）予め選択された温度まで、前記酸化チャンバの前記耐火性ライナを加熱するステップと、
（ｃ）前記流動体流の再循環無しに、前記耐火性ライナからの熱伝達の結果として、前記成分の熱酸化を引き起こす条件下で、前記酸化チャンバを通って前記流動体流を通過させるステップとを有することを特徴とする熱酸化方法。
【請求項３９】
シーケンス中で、（ｂ）のステップと（ｃ）のステップとを繰り返すことを特徴とする請求項３８に記載の熱酸化方法。
【請求項４０】
前記流動体流を供給するステップは、メタンおよび燃焼空気を有する流動体流を供給することを特徴とする請求項３８に記載の熱酸化方法。
【請求項４１】
前記酸化チャンバ内の前記耐火性ライナを加熱するステップは、
前記酸化チャンバと流体の流れで連通するバーナ中において前記１以上の燃料を燃焼することによって、高温の燃焼排ガスを生成するステップと、前記予め選択された温度に前記ライナを加熱するために、前記酸化チャンバ中に、前記高温の燃焼排ガスを配送するステップとを有する請求項３８に記載の熱酸化方法。
【請求項４２】
第１の位置において、前記バーナの内側チャンバ中に、前記１以上の燃料を導入するステップと、前記酸化チャンバ中の前記ライナを加熱する前記ステップの間に、前記第１の位置から上流側に予め選択された距離にある第２の位置において、前記内側チャンバ中に燃焼空気を導入するステップとを有することを特徴とする請求項４１に記載の熱酸化方法。
【請求項４３】
前記酸化チャンバの前記耐火性ライナからの熱伝達によって開始されるように、前記１以上の燃料を熱酸化させている間に、前記バーナ中の前記１以上の燃料の前記燃焼を停止させるために、前記１以上の燃料と前記燃焼空気のより完全な混合を生じさせるステップを有することを特徴とする請求項４２に記載の熱酸化方法。
【請求項４４】
前記成分の熱酸化を引き起こす条件下において、前記酸化チャンバを通って前記流動体流を通過させるステップは、前記流動体流中の前記１以上の燃料の局所濃度を前記１以上の燃料の可燃範囲外となるようするステップを有することを特徴とする請求項４１に記載の熱酸化方法。
【請求項４５】
前記１以上の燃料の燃焼を生じさせるために、前記１以上の燃料の前記可燃範囲内になるように、前記流動体流内の１以上の燃料の前記局所濃度を変化させることによって、前記耐火性ライナを再加熱するステップを有する請求項４４に記載の熱酸化方法。
【請求項４６】
前記成分の熱酸化を引き起こす条件下において、前記酸化チャンバを通って前記流動体流を通過させるステップは、前記流動体流の流速を前記流動体流内の前記１以上の燃料の乱流火炎速度を上回るようにするステップを有することを特徴とする請求項４１に記載の熱酸化方法。
【請求項４７】
前記１以上の燃料の燃焼を生じさせるために、前記流動体流の前記流速を前記乱流火炎速度未満に減らすことによって、前記耐火性ライナを再加熱するステップを有することを特徴とする請求項４６に記載の熱酸化方法。
【請求項４８】
前記成分の前記熱酸化の後に、酸化チャンバから前記流動体流を移動させ、前記流動体流を下流の装置に配送するステップを有する請求項３８に記載の熱酸化方法。
【請求項４９】
前記下流の装置は、プロセスヒータ、ボイラ、反応炉、エアヒータ、ドライヤ、ガスタービン、および、ヒートエクスチェンジャからなる群から選択される請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
開口内部容積を定義し、上流端部および下流端部を持つシェルと、ライナとを有する酸化チャンバと、
前記ライナを加熱し、前記開口内部容積内に存在する時に流動体流中の成分の熱酸化を引き起こす手段と、を有し、
前記熱酸化は、前記ライナからの熱伝達の結果として生じることを特徴とする熱酸化装置。
【請求項５１】
前記手段は、前記シェルの上流端部にあり、前記ライナの前記加熱を生じさせるために前記流動体流中の１以上の燃料を初期燃焼させ、かつ前記１以上の成分を熱酸化するバーナを有することを特徴とする請求項５０に記載の熱酸化装置。
【請求項５２】
１２ｐｐｍｄｒｙ未満のＮＯｘレベルおよび１ｐｐｍｄｒｙ未満のＣＯレベルを得るために、前記成分の前記熱酸化の間、前記条件を維持することを特徴とする請求項１に記載の熱酸化方法。
【請求項５３】
５ｐｐｍｄｒｙ未満のＮＯｘレベルおよび１ｐｐｍｄｒｙ未満のＣＯレベルを得るために、前記成分の前記熱酸化の間、前記条件を維持することを特徴とする請求項１に記載の熱酸化方法。
【請求項５４】
１ｐｐｍｄｒｙ未満のＮＯｘレベルおよび１ｐｐｍｄｒｙ未満のＣＯレベルを得るために、前記成分の前記熱酸化の間、前記条件を維持することを特徴とする請求項１に記載の熱酸化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、一般的に、プロセス流における酸化有機化合物が用いられる熱酸化装置、特に、有機化合物を分解するために無炎熱酸化反応を用いる熱酸化装置を操作する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱酸化装置は、一般的に、プロセス流が大気開放される前に、高温に１種類以上のガスまたは気体をさらすことによって、プロセス流におけるそれらを酸化するために用いられていた。プロセス流におけるガスは、一般的に、オフ‐ガスを指し、通常、揮発性有機化合物 、半揮発性有機化合物、および／または有害大気汚染物質で成る。オフ‐ガスを含むプロセス流は、しばしば、産業、工業、またはパワー生成処理の副生物となる。
【０００３】
一般的な熱酸化装置において、オフ‐ガスは、酸素を含むガス流と共にプロセス流が結合し、次いで、火炎を通過する結合流や天然ガスのような燃料源が燃焼することにより生産される燃焼ガスを通過することによって、二酸化炭素や水を生成するために酸化される。
【０００４】
しかしながら、熱酸化装置において化合物の熱分解を起こす火炎の使用は、結果として、ＮＯｘやＣＯのような大気汚染物質の好ましくないレベルの生成を引き起こす。ＮＯｘは、高温の微小領域の結果として生成され、ＣＯは、熱酸化装置における分解処理中に発生する燃焼ガスの不完全燃焼の結果である。
【０００５】
化合物の熱分解中に生産されるＮＯｘやＣＯのレベルを減少させるための取り組みにおいて、熱酸化装置において、無炎酸化処理を用いることが知られている。そのような無炎酸化処理の一例が、U.S Patent No. 5,165,884に開示されている。この特許においては、空気や酸素と共にあるガスや気体の混合物を、混合物の発火温度以上の温度に予熱された固形の耐熱材料のベッドマトリックス中に流している。混合物は、自身の内側で自律反応波を形成するベッドマトリックスにおいて、燃やされて、発熱的に反応する。この処理は、大気中にプロセス流を解放する前に、プロセス流中の特定のガスや気体が消滅する間に、不完全燃焼のＮＯｘ、ＣＯ、および他の生成物の生成を最小限にするために用いられている。ミリオンＢＴＵ当たりのＮＯｘ（例えば、二酸化窒素）が0.007blより少ない熱窒化物の放出レベルや１０ｐｐｍより少ないＣＯのレベルは、記載されている方法を用いて得ることができると述べられている。
【０００６】
上述のU.S Patent No. 5,165,884におけるベッドマトリックスは、燃焼処理中の反応波を最後にして安定させるのに好ましい。しかしながら、ベッドマトリックスは、処理装置の内側容積の大部分を占めるため、プロセス流が流れるために使用可能なオープンスペースが減少する。反応器におけるオープンスペースの減少は、プロセス流の与えられた稼働率における与えられた反応器のサイズに対して、利用可能な残留時間が減少し、有害な産業廃棄物の消滅のために使用可能な時間が減少する。さらに、ベッドマトリックスは、処理装置に入る前に、プロセス流が増大された圧力にさらされなければならないので、処理の操作コストを加える膨大な圧力低下を生み出す。この圧力低下は、プロセス流からの微粒子からなる物質がベッドマトリックスに蓄積、または、ベッドの材料がサーマルショックによって劣化するので、少しずつ増加する傾向にある。最終的に、ベッドマトリックスを横切る圧力低下の増大は、ベッドの材質を置き換える必要が生じるかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、上述のような欠点が無く、ＮＯｘやＣＯを低いレベルで生産する熱酸化装置を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
本発明は、流動体流中における成分の熱酸化を引き起こすのに十分な熱を伝達する内面ライナを有する酸化チャンバにおいて、流動体流中に含まれる熱酸化成分に関する方法を提供する。この方法は、前記酸化チャンバのライナを初期加熱し、次いで、前記酸化チャンバのライナからの熱伝達の結果として、前記成分の熱酸化を始める条件下で、前記酸化チャンバに成分を配送する。前記酸化チャンバのライナを初期加熱するステップは、流動体流における成分の熱酸化を開始するために十分な熱を、放射状に広げる、もしくは、送るために十分な予め選択された温度にライナを加熱することから成る。耐熱性のライナが、予め選択された温度に加熱された後、１以上の燃料を含む成分は、流動体流において、前記酸化チャンバに配送される。前記流動体流中の状態は、耐熱性のライナの熱伝達の結果として、前記流動体流における成分の無炎熱酸化を引き起こすことを制御する。従って、本発明の方法は、ベッドマトリックス、燃料流および／または燃焼空気流の予備加熱、または、一般的な無炎酸化処理に必要とされる燃料ガスの循環の必要がなく、無炎熱酸化を開始し維持するために、耐熱性のライナからの熱伝達を頼りにする。
【０００９】
一実施形態においては、１以上の流動体流における燃焼化合物は、耐熱性のライナの内部加熱を、予め選択した温度にするために、可視炎において燃焼させられる。前記流動体流における燃料化合物の全体の濃度は、このスタートアップモード中に可燃範囲内である。他方、結果として拡散または特に予混合された炎となるように、前記流動体流に存在する燃焼大気と共に、流動体流を完全に混合しないことにより、その結果、可燃性の混合物が生じるけれども、燃料化合物の全体の濃度は、可燃性の範囲外にある。無炎熱酸化モードに変化する間、前記流動体流における炎は、バーナ中の可視炎における混合物の燃焼を避けるために、可燃範囲外の燃料化合物の局所濃度を動かすための燃料または可燃性大気の混合を増大することによって、消される。可燃範囲外の燃料化合物の局所濃度を変化させるために、他の方法を用いることができる。
【００１０】
揮発性有機化合物、半揮発性有機化合物、および／または有害大気汚染物質は、流動体流中に、付加的な成分として存在する可能性があり、無炎熱酸化モード中に、熱酸化される。これらの付加的な成分は、一般的に、産業、工業、またはパワー生成処理からのプロセス流中から生じ、プロセス流が大気に解放される前に動かさなければならない。プロセス流は、プロセス中に必要とされる燃焼空気をいくらか、すべて供給すること、または、全く供給することができない。
【００１１】
もし、必要であれば、酸化チャンバの外側のシェルを通って喪失する熱または流動体流の冷却効果を相殺するために、補充加熱を酸化チャンバに加えることができる。補充加熱は、例えば、可視炎で、酸化チャンバ中の別の流動体流において、１以上の燃料を燃焼することによって、継続的に付加することができる。他方、補充加熱は、例えば、初期加熱モードにおける熱酸化装置を定期的に作動させることによって断続的に付加することができる。
【００１２】
本発明の処理が、無炎酸化モードにおいて動作するとき、５ｐｐｍ  ｄｒｙ未満、好ましくは、２ｐｐｍ  ｄｒｙ未満、さらに好ましくは、１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満のＮＯｘのレベルと１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満のＣＯのレベルを達成する。本明細書で用いられているように、ＮＯｘやＣＯは、乾燥状態を基本とした体積によって、１００万分の１（ｐｐｍ）で表現される。補助加熱を酸化チャンバに加えたときに、１〜１２ｐｐｍ  ｄｒｙ間のレベルのＮＯｘと１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満のレベルのＣＯを達成する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本明細書の一部を成し、本明細書と併せて読まれるべきであり、様々な図において部品を示すために参照番号が好ましく用いられる添付図面において：
【００１４】
【図１】図１は、詳細な構成を示すために破断された部分を持つ本発明の一実施形態による熱酸化装置の正面図である。
【００１５】
【図２】図２は、模式的に示される部分を持つ熱酸化装置のバーナ部の、垂直断面で取った拡大側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
好適な実施形態の詳細な説明
まず、詳細な図面、図１を参照すると、流動体流における構成成分の無炎熱酸化装置に使われる熱酸化装置の一実施形態は、数字の１０によって包括的に表されている。流動体流は、矢印１１によって表され、一般的に、熱酸化装置１０中を、連続的または断続的に流れるガスまたは気体流である。流動体流１１中の酸化成分は、ガス状、液状、およびまたは、固体状の微粒子中にある。これらの成分の例は、燃料、産業廃棄物、揮発性有機化合物、半揮発性有機化合物、および／または有害大気汚染物質を含む有機化合物を含む。
【００１７】
熱酸化装置１０は、例えば、熱酸化チャンバ１２内における高作動温度および他の条件に耐えるために必要な化学的または物理的な特性を有する様々な耐火性の材質で形成された耐火性のライナ１６を１以上重ね合わせた外側シェル１４を有する。耐火性ライナ１６は、流し込み材、プラスチック、レンガ、一面を覆うもの、繊維、その他最適なもので形成されていればよく、一般的には、酸化アルミニウム、二酸化珪素、または、酸化マグネシウムのような、高融点酸化物の化合物で製造されたセラミック材料で構成される。耐火性ライナ１６は、耐火性材料であれば、他の材料で形成されてもよい。最適な耐火性材料の例は、モリブデン、タングステン、タンタル、レニウム、ニオブ、同様にこれらの金属の合金を含む。耐火性ライナ１６の最内側面または‘熱面’は、外側シェル１４を通って失われる熱をより抑制するために、低熱伝達ライナ１７が裏張りされる。
【００１８】
並べられたシェル１４中の内側領域は、後に詳述するように、内側で無炎熱酸化を起こす開口内部容積１８で定義される。開口内部容積１８は、流動体流が、特定のプロセスを実施するための所望の体積流量で、熱酸化チャンバ１２を流れるために、所望の滞留時間が得られるサイズにされている。通常、滞留時間は、プロセス流中の酸化成分が、効率的に除去できる完全燃焼および/または所望の消滅を成し得るように選択される。
【００１９】
シェル１４は、円筒形で水平方向に方向付けられているのが好ましいが、多角形またはその他の形状の断面を有し、さらに/または、垂直方向または中間地点に方向付けられていてもよい。外側シェル１４は、少なくとも一部分が開放されている上流端部２０と、その反対側の少なくとも一部分が開放されている下流端部２２とを有する。「上流」および「下流」という文言は、熱酸化装置１０の運転中に、酸化チャンバ１２を通る流動体流１１の流れる方向に基づいて使われている。
【００２０】
熱酸化装置は、さらに、オプションの遷移部２６によって、熱酸化チャンバ１２の上流端部２０に接続されるバーナ２４を有する。チャンバ１２の下流端部２２は、同じようなオプションの遷移部２６によって、熱酸化処理の結果物である燃焼ガスの反応生成物が自身を通って大気に解放される排気ガス煙突３０に接続されている。他方、チャンバ１２の下流端部２２は、低ＮＯｘ、低ＣＯ、高温流動体流のための下流側の装置３１と、流体の流れで連通していても良い。下流側の装置３１の例としては、限定は無いが、エチレン熱分解ユニット、水素再形成装置のようなプロセスヒータ、ボイラ、反応炉、および、ドライヤ、ガスタービン、ヒートエクスチェンジャのようなものである。従って、熱酸化装置１０は、下流側の装置の始動のために、通常の方法の一部または全てを用いる代わりに、ＮＯｘおよびＣＯのレベルの低い高温燃焼排ガス流を提供するために用いることができる。
【００２１】
バーナ２４は、燃焼空気や燃料ガスの予混合処理を請合うために、強い渦巻きを発生させる通気促進バーナである。バーナ２４は、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、その他の炭化水素、一酸化炭素および、これらを様々に組み合わせたようなその他のガスも用いられるが、一般的には、天然ガスまたは精製燃料ガスによってガスが供給される。窒素、二酸化炭素、および/または水蒸気のような様々な添加剤や希釈剤は、加えることもできるし、ガス中にも存在する。燃料は、部分的に液体または固体の形状でもよい。他のタイプのバーナとしては、通気促進バーナ、自然促進バーナ、予混合バーナ、および、部分予混合バーナのようなバーナを用いることができる。
【００２２】
図２に示されるように、図示された実施形態においては、バーナ２４は、外側ハウジング３２と、前述のタイプの１枚以上重ねられた耐火性ライナ３４とで構成される。分離ライナ３５が、熱い面を有する耐火性ライナ３４と外側ハウジング３２の内側表面との間に配置されても良い。ハウジング３２は、多角形またはそれ以外の形状の断面を有してもよいが、円筒形が好ましい。ハウジング３２は、側壁３６と上流側および下流側のそれぞれの端部３８および４０とを有する。並べられたハウジング３２は、バーナ２４の下流側に位置する酸化チャンバ１２と流体の流れで連通する開放内部空間のアンテチャンバ４２を規定する。耐火性の材料で形成されたチョーク４４は、アンテチャンバ４２から下流側の酸化チャンバ１２まで、直径が減少した通路を提供するために、バーナのハウジング３２の下流端部４０に位置する。チョーク４４は、図に示されるように、矩形の断面を有しても良いし、または、もっと流線型の構造を形成するために、内部に向かって傾斜する内および外側端部と共に形成されても良い。チョーク４４は、実施形態によっては、省略しても良い。
【００２３】
ノズルアッセンブリ４６は、アンテチャンバ４２に可燃性燃料と空気との混合物を供給するために、バーナハウジング３２の上流側の端部３８に配置される。一実施形態においては、ノズルアッセンブリ４６は、長く伸びて、中央に位置し、導管５２によって燃料源５０から燃料が供給される燃料ガン４８で構成される。最適な流量調整装置５４は、燃料ガン４８に対する燃料の体積流量を調整する。燃料ガン４８は、アンテチャンバ４２中に放出される、矢印５７によって指し示される燃料流が通る（図示しない）開口部を有する燃料先端５６に接続される。燃料ガン４８は、後に詳述するように、燃料先端５６の位置と、減少する断面領域を有し、燃料先端の回りを取り囲んでいるスロート構造５８との位置関係を変更できるように、垂直方向に移動可能にしても良い。他方、燃料ガン４８、またはもうひとつの燃料ガン（図示しない）の第２の燃料先端は、スロート構造５８との関係が異なる位置で燃料を噴射可能なように、第１の燃料先端５６と置き換えることができる。
【００２４】
燃料ガン４８は、たくさんの渦巻きを有する翼板が、自身の外周に伸びるリング状の開口部に位置するキャニスタ５９によって取り囲まれている。リング状の開口部の付近のキャニスタ５９に距離をあけて固定された部分リング６３ａおよび６３ｂに載置されている。燃料先端５６の近くに位置するリング６３ａは、燃料先端５６に向かう方向において、キャニスタ５９内の流動体流の流れを妨げないように、実質的に、キャニスタ５９の内径と同じ内径を有する。もうひとつのリング６３ｂは、燃料先端５６から離れる方向において、キャニスタ５９の流動体流の流れを妨げることを操作するために、キャニスタ５９の内径より小さい内径を有する。酸素を含有する燃焼空気流または矢印６１によって示されるその他の酸化剤は、渦巻き状の翼板６０を通って、キャニスタ５９まで流れ、次いで、アンテチャンバ４２に流れる。渦巻き状の翼板６０は、燃料先端５６から補給された燃料流と燃焼空気との混合を助けるために、燃焼空気流に対して猛烈な旋回運動をする。燃焼空気は、燃焼空気源６４から導管６２によってキャニスタ５９に供給され、体積流量は、流量調整装置６５によって調整される。燃焼空気流６１と燃料流５７とを所望に混合するために、その他のメカニズムを用いてもよい。そのようなメカニズムの１例として、燃焼空気に旋回運動を付与するために、傾いた供給ノズルで、燃焼空気流６１を、キャニスタ５９中に送ってもよい。燃料流５７と燃焼空気流６１とを実質的に混合するために、沢山の乱流が別に生成される限り、旋回運動を、燃料流５７または燃焼空気流６１に付与する必要は無いと理解される。
【００２５】
燃焼空気流６１および／または燃料流５７は、周辺温度で、バーナ２４によって供給されてもよい。他方、燃焼空気流６１および／または燃料流５７は、熱が、熱酸化装置１０中の燃焼プロセス、または、最適な供給源から供給されるヒートエクスチェンジャ６６によって、予備加熱されてもよい。燃焼空気流６１および燃料流５７は、好ましくは再循環無しに、流動体流１１が酸化チャンバ１２に向かって流れるように力を加えるために、十分な圧力条件下で、バーナ２４に供給される。
【００２６】
燃焼空気流６１の発生源８４は、揮発性有機化合物 、半揮発性有機化合物、および／または有害大気汚染物質を含む産業廃棄物、有機化合物を有するプロセス流６８の一部または全てから構成されても良い。これらの化合物および汚染物の一例は、炭化水素、イオウ化合物、塩素溶媒、ハロゲン化炭化水素溶液、ダイオキシン、および、ポリ塩化ビフェニルを含む。従って、プロセス流６８は、オフ‐ガス、または、産業、工業、またはパワー発生プロセスの副生物でもよい。プロセス流６８の特定の天然および酸素成分によっては、燃焼空気流の発生源６４は、大気または酸素の付加的な発生源を構成してもよい。特に、プロセス流６８の一部または全ては、燃焼空気が充満した空間５９に通してもよいし、例えば、噴射ポート７０、７１、および／または７２を通って、下流側にあるアンテチャンバ４２および／または酸化チャンバ１２に供給してもよい。噴射ポート７０、７１、および／または７２の数および位置は、特定の実施形態に応じて、適切に変えてもよい。流量調整器７３ａ〜７３ｃは、プロセス流６８の様々な位置における流速の調整をするために配置されている。最適なプロセス制御装置７４は、様々な燃料、燃焼空気、プロセス流５７、６１、および６８の体積流量速度をモニターおよび調整するために用いられる。プロセス制御装置７４は、自動仕様において、１つ以上の流量調整器５４、６５、および７３ａ〜７３ｃを制御することによって、流速を調整することができる。一方、１つ以上の流量調整器５４、６５、および７３ａ〜７３ｃを、マニュアルで調整してもよい。
【００２７】
スロート構造５８は、実施形態においては、アンテチャンバ４２の上流端部３８に位置し、両端から断面積が減少したスロート７８まで、内側に集中し先細りになる環状の壁７６で構成されている。スロート構造５８は、アンテチャンバ４２に入る前に、渦巻き状の翼板６０を通って供給される燃焼空気流６１が、自身を必ず通るように、渦巻き状の翼板６０の下流側に配置される。スロート７８の内径は、通常、渦巻き状の翼板６０に載置するリング６３ｂの内径と同じであればよい。
【００２８】
スタートアップモードの間、燃料先端５６は、燃料流５７が、スロート７８の中央線から下流側に位置する第１地点において、燃料先端５６から供給されるように配置される。燃焼空気流６１は、２つの流れがスロート７８の下流側で、まず混合されるように、燃料流５７の第１地点から上流側に予め選択された距離を空けた第２地点において、渦巻き状の翼板６０から供給される。予め選択された燃焼空気と燃料との割合において、スロート７８の端より下流側での燃料先端５６の位置決めは、燃料と燃焼空気との完全混合に制限され、かつ、燃料がアンテチャンバ４２内の火炎で燃焼するように、局所的な燃料の濃度を可燃範囲内にさせる。流れの状態によって、火炎は、アンテチャンバ４２から酸化チャンバ１２の上流側に伸びてもよい。酸化チャンバ１２の耐火性ライナ１６は、高温の燃焼ガスが酸化チャンバ１２を通って流れるため、酸化チャンバ１２を流れる特定の燃料と空気との混合物の無炎熱酸化に適切に行うことができるように、予め選択された温度に加熱される。天然ガスが、燃料源として用いられる場合には、本発明の方法は、約１９００゜Ｆから約２４００゜Ｆの間の予め選択された温度内において完璧に動作することが証明された。
【００２９】
耐火性ライナ１６が予め選択された温度に到達した後、プロセスは、酸化チャンバ１２に運ばれた燃料流１１の成分が熱酸化される無炎熱酸化モードにスタートアップモードから切り替わる。スタートアップモードから無炎熱酸化モードに変化する間に、燃料流１１において火炎を消すために、様々な方法を用いてもよい。図の実施形態において、スタートアップモードから無炎熱酸化モードへの切り替えは、スロート７８から上流側に燃料先端５６を動かすことにより達成される。この燃料先端５６の動きは、燃料先端５６を出てくる燃料がバーナスロート７８に衝突する第２地点において、燃料流５７が燃料先端５６から排出されるようにする。従って、燃料流５７と渦巻き状の燃焼空気流６１とは、混合物がスロート７８を通過する前に、スロート７８から上流の位置において、燃料流５７と燃焼空気流６１とがより完全に混合されるために、互いに接触して運び込まれる。燃料流５７および燃焼空気流６１をさらに完全に混合した結果、混合物中の燃料と空気との割合は、可燃範囲の下限より低くなり、可視炎は、アンテチャンバ４２において消える。もう一方の方法として、噴射ポート７０を通って供給される燃料を、スタートアップモードに用いることができる。この実施形態において、燃料先端５６は、スロート７８の上流側の位置に固定され、（図示しない）燃料バルブが、予め選択された温度に到達した後、噴射ポート７０から燃料先端５６に燃料を切り替える。他の例では、燃料および燃焼空気の混合物は、酸化チャンバ１２中の耐火性ライナからの熱伝達の結果として酸化チャンバ１２中の火炎無しに、燃料ガスの再循環、燃料流、燃焼空気流および／またはプロセス流５７、６１または６８の予備加熱、および／または、従来技術のプロセスで必要とされていた酸化チャンバ１２中のベッドマトリックスの使用を必要とすることなく、熱的に酸化され続ける。可視炎が消えた後、ＣＯのレベルが上昇することなく、燃料ガス中のＮＯｘのレベルが、５ｐｐｍ  ｄｒｙより少なく、２ｐｐｍ  ｄｒｙより少なく、１ｐｐｍ  ｄｒｙ以下に劇的におちる。燃料のステージングを行わない時は、２ｐｐｍ  ｄｒｙより低いＮＯｘのレベルおよび１ｐｐｍ  ｄｒｙより低いＣＯのレベルは、２３８０゜Ｆまでの運転温度において確実に達成される。可視炎における１４．４％の燃料のステージングでさえ、１９９０゜Ｆの運転温度において、６〜１２ｐｐｍ  ｄｒｙのＮＯｘのレベルおよび１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満のＣＯのレベルが達成される。流動体流１１の燃料および他の成分の熱酸化物は、熱を放出し、逆に、耐火性ライナ１６は加熱され続ける。特定のプロセス条件や成分によっては、放出された熱は、プロセスが無炎熱酸化モードにおいて動作可能なように拡散する。ある条件や成分においては、プロセスは、ある一定時間、熱酸化モードにおいて自動運転することを信頼されている。
【００３０】
可燃範囲内での濃度の局所化を防止するために、燃料流５７および可燃空気流６１の混合を増やすことによって、スタートアップモードから無炎酸化モードへの切り替えが、他の方法でも達成できることは知られている。例えば、前述したように、１つの軸方向に動く燃料ガン４８を使用するよりむしろ、第１の燃料先端５６から水平方向に置き換えられたら第２の燃料先端は、燃料流５７が、スロート構造５８に関連する異なる水平方向の位置、および、燃焼空気流６１のための供給位置で噴射されるように用いられてもよい。スタートアップモードの間、燃料流５７は、燃料流５７および燃焼空気流６１の混合を避けるために、スロート構造５８に近い燃料先端から噴射される。燃料流５７は、無炎熱酸化モードの間、燃料流５７および燃焼空気流６１の混合をさらに完全にするために他の燃料先端へ送られる。
【００３１】
さらに、一方で、燃料流５７および燃焼空気流６１の混合が増加するまで、部分的な燃焼空気と燃料との割合は、燃焼空気流６１に対する燃料流５７の相対的な流量速度を単純に変えることによって、スタートアップモードから無炎熱酸化モードに変える間に、変えることができる。スタートアップモードの間、局所的な燃焼空気と燃料との割合は、可燃範囲内になる。無炎熱酸化モードに変えると、燃焼空気と燃料との割合は、スタートアップモード中に用いられる可視炎を消すために、可燃範囲のかなり外側にある。
【００３２】
乱流火炎速度を超えることは、無炎熱酸化モードに変える間に、可視炎を消すための一般的な方法である。スタートアップモードの間、燃料流５７および燃焼空気流６１の流速は、乱流火炎速度の上限未満に維持される。無炎熱酸化中、燃料流５７および燃焼空気流６１の一方または両方の流速は、混合物が乱流火炎速度より大きい流速で流れるように増加し、それによって火炎が消され、耐火性ライナ１６からの熱伝達の結果として酸化チャンバ１２内の燃料および燃焼空気の混合物の熱酸化を引き起こす。別の例では、乱流火炎速度より大きな速度まで燃料および燃焼空気の混合物の流速を増加させる代わりに、乱流火炎速度を燃焼および燃焼空気の混合物の流速未満まで低減させることができる。これは、様々な方法で達成される。例えば、バーナ２４の内部の流れは、例えば、前述したような方法で、スタートアップモードから無炎酸化モードまでの間に、燃料噴射ポートの場所を動かすことによって変えることができる。別の例では、スタートアップモードの間に火炎を安定させるために、火炎保持構造体（図示しない）をアンテチャンバ４２中に備えてもよい。火炎保持構造体は、もはや火炎を安定させないように、無炎酸化モードに切り替える間、乱流火炎速度を低減するために、動かすまたは変えることができる。
【００３３】
耐火性ライナ１６が、流動体流１１中の成分の無炎熱酸化を維持するために必要な温度未満に冷却される状況において、酸化チャンバ１２中に補助加熱が要求されるときのように、プロセスは予め選択された間隔をあけて、スタートアップモードと無炎酸化モードとをくりかえしてもよい。この冷却は、酸化チャンバ１２の外側シェル１４を通って失われる熱から、または、燃料、熱燃焼空気および／またはプロセス流５７、６１および６８の冷却効果からの結果である。
【００３４】
特定のプロセスの状態および使用される装置によって、無炎熱酸化装置は、無期限も含めて、例えば、１時間やそれ以上のような一定時間、自動運転させることができる。上述したような他の出願においては、無炎酸化が起こるより低い温度において、バーナ２４または酸化チャンバ１２に供給される燃料、燃焼空気、および／またはプロセス流５７、６１、および６８の冷却効果、および、外側シェル１４を通って熱の損失を埋め合わせるために、供給熱を酸化チャンバ１２に加える必要がある。補充熱は、例えば、連続的または断続的に燃料、燃焼空気、および／または、プロセス流を予備加熱し、プロセス流６８の一部を伴うまたは伴わない噴射ポート７１および／または噴射ポート７２のような１つ以上の噴射ポートを通って、酸化チャンバ１２内に補充燃料を導くことによって、火炎モードの補充燃料を燃焼することによって、電気抵抗加熱要素を用いることによって、および／または、初期加熱モードにおいて断続的にバーナ２４を操作することによって、加えることができた。可視炎を伴う燃料の燃焼によって、この補充熱を加えることは、ＮＯｘやＣＯのレベルの増加を引き起こすかもしれないが、全体的なレベルは、可視炎の燃料の連続的な燃焼による熱酸化装置１０の運転からの結果より大幅に少なくなる。
【００３５】
無炎酸化モードにおける熱酸化装置１０の運転中、燃料および燃焼空気流５７および６１、さらに、プロセス流６８を有する流動体流１１は、処理される特定の態様において、所望の作動運転条件のために選択された燃焼空気と燃料との割合と共に、予混合された混合物として、酸化チャンバ１２に配送される。燃焼空気と燃料との割合および燃焼空気流６１および燃料流５７のそれぞれの流速は、通常、所望の時間において、熱酸化プロセスを維持するための燃料および他の流動体流１１の成分の熱酸化の結果として、十分な熱を供給するために調節されている。さらに、局所的な燃焼空気と燃料との割合、または、流動体流１１中の局所的な燃料の濃度は、特定の燃料または利用される燃料の混合物または流動体流１１、燃焼空気流６１の流速のために、可燃範囲の下限より小さくするべきであり、そして、燃料流５７は、流動体流１１中の燃料またはその他の可燃性成分にとって、自身の流速が、乱流火炎速度より大きいように制御される。例えば、燃料として約９５％のメタンを有する天然ガスを用いた場合、約２０対１またはそれ以上の燃焼空気と燃料との割合を用いてもよい。燃焼空気および燃料の濃度が、アンテチャンバ１２中の混合温度において、可燃範囲外に位置し、酸化チャンバ１２を通って流れる流動体流１１中で完全に予混合される間、結果として、酸化チャンバ１２中の熱酸化は無炎になる。例えば、窒素、二酸化炭素、および／または水蒸気のような過剰な空気およびまたは希釈液を、燃料の濃度をより低くするために、アンテチャンバ４２中に噴射することができ、従って、アンテチャンバ４２中の所望しない火炎の逆流の機会を減らすために、可燃範囲の下限より低くする。本発明は、さらに、アンテチャンバ４２から酸化チャンバ１２に流れる流動体流１１の速度を増加させること、および、酸化チャンバ１２から生じる放射エネルギからアンテチャンバ４２を保護することによって、火炎の逆流の機会を減らす。希釈剤の存在は、無炎化プロセスにおいては、燃焼空気流中で、低酸素含有量で作動することができように、燃料を効果的に改良するのに好ましい。
【００３６】
上述の無炎プロセスにおいて熱酸化される流動体流１１の成分は、揮発性有機化合物 、半揮発性有機化合物、および／または様々の種類の有害大気汚染物質を含む、燃料、産業廃棄物、有機化合物のような熱酸化をうけることができるいかなる成分でもよい。熱酸化装置１０を単にバーナとして作動させる状況においては、燃料は、熱酸化物が受ける流動体流１１中の成分となる。言い換えれば、本発明は、下流側の装置３１中のように、他の用途のために熱燃料ガスを供給する低ＮＯｘおよび低ＣＯのバーナとしての役割を果たすが、熱酸化装置１０がプロセス流から汚染物質を取り除くために作動しないプロセスを網羅する。
【００３７】
バーナ２４は、酸化チャンバ１２を予備加熱し、その後に、酸化チャンバ１２に配送する前に燃料や燃焼ガスを予混合するための好適なメカニズムを提供する。しかしながら、酸化チャンバ１２は、バーナ２４を加える代わりに、他の熱源によって予め加熱されてもよい。さらに、燃料および燃焼空気は、これらが酸化チャンバ１２に入る前または入ると同時に他のメカニズムによって予め加熱されてもよい。従って、本発明は、バーナ２４を用いる必要はなく、さらに、他の方法で熱が供給されるプロセスや、ドラフトバーナ、天然ドラフトバーナ、予混合バーナ、部分予混合バーナを用いるプロセスも網羅している。
【００３８】
本発明のプロセスは、米国特許No.5,165,884中に用いられるタイプのベッドマトリクスを用いる必要は無い。したがって、酸化チャンバ１２の開口内部容積１８全てまたは殆ど全ては、無炎熱酸化装置を経る流動体流１１の流れに利用できる。結果として、前述したベッドマトリクスの欠点は、きわめて低いＮＯｘおよびＣＯを達成することができるにもかかわらず、本発明のプロセスにおいて回避された。本発明の無炎熱酸化プロセスにおいて、ベッドマトリクスが必要ない一方、ある態様においては、流動体流１１の混合を促進するため、および／または、炎を消すために、酸化チャンバ１２中に構造物や他の混合デバイスを有してもよいし、もし、必要であれば、補充熱を供給してもよい。構造物や他の混合デバイスは、アンテチャンバ４２において、火炎を維持する構造体として用いてもよい。前述のように、火炎を維持する構造体を変えるまたは動かすことで、燃料が酸化チャンバの耐火性ライナ１６を初期加熱または再加熱するために可視炎中で燃焼されるモードと、燃料が耐火性ライナ１６からの熱伝達によって火炎無しで熱酸化されるモードとの間で、変化を促進させるために、流動体流１１中の燃料の乱流火炎速度を変えてもよい。
【００３９】
酸化チャンバ１２に存在する燃料ガス反応生成物は、大気に解放するために、排気ガス煙突３０に供給されてもよい。燃料ガスは、酸化チャンバ１２に配送される前に、流動体流１１の成分を予備加熱するための熱交換媒体として用いてもよい。さらに、高温の燃焼排ガスは、プロセスヒータ、ボイラ、エチレンクラッキングユニットや水素再生装置のような反応炉のような下流側の装置３１において用いてもよい。
【実施例】
【００４０】
次の実施例を、図面を用いて提供するが、本発明の全範囲における限定は変わらない。
【００４１】
（実施例１）
室温において空気の形態をしている燃焼空気は、114,000scf/hrの流速で渦巻き状の板６０を通ってアンテチャンバ４２中に配送された。室温において天然ガスの形態をしている燃料は、5,550scf/hrの流速で燃料先端５６を通過してアンテチャンバ４２中に注入された。燃料と燃焼空気の混合物は、酸化チャンバ１２が、1,880゜Ｆの温度に到達するまで、可視炎を伴って燃焼した。まず、酸化チャンバ１２を以下の方法で予備加熱した。バーナの火炎は、バーナスロート７８を混合物が通過する前に燃料および燃焼空気をさらに完全に混合させるために、燃料先端５６をバーナスロート７９の中心線から約３．５インチ後ろに引くことによって消された。燃料および燃焼空気の流速は、殆ど不変のままであり、燃料および燃焼空気の予混合流は、可視炎が存在することなく、また、消失した火炎モードにおける燃料の燃焼を伴って起こった燃焼音無しに、バーナスロート７８を通ってアンテチャンバ４２内に入った。燃料は、酸化チャンバ１２の予備加熱された耐火性ライナ１６からの熱伝達の結果として、安定な無炎酸化プロセスにおいて酸化を続けた。無炎酸化プロセスは、おおよそ平衡状態にあり、１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満のＮＯｘレベルおよび１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満のＣＯのレベルが測定された。プロセスを８．５時間行い、バーナ２４のちょうど下流にある酸化チャンバ１２内の温度が、酸化チャンバ１２の外側シェル１４を通る熱損失および周囲温度でバーナ２４に配送された燃料および燃焼空気の冷却効果の結果として、1,500゜Ｆまで冷却された時、シャットダウンされた。酸化チャンバ１２の外側温度は、プロセスがシャットダウンされたとき、まだ1,880゜Ｆだった。
【００４２】
（実施例２）
実施例１のテストが、パラメータを以下のように変えて繰り返された：（１）燃焼空気の流速が100,200scf/hrに減らされた、かつ（２）アンテチャンバ４２を通過する燃料の流速が燃料をステージングすることによって減らされた。全体の燃料の流速は、5,500scf/hrであり、アンテチャンバ４２中に注入される前に、燃焼空気流全てと予混合された燃料の８５．６％と、バーナ２４の下流側にある酸化チャンバ１２中に位置する２つの燃料ガス先端７２から注入された燃料の残り１４．４％とに分割された。酸化チャンバ１２中に燃料ガス先端から注入された燃料は、可視炎を伴って燃焼し、酸化チャンバ１２内の無炎酸化プロセスを安定させるために、耐火性ライナ１６の直接加熱を行った。この増大した熱を加えた結果として、酸化チャンバ１２の最高温度は、1,990゜Ｆだった。燃料の一部は、可視炎を伴って燃焼したので、ＮＯｘのレベルが増大し、６ｐｐｍ  ｄｒｙから１２ｐｐｍ  ｄｒｙまで変化した。ＣＯのレベルは、１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満に留まった。テストは、プロセスが自動運転された４４．５時間の運転でおおよそ終わらせた。
【００４３】
次のテストは、約2,000゜Ｆ、2,100゜Ｆ、2,200゜Ｆ、2,300゜Ｆ、および2,400゜Ｆの高い作動温度でさえ、バーナ２４の下流側にあるガス頂点に燃料をステージングすることによって、アンテチャンバ４２中において可燃性の範囲の限界を超えること無く達成できることを示した。酸化チャンバ１２にステージングされた燃料と共に、流動体流１１の本質的な混合を引き起こす流速では、約2,000゜Ｆでさえ、１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満のＮＯｘおよびＣＯが得られた。
【００４４】
（実施例３）
実施例３の実験のテスト条件は、耐火性ライナ１６の予備加熱の後、アンテチャンバ４２において空気／燃料の混合物の可燃性の範囲の下限を上回る範囲で無炎作動させるために、乱流火炎速度を超える場合を実証するものである。燃焼空気の流速は、245,640scf/hr、天然ガスの流速は、18,357scf/hr、熱酸化装置の運転温度は、2,381゜Ｆだった。燃焼空気および天然ガスは、周囲の温度の可燃範囲の下限（5vol%）を超えた予混合された燃料化合物の5.87vol%を占めるように、アンテチャンバ４２において予混合された。減少した内径の通路４５を通る乱流火炎速度が超過したことを示し、酸化プロセスは、チャンバ４２中にフラッシュバックすることがなかった。このプロセス条件のためのＮＯｘの排出は、検出されなかったＣＯ（１ｐｐｍ  ｄｒｙ未満）と共に、１．３ｐｐｍ  ｄｒｙであった。
【００４５】
（実施例４）
低い酸素と燃焼空気との混合は、20,820scf/hrのＣＯと62,280scf/hrの新鮮な空気とを混合することによって生成され、14.5vol%の酸素含有の結果となった。低酸素の燃焼空気は、渦巻状の板６０を通過して、アンテチャンバ４２中に配送された。室温の自然状態の燃料は、5,475scf/hrの流速において、燃料先端５６を通ってアンテチャンバ４２内に注入された。燃料および低酸素の燃焼空気は、アンテチャンバ４２中で混合され、燃料が無炎の状態で酸化される熱酸化チャンバ１２中に放出された。酸化の結果として、最終的な燃料ガスの酸素濃度は、2vol%、ＣＯの濃度は、検出されず、燃料ガスのＮＯｘの濃度は、1.2vol%、運転温度は、1,941°Fだった。この実施例は、低酸素の燃焼空気流、燃料ガスの再生流、および／または低加熱値の廃棄流と共に作動する熱酸化装置１０の能力を実証する。テストは、無炎プロセスが従来の火炎タイプバーナと比較して燃焼空気中の低酸素濃度で作動することも示した。低酸素燃焼空気源が用いられたとき、低酸素含有流れにあまり新しい空気を加える必要がないので、熱効率を得ることができる。従来のバーナは、安定作動をさせるためには、一般的に、周囲温度の燃焼空気中において１８ｖｏｌ％の酸素より多くの酸素を必要とするが、これに対し、このテストは、燃焼空気中において１４．５ｖｏｌ％の酸素で安定作動を示す。
【００４６】
前述のことから、この発明は、構造に固有の他の利点と共に前述した全ての目的及び課題とを達成するのに良く適用されるものであることが分かるであろう。
【００４７】
特徴部分およびサブコンビネーションは、有効であり、他の特徴およびサブコンビネーションを参照することなく使用され得ると理解されよう。これは、本発明の範囲により、および、本発明の範囲内において予期される。
【００４８】
多くの実施可能な形態は、請求の範囲から離れること無く、本発明においてなされたので、前述のまたは添付の図面に示される全ての事項は、図示され、また限定的ではなく説明されていることが理解されるべきである。
【図１】
2011508864.tif 000003
【図２】
2011508864.tif 000004
【国際調査報告】
2011508864.tif 000005