KR19990076855A - Salt-Free Combustor - Google Patents

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KR19990076855A
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존 마이클 카라니카스
토머스 미커스
해럴드 제이. 비니거
스캇 리 웰링턴
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체슈트라텐 알베르투스 빌헬무스 요하네스
쉘 인터내셔널 리써치 마챠피즈 비 브이
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/02Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones using burners

Abstract

A flameless combustor eliminates the flamme as a radiant heat source, which results in a more even temperature distribution throughout the length of the burner. Flameless combustion is accomplished by preheating the fuel and the combustion air to a temperature above the autoignition temperature of the mixture. The present invention lowers the autoignition temperature by placing a catalytic surface within the desired combustion chamber. Temperatures are maintained above the catalyzed autoignition temperature but less than the noncatalyzed autoignition temperatures for noncatalyzed reaction. Thus, the amount and location of reaction can be controlled by varying the amount and distribution of catalyst within the burner. Removing heat from the combustion chamber in amounts that correspond to the oxidation of fuel within different segments of the combustion chamber can result in low temperatures and relatively even distribution of heat from the burner.

Description

무염 연소기Salt-Free Combustor

본 발명은 연소 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a combustion apparatus and method.

미국 특허 Nos. 4,640,352 및 4,886,118 은 오일을 회수하기 위해 오일을 함유하는 저침투성의 지하 형성물의 전도 가열을 나타내고 있다. 저침투성 형성물은 규조토, 지질성 석탄, 타르 샌드, 및 함유 혈암(含油頁岩)을 포함한다. 저침투성의 형성물은 향상된 오일 회수법, 예컨대 증기, 이산화 탄소, 또는 파이어 플러딩(fire flooding) 에 맞지않는다. 플러딩 물질은 갈라진 틈을 통해 우선적으로 저침투성을 갖는 형성물을 침투하는 경향이 있다. 대비해서, 전도 가열은 형성물에 유체를 수송할 필요는 없다. 따라서, 형성물 내의 오일은 플러딩 과정에서와 같이 우회되지 않는다. 형성물의 온도가 전도 가열에 의해 증가되는 경우, 수직 온도 구배가 비교적 균일하게 되는 경향이 있는 것은 형성물이 통상 비교적 균일한 열전도와 비열을 갖기 때문이다. 열전도 과정 중 탄화수소의 수송은 압력 드라이브, 증발, 및 생성암의 흡수공 내에 존재하는 오일과 물의 열팽창에 의한다. 탄화수소는 열응력에 의해 그리고 오일과 물의 팽창 및 증발에 의해 만들어진 작은 틈을 통해 이동한다.U.S. Patent Nos. 4,640,352 and 4,886,118 show conductive heating of low permeability underground formations containing oil to recover oil. Low permeability formations include diatomaceous earth, geological coal, tar sands, and shale containing. Low permeability formations are not suitable for improved oil recovery methods such as steam, carbon dioxide, or fire flooding. Flooding material tends to penetrate formations that are preferentially low permeable through the cracks. In contrast, conductive heating does not need to transport the fluid to the formation. Thus, the oil in the formation is not bypassed as in the flooding process. When the temperature of the formation is increased by conduction heating, the vertical temperature gradient tends to be relatively uniform because the formation usually has a relatively uniform thermal conductivity and specific heat. The transport of hydrocarbons during the thermal conduction process is due to the pressure drive, evaporation, and thermal expansion of the oil and water present in the absorption holes of the resulting rock. Hydrocarbons travel through small stresses created by thermal stress and by the expansion and evaporation of oil and water.

미국 특허 제 5,255,742 호는 연료 가스를 화염이 없이 충분히 조금씩 증가하도록 연소 공기와 혼합되는 예열된 연료 가스 및/또는 연소 공기를 활용한 지하 형성물을 가열하는 데 유용한 무염 연소기를 개시한다. NOX의 발생이 거의 제거되고, 구성물을 싼 재료로 사용함으로써 가열기의 비용을 충분히 줄일 수 있다. 선기술 문헌에 기술된 방법에 따라 연료 가스를 예열하는 것은 만일 CO2, H2, 또는 증기를 연료 가스에 첨가하지 않는다면 코크스를 생성하는 결과가 될 수 있다. 또한, 연료 가스 혼합물의 비촉매화 자연발화 온도를 초과하는 온도에서 작업해야 하므로 공지된 가열기를 작업 개시하는 것은 시간을 소비하는 방법이다.U. S. Patent No. 5,255, 742 discloses a salt free combustor useful for heating underground formations utilizing preheated fuel gas and / or combustion air mixed with combustion air to increase the fuel gas slightly enough without flame. The generation of NO x is almost eliminated, and the cost of the heater can be sufficiently reduced by using the material as a cheap material. Preheating the fuel gas according to the method described in the prior art literature may result in the formation of coke if no CO 2 , H 2 , or steam is added to the fuel gas. It is also a time consuming method to start a known heater since it must work at a temperature above the noncatalytic autoignition temperature of the fuel gas mixture.

촉매 연소기 또한 공지이다. 예를 들어, 미국 특허 제 3,928,961 호는 연료의 자연발화 온도를 초과하지만 실질적으로 질소의 산화물을 생성하는 온도 미만에서 연소에 의해 NOx의 생성이 제거되는 촉매 담지된 열 연소기구를 개시한다.Catalytic combustors are also known. For example, US Pat. No. 3,928,961 discloses a catalytically supported thermal combustion apparatus in which the production of NO x is removed by combustion above the autoignition temperature of the fuel but substantially below the temperature that produces oxides of nitrogen.

산화 촉매로써 코팅된 금속 표면을 예를 들어, 미국 특허 제 5,355,668 호 및 제 4,065,917 호에 개시한다. 상기 특허는 가스 터빈 엔진의 성분상에 촉매 코팅된 표면을 제안한다. 상기 미국 특허 제 4,065,917 호는 터빈을 작업 개시하기 위해 촉매 코팅된 표면의 사용을 제안하고, 작업 개시 운전의 물질 전달 조절 제한 상을 제안한다.Metal surfaces coated with oxidation catalysts are disclosed, for example, in US Pat. Nos. 5,355,668 and 4,065,917. The patent proposes a catalyst coated surface on the components of a gas turbine engine. U.S. Patent No. 4,065,917 proposes the use of a catalyst coated surface to start a turbine and suggests a mass transfer control restriction phase of a start-up operation.

따라서 본 발명의 목적은 무염, 및 연료 가스 스트림내에 첨가물이 필요없이 코크스의 생성을 방지하는 연소 방법 및 기구를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 측면에서, NOx의 생성을 최소화하는 연소 방법 및 기구를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 연료 및 산화제를 초기에 혼합할 수 있는 무염 연소실 및 연소실내에 촉매 표면의 분포에 의해 결정된 연소 분포를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a combustion method and apparatus which is salt free and prevents the formation of coke without the need for additives in the fuel gas stream. In another aspect of the present invention, there is provided a combustion method and apparatus that minimizes the production of NO x . It is also an object of the present invention to provide a combustion distribution determined by the distribution of catalyst surfaces in a flameless combustion chamber and a combustion chamber in which fuel and oxidant can be initially mixed.

상기 및 다른 목적은 하기를 포함하는 연료 및 산화제 조성물의 연소용 무염 연소기에 의해 달성된다 :This and other objects are achieved by a flameless combustor for the combustion of fuel and oxidant compositions comprising:

입구 및 연소 생성물 출구와 연결된 연소실 ;Combustion chamber connected to the inlet and the combustion product outlet;

입구와 연결된 혼합 연료 및 산화제 공급 ; 및Supply of mixed fuel and oxidant connected to the inlet; And

연소실내에서 촉매 표면은 소정량의 연료의 산화를 야기시키며, 소정량의 연료의 산화는 연료 및 산화제 혼합물의 비촉매화된 자연발화 온도를 초과하는 온도가 되지 않는다.In the combustion chamber the catalyst surface causes the oxidation of a certain amount of fuel and the oxidation of the amount of fuel does not exceed a temperature beyond the uncatalyzed autoignition temperature of the fuel and oxidant mixture.

연료-산화제 혼합물의 단열 연소로 인한 온도를 피하기 때문에 본 발명의 무염 연소기는 질소 산화물의 생성을 최소화한다. 질소 산화물의 제거 또는 방지하기 위한 다른 측정이 따라서 필요치 않다. 상대적으로 큰 면적과 긴 거리에 걸쳐 고른 열 분포가 가능하고, 본 발명의 연소기를 위해 상대적으로 값싼 재료를 사용할 수 있는 이유는 낮은 연소 온도 때문이다.The saltless combustor of the present invention minimizes the production of nitrogen oxides because the temperature due to adiabatic combustion of the fuel-oxidant mixture is avoided. No other measurement is therefore necessary to remove or prevent nitrogen oxides. The relatively large area and even heat distribution over a long distance are possible, and the reason why a relatively cheap material can be used for the combustor of the present invention is because of the low combustion temperature.

허용가능한 촉매 재료는 귀금속, 반-귀금속, 및 전이 금속 산화물을 포함한다. 일반적으로, 공지된 산화 촉매는 본 발명에 유용하다. 상기 금속 또는 금속 산화물의 혼합물이 또한 유용할 수 있다.Acceptable catalytic materials include noble metals, semi-noble metals, and transition metal oxides. In general, known oxidation catalysts are useful in the present invention. Mixtures of such metals or metal oxides may also be useful.

본 발명의 무염 연소기는 특히 탄화수소의 회수를 위해 지하 형성물을 가열하기 위한 가열 주입기로서 유용하다. 또한 촉매 표면은 상기 가열 주입기의 운전성 및 작업 개시 운전을 개선시킨다. 본 발명은 상기 가열 주입기내에 연소 지대에서 분리 도관에서 연료 및 산화제를 이동시킬 필요가 없다. 그 결과 비용이 매우 절감된다.Salt-free combustors of the present invention are particularly useful as heat injectors for heating underground formations for the recovery of hydrocarbons. The catalyst surface also improves the operability and start-up operation of the heat injector. The present invention eliminates the need to move fuel and oxidant in separate conduits in the combustion zone within the heat injector. The result is very cost savings.

본 발명에 따라 또한 무염 연소기에 의해 지하 형성물을 가열하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 하기를 포함한다 :According to the invention there is also provided a method of heating underground formations by means of a salt free combustor. The method according to the invention comprises:

가열될 형성물내의 웰보어(wellbore) 에서 다운홀 연소실로 정의된 연소관을 설치하고 ;Installing a combustion tube defined as a downhole combustion chamber in a wellbore in the formation to be heated;

입구를 거쳐 실내에 연료 및 산화제를 공급하고 ;Supplying fuel and oxidant through the inlet to the room;

연료 및 산화제 혼합물을 도입하여 연소실내에 촉매 표면을 따라 흐르게 하고 촉매 표면은 연소실에서 평균 온도가 연료 및 산화제 혼합물의 비촉매화된 자연발화 온도 미만이 되는 비율로 소정량의 연료의 산화를 야기시키며 ; 및Introducing a fuel and oxidant mixture to flow along the surface of the catalyst in the combustion chamber, which causes oxidation of the desired amount of fuel at a rate such that the average temperature in the combustion chamber is below the uncatalyzed autoignition temperature of the fuel and oxidant mixture. ; And

연소 생성물을 웰보어내의 연소 생성물 출구 도관을 거쳐 표면에 흐르게한다.The combustion product flows to the surface via the combustion product outlet conduit in the well bore.

바람직하게는 연소실을 웰 케이싱 (well casing) 의 하부 및 바닥 근처의 플러그로써 정의되고 촉매 표면은 웰 케이싱내에 동축으로 현수된 관의 내부 및/또는 외부 표면상에 촉매 코팅함으로써 제공되어 축 공간이 현수관 및 플러그의 하부 끝사이에 유지되도록 한다.Preferably the combustion chamber is defined as a plug near the bottom and bottom of the well casing and the catalyst surface is provided by catalyst coating on the inner and / or outer surface of the tube coaxially suspended in the well casing so that the axial space is suspended. Keep between the lower end of the tube and plug.

또한 바람직하게는 현수관을 혼합 연료 및 공기 입구 도관으로서 사용할 수 있고 현수관 및 웰 케이싱 사이에 환상 공간을 또는 그 반대로 연소 생성물 출구 도관으로서 사용할 수 있다.Also preferably a suspension tube may be used as the mixed fuel and air inlet conduit and an annular space between the suspension tube and the well casing or vice versa as the combustion product outlet conduit.

본 발명에 따른 연소기 및 방법의 상기 및 다른 특질, 목적 및 장점은 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다 :These and other features, objects and advantages of the combustor and method according to the invention will become apparent from the accompanying drawings:

도 1 은 본 발명에 따른 연소기를 나타내고 ; 및1 shows a combustor according to the invention; And

도 2 는 본 발명을 설명하는 시험 기구에서 메탄 소비 대 온도의 도면이다.2 is a plot of methane consumption versus temperature in a test apparatus illustrating the present invention.

일반적으로, 무염 연소는 두개의 스트림이 공기 및 연료 가스의 혼합물의 온도로 혼합될 때 연료 가스혼합물의 자연발화 온도를 초과하지만 그결과 산화시에 혼합속도에 의해 혼합이 제한된 온도 미만으로 충분히 연소 공기 및 연료 가스를 예열함으로써 달성된다. 촉매 표면 없이, 스트림을 약 815 ℃ 내지 약 1260 ℃ 까지 예열하고 다음에 상대적으로 작게 증가하는 연소 공기로의 연료 가스의 혼합이 무염 연소기에서 발생할 것이다.Generally, unsalted combustion exceeds the spontaneous ignition temperature of the fuel gas mixture when the two streams are mixed at the temperature of the mixture of air and fuel gas, but as a result the combustion air is sufficiently below the temperature at which the mixing is limited by the mixing rate during oxidation. And by preheating the fuel gas. Without the catalyst surface, preheating the stream from about 815 ° C. to about 1260 ° C. and then mixing of fuel gas into the combustion air, which increases relatively small, will occur in the salt free combustor.

효과적인 촉매 표면이 존재하므로, 촉매 표면에 의해 영향 받은 구역에서 발생하는 산화반응시 온도는 매우 낮다. 상기 낮아진 온도를 이하 촉매화된 자연발화 온도라 부른다. 관 흐름에서, 촉매 표면과 접촉하는 경계층내에 유체는 거의 정량적으로 산화될 것이지만, 벌크 온도가 혼합물의 비촉매화된 자연발화 온도 미만으로 남아 있다면 경계층의 외부는 산화가 거의 일어나지 않을 것이다. 따라서, 촉매화된 자연발화 온도 및 비촉매화된 자연발화 온도사이에 온도 범위에서 반응은 상대적으로 온도에 무관한 속도로 제한된 물질전달이다. 상기는 미국 특허 제 4,065,917 호와 같은 문헌에서 제안하고 있다. 반응 기작이 제한된 상기 물질전달은 본 발명에서 활용되어 무염 연소기의 연소실내에 열 발생의 분포를 조절한다. 열 발생 및 열 제거를 균형을 맞춰 혼합 산화제, 연료 및 연소 생성물의 평균 스트림 온도는 촉매화된 자연발화 온도 및 비촉매화된 자연발화 온도 사이에 있다.Since an effective catalyst surface is present, the temperature during the oxidation reaction occurring in the zones affected by the catalyst surface is very low. This lowered temperature is referred to below as the catalyzed spontaneous firing temperature. In the tube flow, the fluid in the boundary layer in contact with the catalyst surface will oxidize almost quantitatively, but if the bulk temperature remains below the uncatalyzed autoignition temperature of the mixture, the outside of the boundary layer will hardly oxidize. Thus, in the temperature range between the catalyzed autoignition temperature and the uncatalyzed autoignition temperature, the reaction is limited mass transfer at a relatively temperature independent rate. This is proposed in literature such as US Pat. No. 4,065,917. The mass transfer with limited reaction mechanism is utilized in the present invention to control the distribution of heat generation in the combustion chamber of the salt free combustor. Balancing heat generation and heat removal, the average stream temperature of the mixed oxidant, fuel and combustion products is between the catalyzed autoignition temperature and the uncatalyzed autoignition temperature.

본 발명의 가열기를 연료-산화제 비, 연료-산화제 유량과 같은 변동에 의해 조절할 수 있다. 특정한 적용에 따라 열 부가를 수행하여 조절할 수 있다.The heater of the present invention can be adjusted by variations such as fuel-oxidant ratio, fuel-oxidant flow rate. Depending on the particular application, heat addition can be performed to adjust.

본 발명의 무염 연소기의 주요 특질은 열을 연소실의 축을 따라 제거하여 온도를 단열 연소 온도보다 훨씬 미만으로 유지시킨다. 상기는 NOxs 의 생성을 거의 제거하고, 또한 상대적으로 싼 연소기로 인해 야금의 필요를 대폭 감소시킨다.The main feature of the salt-free combustor of the present invention is to remove heat along the axis of the combustion chamber to keep the temperature well below the adiabatic combustion temperature. This virtually eliminates the production of NO x s and also greatly reduces the need for metallurgy due to the relatively inexpensive combustor.

도 1 을 참고로, 본 발명을 수행할 수 있는 가열 주입기 웰내에 연소기를 나타낸다. 가열될 형성물 (1) 은 피복탄 (被服炭) (2) 의 아래에 있다. 웰보어 (3) 은 피복탄을 통해 바람직하게는 가열될 형성물의 바닥 근처의 위치까지 확장된다. 수직 웰은 나타나지만, 웰보어는 비스듬하거나 또는 수평이 될수 있다. 수평 열 주입기 웰을 수평하게 그 파편 형성물에 제공하여 평형 드라이드 방법에 의해 탄화수소를 회수할 수 있다. 쉘로우 오일 (shallow oil) 형성물은 수평 가열기가 유용할 때 형성물의 예이다. 수평 가열기는 또한 얇은 층이 가열되어 피복탄 및 기저암에 열 손실을 제한할 때 효과적으로 사용될 수 있다. 도 1 에 나타난 구현예에서, 웰보어를 케이싱 (4) 로써 주조하고, 웰보어의 하부를 고온을 유지하고 열을 전달하기에 적합한 특징을 가진 시멘트 (7) 로써 접합할 수 있다. 양호한 열 절연체인 시멘트 (8) 은 시스템으로부터 열 손실을 방지하기 위해 웰보어의 상부용으로 바람직하다. 연소 혼합물 도관 (10) 은 웰헤드 (wellhead) (비명시) 로부터 웰보어의 하부까지 확장된다.Referring to FIG. 1, a combustor is shown in a heat injector well capable of carrying out the invention. The formation 1 to be heated is under the cladding 2. The well bore 3 extends through the shell coal to a position near the bottom of the formation, preferably to be heated. Vertical wells appear, but wellbore can be slanted or horizontal. Horizontal heat injector wells may be provided horizontally to the debris formation to recover hydrocarbons by the equilibrium dry method. Shallow oil formations are examples of formations when horizontal heaters are useful. Horizontal heaters can also be used effectively when the thin layer is heated to limit heat loss to the coal and base rock. In the embodiment shown in FIG. 1, the wellbore can be cast with a casing 4 and the bottom of the wellbore can be joined with cement 7 having characteristics suitable for maintaining high temperature and transferring heat. Cement 8, which is a good thermal insulator, is preferred for the top of the well bore to prevent heat loss from the system. The combustion mixture conduit 10 extends from the wellhead (if squeezed) to the bottom of the well bore.

웰보어의 고온부내에 케이싱 및 도관을 접합하는 데 적합한 고온 시멘트가 유용하다. 예는 미국 특허 제 3,507,332 호 및 제 3,180,748 호에 개시되어 있다. 시멘트 슬러리 고형체 기재 약 50 중량 % 초과의 알루미나 함량이 바람직하다.Hot cement suitable for joining casings and conduits in the hot portion of the wellbore is useful. Examples are disclosed in US Pat. Nos. 3,507,332 and 3,180,748. Alumina content of greater than about 50% by weight of cement slurry solids substrates is preferred.

쉘로우 형성물에서, 형성물속에 직접 해머-드릴 가열기를 사용하는 것이 유리하다. 가열기를 형성물속에 직접 해머-드릴할 때, 형성물에서 가열기의 접합은 필요하지 않지만, 가열기의 상부를 접합하여 표면에 유체 손실을 방지할 수 있다.In the shallow formation, it is advantageous to use a hammer-drill heater directly in the formation. When hammer-drilling the heater directly into the formation, the joining of the heater in the formation is not necessary, but the top of the heater can be joined to prevent fluid loss on the surface.

도 1 의 구현예에서 케이싱 (4) 의 직경 선택은 케이싱의 비용 및 형성물에 전달될 수 있는 열의 속도사이에서 선택한다. 야금술의 필요로 인해 케이싱은 일반적으로 주입 웰의 가장 비싼 성분이다. 형성물에 전달될 수 있는 열은 케이싱 직경이 증가함에 따라 매우 증가한다. 내부 직경이 약 10 내지 약 20 cm 사이의 케이싱은 통상적으로 초기 비용 및 수용능력사이에서 최적 선택을 하여 웰보어로부터 열을 전달할 수 있다.The diameter selection of the casing 4 in the embodiment of FIG. 1 selects between the cost of the casing and the speed of heat that can be transferred to the formation. Due to the need for metallurgy, the casing is generally the most expensive component of the injection well. The heat that can be transferred to the formation increases greatly as the casing diameter increases. Casings with an inner diameter of about 10 to about 20 cm can typically transfer heat from the wellbore with an optimal choice between initial cost and capacity.

시멘트 플러그 (23) 은 케이싱의 바닥에 있고 상기 시멘트 플러그를 접합 조작을 하는 동안 케이싱 밑으로 내려 보내어 시멘트를 케이싱의 바닥으로 나오게한다.The cement plug 23 is at the bottom of the casing and the cement plug is sent down the casing during the joining operation to bring cement out of the bottom of the casing.

촉매 표면 (20) 은 산화 반응 온도가 낮은 제한된 구역을 제공하는 연소실 (14) 내에 제공된다. 도관 (10) 의 하부의 내부 및/또는 외부 표면의 한 부분이상을 덮는 코팅물로서 상기 촉매 표면 (20) 의 분포가 연소실내에 열이 방출되기 위해 제공된다. 촉매 표면을 측정하여 케이싱을 따라 분포하는 거의 고른 온도를 달성한다. 케이싱내에 거의 고른 온도 프로파일은 결과적으로 가열될 형성물내에 더욱 균일한 열이 분포된다. 형성물내에 열이 거의 균일하게 분포하여 전도 가열 탄화수소 회수 방법에서 열을 더욱 효율적으로 활용한다. 또한 온도 프로파일이 더욱 균일할수록 그 결과 동일한 열 방출에 대해 더 낮은 최대 온도가 된다. 버너 및 웰 시스템의 구성물의 재료는 최대 온도를 규정하기 때문에, 고른 온도 프로파일은 구성물의 동일한 재료에 대해 가능한 열 방출이 증가할 것이다.The catalyst surface 20 is provided in the combustion chamber 14 which provides a limited zone where the oxidation reaction temperature is low. As a coating covering at least a portion of the inner and / or outer surface of the lower part of the conduit 10, a distribution of the catalyst surface 20 is provided for dissipating heat into the combustion chamber. The catalyst surface is measured to achieve an almost even temperature that is distributed along the casing. A nearly even temperature profile in the casing results in more uniform heat distribution in the formation to be heated. The heat is distributed almost uniformly in the formation to utilize the heat more efficiently in the conduction heating hydrocarbon recovery method. In addition, the more uniform the temperature profile, the lower the maximum temperature for the same heat dissipation. Since the material of the burner and well system components defines the maximum temperature, an even temperature profile will increase the possible heat dissipation for the same material of the composition.

연소 생성물이 가열될 형성물위에 웰보어에서 상승함에 따라, 열이 흐름 도관 및 상승 연소 생성물 아래로 내려가서 연소 공기 및 연료 가스 사이에서 교환된다. 상기 열교환은 에너지 보존 뿐만 아니라 본 발명의 목적하는 무염 연소기를 가능케 한다. 최종 혼합점에서 혼합물의 촉매화된 자연발화 온도를 초과하지만, 비촉매화된 자연발화 온도 미만인 온도인 두개의 스트림의 혼합물이 각각의 흐름 도관 아래로 충분히 이동함에 따라 연료 가스 및 연소 공기를 예열한다. 효과적인 촉매 표면에 근접해 있는 경계층내의 촉매 표면 및 무염 연소기상에서 연소를 하므로 결과적으로 복사 열원으로서 화염을 피한다. 따라서, 열은 필수적으로 일정한 온도로 웰보어로부터 전달된다.As the combustion product rises in the wellbore over the formation to be heated, heat is lowered below the flow conduit and the rising combustion product to exchange between the combustion air and the fuel gas. The heat exchange enables not only energy conservation but also the desired salt free combustor of the present invention. Preheat fuel gas and combustion air as the mixture of two streams, at temperatures above the catalyzed autoignition temperature of the mixture at the final mixing point, but below the uncatalyzed autoignition temperature, sufficiently migrates under each flow conduit. . Combustion is carried out on the catalyst surface and in the flameless combustor in the boundary layer in proximity to the effective catalyst surface, thus avoiding flame as a radiant heat source. Thus, heat is transferred from the well bore to essentially constant temperature.

본 발명의 연소기의 작동시에 열을 연소기의 길이를 따라 연소실로부터 제거하는 것은 중요하다. 웰보어 열 주입기에 대한 본 발명의 적용에서, 열은 웰보어 주위에 형성물로 전달된다. 본 발명의 가열기를 또한 다른 응용물에 사용할 수 있으며, 예컨대 증기 발생 및 화학 공업 공정 가열기 및 반응기에 사용할 수 있다.In the operation of the combustor of the invention it is important to remove heat from the combustion chamber along the length of the combustor. In the application of the present invention to a wellbore heat injector, heat is transferred to the formation around the wellbore. The heaters of the present invention can also be used for other applications, such as for steam generators and chemical industry process heaters and reactors.

연료 가스 및 연소 공기는 도관을 둘러싼 환상 체적으로서 나타난 혼합 연료 및 산화제 공급을 통해 웰보어의 바닥으로 전달된다. 혼합 연료 및 공기는 연소 생성물을 형성하는 촉매 표면에 인접한 웰보어 체적내에서 반응한다. 연소 생성물은 웰보어 위로 올라오고 연소 생성물 도관 (10) 을 통해 웰헤드에서 배출구 (비명시) 밖으로 나온다. 배출구로부터, 연소 생성물은 배출 스택 (비명시) 을 통해 대기로 나갈 수 있다. 대안적으로, 질소 산화물이 존재하지 않으므로 따라서 제거할 필요가 없다고 하더라도, 연소가스를 처리하여 제거한다. 확대 터빈 또는 열 교환기에 의해 연소 생성물로부터 부가적인 에너지 회수가 또한 바람직하다.Fuel gas and combustion air are delivered to the bottom of the wellbore through a supply of mixed fuel and oxidant, represented as an annular volume surrounding the conduit. The mixed fuel and air react in a wellbore volume adjacent to the catalyst surface forming the combustion product. Combustion product rises above the well bore and exits the outlet (when squeezed) at the wellhead through the combustion product conduit 10. From the outlet, the combustion products can exit the atmosphere through the exhaust stack (if not in sight). Alternatively, the combustion gases are treated and removed, even though there is no nitrogen oxide and therefore need not be removed. Additional energy recovery from the combustion products by expansion turbines or heat exchangers is also preferred.

연료 가스를 예열하여 촉매없이 무염 연소를 수행한 결과 탄소 형성물 억제제가 연료 가스 스트림에 포함되지 않으면 탄소가 매우 많이 발생한다. 따라서 탄소 형성 온도 미만인 온도에서 가열기를 운전함으로써 상기 탄소 형성물 억제제를 제공할 필요가 없다. 상기는 탄소 억제제가 가열기를 통해 통과한 가스의 체적이 증가함에따라 요구되는 도관의 크기가 증가하므로 본 발명의 다른 중요한 장점이다.Pre-heating the fuel gas to conduct salt-free combustion without catalyst results in very high carbon unless the carbon former inhibitor is included in the fuel gas stream. Thus, it is not necessary to provide the carbon former inhibitor by operating the heater at a temperature below the carbon formation temperature. This is another important advantage of the present invention as the size of the conduit required increases as the volume of gas passed through the heater by the carbon inhibitor increases.

본 발명의 웰 가열기를 냉 개시하는 것은 화염으로써 연소를 활용하는 것이다. 초기 인화를 자연발화 물질, 전기 인화기, 스파크 인화기, 일시적으로 낮은 인화기를 웰보어, 내전기 가열기에 주입함으로써 달성할 수 있다. 버너를 바람직하게는 급속히 웰보어내에 화염이 존재하는 시간을 최소화하도록 무염 연소를 유지하는 온도가 되게한다. 버너를 가열하는 속도는 통상적으로 버너가 견딜 수 있는 열 구배에 의해 제한된다.Cold start of the well heater of the present invention utilizes combustion as flame. Initial ignition can be achieved by injecting a pyrophoric material, an electrolyzer, a spark igniter, a temporarily low igniter into a wellbore, an electric heater. The burner is preferably brought to a temperature rapidly maintaining flameless combustion to minimize the time that flames are present in the wellbore. The rate of heating the burner is typically limited by the thermal gradient that the burner can withstand.

연소 혼합물 도관을 가열기 저항으로서 사용하여 연소기를 운전 온도까지 올린다. 상기 도관을 가열기 저항으로서 사용하기 위해, 전기납 (15) 를 클램프 (16) 또는 전기적으로 절연 연결장치 아래에 웰헤드 근처 연소 혼합물 도관 (10) 에서 다른 연결기와 연결하여 전기 에너지를 공급한다. 전기 접지를 연소 혼합물 도관 (10) 주위에 하나이상 전기적으로 전도성 중앙 집중기 (17) 을 가진 보어홀의 바닥 근처에 설치할 수 있다. 전기 접지 중압 집중기위의 연소 혼합물 도관상에 중압 집중기는 전기 절연 중앙 집중기이다. 바람직하게는 촉매화된 자연발화 온도를 초과하지만 비촉매화된 자연발화 온도 미만인 온도로, 초기 촉매 표면의 위치에 충분한 열을 가하여 연소 혼합물이 되게한다.The combustion mixture conduit is used as heater resistance to raise the combustor to operating temperature. To use the conduit as heater resistance, electrical lead 15 is connected to other connectors in the combustion mixture conduit 10 near the wellhead under the clamp 16 or electrically insulated connectors to supply electrical energy. An electrical ground can be installed near the bottom of the borehole with one or more electrically conductive central concentrators 17 around the combustion mixture conduit 10. The medium pressure concentrator on the combustion mixture conduit above the electrical ground medium pressure concentrator is an electrically insulated central concentrator. Preferably at a temperature above the catalyzed autoignition temperature but below the uncatalyzed autoignition temperature, sufficient heat is applied to the location of the initial catalyst surface to result in the combustion mixture.

연소 혼합물 도관의 두께를 다양화한 결과 연료 도관의 길이의 미리선택된 구획에 열을 방출한다. 예를 들어, 웰 열 주입기 적용에서, 바람직하게는 웰보어의 최하부에 전기적으로 열을 가하여 가장 고농도의 연료로 혼합 가스 스트림을 발화시키고, 배출 가스가 웰보어를 통해 역류하기전에 연료를 태운다. 얇은 구획 (21) 은 연소 혼합물 도관에서 연소기의 개시를 위해 고온의 표면을 제공한다.Varying the thickness of the combustion mixture conduit results in heat dissipation in a preselected section of the length of the fuel conduit. For example, in well heat injector applications, electrical heat is preferably applied to the bottom of the well bore to ignite the mixed gas stream with the highest concentration of fuel and burn the fuel before the exhaust gas flows back through the well bore. The thin section 21 provides a hot surface for initiation of the combustor in the combustion mixture conduit.

연료 가스-산화 혼합물의 산화 반응 온도는 귀금속 표면 또는 다른 유효한 촉매 표면을 제공함으로써 낮아진다. 촉매 표면은 바람직하게는 연소 생성물 도관 (10) 의 내부, 외부 또는 내부 및 외부 표면 모두에 제공된다. 대안적으로, 표면, 또는 관 또는 표면을 포함하는 다른 귀금속을 연소기내에 별도로 둘 수 있다. 다른 표면 코팅된 귀금속을 예를 들어, 연소가스 도관의 연소 생성물 환상 외부에서 제공할 수 있다. 상기 부가적인 촉매 표면은 열이 발생하는 것이 바람직할 때, 웰보어내에서 완전히 연소되게 한다.The oxidation reaction temperature of the fuel gas-oxidation mixture is lowered by providing a precious metal surface or other effective catalyst surface. The catalyst surface is preferably provided on the inside, outside or both inside and outside surfaces of the combustion product conduit 10. Alternatively, the surface, or a tube or other precious metal comprising the surface, may be placed separately in the combustor. Other surface coated precious metals may be provided, for example, outside the combustion product annulus of the flue gas conduit. The additional catalyst surface allows for complete combustion in the well bore when heat is desired to be generated.

본 발명의 무염 연소기의 개시를 개시-상 동안 보충 산화제를 공급하거나 또는 수소와 같은 낮은 자연발화 온도를 가진 연료의 사용에 의해 향상될 수 있다. 바람직하게는 보충 산화제는 보충적인 산소 및 질소 산화물을 포함한다. 수소를 천연 가스 스트림을 따라 제공할 수 있고, 일산화 탄소 및 이산화 탄소가 존재하는 제거 가스로서 제공할 수 있다.The initiation of the saltless combustor of the present invention can be enhanced by supplying supplemental oxidants during the initiation phase or by the use of fuels with low autoignition temperatures such as hydrogen. Preferably the supplemental oxidant comprises supplemental oxygen and nitrogen oxides. Hydrogen may be provided along the natural gas stream and may be provided as a removal gas in which carbon monoxide and carbon dioxide are present.

산화제 및/또는 연료의 개시는 바람직하게는 단지 연소기가 연료로서 메탄 (천연 가스) 및 산화제로서 공기로써 운전할 수 있는 충분한 온도까지 가열하였다 (예를 들어, 연소기를 공기중에 메탄의 촉매화된 자연발화 온도를 초과하는 온도까지 가열하였다).The initiation of the oxidant and / or fuel is preferably heated only to a temperature sufficient for the combustor to operate as methane (natural gas) as fuel and as air as oxidant (eg, the combustor catalyzed spontaneous combustion of methane in air). Heated to a temperature above the temperature).

미국 특허 5,255,742 호는 전기 저항 니크롬 가열기를 사용하여 무염 연소기의 개시를 위한 열을 발생하는 것을 개시하였다. 상기 전기 가열기를 본 발명의 실제에서 사용할 수 있다.US Pat. No. 5,255,742 discloses generating heat for the start of a salt free combustor using an electrical resistive nichrome heater. The electric heater can be used in practice of the present invention.

팔라듐 또는 백금, 전이 금속과 같은 귀금속, 반귀금속, 기본 금속 또는 전이 금속을 바람직하게는 연소실내에 표면상에 피복에 의해 코팅하여 낮은 온도에서 연료의 산화를 향상할 수 있다. 금속을 다음에 필요에 따라 산화시켜 촉매적으로 유효한 표면을 제공한다. 상기 촉매 표면은 260 ℃ 로 낮은 온도에서 공기중에 메탄의 산화를 촉진시킬 때 매우 유효하다는 것을 알았다. 상기 반응은 촉매 표면상 및 경계층 근처에서 급속히 발생한다. 연소실내에 큰 촉매 표면을 갖는 장점은 운전할 수 있는 무염 연소기내에 온도 범위를 매우 증가시킬 수 있다는 점이다.Precious metals, such as palladium or platinum, transition metals, semi-precious metals, base metals or transition metals, may preferably be coated by coating on the surface in the combustion chamber to improve oxidation of the fuel at low temperatures. The metal is then oxidized as needed to provide a catalytically effective surface. The catalyst surface was found to be very effective at promoting oxidation of methane in air at temperatures as low as 260 ° C. The reaction occurs rapidly on the catalyst surface and near the boundary layer. The advantage of having a large catalyst surface in the combustion chamber is that it can greatly increase the temperature range in a salt free combustor that can be operated.

열 반응기를 사용하여 산화 반응이 연료, 산화제 및 촉매 표면의 다양한 혼합물과 발생하는 온도를 평가하였다. 반응기는 전기 저항 가열 코일로 싸여지고 절연체로 덮인 2.54 cm 스테인레스 스틸 파이프였다. 온도 조절용 온도계를 파이프의 바깥 표면에 인접한 절연체 밑에 두었다. 온도계를 또한 입구, 중간 및 출구에서 파이프의 내부에 설치하였다. 귀금속 코팅물을 가진 귀금속 또는 스테인레스 스틸 편을 파이프에 매달아서 촉매 활성을 시험하였다. 본 시험의 목적 온도 미만인 온도까지 예열된 공기를 파이프의 전기 가열된 시험 구획에 주입하였다. 전기 저항 가열기에서 전력은 시험 구획에서 목적 온도가 수득될 때까지 변화시켜, 파이프의 내부에 돌출된 온도계로써 측정된 정상 상태를 달성하였다. 다음에 연료를 혼합 T 자관을 통해 예열 공기의 스트림으로 주입하고 전기 가열된 시험 구획으로 흐르게 하였다. 플라티늄 또는 백금으로써 양면에 코팅된 1/8 인치 폭 및 약 16 인치 길이의 4 개의 백금 리본 또는 3/8 인치 폭 및 약 1/16 인치 두께 및 약 16 인치 길이의 스테인레스 스틸 편을 파이프내에 매달아서 촉매 활성을 시험한다. 시험 구획이 촉매 코팅된 편 또는 귀금속의 리본을 포함하고 촉매화된 자연발화 온도 또는 초과일 때, 연료의 첨가는 내부 중간 및 외부 온도계에서 온도 증가를 일으켰다. 촉매화된 자연발화 온도미만에서 상기 온도는 관찰되지 않았다. 촉매 코팅된 편 또는 귀금속 리본이 존재하지 않을 때, 시험 구획은 온도 증가가 관찰되기 전에 연료의 자연발화 온도까지 가열해야 했다. 측정된 비촉매화 및 촉매화된 자연발화 온도를 측정된 자연발화 온도로서 참고된 측정된 비촉매화 또는 촉매화 자연발화 온도와 함께 표 1 에 요약한다.The thermal reactor was used to evaluate the temperature at which the oxidation reaction occurred with various mixtures of fuel, oxidant and catalyst surface. The reactor was a 2.54 cm stainless steel pipe wrapped in an electrical resistance heating coil and covered with insulators. A temperature control thermometer was placed under the insulator adjacent to the outer surface of the pipe. Thermometers were also installed inside the pipe at the inlet, middle and outlet. The catalytic activity was tested by hanging a piece of precious metal or stainless steel with a precious metal coating on a pipe. Air preheated to a temperature below the target temperature for this test was injected into the electrically heated test compartment of the pipe. The power in the electric resistance heater was varied until the desired temperature was obtained in the test compartment to achieve a steady state measured by a thermometer protruding inside the pipe. The fuel was then injected through a mixed T tube into a stream of preheated air and flowed into an electrically heated test compartment. Four platinum ribbons 1/8 inch wide and about 16 inches long, coated on both sides with platinum or platinum, or stainless steel pieces 3/8 inch wide and about 1/16 inch thick and about 16 inches long The catalytic activity is tested. When the test compartment contained a catalyst coated piece or ribbon of precious metal and was at or above the catalyzed autoignition temperature, the addition of fuel caused a temperature increase at the internal intermediate and external thermometers. The temperature was not observed below the catalyzed autoignition temperature. When no catalyst coated piece or precious metal ribbon was present, the test compartment had to be heated to the autoignition temperature of the fuel before an increase in temperature was observed. The measured non-catalyzed and catalyzed autoignition temperatures are summarized in Table 1 together with the measured non-catalyzed or catalyzed autoignition temperatures referred to as the measured autoignition temperatures.

연료fuel 측정된 자연발화온도 ℃Measured autoignition temperature ℃ 공기 유량CC/분Air flow rate CC / min 공기 체적 % 중의연료 농도 %Fuel concentration% in air volume% 공기 중의 체적 % ACCEL %Volume in air% ACCEL% 촉매catalyst 천연 가스Natural gas 788788 380380 10.510.5 천연 가스Natural gas 732732 380380 2.62.6 N2O/21N 2 O / 21 천연 가스Natural gas 677677 380380 2.62.6 O2/40O 2/40 디메틸 에테트Dimethyl Ethet 510510 380380 2.62.6 디메틸 에테르Dimethyl ether 316316 380380 2.62.6 N2O/21N 2 O / 21 H2 H 2 659659 380380 1313 H2 H 2 4949 380380 1313 PtPt 66.6 % H233.3 % CO66.6% H 2 33.3% CO 676676 380380 1313 66.6 % H233.3 % CO66.6% H 2 33.3% CO 213213 380380 1313 PtPt 66.6 % H233.3 % CO66.6% H 2 33.3% CO 211211 380380 1313 N2O/44.7N 2 O / 44.7 PtPt 66.6 % H233.3 % CO66.6% H 2 33.3% CO 149149 00 1313 380CC/분100 % N2O380CC / min 100% N 2 O PtPt 메탄methane 310310 380380 1313 -- PdPd H2 H 2 149149 380380 1313 -- PdPd 66.6 % H233.3 % CO66.6% H 2 33.3% CO 154154 380380 1313 -- PdPd

표로부터 N2O 를 연료 스트림에 첨가하면 혼합물의 측정된 자연발화 온도를 매우 감소시킨다는 것을 알 수 있었다. 또한, 촉매 표면의 연료 및 존재로서 수소를 포함시키는 것은 동적 자연발화 온도를 감소시킨다.From the table it was found that adding N 2 O to the fuel stream greatly reduced the measured autoignition temperature of the mixture. In addition, including hydrogen as fuel and the presence of the catalyst surface reduces the dynamic autoignition temperature.

3.048 m 길이 시험 연소기를 사용하여 분포된 연소기 적용시에 2.54 cm 반응기의 결과를 시험한다. 2.54 cm 외경 연료 가스선을 5.08 cm 내경 연소선내에 설치한다. 연료 주입선을 설치하여 연료가 도관에서 연소선의 입구 끝 근처에 위치한 연료 주입구까지 가도록 한다. 5.08 cm 내경 연소선을 절연 파이프내에 두고, 온도계를 연료 공급선을 따라 둔다. 두개의 다른 연소선을 활용한다. 하나의 연소선은 "HAYNES 120" 합금 편으로부터 제작된다. 평균 두께가 0.000254 cm 인 편을 팔라듐으로써 한면상에 도금된 전기 브러시한다. 편을 다음에 내부 표면상에 팔라듐 코팅으로써 3.048 m 길이로 브레이크 형성, 스웨지(swedge) 및 용접한다. 다른 연소선은 "HAYNES 120" 합금의 표준 7.62 cm 파이프이다. "MAXON" 브러시를 사용하여 연소가스가 3.048 m 길이 연소 파이프로 가도록 공급하고, 공기 및/또는 다른 첨가물의 양을 변화시켜 버너 및 연소선사이에 혼합 구획에서 "MAXON" 버너로부터 배출물과 함께 혼합한다. 연소선애세 균일한 온도를 유지하기 위해, 각각 자기의 조절기를 가진 세개의 전기 가열기를 외부 및 연소선의 길이를 따라 둔다.Test the results of a 2.54 cm reactor in a distributed combustor application using a 3.048 m length test combustor. A 2.54 cm outer diameter fuel gas line is installed in a 5.08 cm inner combustion line. Fuel injection lines are installed to allow fuel to flow from the conduit to the fuel injection port located near the inlet end of the combustion line. Place the 5.08 cm internal combustion line in the insulated pipe and the thermometer along the fuel supply line. Use two different combustion lines. One combustion line is made from the "HAYNES 120" alloy piece. An electric brush plated on one side with palladium with an average thickness of 0.000254 cm is applied. The pieces are then brake formed, swedge and welded to a length of 3.048 m with a palladium coating on the inner surface. Another combustion line is a standard 7.62 cm pipe of the "HAYNES 120" alloy. A "MAXON" brush is used to feed the combustion gas to the 3.048 m long combustion pipe, varying the amount of air and / or other additives and mixing with the discharge from the "MAXON" burner in the mixing section between the burner and the combustion line. Combustion Lines In order to maintain a uniform temperature, three electric heaters, each with its own regulator, are placed along the outside and the length of the combustion line.

팔라듐 코팅된 연소선을 가진 가열기 및 팔라듐 코팅되지 않은 연소선을 가진 가열기로써 일련의 시험을 행한다. 연료 가스를 약 0.635 m3/시간, 15.5 ℃ 의 온도 및 대기압에서 측정할 때 및 동일한 조건에서 버너 공기 및 제 2 공기를 포함하는 공기의 약 374 m3/시간의 속도로 연료 가스 주입구를 통해 주입한다. 풍부한 연료 가스를 버너에 공급하여 연료 선의 입구에 목적온도를 제공한다. 연소된 주입된 메탄의 퍼센티지는 촉매화된 배열 (선 A) 및 비촉매화된 배열 (선 B) 에 대해 도 2 에서 연소선 입구 온도의 함수로서 나타난다. 도 2 로부터 운전할 수 있는 기구의 가장 최저 온도가 약 260 ℃ 이고, 55 % 의 메탄을 팔라듐 코팅된 연소선으로써 산화한다는 것을 알 수 있다. 운전의 최저 온도는 260 ℃ 미만 정도일 수 있지만, 최저 온도에서는 장치를 유용하게 쓸 수 없다. 팔라듐 코팅없는 연소선을 사용할 때, 약 704 ℃ 에서 메탄의 일부 산화가 일어나고, 메탄의 산화는 약 816 ℃ 의 온도에서 급속하게 일어난다. 871 ℃ 이상의 온도에서, 팔라듐 표면의 존재는 팔라듐 표면이 있거나 또는 없이 메탄의 산화가 급속하고 완전히 일어나므로 영향이 없다.A series of tests are made with a heater with a palladium coated combustion line and a heater with a non-palladium coated combustion line. Fuel gas is injected through the fuel gas inlet when measured at about 0.635 m 3 / hour, a temperature of 15.5 ° C. and at atmospheric pressure, and at a rate of about 374 m 3 / hour of air containing burner air and secondary air do. Abundant fuel gas is supplied to the burner to provide the target temperature at the inlet of the fuel line. The percentage of combusted injected methane is shown as a function of the combustion line inlet temperature in FIG. 2 for the catalyzed arrangement (line A) and the uncatalyzed arrangement (line B). It can be seen from FIG. 2 that the lowest temperature of the instrument that can be operated is about 260 ° C. and oxidizes 55% of methane with a palladium coated combustion line. The minimum temperature of operation may be below 260 ° C, but the device is not useful at the lowest temperature. When using a combustion line without palladium coating, some oxidation of methane occurs at about 704 ° C., and oxidation of methane occurs rapidly at a temperature of about 816 ° C. At temperatures above 871 ° C., the presence of a palladium surface is not affected since the oxidation of methane occurs rapidly and completely with or without a palladium surface.

704 ℃ 미만에서 산화된 메탄의 온도 비의존성은 팔라듐 표면의 표면에서 경계층내에 메탄이 급속히 산화되고, 키네틱스 (kinetics) 가 아닌, 상기 경계층에서 메탄의 이동으로써 메탄이 산화되는 정도를 나타내는 것이 입증되는 경향이 있다. 약 704 ℃ 이상의 온도에서, 열 산화가 우세하고, 상기 열 산화로 인해 온도 의존성이 있다.The temperature independence of oxidized methane below 704 ° C. has been demonstrated to indicate the extent to which methane is rapidly oxidized in the boundary layer at the surface of the palladium surface, and that the methane is oxidized by the movement of methane in the boundary layer, not kinetics. There is a tendency. At temperatures above about 704 ° C., thermal oxidation prevails and is temperature dependent due to the thermal oxidation.

Claims (19)

입구 및 연소 생성물 출구와 연결된 연소실 ;Combustion chamber connected to the inlet and the combustion product outlet; 입구와 연결된 혼합된 연료 및 산화제 공급 ; 및Mixed fuel and oxidant feeds connected to the inlet; And 촉매 표면은 소정량의 연료의 산화를 야기시키며, 소정량의 연료의 산화는 연료 및 산화제 혼합물의 비촉매화된 자연발화 온도를 초과하는 온도가 되지 않는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The catalyst surface results in the oxidation of a predetermined amount of fuel and the oxidation of the predetermined amount of fuel does not exceed a temperature above the uncatalyzed autoignition temperature of the fuel and oxidant mixture. 제 1 항에 있어서, 촉매 표면이 귀금속, 반-귀금속, 전이 금속 산화물 및 그의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The flameless combustor of claim 1, wherein the catalyst surface comprises a component selected from the group consisting of noble metals, semi-noble metals, transition metal oxides and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서, 촉매 표면이 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The flameless combustor of claim 1, wherein the catalyst surface comprises palladium. 제 1 항에 있어서, 촉매 표면이 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The flameless combustor of claim 1, wherein the catalyst surface comprises platinum. 제 1 항에 있어서, 예비 가열 구획에서 연료 및 산화제 혼합물 및 연소 생성물 사이에서 열이 교환될 수 있는 예비가열구획을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The flameless combustor of claim 1, further comprising a preheating compartment in which heat is exchanged between the fuel and oxidant mixture and the combustion product in the preheating compartment. 제 1 항 내지 5 항중 어느 한 항에 있어서, 연소기가 연료 및 산화제 혼합물을 연소함으로써 지하 형성물을 가열하도록 설계되고, 연소실이 가열될 형성물내에 웰보어에 위치한 하나이상의 연소관에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.6. The combustor of claim 1, wherein the combustor is designed to heat underground formations by combusting a fuel and oxidant mixture, wherein the combustion chamber is defined by one or more combustion tubes located in wellbore in the formations to be heated. 7. Salt-free combustor made with. 제 6 항에 있어서, 촉매 표면적이 연소실내에 분포되어 그 결과 연소실내의 온도가 필수적으로 일정한 것을 특징으로 하는 무염 연소기.7. The flameless combustor of claim 6, wherein the catalyst surface area is distributed in the combustion chamber such that the temperature in the combustion chamber is essentially constant. 제 6 항에 있어서, 연소실이 웰보어내에 위치한 하나이상의 관 파이프에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The flameless combustor of claim 6, wherein the combustion chamber is defined by one or more tubular pipes located within the well bore. 제 6 항에 있어서, 연소관을 둘러싸는 환상 공간인 연소가스 출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.7. The flameless combustor of claim 6, further comprising a combustion gas outlet that is an annular space surrounding the combustion tube. 제 6 항에 있어서, 연소실내에 관인 연소가스 출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The flameless combustor according to claim 6, further comprising a combustion gas outlet that is a pipe in the combustion chamber. 제 6 항에 있어서, 연소실이 관 및 케이싱사이에 환상 체적을 포함하는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.7. The flameless combustor of claim 6, wherein the combustion chamber comprises an annular volume between the tube and the casing. 제 11 항에 있어서, 관이 연소 생성물을 웰헤드로 되돌리기위한 도관인 것을 특징으로 하는 무염 연소기.12. The flameless combustor of claim 11, wherein the tube is a conduit for returning combustion products to the wellhead. 제 6 항에 있어서, 관이 연소실의 다른 부분을 포함하는 도관인 것을 특징으로 하는 무염 연소기.7. The flameless combustor of claim 6, wherein the tube is a conduit comprising another portion of the combustion chamber. 제 1 항 내지 13 항중 어느 한 항에 있어서, 촉매 표면이 연소실내에 관의 내부 및/또는 외부 표면의 한 부분 이상을 덮는 촉매 코팅에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The flameless combustor according to any one of the preceding claims, wherein the catalyst surface is provided by a catalyst coating covering at least one portion of the inner and / or outer surface of the tube in the combustion chamber. 제 1 항 내지 14 항중 어느 한 항에 있어서, 입구가 연소실의 한 끝에 위치하고 출구가 연소실의 다른 끝에 위치하는 것을 특징으로 하는 무염 연소기.The flameless combustor according to claim 1, wherein the inlet is at one end of the combustion chamber and the outlet is at the other end of the combustion chamber. 가열될 형성물 내부의 웰보어에 다운홀 연소실로 정의되는 연소관을 설치하고 ;Installing a combustion tube defined as a downhole combustion chamber in a well bore inside the formation to be heated; 입구를 거쳐 실에 연료 및 산화제를 공급하고 ;Supply fuel and oxidant to the chamber via an inlet; 연료 및 산화제 혼합물을 도입하여 연소실내에 촉매 표면을 따라 흐르게 하며 이때 촉매 표면은 연소실이 연료 및 산화제 혼합물의 비촉매화된 자연발화 온도 미만으로 유지되는 속도로 연료의 양의 산화를 야기시키며 ;Introducing a fuel and oxidant mixture to flow along the catalyst surface in the combustion chamber, where the catalyst surface causes oxidation of the amount of fuel at a rate such that the combustion chamber is maintained below the uncatalyzed autoignition temperature of the fuel and oxidant mixture; 웰보어내에 연소 생성물 출구 도관을 거쳐 연소 생성물을 표면에 흐르게 하는 것을 특징을 하는 방법.Flowing the combustion product to the surface via the combustion product outlet conduit in the well bore. 제 16 항에 있어서, 연소실은 웰 케이싱 및 웰 케이싱의 바닥 근처에 플러그의 하부로써 정의되고 촉매 표면은 웰 케이싱내에 동축으로 현수된 현수관의 내부 및/또는 외부 표면상에 촉매 코팅에 의해 제공되어 축 공간이 현수관 및 플러그의 하부 끝사이에 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 연소기.17. The combustion chamber of claim 16, wherein the combustion chamber is defined as the well casing and the bottom of the plug near the bottom of the well casing and the catalyst surface is provided by a catalyst coating on the inner and / or outer surface of the suspension tube coaxially suspended in the well casing. A combustor characterized in that an axial space is maintained between the suspension tube and the lower end of the plug. 제 17 항에 있어서, 현수관을 혼합 연료 및 공기 입구 도관으로서 사용하고 관 및 웰 케이싱사이의 환상 공간을 반대로 연소 생성물 출구 도관으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.18. The method of claim 17, wherein the suspension tube is used as the mixed fuel and air inlet conduit and the annular space between the tube and the well casing is used as the reverse combustion product outlet conduit. 제 16 내지 18 항중 어느 한 항에 있어서, 저 투과성의 지하 오일 혈암 형성물을 가열하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of any of claims 16-18, wherein the method is used to heat a low permeability underground oil shale formation.
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