KR20100098632A

KR20100098632A - Flameless thermal oxidation apparatus and methods

Info

Publication number: KR20100098632A
Application number: KR1020107013157A
Authority: KR
Inventors: 브루스 칼라일 존슨; 나탄 스테네크 피터슨
Original assignee: 존 징크 컴파니 엘엘씨
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-09-08
Also published as: AR069751A1; EP2227654A1; CN101874180B; CL2008003517A1; BRPI0820661A2; TW200940155A; US20090133854A1; CA2705773A1; MX2010005194A; WO2009070563A1; CN101874180A; JP2011508864A

Abstract

그 내부에서 공정 스트림의 오프-가스가 실질적으로 산화 챔버의 전체 내부 체적 내에서 열 산화되는 열 산화기가 제공된다. 열 산화는 화염의 비존재 하에서 수행되거나 또는 1종 이상의 연료의 소량이 화염 내에서 연소하면서 수행된다. Therein a thermal oxidizer is provided in which off-gas of the process stream is thermally oxidized substantially in the entire internal volume of the oxidation chamber. Thermal oxidation is carried out in the absence of flame or with a small amount of one or more fuels burning in the flame.

Description

Non-flame thermal oxidation apparatus and method {FLAMELESS THERMAL OXIDATION APPARATUS AND METHODS}

발명의 배경Background of the Invention

본 발명은 일반적으로 공정 스트림 내의 유기 화합물을 산화시키기 위하여 사용되는 열 산화기(thermal oxidizer)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 유기 화합물을 분해하기 위하여 비화염 열 산화를 사용하는 상기 열 산화기를 작동시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention generally relates to thermal oxidizers used to oxidize organic compounds in a process stream, and more particularly to operating such thermal oxidizers using non-flame thermal oxidation to decompose organic compounds. An apparatus and method are provided.

공정 스트림을 대기압에 노출시키기 이전에 이들 공정 스트림 내 1종 이상의 기체 또는 증기를 고온을 거치게 함으로써 공정 스트림 내 1종 이상의 기체 또는 증기를 산화시키기 위하여 열 산화기가 흔히 사용된다. 공정 스트림 내 기체는 흔히 오프-가스(off-gas)라 불리며 이들은 전형적으로 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound, VOC), 반-휘발성 유기 화합물(semi-volatile organic compound, SVOC), 및/또는 유해 대기 오염물질(hazardous air pollutant, HAP)로 구성된다. 오프-가스를 함유하는 공정 스트림은 흔히 산업 공정, 제조 공정 또는 전력 생산 공정의 부산물이다. Thermal oxidizers are often used to oxidize one or more gases or vapors in the process stream by subjecting them to a high temperature prior to exposing the process streams to atmospheric pressure. Gases in the process stream are often called off-gases and they are typically volatile organic compounds (VOCs), semi-volatile organic compounds (SVOCs), and / or hazardous atmospheres. Consists of pollutant (hazardous air pollutant, HAP). Process streams containing off-gas are often by-products of industrial processes, manufacturing processes or power generation processes.

전통적인 열 산화기에 있어서, 공정 스트림을 산소를 함유하는 기체 스트림과 혼합시키고 그 후 혼합된 스트림을 천연 가스와 같은 연료 공급원을 연소시켜 생성된 화염 또는 연소 기체에 통과시킴으로써 오프-가스를 산화시켜 이산화탄소 및 물을 형성한다. 이러한 방식으로, 열 산화기는 환경적으로 바람직하지 않은 유기 화합물을 대기 중으로 안전하게 방출될 수 있는 무해한 화합물로 전환한다. In traditional thermal oxidizers, the process stream is mixed with a gas stream containing oxygen and then the mixed stream is oxidized off-gases by passing through a flame or combustion gas produced by burning a fuel source such as natural gas to produce carbon dioxide and Forms water. In this way, the thermal oxidizer converts environmentally undesirable organic compounds into harmless compounds that can be safely released into the atmosphere.

그렇지만, 열 산화기 내에서 화합물의 열 분해를 일으키기 위해 화염을 사용하는 것은 종종 NOx 및 CO와 같은 바람직하지 않은 농도의 대기 오염물질을 생성하는 결과를 초래한다. NOx는 국지화된 영역에서의 고온으로 인하여 생성되고 CO는 열 산화기 내에서의 연소 과정 동안 일어날 수 있는 연료의 불완전 연소의 결과이다. However, the use of flames to cause thermal decomposition of compounds in thermal oxidizers often results in the production of undesirable concentrations of air pollutants such as NOx and CO. NOx is produced due to the high temperature in the localized zone and CO is the result of incomplete combustion of the fuel which can occur during the combustion process in the thermal oxidizer.

화합물의 열 분해 동안 생성되는 NOx 및 CO의 수준을 감소시키기 위한 노력으로, 열 산화기에서 비화염 산화 공정(flameless oxidation process)을 사용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 비화염 산화 공정의 한 예가 미국 특허 5,165,884에 개시되어 있다. 상기 미국 특허에서, 기체 또는 증기;와 공기 및/또는 산소;의 혼합물이, 상기 혼합물의 자기발화 온도 이상의 온도로 미리 가열된 고체 내열 재료(heat-resistant material)의 층 매트릭스(bed matrix) 내로 흐른다. 상기 혼합물은 발화하고 상기 층 매트릭스 내에서 발열 반응하여 상기 층 매트릭스 사이에서 자체-유지 반응 파동(self-sustaining reaction wave)을 형성한다. 이러한 공정은 공정 스트림을 대기로 방출하기 이전에 공정 스트림 내의 특정 기체의 분해 과정 동안 NOx, CO, 및 불완전 연소의 또 다른 생성물의 생성을 최소화하기 위하여 사용된다. 백만 BTU 당 0.007 lb 미만의 NOx(NO₂로서)의 열-NOx 방출 수준 및 10 ppm 미만의 CO 수준이 상기 방법을 사용하여 얻어질 수 있다고 언급된다. In an effort to reduce the levels of NOx and CO produced during thermal decomposition of compounds, it is known to use a flameless oxidation process in thermal oxidizers. One example of such a non-flame oxidation process is disclosed in US Pat. No. 5,165,884. In this U.S. patent, a mixture of gas or vapor and air and / or oxygen flows into a bed matrix of solid heat-resistant material that is preheated to a temperature above the autoignition temperature of the mixture. . The mixture ignites and exothermicly reacts in the layer matrix to form a self-sustaining reaction wave between the layer matrices. This process is used to minimize the production of NOx, CO, and another product of incomplete combustion during the decomposition of certain gases in the process stream prior to discharge of the process stream into the atmosphere. It is mentioned that heat-NOx emission levels of less than 0.007 lbs of NOx (as NO ₂ ) and less than 10 ppm CO levels per million BTU can be obtained using this method.

상기 미국 특허 5,165,884의 층 매트릭스는, 연소 과정 동안 반응 파동을 고정시키고 안정화시킨다는 점에서 유리하다. 그렇지만, 상기 층 매트릭스는 공정 반응기의 내부 부피의 실질적인 일부분을 차지하며, 이에 따라 공정 스트림의 흐름을 위하여 사용가능한 개방 부피(open volume)를 감소시킨다. 반응기 내 개방 부피의 감소는 공정 스트림의 주어진 처리량(throughput)에 있어서 주어진 반응기 크기에 대한 사용가능한 체류 시간을 감소시키며, 그 결과 유해한 폐기물의 분해에 사용가능한 시간을 감소시킨다. 더욱이, 층 매트릭스는 실질적인 압력 강하를 초래하여 공정의 작업 비용을 추가시키는데 왜냐하면 고정 스트림은 공정 반응기 내로 들어가기 이전에 증가된 압력을 거쳐야 하기 때문이다. 공정 스트림으로부터의 미립자 물질이 층 매트릭스 내에 축적되거나 또는 층 물질이 열 쇼크로 인하여 분해됨에 따라 상기 압력 강하가 시간이 지남에 따라 증가하는 경향이 있다. 결국 층 매트릭스에 걸친 압력 강하의 증가는 층 물질의 교체를 요구할 수 있다. The layer matrix of US Pat. No. 5,165,884 is advantageous in that it fixes and stabilizes the reaction wave during the combustion process. However, the bed matrix occupies a substantial part of the internal volume of the process reactor, thus reducing the open volume available for the flow of the process stream. Reducing the open volume in the reactor reduces the available residence time for a given reactor size for a given throughput of the process stream, and consequently reduces the time available for decomposition of hazardous waste. Moreover, the bed matrix results in a substantial pressure drop which adds to the operating cost of the process because the fixed stream has to go through an increased pressure before entering the process reactor. The pressure drop tends to increase over time as particulate material from the process stream accumulates in the layer matrix or the layer material decomposes due to thermal shock. As a result, an increase in pressure drop across the layer matrix may require replacement of the layer material.

따라서 전술한 단점 없이 낮은 수준의 NOx 및 CO를 생성하는 열 산화기에 대한 필요성이 대두되었다. Thus, there is a need for a thermal oxidizer that produces low levels of NOx and CO without the aforementioned disadvantages.

발명이 개요Inventive Overview

본 발명은 유체 스트림(fluid stream) 내 구성성분들의 열 산화를 일으키기에 충분한 열을 전달하는 내부 라이닝(internal lining)을 갖는 산화 챔버(oxidation chamber) 내에 있는, 유체 스트림에 함유된 구성성분들과 같은 구성성분들을 열 산화시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 산화 챔버 라이닝을 초기에 가열하는 단계 및 그 후 산화 챔버 라이닝으로부터의 열 전달의 결과로서 구성성분들의 열 산화를 개시하기 위한 조건 하에서 산화 챔버로 구성성분들을 전달하는 단계를 포함한다. 상기 산화 챔버 라이닝을 초기에 가열하는 단계는 유체 스트림 내 구성성분들의 열 산화를 개시하기에 충분한 열을 방사하거나 또는 다른 방법으로 전달하기에 충분한 사전-선택된 온도까지 라이닝을 가열하는 단계를 포함한다. 상기 내화 라이닝이 사전-선택된 온도까지 가열된 이후, 1종 이상의 연료를 포함할 수도 있는 유체 스트림 내 상기 구성성분들은 산화 챔버로 운송된다. 내화 라이닝으로부터의 열 전달의 결과로서 유체 스트림 내 구성성분들의 비화염 열 산화를 일으키도록 유체 스트림 내의 조건들이 제어된다. 따라서 본 발명의 방법은 비화염 열 산화를 개시하고 유지하기 위한 내화 라이닝으로부터의 열 전달에 의존하며, 전통적인 비화염 산화 공정에 의해 요구되는 층 매트릭스, 연료 스트림 및/또는 연소 대기 스트림의 예열 단계, 또는 배연 가스(flue gas) 재순환을 요구하지 않는다. The invention relates to components such as those contained in a fluid stream in an oxidation chamber having an internal lining that transfers sufficient heat to cause thermal oxidation of the components in the fluid stream. Provided are methods for thermally oxidizing components. The method includes initially heating the oxidation chamber lining and then delivering the components to the oxidation chamber under conditions to initiate thermal oxidation of the components as a result of heat transfer from the oxidation chamber lining. Initially heating the oxidation chamber lining includes heating the lining to a pre-selected temperature sufficient to radiate or otherwise transfer sufficient heat to initiate thermal oxidation of the components in the fluid stream. After the refractory lining is heated to a pre-selected temperature, the components in the fluid stream, which may include one or more fuels, are transported to an oxidation chamber. Conditions in the fluid stream are controlled to cause non-flame thermal oxidation of components in the fluid stream as a result of heat transfer from the refractory lining. The process of the present invention thus relies on heat transfer from refractory linings to initiate and maintain non-flame thermal oxidation, preheating the layer matrix, fuel stream and / or combustion air stream required by traditional non-flame oxidation processes, Or does not require flue gas recirculation.

한 구체 예에서, 유체 스트림 내 1종 이상의 연료 구성성분들(fuel components)이 가시 화염(visible flame)에서 연소되어서 내화 라이닝을 사전-선택된 온도까지 초기 가열시키는 단계를 유발한다. 유체 스트림 내 연료 구성성분들의 전체적인 농도는 이러한 시작 모드 동안의 연소가능 범위(flammability range) 이내일 수 있다. 그 대신에, 연료 구성성분들의 전체적인 농도는 상기 연소가능 범위를 벗어나지만, 유체 스트림에 존재하는 연소 대기와 상기 연료 구성성분과의 불완전한 혼합으로 인하여 가연성 혼합물이 산출되고 그 결과 확산 또는 부분적으로 사전혼합된 화염이 산출된다. 비화염 열 산화 모드로 전환되는 동안, 연소기 내 가시 화염에서의 혼합물의 연소를 방지하기 위하여 예를 들면 연료와 연소 대기의 혼합을 증가시켜 연료 구성성분의 국지화된 농도를 연소가능 범위 밖으로 벗어나게 함으로써, 유체 스트림 내 화염이 소멸된다. 연료 구성성분의 국지화된 농도를 연소가능 범위 밖으로 벗어나도록 변화시키는 또 다른 방법이 사용될 수 있다. In one embodiment, one or more fuel components in the fluid stream are combusted in a visible flame to cause an initial heating of the refractory lining to a pre-selected temperature. The overall concentration of fuel components in the fluid stream may be within the flammability range during this start mode. Instead, the overall concentration of fuel components is outside the combustible range, but due to incomplete mixing of the fuel components with the combustion atmosphere present in the fluid stream, a flammable mixture is produced, resulting in diffusion or partial premixing. A flame is produced. During the transition to the non-flame thermal oxidation mode, to prevent the combustion of the mixture in the visible flame in the combustor, for example, by increasing the mixing of the fuel and the combustion atmosphere, the localized concentrations of the fuel components are outside the combustible range, The flame in the fluid stream is extinguished. Another method of changing the localized concentration of the fuel component out of the combustible range can be used.

휘발성 유기 화합물, 반-휘발성 유기 화합물, 및/또는 유해 대기 오염물질이 부가적인 구성성분으로서 유체 스트림 내에 존재할 수 있으며, 이들 부가적인 구성성분들은 비화염 열 산화 모드 동안 열 산화된다. 이들 부가적인 구성성분들은 산업 공정, 제조 공정, 또는 전력 생산 공정으로부터의 공정 스트림 내에서 전형적으로 발생하며 상기 공정 스트림을 대기 중으로 방출하기 이전에 제거되어야만 한다. 상기 공정 스트림은 공정에서 요구되는 연소 대기의 일부, 전부를 공급하거나 또는 전혀 공급하지 않을 수 있다. Volatile organic compounds, semi-volatile organic compounds, and / or hazardous air pollutants may be present in the fluid stream as additional components, which are thermally oxidized during the non-flame thermal oxidation mode. These additional components typically occur in process streams from industrial processes, manufacturing processes, or power generation processes and must be removed before releasing the process stream into the atmosphere. The process stream may supply some, all or none of the combustion atmosphere required for the process.

필요한 경우, 산화 챔버의 외피(external shell) 또는 유체 스트림의 냉각 효과를 통한 열 손실을 상쇄시키기 위하여 보충 열(supplemental heat)이 산화 챔버에 추가될 수 있다. 상기 보충 열은, 예를 들면 가시 화염에서 산화 챔버 내 또 다른 유체 스트림의 1종 이상의 연료를 연소시킴으로써 연속적으로 추가될 수 있다. 그 대신에, 예를 들면 초기 가열 모드에서 열 산화기를 주기적으로 운전함으로써, 상기 보충 열은 간헐적으로 추가될 수 있다. If desired, supplemental heat may be added to the oxidation chamber to offset heat loss through the cooling effect of the external shell or fluid stream of the oxidation chamber. The supplemental heat can be added continuously by burning one or more fuels of another fluid stream in the oxidation chamber, for example in a visible flame. Instead, the supplemental heat can be added intermittently, for example by periodically operating a thermal oxidizer in the initial heating mode.

본 발명의 공정이 비화염 산화 모드에서 실행될 때, 건조 기준으로, 5 ppm 미만, 2 ppm 미만, 심지어 1 ppm 미만의 NOx 수준 및 1 ppm 미만의 CO 수준이 달성되었다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, NOx 및 CO의 수준은 건조 기준으로 부피 백만분율(parts per million by volume)로 표현된다. 보충 열이 산화 챔버에 추가되는 경우에도, 건조 기준으로, 1 내지 12 ppm의 NOx 수준 및 1 ppm 미만의 CO 수준이 얻어졌다. When the process of the present invention was run in nonflaming oxidation mode, on a dry basis, NOx levels below 5 ppm, below 2 ppm and even below 1 ppm and CO levels below 1 ppm were achieved. As used herein, the levels of NOx and CO are expressed in parts per million by volume on a dry basis. Even when supplemental heat was added to the oxidation chamber, on a dry basis, NOx levels of 1-12 ppm and CO levels of less than 1 ppm were obtained.

도면의 상세한 설명
첨부되는 도면은 명세서의 일부를 구성하며 상호 연관되어 해석되며, 이들 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 구성 요소의 상세부분을 나타내기 위하여 깨진 열 산화기 일부분을 갖는, 본 발명의 구체 예에 따르는 열 산화기의 평면도이다.
도 2는 수직 단면에서 취한, 열 산화기의 연소기 부분의 확대된 측면도이며, 일부분은 도식적으로 제시되었다. Detailed description of the drawings
The accompanying drawings form a part of the specification and are interpreted in association with each other, where like reference numerals refer to like elements.
1 is a plan view of a thermal oxidizer in accordance with an embodiment of the present invention, having a broken thermal oxidizer portion to show details of the components.
2 is an enlarged side view of a combustor portion of a thermal oxidizer, taken in vertical section, a portion of which is shown schematically.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

상세한 설명을 위하여 지금부터 도면을 참조하는데, 먼저 도 1을 참조하면, 유체 스트림 내 구성성분들의 비화염 열 산화에 유용한 열 산화기의 한 구체 예가 도면부호 (10)으로 포괄적으로 제시된다. 유체 스트림(11)은 화살표로 표시되며 열 산화기(10) 사이를 연속적으로 또는 간헐적으로 흐르는 기체 또는 증기 스트림이다. 유체 스트림(11) 내 산화가능한 구성성분은 기체, 액체, 및/또는 고체 입자 형태일 수 있다. 이러한 구성성분의 예는 연료, 폐기물, 휘발성 유기 화합물과 반-휘발성 유기 화합물을 포함하는 유기 화합물, 및/또는 유해 대기 오염물질을 포함한다. Reference is now made to the drawings for a detailed description, with reference first to FIG. 1, one embodiment of a thermal oxidizer useful for non-flame thermal oxidation of components in a fluid stream is indicated generically by reference numeral 10. Fluid stream 11 is indicated by an arrow and is a gas or vapor stream that flows continuously or intermittently between thermal oxidizers 10. Oxidizable components in fluid stream 11 may be in the form of gas, liquid, and / or solid particles. Examples of such components include fuels, wastes, organic compounds including volatile organic and semi-volatile organic compounds, and / or hazardous air pollutants.

열 산화기(10)는 내화 라이닝(16)의 하나 이상의 층으로 안감을 댄 외피(14)를 갖는 열 산화 챔버(12)를 포함하며, 여기서 상기 내화 라이닝(16)은 열 산화 챔버(12)의 높은 작업 온도 및 또 다른 조건을 견디기에 필수적인 화학적 및 물리적 물성을 갖는 다양한 내화 물질과 같은 물질로 형성된다. 상기 내화 라이닝(16)은 주조가능한 형태, 플라스틱 형태, 벽돌 형태, 블랭킷 형태, 섬유질 형태, 또는 그 밖의 다른 적절한 형태일 수 있으며 전형적으로 산화 알루미늄, 이산화 실리콘, 또는 산화 마그네슘과 같은 고-용융 산화물의 화합물로 제조된 세라믹 재료를 주로 포함한다. 상기 내화 라이닝(16)은 또한 내화 금속과 같은 또 다른 물질로 형성될 수도 있다. 적절한 내화 금속의 예는 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 레늄, 및 니오브, 뿐만 아니라 이들 금속의 합금을 포함한다. 가장 안쪽의 즉 "고온 안면(hot face)" 내화 라이닝(16)은 외피(14)를 통한 열 손실을 더욱 감소하기 위하여 바람직하게는 낮은 열 전도성 라이닝(17)으로 배면 처리된다. Thermal oxidizer 10 includes a thermal oxidation chamber 12 having a sheath 14 lined with one or more layers of refractory lining 16, where the refractory lining 16 is thermal oxidation chamber 12. It is formed of materials such as various refractory materials having chemical and physical properties essential to withstand high working temperatures and other conditions. The refractory lining 16 may be in castable form, plastic form, brick form, blanket form, fibrous form, or any other suitable form and is typically formed of a high-melting oxide such as aluminum oxide, silicon dioxide, or magnesium oxide. It mainly contains ceramic materials made of compounds. The refractory lining 16 may also be formed of another material, such as refractory metal. Examples of suitable refractory metals include molybdenum, tungsten, tantalum, rhenium, and niobium, as well as alloys of these metals. The innermost, “hot face” fire lining 16 is preferably backsided with a low thermally conductive lining 17 to further reduce heat loss through the shell 14.

안감을 댄 외피(14)의 내부 영역은 개방된 내부 체적(18)을 정의하며 그 내부에서 비화염 열 산화가 발생하며, 이하에서 더욱 상세하게 설명된다. 수행되는 특정한 공정 응용분야에 대하여 의도된 부피 흐름 속도로 열 산화 챔버(12)를 통하여 흐르는 유체 스트림(11)에 대한 원하는 체류 시간이 얻어지도록 상기 개방된 내부 체적(18)의 크기가 만들어진다. 일반적으로, 공정 스트림 내 산화가능한 구성성분에 대하여 완전한 연소 및/또는 원하는 파괴 제거 효율이 얻어지도록 상기 체류 시간이 선택된다. The interior region of the lined sheath 14 defines an open interior volume 18 within which nonflame thermal oxidation occurs, which is described in more detail below. The open internal volume 18 is sized such that the desired residence time for the fluid stream 11 flowing through the thermal oxidation chamber 12 is obtained at the volume flow rate intended for the particular process application performed. In general, the residence time is chosen so that complete combustion and / or desired destruction removal efficiencies are obtained for the oxidizable components in the process stream.

외피(14)는 바람직하게는 원통형이며 수평 지향성이거나, 그 대신에 다각형 또는 또 다른 형태의 단면을 가질 수 있거나 및/또는 수직 지향성이거나 또는 중간 각(intermediate angle)일 수 있다. 상기 외피(14)는 적어도 부분적으로 개방된 상류 단부(20)와 그 반대편의 적어도 부분적으로 개방된 하류 단부(22)를 갖는다. 용어 "상류" 및 "하류"는 열 산화기(10)의 작동 동안 산화 챔버(12)를 통한 유체 스트림(11)의 의도된 흐름과 관련하여 사용된다. The sheath 14 is preferably cylindrical and horizontally oriented, or may instead have a polygonal or another shape cross section and / or may be vertically oriented or intermediate angle. The sheath 14 has an upstream end 20 which is at least partially open and an at least partially open downstream end 22 opposite it. The terms "upstream" and "downstream" are used in connection with the intended flow of the fluid stream 11 through the oxidation chamber 12 during operation of the thermal oxidizer 10.

열 산화기(10)는 선택적인 전이부(26)에 의해 열 산화 챔버(12)의 상류 단부(20)와 연결된 연소기(24)를 더욱 포함한다. 챔버(12)의 하류 단부(22)는 유사한 선택적인 전이부(28)에 의해 배기 스택(30)과 연결되며, 여기서 열 산화 공정으로부터 산출된 배연 가스 반응 생성물이 상기 배기 스택(30)을 통하여 대기로 배출된다. 그 대신에, 챔버(12)의 하류 단부는 낮은 NOx, 낮은 CO, 및 고온 유체 스트림으로부터 이익을 얻는 하류 장치(31)와 유체 흐름 연통(fluid flow communication)된다. 상기 하류 장치(31)의 예는 공정 히터, 보일러, 반응 로 예를 들면 에틸렌 크래킹 유닛, 수소 개질장치 및 이와 유사한 것, 공기 히터, 건조기, 가스 터빈, 및 열 교환기를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다. 따라서 낮은 수준의 NOx 및 CO를 갖는 고온 배연 가스 스트림을 제공하기 위하여, 하류 장치를 연소시키기 위한 전통적인 방법의 전부 또는 일부를 대신하여, 상기 열 산화기(10)가 사용될 수 있다. Thermal oxidizer 10 further includes a combustor 24 connected with an upstream end 20 of thermal oxidation chamber 12 by an optional transition 26. The downstream end 22 of the chamber 12 is connected to the exhaust stack 30 by a similar optional transition 28, where flue gas reaction products resulting from the thermal oxidation process are passed through the exhaust stack 30. Emissions to the atmosphere. Instead, the downstream end of chamber 12 is in fluid flow communication with downstream device 31 that benefits from low NOx, low CO, and hot fluid streams. Examples of such downstream devices 31 include, but are not limited to, process heaters, boilers, reactors such as ethylene cracking units, hydrogen reformers and the like, air heaters, dryers, gas turbines, and heat exchangers. It is not. Thus, in order to provide a hot flue gas stream with low levels of NOx and CO, the thermal oxidizer 10 can be used in place of all or part of the traditional method of burning downstream equipment.

연소기(24)는 연소 대기와 연료 가스의 완전한 사전혼합을 확보하기 위하여 강력한 와류(vortex)를 발생하는 압입 통풍 연소기(forced draft burner)이다. 연소기(24)는 바람직하게는 가스, 전형적으로 천연 가스 또는 정제 연료 가스에 의해 연료공급되며, 수소, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 또 다른 탄화수소, 일산화탄소, 및 이들의 다양한 혼합물과 같은 그 밖의 다른 연료 가스가 사용될 수 있다. 다양한 첨가제 및 희석제, 예를 들면 질소, 이산화탄소, 및/또는 수증기가 또한 첨가될 수 있거나 또는 가스 내에 존재한다. 연료의 전체 또는 일부는 액체 또는 고체 입자 형태일 수 있다. 또 다른 유형의 연소기, 예를 들면 유도 통풍 연소기(induced draft burner), 자연 통풍 연소기(natural draft burner), 사전혼합된 연소기(premixed burner), 및 일부 사전혼합된 연소기(partial premixed burner)가 또한 사용될 수 있다. Combustor 24 is a forced draft burner that generates a strong vortex to ensure complete premixing of the combustion atmosphere and fuel gas. Combustor 24 is preferably fueled by gas, typically natural gas or refined fuel gas, and other such as hydrogen, methane, ethane, propane, butane, another hydrocarbon, carbon monoxide, and various mixtures thereof. Fuel gas may be used. Various additives and diluents such as nitrogen, carbon dioxide, and / or water vapor can also be added or present in the gas. All or part of the fuel may be in the form of liquid or solid particles. Other types of combustors, such as induced draft burners, natural draft burners, premixed burners, and some partial premixed burners, may also be used. Can be.

도 2에 자세히 도시된 바와 같이, 예시적인 구체 예에서, 연소기(24)는 전술한 유형의 내화 라이닝(34)의 하나 이상의 층으로 안감을 댄 외부 하우징(32)을 포함한다. 또한 절연 라이닝(35)이 고온 안면 내화 라이닝(34)과 외부 하우징(32)의 내측 표면 사이에 배치될 수 있다. 상기 외부 하우징(32)은 바람직하게는 원통형이나, 다각형 또는 또 다른 형태의 단면을 가질 수 있다. 상기 외부 하우징(32)은 측벽(36) 및 이와 마주보는 상류 단부(38) 및 하류 단부(40)를 갖는다. 안감을 댄 상기 외부 하우징(32)은 연소기(24)의 하류에 위치한 산화 챔버(12)와 유체-흐름 연통하는 개방된 내부 전실(42)을 한정한다. 전실(42)로부터 하류의 산화 챔버(12)로 가는 감소된 직경 통로(45)를 제공하기 위하여 내화 물질로 형성된 초크(44)가 연소기 외부 하우징(32)의 하류 단부(40)에 배치될 수 있다. 상기 초크(44)는 도면에 도시된 바와 같이 직사각형 횡단면을 가질 수 있거나, 또는 더욱 공기역학적인 구조를 형성하기 위하여 안쪽으로 경사진 입구 및 출구를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 초크(44)는 특정 응용분야에서 생략될 수도 있다. As shown in detail in FIG. 2, in an exemplary embodiment, the combustor 24 includes an outer housing 32 lined with one or more layers of fire lining 34 of the type described above. An insulating lining 35 may also be disposed between the hot face fireproof lining 34 and the inner surface of the outer housing 32. The outer housing 32 is preferably cylindrical, but may have a polygonal or another cross section. The outer housing 32 has a side wall 36 and an upstream end 38 and a downstream end 40 opposite it. The outer housing 32 lined defines an open inner chamber 42 in fluid-flow communication with the oxidation chamber 12 located downstream of the combustor 24. A choke 44 formed of refractory material may be disposed at the downstream end 40 of the combustor outer housing 32 to provide a reduced diameter passage 45 from the front chamber 42 to the downstream oxidation chamber 12. have. The choke 44 may have a rectangular cross section as shown in the figure, or may be formed with inlets and outlets inclined inward to form a more aerodynamic structure. The choke 44 may be omitted in certain applications.

연소가능한 연료와 대기의 혼합물을 전실(42) 내로 운송하기 위하여 노즐 어셈블리(46)가 연소기 외부 하우징(32)의 상류 단부(38)에 배치될 수 있다. 한 구체 예에서, 상기 노즐 어셈블리(46)는 도관(52)에 의해 연료 공급원(50)으로부터 연료가 제공되는, 연장되고 중앙에 배치된 연료 주입기(fuel gun, 48)를 포함한다. 적절한 흐름 조절기(54)가 연료 주입기(48)에 대한 연료의 부피 흐름 속도를 조절한다. 연료 주입기(48)는 구멍(도시되지 않음)을 갖는 퓨얼팁(fuel tip, 56)에서 종결되며, 상기 구멍을 통하여 화살표로 표시된 연료 스트림(57)이 전실(42)로 방출된다. 연료 주입기(48)는 축 방향으로 이동할 수도 있어서 감소된 단면적을 갖는 주변의 목 구조물(throat structure, 58)과 관련하여 퓨얼팁(56)의 위치가 변할 수 있으며, 이는 이하에서 상세하게 설명된다. 그 대신에, 연료 주입기(48) 또는 또 다른 연료 주입기(도시되지 않음)와 연결된 두 번째 퓨얼팁이 상기 첫 번째 퓨얼팁(56)을 대체하여서 그 결과 연료가 상기 목 구조물(58)과 관련하여 상이한 위치에서 주입될 수도 있다. A nozzle assembly 46 may be disposed at an upstream end 38 of the combustor outer housing 32 to transport a mixture of combustible fuel and atmosphere into the front chamber 42. In one embodiment, the nozzle assembly 46 includes an extended and centrally placed fuel gun 48 provided with fuel from the fuel source 50 by conduits 52. Suitable flow regulator 54 regulates the volumetric flow rate of fuel relative to fuel injector 48. The fuel injector 48 terminates at a fuel tip 56 having a hole (not shown) through which the fuel stream 57, indicated by the arrow, is discharged to the front chamber 42. The fuel injector 48 may move in the axial direction such that the position of the fuel tip 56 may change with respect to the surrounding throat structure 58 having a reduced cross-sectional area, which is described in detail below. Instead, a second fuel tip connected with fuel injector 48 or another fuel injector (not shown) replaces the first fuel tip 56 so that fuel is associated with the neck structure 58. It may be injected at different locations.

연료 주입기(48)는 캐니스터(canister, 59)에 의해 둘러싸지며, 캐니스터(canister, 59) 내에서는 대략적으로 캐니스터(59)의 원둘레까지 연장된 고리-모양의 개구(ring-shaped opening) 내에 복수의 선회 날개(swirl vanes, 60)가 배치된다. 선회 날개(60)는 상기 고리-모양의 개구에 인접한 캐니스터(59)에 고정된 공간 분리 고리(63a, 63b)에 탑재된다. 퓨얼팁(56)에 근접하게 배치된 고리(63a)는 캐니스터(59)의 내부 직경과 실질적으로 동일한 내부 직경을 가지며 그에 따라 고리(63a)는 퓨얼팁(56)으로 향하는 캐니스터(59) 내에서의 유체 흐름을 방해하지 않는다. 나머지 고리(63b)는 캐니스터(59)의 내부 직경보다 작은 내부 직경을 가지며 그에 따라 고리(63b)는 퓨얼팁(56)으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 캐니스터(59) 내에서의 유체 흐름을 방해하는 작용을 한다. 화살표(61)로 표시된 산소-함유 연소 대기 스트림 또는 또 다른 산화제는 선회 날개(60)를 통과하여 캐니스터(59) 내로 흐르고 후속하여 전실(42) 내로 흐른다. 퓨얼팁(56)으로부터 방출되는 연료 스트림과 연소 대기의 혼합을 보조하기 위하여 선회 날개(60)가 연소 대기 스트림에 강렬한 회전 운동력을 부과한다. 연소 대기는 도관(62)에 의하여 연소 대기 공급원(64)으로부터 캐니스터(59)로 공급되며 부피 흐름 속도는 흐름 조절기(65)에 의해 조절된다. 또 다른 수단(mechanism)이 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 바람직한 혼합을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 수단의 한 예로서, 연소 대기 스트림(61)은 연소 대기에 회전 운동력을 부과하는 하나 이상의 각진 방출 노즐을 통하여 캐니스터(59)로 운송될 수 있다. 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 충분한 혼합을 일으키기에 충분한 난류가 다른 방식으로 제공되는 경우에는, 와류 운동력이 연료 스트림(57) 또는 연소 대기 스트림(61)에 제공될 필요가 없다는 것이 이해되어야 한다. The fuel injector 48 is surrounded by a canister 59 and within the canister 59 a plurality of ring-shaped openings extending approximately to the circumference of the canister 59. Swirl vanes 60 are arranged. Swivel vanes 60 are mounted in space separating rings 63a, 63b secured to canisters 59 adjacent the ring-shaped opening. The ring 63a disposed proximate to the fuel tip 56 has an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the canister 59 so that the ring 63a is within the canister 59 facing the fuel tip 56. Does not interfere with the fluid flow. The remaining ring 63b has an inner diameter smaller than the inner diameter of the canister 59 and thus the ring 63b acts to impede fluid flow in the canister 59 facing away from the fuel tip 56. do. The oxygen-containing combustion air stream or another oxidant, indicated by arrow 61, flows through the swing vanes 60 into canister 59 and subsequently into the front chamber 42. Swivel vanes 60 impose intense rotational momentum on the combustion air stream to assist in mixing the fuel stream with the combustion air discharged from the fuel tip 56. The combustion atmosphere is supplied from the combustion atmosphere source 64 to the canister 59 by conduit 62 and the volume flow rate is regulated by the flow regulator 65. Still other mechanisms can be used to provide the desired mix of fuel stream 57 and combustion atmospheric stream 61. As one example of such means, combustion air stream 61 may be transported to canister 59 through one or more angled discharge nozzles that impose rotational momentum on the combustion atmosphere. If sufficient turbulence is otherwise provided to cause sufficient mixing of the fuel stream 57 and the combustion atmospheric stream 61, the vortex motive force need not be provided to the fuel stream 57 or the combustion atmospheric stream 61. Should be understood.

연소 대기 스트림(61) 및/또는 연료 스트림(57)은 주위 온도에서 연소기(24)로 공급된다. 그 대신에, 연소 대기 스트림(61) 및/또는 연료 스트림(57)은 열 교환기(66)에 의해 예열 될 수 있는데, 열 교환기(66) 내에서 열은 열 산화기(10) 내에서 일어나는 연소 공정에 의해 공급되거나 또는 또 다른 적절한 공급원으로부터 공급된다. 연소 대기 스트림(61) 및 연료 스트림(57)은 바람직하게는 유체 스트림(11)이 재순환 없이 산화 챔버(12)를 통하여 전방으로 흐르도록 하기에 충분한 압력에서 연소기(24)로 공급된다. Combustion atmospheric stream 61 and / or fuel stream 57 are fed to combustor 24 at ambient temperature. Instead, combustion air stream 61 and / or fuel stream 57 may be preheated by heat exchanger 66 where heat is generated in thermal oxidizer 10. Supplied by the process or from another suitable source. Combustion atmospheric stream 61 and fuel stream 57 are preferably fed to combustor 24 at a pressure sufficient to allow fluid stream 11 to flow forward through oxidation chamber 12 without recycling.

연소 대기 스트림(61)의 공급원(64)은 폐기물, 휘발성 유기 화합물 및 반-휘발성 유기 화합물을 포함하는 유기 화합물, 및/또는 유해 대기 오염물질을 함유하는 공정 스트림(68)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 이러한 화합물 및 오염물의 예는 탄화수소, 황 화합물, 염화 용매(Chlorinated Solvent), 할로겐화 탄화수소 액체, 다이옥신, 및 폴리염화 바이페닐을 포함한다. 따라서 공정 스트림(68)은 산업 공정, 제조 공정, 또는 전력 생산 공정의 오프-가스 또는 부산물일 수 있다. 공정 스트림(68)의 특정한 성질 및 산소 함량에 따라, 연소 대기 스트림의 공급원(64)은 또한 대기 공기 또는 일부 추가적인 산소 공급원을 포함할 수 있다. 더욱이, 공정 스트림(68)의 일부 또는 전부가 연소 대기가 충만한 공간(59)을 우회하고 그리하여 예를 들면 주입 포트(70, 71 및/또는 72)를 통하여 하나 이상의 하류 지점에서 전실(42) 및/또는 산화 챔버(12)로 운송될 수 있다. 주입 포트(70, 71, 및 72)의 개수 및 위치는 특정 응용분야에 적합하게 변할 수 있다. 공정 스트림(68)의 여러 부분의 흐름 속도를 조절하기 위하여 흐름 조절기(73a-c)가 배치된다. 다양한 연료, 연소 대기, 및 공정 스트림(57, 61, 및 68)의 부피 흐름 속도를 감시하고 조절하기 위하여 적절한 공정 제어기(74)가 사용된다. 공정 제어기(74)는 하나 이상의 흐름 조절기(54, 65, 및 73a-c)를 자동으로 제어함으로써 흐름 속도를 조절할 수 있다. 그 대신에, 하나 이상의 흐름 조절기(54, 65, 및 73a-c)는 수동으로 조절될 수 있다. Source 64 of combustion atmospheric stream 61 comprises all or part of process stream 68 containing waste, organic compounds including volatile organic and semi-volatile organic compounds, and / or hazardous air pollutants. can do. Examples of such compounds and contaminants include hydrocarbons, sulfur compounds, chlorinated solvents, halogenated hydrocarbon liquids, dioxins, and polychlorinated biphenyls. Thus, process stream 68 may be an off-gas or byproduct of an industrial process, manufacturing process, or power generation process. Depending on the particular nature of the process stream 68 and the oxygen content, the source 64 of the combustion air stream may also include atmospheric air or some additional oxygen source. Moreover, some or all of the process stream 68 bypasses the space 59 filled with the combustion atmosphere and thus, for example, the front chamber 42 and at one or more downstream points, for example through the injection ports 70, 71 and / or 72. And / or to the oxidation chamber 12. The number and location of the injection ports 70, 71, and 72 can vary to suit the particular application. Flow regulators 73a-c are arranged to control the flow rate of the various portions of the process stream 68. Appropriate process controllers 74 are used to monitor and regulate the volume flow rates of the various fuels, combustion atmospheres, and process streams 57, 61, and 68. Process controller 74 may adjust the flow rate by automatically controlling one or more flow regulators 54, 65, and 73a-c. Instead, one or more flow regulators 54, 65, and 73a-c can be adjusted manually.

목 구조물(58)은 전실(42)의 상류 단부(38)에 배치되며, 한 구체 예에서, 양 끝단으로부터 감소된 단면적의 목(78) 쪽으로 안쪽으로 집중되거나 또는 점가 가늘어지는 환형벽(76)을 포함한다. 목 구조물(58)은 선회 날개(60)로부터 하류에 배치되며 그에 따라 선회 날개(60)를 통하여 방출된 연소 대기 스트림(61)은 전실(42)로 들어가기에 앞서 목 구조물(58)을 통과하여야만 한다. 목(78)의 내부 직경은 일반적으로 선회 날개(60)를 탑재하는 고리(63b)의 내부 직경과 크기가 동일하다.The neck structure 58 is disposed at the upstream end 38 of the front chamber 42, and in one embodiment, an annular wall 76 tapered inwardly or tapered from both ends towards the neck 78 of the reduced cross-sectional area. It includes. The wood structure 58 is disposed downstream from the swinging wing 60 so that the combustion air stream 61 released through the swinging wing 60 must pass through the wood structure 58 prior to entering the front chamber 42. do. The inner diameter of the neck 78 is generally the same size as the inner diameter of the ring 63b for mounting the swing vane 60.

시작 모드 동안, 목(78)의 중앙선으로부터 하류인 제1 지점에서 연료 스트림(57)이 퓨얼팁(56)으로부터 방출되도록 퓨얼팁(56)이 배치된다. 연료 스트림(57)의 제1 방출 지점으로부터 미리 선정된 만큼 떨어진 상류인 제2 지점에서 연소 대기 스트림(61)이 선회 날개(60)로부터 방출되고 그에 따라 상기 두 스트림은 목(78)에서 또는 목(78)으로부터 하류에서 첫 번째로 함께 혼합된다. 미리 선정된 연소 대기-대-연료 비율에서, 목(78)으로부터 하류인 퓨얼팁(56)의 배치는 연료와 연소 대기의 완전한 혼합을 제한하며 국지적인 연료 농도가 연소가능 범위 이내가 되도록 하며 그에 따라 연소는 전실(42) 내에서 화염에서 연소된다. 흐름 조건에 따라, 화염은 전실(42)에서부터 산화 챔버(12)의 상류 부분까지 연장될 수 있다. 고온의 연소된 가스가 산화 챔버(12)를 통하여 흐름에 따라, 산화 챔버(12)를 통하여 흐르는 특정 연료와 대기의 혼합물의 비화염 열 산화를 유지할 수 있는 사전-선택된 온도까지 산화 챔버(12)의 내화 라이닝(16)이 가열된다. 천연 가스가 연료 공급원으로 사용될 때, 약 1,900 ℉ 내지 약 2,400 ℉의 사전-선택된 온도 범위 내에서 본 발명의 방법이 성공적으로 작동하는 것이 증명되었다. 장치 및 방법이 더욱 최적화되면, 사전-선택된 온도는 약 1,700 ℉ 내지 약 3,000 ℉까지 확장될 수 있는 것으로 여겨진다. During the start mode, the fuel tip 56 is positioned such that the fuel stream 57 is discharged from the fuel tip 56 at a first point downstream from the centerline of the neck 78. At a second point upstream of the predetermined discharge point of the fuel stream 57, the combustion atmospheric stream 61 is discharged from the slewing vanes 60 so that the two streams are at the neck 78 or at the neck. Downstream from 78 are mixed together first. At a preselected combustion atmosphere-to-fuel ratio, the placement of the fuel tip 56 downstream from the neck 78 limits the complete mixing of the fuel and the combustion atmosphere and ensures that the local fuel concentration is within the combustible range. Combustion is thus combusted in flames in the front chamber 42. Depending on the flow conditions, the flame may extend from the front chamber 42 to the upstream portion of the oxidation chamber 12. As the hot combusted gas flows through the oxidation chamber 12, the oxidation chamber 12 to a pre-selected temperature capable of maintaining the non-flame thermal oxidation of the mixture of the particular fuel and the atmosphere flowing through the oxidation chamber 12. Fireproof lining 16 is heated. When natural gas is used as the fuel source, it has been demonstrated that the method of the present invention operates successfully within a pre-selected temperature range of about 1,900 ° F. to about 2,400 ° F. If the apparatus and method are further optimized, it is believed that the pre-selected temperature can extend from about 1,700 ° F. to about 3,000 ° F.

내화 라이닝(16)이 사전-선택된 온도에 도달한 이후, 공정은 시작 모드에서 비화염 열 산화 모드로 바뀌며, 비화염 열 산화 모드에서, 산화 챔버(12)로 운송되는 유체 스트림(11)의 구성성분들이 열 산화된다. 시작 모드로부터 비화염 열 산화 모드로의 전환 동안 유체 스트림(11) 내 화염을 소멸시키기 위한 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예시된 구체 예에서, 퓨얼팁(56)을 목(78)의 상류로 이동시킴으로써 시작 모드로부터 비화염 열 산화 모드로의 전환이 달성된다. 이러한 퓨얼팁(56)의 이동은 연료 스트림(57)이 제2 지점에서 퓨얼팁(56)으로부터 방출되도록 하며 이는 퓨얼팁(56)에 존재하는 연료가 연소기 목(78)에 충돌하게끔 한다. 따라서 연료 스트림(57)과 와류하는 연소 대기 스트림(61)은 목(78)의 상류 지점에서 서로 접촉하게 되어서 목(78)을 통하여 혼합물이 지나가기 이전에 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 더욱 완전한 혼합이 가능하게 된다. 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 더욱 완전한 혼합의 결과로서, 혼합물 전반에 걸친 대기-대-연료 비율은 연소가능한계의 하한보다 더 낮아서 전실(42)에서 가시 화염이 소멸한다. 한가지 대안적인 방법으로서, 주입 포트(70)를 통하여 운송된 연료가 시작 모드에 대하여 사용될 수 있다. 이러한 구체 예에서, 퓨얼팁(56)은 목(78)의 상류 위치에 고정되고, 사전-선택된 온도에 도달한 이후에 연료 밸브(도시되지 않음)가 연료를 주입 포트(70)로부터 퓨얼팁(56)으로 전환시킨다. 어느 한 경우에도, 연료와 연소 대기의 혼합물은 산화 챔버(12) 내 내화 라이닝(16)으로부터 전달되는 열로 인하여, 산화 챔버(12)에서의 화염 없이, 연속적으로 열 산화하며, 이는 종래 기술의 공정에서 요구되는 배연 가스 재순환, 연료, 연소 대기, 및/또는 공정 스트림(57, 61, 또는 68)의 예열, 및/또는 산화 챔버(12) 내 층 매트릭스의 사용에 대한 요구를 불필요하게 한다. 가시 화염이 소멸한 이후, 배연 가스 내의 NOx 수준은 극적으로 감소하는데, CO 수준의 증가를 동반하지 않으면서, 건조 기준으로, 5 ppm 미만, 2 ppm 미만, 심지어 1 ppm 미만이다. 연료의 단계적 공급(fuel staging)이 사용되지 않을 때, 최대 2,380 ℉의 작업 온도에서 건조 기준으로 2 ppm 미만의 NOx 수준 및 1 ppm 미만의 CO 수준이 일관되게 달성되었다. 심지어 가시 화염에서 14.4%의 연료의 단계적 공급 경우, 건조 기준으로 6 내지 12 ppm의 NOx 수준 및 1 ppm 미만의 CO 수준이 1990 ℉의 작업 온도에서 달성되었다. 유체 스트림(11) 내 연료 및 그 밖의 다른 구성성분의 열 산화는 열을 방출하고, 그 후 연속해서 내화 라이닝(16)을 가열한다. 특정 공정 조건 및 조성에 따라, 방출된 열은 공정이 비화염 열 산화 모드에서 작동할 수 있는 시간을 연장시킨다. 특정 조건 및 조성 하에서, 상기 공정은 무한정 기간 동안 열 산화 모드로 자체-유지된다고 여겨진다. After the refractory lining 16 reaches the pre-selected temperature, the process changes from the start mode to the non-flame thermal oxidation mode and in the non-flame thermal oxidation mode, the construction of the fluid stream 11 transported to the oxidation chamber 12. The components are thermally oxidized. Various methods may be used to extinguish the flame in the fluid stream 11 during the transition from the start mode to the non-flame thermal oxidation mode. In the illustrated embodiment, the transition from the start mode to the non-flame thermal oxidation mode is achieved by moving the fuel tip 56 upstream of the neck 78. This movement of fuel tip 56 causes fuel stream 57 to be discharged from fuel tip 56 at a second point, causing fuel present in fuel tip 56 to impinge combustor neck 78. Thus, the combustion air stream 61 vortexing with the fuel stream 57 comes into contact with each other at an upstream point of the neck 78 such that the fuel stream 57 and the combustion air stream (before the mixture passes through the neck 78). More complete mixing of 61 is possible. As a result of more complete mixing of the fuel stream 57 and the combustion air stream 61, the air-to-fuel ratio throughout the mixture is lower than the lower limit of the combustible system so that the visible flames disappear in the front chamber 42. As one alternative method, fuel transported through the injection port 70 can be used for the start mode. In this embodiment, the fuel tip 56 is secured at an upstream position of the neck 78, and after the fuel valve (not shown) reaches the pre-selected temperature, the fuel tip (not shown) is injected from the injection port 70. 56). In either case, the mixture of fuel and combustion atmosphere thermally oxidizes continuously without flame in the oxidation chamber 12 due to the heat transferred from the refractory lining 16 in the oxidation chamber 12, which is a prior art process. This eliminates the need for flue gas recirculation, fuel, combustion atmosphere, and / or preheating of the process streams 57, 61, or 68, and / or the use of layer matrices in the oxidation chamber 12 as required. After the disappearance of the visible flame, the NOx level in the flue gas decreases dramatically, with less than 5 ppm, less than 2 ppm and even less than 1 ppm on a dry basis, with no increase in CO levels. When fuel staging was not used, NOx levels of less than 2 ppm and CO levels of less than 1 ppm were consistently achieved on a dry basis at operating temperatures up to 2,380 ° F. Even in the staged supply of 14.4% fuel in the visible flame, NOx levels of 6 to 12 ppm and CO levels of less than 1 ppm on dry basis were achieved at operating temperatures of 1990 ° F. Thermal oxidation of the fuel and other components in the fluid stream 11 releases heat and subsequently heats the refractory lining 16. Depending on the specific process conditions and composition, the heat released extends the time that the process can operate in nonflaming thermal oxidation mode. Under certain conditions and compositions, the process is believed to self-maintain in thermal oxidation mode for an indefinite period of time.

연소가능 범위 이내의 국지화된 농도를 방지하기 위하여 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 혼합을 증가시킴으로써 시작 모드로부터 비화염 산화 모드로 전환시키는 것은 또 다른 방식으로 달성될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 단일의 축방향-이동가능한 연료 주입기(48)를 사용하기보다는, 연료 스트림(57)이 목 구조물(58) 및 연소 대기 스트림(61)의 방사 위치와 관련하여 상이한 축방향 지점에서 분사되도록, 상기 첫 번째 퓨얼팁(56)으로부터 축방향으로 이격된 두 번째 퓨얼팁이 사용될 수도 있다. 시작 모드 동안, 연료 스트림(57)은 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 완전한 혼합을 방지하기 위하여 목 구조물(58)에 가까운 퓨얼팁을 통하여 분사된다. 그 후 연료 스트림(57)은 다른 퓨얼팁으로 전환되어 비화염 열 산화 모드 동안 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 더욱 완전한 혼합을 유발한다. It is understood that switching from the start mode to the non-flame oxidation mode can be accomplished in another way by increasing the mixing of the fuel stream 57 and the combustion air stream 61 to prevent localized concentrations within the combustible range. Should be. For example, as described above, rather than using a single axially-movable fuel injector 48, the fuel stream 57 is associated with the radial position of the neck structure 58 and combustion atmospheric stream 61. A second fuel tip axially spaced apart from the first fuel tip 56 may be used to spray at different axial points. During the start mode, the fuel stream 57 is injected through the fuel tip close to the neck structure 58 to prevent complete mixing of the fuel stream 57 and the combustion atmospheric stream 61. The fuel stream 57 then switches to another fuel tip to cause a more complete mixing of the fuel stream 57 and the combustion atmospheric stream 61 during the nonflame thermal oxidation mode.

추가로 또는 그 대신에, 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 혼합을 증가시키기 위하여, 단순히 연소 대기 스트림(61)에 대한 연료 스트림(57)의 상대적인 흐름 속도를 변화시킴으로써 시작 모드로부터 비화염 열 산화 모드로의 전환 동안, 국지화된 연소 대기-대-연료 비율이 변화될 수 있다. 시작 모드 동안, 국지적인 연소 대기-대-연료 비율은 연소가능 범위 이내이다. 비화염 열 산화 모드로의 전환을 위하여, 시작 모드 동안 사용된 가시 화염을 소멸시키기에 충분하도록, 국지화된 비율이 연소가능 범위를 벗어나게 하기 위하여 연소 대기-대-연료 비율이 조절될 수 있다. In addition or instead, to increase the mixing of fuel stream 57 and combustion atmospheric stream 61, it is necessary to change the relative flow rate of fuel stream 57 relative to combustion atmospheric stream 61 from the start mode. During the transition to nonflame thermal oxidation mode, the localized combustion atmosphere-to-fuel ratio can be varied. During the start mode, the local combustion atmosphere-to-fuel ratio is within the combustible range. For switching to nonflame thermal oxidation mode, the combustion atmosphere-to-fuel ratio may be adjusted to bring the localized ratio out of the combustible range, sufficient to extinguish the visible flame used during the start mode.

난류 화염 속도(turbulent flame speed)를 초과하는 것이 비화염 열 산화 모드로의 전환 동안 가시 화염을 소멸시키기 위한 일반적인 방법이다. 시작 모드 동안, 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61)의 흐름 속도는 난류 화염 속도의 상한 이하로 유지된다. 비화염 산화 모드 동안, 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61) 중 어느 하나 또는 둘 모두의 흐름 속도가 증가되어서 이들의 혼합물이 난류 화염 속도 이상의 흐름 속도로 흐르며, 그에 따라 화염을 소멸시키고 그리고 내화 라이닝(16)으로부터의 열 전달 결과로서 산화 챔버(12) 내에서 연료와 연소 대기의 혼합물의 열 산화를 유발시킨다. 또 다른 예로서, 연료와 연소대기의 혼합물의 흐름 속도를 난류 화염 속도 이상의 속도로 증가시키는 대신에, 난류 화염 속도가 연료와 연소대기의 혼합물의 속도 이하의 속도로 낮춰질 수 있다. 이는 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들면, 예컨대 전술한 방식으로 시작 모드에서 비화염 열 산화 모드로의 전환 동안 연료 주입 위치를 이동시킴으로써 연소기(24)의 내부 흐름 기하학형태가 변화될 수 있다. 또 다른 예로서, 시작 모드 동안 화염을 고착(anchor)시키기 위하여 화염 유지 구조물(도시되지 않음)이 전실(42) 내에 제공될 수도 있다. 그 후 비화염 산화 모드로의 전환 동안 난류 화염 속도를 낮추기 위하여 화염 유지 구조물이 이동되거나 변경될 수 있으며 그에 따라 더이상 화염을 고착시키기 않는다. Exceeding the turbulent flame speed is a common way to extinguish visible flames during the transition to nonflame thermal oxidation mode. During the start mode, the flow rates of the fuel stream 57 and the combustion atmospheric stream 61 remain below the upper limit of the turbulent flame velocity. During the nonflame oxidation mode, the flow rate of either or both of the fuel stream 57 and the combustion air stream 61 is increased such that their mixture flows at a flow rate above the turbulent flame rate, thereby extinguishing the flame and Heat transfer from the refractory lining 16 results in thermal oxidation of the mixture of fuel and combustion atmosphere in the oxidation chamber 12. As another example, instead of increasing the flow rate of the mixture of fuel and combustion atmosphere to a speed above the turbulent flame rate, the turbulent flame rate may be lowered to a rate below that of the mixture of fuel and combustion atmosphere. This can be accomplished in a variety of ways. For example, the internal flow geometry of the combustor 24 can be changed by, for example, moving the fuel injection position during the transition from the start mode to the non-flame thermal oxidation mode in the manner described above. As another example, a flame retaining structure (not shown) may be provided in the front chamber 42 to anchor the flame during the start mode. The flame retaining structure may then be moved or altered to slow the turbulent flame rate during the transition to nonflaming oxidation mode and thus no longer settle the flame.

또한, 예를 들면 유체 스트림(11) 내의 구성성분들의 비화염 열 산화를 유지시키기 위하여 요구되는 온도 이하로 내화 라이닝(16)이 냉각되는 상황에서 추가 열이 산화 챔버(12) 내에 필요할 때, 상기 공정들은 미리-선택된 간격으로 시작 모드와 비화염 산화 모드 사이를 순환할 수 있다. 이러한 냉각은 산화 챔버(12)의 외피(14)를 통한 열 손실로부터 초래되거나 또는 연료, 연소 대기, 및/또는 공정 스트림(57, 61, 및 68)의 냉각 효과로부터 초래될 수 있다. In addition, when additional heat is needed in the oxidation chamber 12, for example in the situation where the refractory lining 16 is cooled below the temperature required to maintain the non-flame thermal oxidation of the components in the fluid stream 11. Processes may cycle between the start mode and the non-flame oxidation mode at pre-selected intervals. Such cooling may result from heat loss through the shell 14 of the oxidation chamber 12 or from the cooling effects of the fuel, combustion atmosphere, and / or process streams 57, 61, and 68.

특정 공정 조건 및 사용되는 장비에 따라, 비화염 열 산화는 예를 들면 1시간 또는 무한정 기간을 포함하는 그 이상 기간 동안 자체-유지될 수 있다. 전술한 바와 같이, 또 다른 응용분야에서, 비화염 산화가 유지되는 온도 이하의 온도로 연소기(24) 또는 산화 챔버(12)로 운송되는 연료, 연소 대기, 및/또는 공정 스트림(57, 61, 및 68) 중 하나 이상의 냉각 효과 및 외피(14)를 통한 열 손실을 상쇄시키기 위하여 보충 열이 산화 챔버(12)에 추가될 필요가 있을 수 있다. 예를 들면, 연료, 연소 대기, 및/또는 공정 스트림을 연속적으로 또는 간헐적으로 예열시키는 것에 의해, 보충 연료를 하나 이상의 주입 포트, 예를 들면 공정 스트림(68)의 일부와 함께 또는 이들 없이 주입 포트(71)를 통하거나 및/또는 주입 포트(72)를 통하여 산화 챔버(12) 내로 유입시켜 화염 모드에서 상기 보충 연료를 연소시키는 것에 의해, 전기 저항성 발열체(electrical resistance heating element)를 사용하는 것에 의해, 및/또는 초기 가열 모드에서 연소기(24)를 간헐적으로 운전하는 것에 의해서 상기 보충 열이 추가될 수 있다. 가시 화염으로 연료를 연소시켜 상기 보충 열을 추가하는 것은 NOx 및 CO 수준의 증가를 초래할 수도 있으나, 전체적인 수준은 가시 화염 내에서 모든 연료를 연속적으로 연소시켜 열 산화기(10)를 작동시킴으로써 초래되는 수준보다 훨씬 낮게 유지될 것이다. Depending on the specific process conditions and the equipment used, the non-flame thermal oxidation can be self-sustained for longer periods including, for example, one hour or indefinite periods. As noted above, in another application, fuel, combustion atmosphere, and / or process streams 57, 61, delivered to combustor 24 or oxidation chamber 12 at temperatures below the temperature at which non-flame oxidation is maintained. And supplemental heat may need to be added to the oxidation chamber 12 to offset the cooling effect of one or more of < RTI ID = 0.0 > 68 < / RTI > For example, by continuously or intermittently preheating the fuel, combustion atmosphere, and / or process stream, the replenishment fuel may be with or without one or more injection ports, eg, part of process stream 68. By inputting into the oxidation chamber 12 via 71 and / or through an injection port 72 to combust the supplemental fuel in flame mode, by using an electrical resistance heating element. And / or the supplemental heat may be added by intermittently operating the combustor 24 in the initial heating mode. Adding the supplemental heat by burning the fuel with visible flame may result in an increase in NOx and CO levels, but the overall level is caused by operating the thermal oxidizer 10 by continuously burning all the fuel in the visible flame. It will stay much lower than the level.

비화염 산화 모드에서 열 산화기(10)를 운전하는 동안, 연료 스트림(57)과 연소 대기 스트림(61), 그리고 선택적으로 공정 스트림(68)을 포함하는 유체 스트림(11)이, 수행되는 특정 응용분야에 대하여 바람직한 작업 조건을 위하여 선택된 연소 대기-대-연료 비율을 갖는 사전혼합된 혼합물로서, 산화 챔버(12)로 운송된다. 일반적으로 연소 대기-대-연료 비율 및 연소 대기 스트림(61)과 연료 스트림(57) 각각의 흐름 속도는 원하는 시간 동안 열 산화 공정을 유지하기 위하여 유체 스트림(11)의 연료 및 또 다른 구성성분의 열 산화의 결과로 인한 충분한 열을 공급하도록 조절된다. 더욱이, 유체 스트림(11) 내 국지화된 연료 농도 및 국지화된 연소 대기-대-연료 비율은 사용되는 특정 연료 또는 연료의 혼합물에 대한 연소가능 한계 이하이어야 하거나, 또는 유체 스트림(11)의 흐름 속도가 유체 스트림(11) 내 연료 및 그 밖의 다른 가연성 구성성분에 대한 난류 화염 속도 이상이 되도록 유체 스트림(11), 연소 대기 스트림(61), 및 연료 스트림(57) 중 하나 이상의 흐름 속도가 조절된다. 예를 들면, 연료로서 약 95% 메탄을 포함하는 천연 가스를 사용할 때, 약 20:1 또는 그 이상의 연소 대기-대-연료 비율이 사용될 수 있다. 전실(42) 내에서 연소 대기와 연료 농도가 이들의 혼합 온도에서 연소가능 범위를 벗어나고 그리고 산화 챔버(12)를 통하여 흐르는 유체 스트림(11) 내에서 완전히 사전혼합되는 한, 산화 챔버(12) 내에서 유발되는 열 산화는 비화염일 것이다. 과량의 공기 및/또는 희석제, 예를 들면 질소, 이산화탄소, 및/또는 수증기가 전실(42) 내로 주입되어서 연료 농도를 낮추고 그에 따라 연소가능 한계의 하한 이하로 유지시켜 전실(42)로 들어오는 바람직하지 않은 화염역류(flashback)에 대한 가능성을 감소시킬 수 있다. 존재하는 경우, 초크(44)가 전실(42)로부터 산화 챔버(12)로 흐르는 유체 스트림(11)의 속도를 증가시키고 산화 챔버(12)로부터 발산되는 복사열(radiation)로부터 전실(42)을 차폐함으로써 화염역류에 대한 가능성을 추가로 감소시킨다. 희석제의 존재는 연료 효율을 개선할 수 있는데 왜냐하면 비화염 공정은 연소 대기 스트림 내 낮은 산소 함량으로 작동될 수 있기 때문이다. During operation of the thermal oxidizer 10 in the non-flame oxidation mode, the fluid stream 11 comprising the fuel stream 57, the combustion atmospheric stream 61, and optionally the process stream 68, is performed in a particular manner. As a premixed mixture with a combustion atmosphere-to-fuel ratio selected for the desired operating conditions for the application, it is transported to the oxidation chamber 12. In general, the combustion air-to-fuel ratio and the flow rates of each of the combustion air stream 61 and the fuel stream 57 depend on the fuel and other components of the fluid stream 11 to maintain the thermal oxidation process for the desired time. It is adjusted to supply sufficient heat as a result of thermal oxidation. Furthermore, the localized fuel concentration and localized combustion atmosphere-to-fuel ratio in the fluid stream 11 should be below the combustible limit for the particular fuel or mixture of fuels used, or the flow rate of the fluid stream 11 The flow rate of one or more of the fluid stream 11, the combustion atmospheric stream 61, and the fuel stream 57 is adjusted to be above the turbulent flame velocity for fuel and other combustible components in the fluid stream 11. For example, when using natural gas comprising about 95% methane as fuel, a combustion air-to-fuel ratio of about 20: 1 or more may be used. As long as the combustion atmosphere and fuel concentration in the front chamber 42 are outside the combustible range at their mixing temperature and are completely premixed in the fluid stream 11 flowing through the oxidation chamber 12, The thermal oxidation induced at will be nonflaming. Excess air and / or diluents, such as nitrogen, carbon dioxide, and / or water vapor, are injected into the chamber 42 to lower the fuel concentration and thus below the lower combustible limit to enter the chamber 42. Can reduce the likelihood of flashback. When present, the choke 44 increases the speed of the fluid stream 11 flowing from the front chamber 42 to the oxidation chamber 12 and shields the front chamber 42 from radiation emitted from the oxidation chamber 12. Thereby further reducing the potential for flame reflux. The presence of diluents can improve fuel efficiency because nonflaming processes can be operated with low oxygen content in the combustion air stream.

전술한 비화염 공정에서 열 산화되는 유체 스트림(11) 내 구성성분들은 열 산화 될 수 있는 임의 화합물일 수 있는데, 예를 들면 연료, 폐 물질, 휘발성 유기 화합물과 반-휘발성 유기 화합물을 포함하는 유기 화합물, 및 다양한 유형의 유해 대기 오염물질이 있다. 열 산화기(10)가 단지 연소기로서 작동하는 것이 바람직한 경우, 1종 이상의 연료가 열 산화를 겪는 유체 스트림(11) 내 구성성분일 수 있다. 환언하면, 본 발명은 열 산화기(10)가 공정 스트림으로부터 오염물질을 제거하기 위하여 작동하는 것이 아니라, 그 대신에 예를 들면 하류 장치(31)에서의 사용과 같은 또 다른 사용을 위하여 고온 배연 가스를 제공하는 저 수준 NOx 및 저 수준 CO 연소기로서 작동하는 공정을 포함한다. The components in the fluid stream 11 that are thermally oxidized in the non-flame process described above can be any compound that can be thermally oxidized, for example, organic, including fuels, waste materials, volatile organic compounds and semi-volatile organic compounds. Compounds, and various types of harmful air pollutants. If it is desired that the thermal oxidizer 10 only act as a combustor, one or more fuels may be a component in the fluid stream 11 that undergoes thermal oxidation. In other words, the present invention does not operate the thermal oxidizer 10 to remove contaminants from the process stream, but instead replaces the high temperature flue gas for another use, such as for example in the downstream apparatus 31. A process that operates as a low level NOx and low level CO combustor to provide gas.

연소기(24)는 산화 챔버(12)를 예열하고 후속하여 산화 챔버(12)로 운송되기 이전에 연료와 연소 가스를 사전혼합시키기 위한 편리한 메커니즘을 제공한다. 그렇지만, 산화 챔버(12)가 연소기(24) 대신에 또는 연소기(24)에 추가하여 또 다른 열 공급원에 의해 예열 될 수 있음이 이해될 것이다. 더욱이, 연료와 연소 대기는 산화 챔버(12)로 들어가기 이전에 또는 들어가면서 또 다른 수단에 의해 사전혼합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 연소기(24)가 사용될 필요가 없으며 열이 또 다른 방식으로 제공되는 공정, 또는 연소기(24)가 유도 통풍 연소기, 자연 통풍 연소기, 사전혼합된 연소기, 또는 일부 사전혼합된 연소기인 공정을 포함한다. Combustor 24 provides a convenient mechanism for preheating oxidation chamber 12 and premixing fuel and combustion gas prior to being transported to oxidation chamber 12. However, it will be appreciated that the oxidation chamber 12 may be preheated by another heat source instead of or in addition to the combustor 24. Moreover, the fuel and combustion atmosphere may be premixed by another means prior to or entering the oxidation chamber 12. Thus, the present invention does not require the combustor 24 to be used and is a process in which heat is provided in another manner, or that the combustor 24 is an induction draft combustor, a natural draft combustor, a premixed combustor, or some premixed combustor. Process.

본 발명의 공정은 미국 특허 5,165,884에서 사용된 유형의 층 매트릭스 사용을 요구하지 않는다. 따라서, 산화 챔버(12)의 개방된 내부 체적(18)의 전부 또는 실질적으로 전부가 비화염 열 산화를 겪는 유체 스트림(11)의 흐름에 사용가능하다. 결과적으로, 층 매트릭스의 전술한 단점들이 본 발명에서는 회피되며, 그럼에도 매우 낮은 NOx 및 CO 수준을 달성할 수 있다. 층 매트릭스가 본 발명의 비화염 열 산화 공정에 필수적이지 않지만, 상기 층 매트릭스는 유체 스트림(11)의 혼합을 촉진하거나 및/또는 보충 열을 제공하기 위하여 사용되는 경우의 화염을 고착시키기 위하여 산화 챔버(12) 내 와류 유도체(bluff body) 또는 또 다른 혼합 장치를 포함하는 일부 응용분야에서 바람직할 수 있다. 와류 유도체(bluff body) 또는 또 다른 혼합 장치가 또한 전실(42) 내 화염 유지 구조물로서 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 화염 유지 구조물을 변경시키거나 이동시키는 것은 유체 스트림(11) 내 연료의 난류 화염 속도를 변화시켜, 연료가 가시 화염에서 연소되어서 처음으로 산화 챔버 내화 라이닝(16)을 가열하거나 또는 재가열하는 모드와 연료가 내화 라이닝(16)으로부터의 열 전달에 의해 화염 없이 열 산화되는 모드 사이의 전환을 촉진시킬 수 있다. The process of the present invention does not require the use of a layer matrix of the type used in US Pat. No. 5,165,884. Thus, all or substantially all of the open internal volume 18 of the oxidation chamber 12 is usable for the flow of the fluid stream 11 undergoing non-flame thermal oxidation. As a result, the aforementioned disadvantages of the layer matrix are avoided in the present invention, and yet very low NOx and CO levels can be achieved. Although the layer matrix is not essential for the non-flame thermal oxidation process of the present invention, the layer matrix is used to fix the flame when used to promote mixing of the fluid stream 11 and / or to provide supplemental heat. It may be desirable in some applications, including a bluff body or another mixing device in (12). A vortex body or another mixing device can also be used as the flame holding structure in the front chamber 42. As described above, changing or moving the flame retaining structure changes the turbulent flame velocity of the fuel in the fluid stream 11 such that the fuel is burned in the visible flame to heat the oxidation chamber refractory lining 16 for the first time, or It may facilitate the transition between the reheating mode and the mode in which the fuel is thermally oxidized without flame by heat transfer from the refractory lining 16.

산화 챔버(12)를 빠져나가는 배연 가스 반응 생성물은 대기로 발산되기 위하여 배기 스택(30)으로 운송될 수 있다. 배연 가스는 또한 산화 챔버(12)로 운송되기 이전의 유체 스트림(11) 내 1종 이상의 구성성분을 예열하기 위하여 열 교환 매질로서 사용될 수도 있다. 더욱이, 고온 배연 가스는 공정 히터, 보일러, 반응 로 예를 들면 에틸렌 크래킹 유닛, 수소 개질장치 및 이와 유사한 것과 같은 하류 장치(31)에서 사용될 수도 있다. The flue gas reaction product exiting the oxidation chamber 12 may be transported to the exhaust stack 30 to be released to the atmosphere. Flue gas may also be used as a heat exchange medium to preheat one or more components in fluid stream 11 prior to being transported to oxidation chamber 12. Moreover, hot flue gas may be used in downstream heaters 31 such as process heaters, boilers, reactors such as ethylene cracking units, hydrogen reformers, and the like.

이하에서 설명하는 실시예는 예시적인 것으로 제시되며 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 의도는 없다.
The embodiments described below are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention.

실시예Example 1 One

실온에서 공기 형태의 연소 대기가 114,000 scf/hr의 흐름 속도로 선회 날개(60)를 통하여 전실(42)로 운송되었다. 실온에서 천연가스 형태의 연료가 5,550 scf/hr의 흐름 속도로 퓨얼팁(56)을 통하여 전실(42)로 주입되었다. 연료와 연소대기의 혼합물이 점화되었고 산화 챔버(12)가 1,880 ℉ 온도에 도달할 때까지 가시 화염을 내면서 연소하였다. 일단 산화 챔버(12)가 이런 방식으로 예열 된 후, 퓨얼팁(56)을 연소기 목(78)의 중앙선으로부터 약 3.5 inch 뒤로 당겨서, 연료와 연소 대기의 혼합물이 연소기 목(78)을 통과하기 이전에 연료와 연소 대기의 더욱 완전한 혼합을 유발시킴으로써 연소기 화염이 소멸하였다. 연료와 연소 대기 흐름 속도는 거의 변화 없이 유지되었으며 연료와 연소 대기의 사전혼합 스트림은 가시 화염의 부존재하에서 연소기 목(78)을 통하여 전실(42)로 이동하였으며 화염 모드에서 연료의 연소에 동반되었던 연소 소음(combustion roar)이 사라졌다. 산화 챔버(12)의 예열된 내화 라이닝(16)으로부터의 열 전달 결과로서 안정한 비화염 산화 공정에서 연료가 지속적으로 산화하였다. 비화염 산화 공정은 실질적으로 평형 상태이었으며 건조기준으로 1 ppm 미만의 NOx 수준 및 1 ppm 미만의 CO 수준이 측정되었다. 공정은 8.5 시간 동안 운전되었으며, 산화 챔버(12)의 외피(14)를 통한 열 손실 및 주위 온도에서 연소기(24)로 운송되는 연료와 연소 대기의 냉각 효과의 결과로서 연소기(24)의 바로 하류에 있는 산화 챔버(12)의 온도가 1,500 ℉ 온도까지 냉각되었을 때 공정이 중단되었다. 공정이 중단되었을 때 산화 챔버(12)의 출구 온도는 여전히 1,880 ℉ 이었다.
At room temperature, a combustion atmosphere in the form of air was transported to the front chamber 42 through the swing vane 60 at a flow rate of 114,000 scf / hr. Fuel in the form of natural gas at room temperature was injected into the chamber 42 through the fuel tip 56 at a flow rate of 5,550 scf / hr. The mixture of fuel and combustion atmosphere was ignited and burned with a visible flame until the oxidation chamber 12 reached a temperature of 1880 [deg.] F. Once the oxidation chamber 12 is preheated in this manner, the fuel tip 56 is pulled back about 3.5 inches from the centerline of the combustor neck 78 so that the mixture of fuel and combustion atmosphere passes through the combustor neck 78. The combustor flame was extinguished by causing a more complete mixing of the fuel and the combustion atmosphere. The fuel and combustion air flow rates remained almost unchanged and the premixed stream of fuel and combustion atmosphere moved through the combustor neck 78 to the front chamber 42 in the absence of visible flame and was accompanied by combustion of the fuel in flame mode. The noise roar disappeared. Fuel continued to oxidize in a stable nonflame oxidation process as a result of heat transfer from the preheated refractory lining 16 of the oxidation chamber 12. The nonflame oxidation process was substantially equilibrated and NOx levels below 1 ppm and CO levels below 1 ppm were measured on a dry basis. The process was run for 8.5 hours and immediately downstream of the combustor 24 as a result of the heat loss through the shell 14 of the oxidation chamber 12 and the cooling effect of the fuel and combustion atmosphere transported to the combustor 24 at ambient temperature. The process was stopped when the temperature of the oxidation chamber 12 at was cooled to a temperature of 1,500 ° F. The exit temperature of the oxidation chamber 12 was still 1880 ° F. when the process was stopped.

실시예Example 2 2

실시예 1의 시험이 다음과 같이 파라미터를 변경하여 반복되었다: (1) 연소 대기 흐름 속도가 100,200 scf/hr.로 감소하였고, (2) 전실(42)을 통과하는 연료 흐름 속도가 연료를 단계적으로 공급함으로써 감소하였다. 전체 연료 흐름은 5,500 scf/hr.이었으며, 전실(42)로 주입되기 이전에 모든 연소 대기 스트림과 사전혼합되도록 연료의 85.6%가 분사되었으며 나머지 14.4%의 연료는 연소기(24) 바로 하류에 위치한 산화 챔버(12)에 배치된 두 개의 연료 가스 팁(72)을 통하여 주입되었다. 연료 가스 팁을 통하여 산화 챔버(12)로 주입된 연료는 가시 화염을 내면서 연소하여 내화 라이닝(16)의 직접적인 가열을 제공하여 산화 챔버(12) 내 비화염 산화 공정을 안정화시켰다. 이러한 증가된 열 투입의 결과로서, 산화 챔버(12)의 출구 온도는 1,990 ℉이었다. 연료의 일부가 가시 화염을 내면서 연소하였기 때문에, NOx 수준이 증가하였으며 건조기준으로 6 내지 12 ppm에서 변화하였다. CO 수준은 건조 기준으로 1 ppm 미만으로 유지되었다. 공정이 자체-유지되는 것으로 여겨짐에 따라 시험은 운전 44.5 시간에서 의도적으로 종료되었다. The test of Example 1 was repeated with varying parameters as follows: (1) the combustion air flow rate was reduced to 100,200 scf / hr. And (2) the fuel flow rate through the front chamber 42 staged the fuel. Reduced by feeding. The total fuel flow was 5,500 scf / hr., 85.6% of the fuel was injected to premix with all combustion air streams before being injected into the front chamber 42 and the remaining 14.4% of the fuel was placed directly downstream of the combustor 24. Injected through two fuel gas tips 72 disposed in chamber 12. Fuel injected into the oxidation chamber 12 through the fuel gas tip burned with visible flame to provide direct heating of the refractory lining 16 to stabilize the non-flame oxidation process in the oxidation chamber 12. As a result of this increased heat input, the outlet temperature of the oxidation chamber 12 was 1,990 ° F. As some of the fuel burned with a visible flame, the NOx level increased and varied from 6 to 12 ppm on a dry basis. CO levels were kept below 1 ppm on a dry basis. The test was intentionally terminated at 44.5 hours of operation as the process was deemed self-sustaining.

후속된 시험에 의하면, 연소기(24) 하류에 있는 가스 팁에 연료를 단계적으로 공급(staging)함으로써 약 2,000 ℉, 2,100 ℉, 2,200 ℉, 2,300 ℉, 및 2,400 ℉의 높은 작업 온도가 연소가능 한계를 초과하지 않으면서 전실(42) 내에서 달성되었다. 유체 스트림(11)과 산화 챔버(12)에 단계적으로 공급된 연료의 완전한 혼합을 유발하는 흐름 속도 및 약 2,000 ℉의 온도에서 건조 기준으로 1 ppm 미만의 NOx 및 CO 수준이 달성되었다. 더욱 높은 온도가 달성될 수 있다고 여겨진다.
Subsequent tests have shown that high working temperatures of about 2,000 ° F., 2,100 ° F., 2,200 ° F., 2,300 ° F., and 2,400 ° F. are achieved by staging fuel to the gas tip downstream combustor 24. Achieved in the front chamber 42 without exceeding. A NOx and CO level of less than 1 ppm on a dry basis was achieved at a temperature of about 2,000 ° F. and a flow rate that caused complete mixing of the fuel stream 11 and the staged fuel 12 to the oxidation chamber 12. It is believed that higher temperatures can be achieved.

실시예Example 3 3

실시예 3에 대하여 제시된 시험 조건에서 다음이 증명되었다: 내화 라이닝(16)의 충분한 예열 이후, 난류 화염 속도가 초과되어서 전실(42) 내 대기/연료 혼합물의 연소가능 한계의 하한 이상의 비화염 작업이 허용되었다. 연소 대기 흐름 속도는 245,640 scf/hr.이었으며, 천연가스 흐름 속도는 18,357 scf/hr. 이었으며, 열 산화기 작업 온도는 2,381℉ 이었다. 연소 대기와 천연가스는 전실(42)에서 사전혼합되어서 5.87 vol%의 사전혼합된 연료 조성을 산출하였으며, 이는 주위온도에서의 연소가능 한계 하한(5 vol%) 이상이었다. 산화 공정은 전실(42)로 화염역류 하지 않았으며, 이는 감소된 직경의 통로(45)를 통과하는 난류 화염 속도가 초과되었음을 의미한다. 이러한 공정 조건에 있어서 NOx 방출량은 건조기준으로 1.3 ppm이었으며, CO 방출량은 검출가능하지 않았다(< 1 ppm dry).
In the test conditions presented for Example 3, the following was proved: After sufficient preheating of the refractory lining 16, the turbulent flame rate was exceeded so that non-flame operation above the lower limit of the combustible limit of the atmosphere / fuel mixture in the front chamber 42 was avoided. Was allowed. The combustion air flow rate was 245,640 scf / hr. And the natural gas flow rate was 18,357 scf / hr. Thermal oxidizer working temperature was 2,381 ℉. The combustion atmosphere and natural gas were premixed in the front chamber 42, yielding a premixed fuel composition of 5.87 vol%, which was above the lower combustible limit (5 vol%) at ambient temperature. The oxidation process did not flow back into the chamber 42, which meant that the turbulent flame rate through the passage 45 of reduced diameter was exceeded. Under these process conditions the NOx emissions were 1.3 ppm on a dry basis and the CO emissions were not detectable (<1 ppm dry).

실시예Example 4 4

20,820 scf/hr.의 CO₂와 62,280 scf/hr.의 신선한 공기(fresh air)를 혼합시켜 저 함량 O₂-연소 대기의 혼합물을 생성하였으며, 이는 14.5 vol% O₂ 함량을 초래하였다. 저 함량 O₂-연소 대기를 선회 날개(60)를 통하여 전실(42)로 운송시켰다. 실온에서 천연가스 형태의 연료를 5,475 scf/hr.의 흐름 속도로 퓨얼팁(56)을 통하여 전실(42) 내로 주입시켰다. 연료와 저 함량 O₂-연소 대기를 전실(42) 내에서 혼합시키고 열 산화 챔버(12)로 방출시켰으며 여기서 연료가 비화염적으로 산화되었다. 산화의 결과로서, 결과물인 배연 가스 내 O₂ 농도가 건조기준으로 2　vol% 이었으며, CO 농도는 탐지 불가능했으며, 배연 가스 내 NOx 농도는 건조기준으로 1.2 ppm 이었으며, 작업 온도는 1,941 ℉이었다. 본 시험 예는 저함량-O₂ 연소 대기 스트림, 배연 가스 순환 스트림, 및/또는 저발열량(low heating value) 폐 스트림으로 작동하는 열 산화기(10)의 능력을 실증한다. 본 시험은 또한 비화염 공정이 전통적인 화염-타입 연소기에 비하여 연소 대기 내 낮은 O₂ 함량으로 작동할 것임을 나타냈다. 낮은 O₂ 함량의 연소 대기 공급원이 사용될 때 열 효율성을 얻을 수 있는데 왜냐하면 안정도를 유지하기 위하여 낮은 O₂ 함량 스트림에 더욱 소량의 신선한 공기가 첨가될 필요가 있기 때문이다. 전통적인 연소기는 전형적으로 안정한 작업을 가능하게 하기 위하여 연소 대기 내 18 vol% 이상의 O₂를 요구하는 반면, 본 시험은 연소 대기 내 14.5 vol% O₂로 안정한 작업을 수행하였다. 20,820 scf / hr. Of CO ₂ and 62,280 scf / hr. Of fresh air were mixed to produce a mixture of low content O ₂ -combustion atmosphere, resulting in a content of 14.5 vol% O ₂ . The low content O ₂ -combustion atmosphere was transported to the front chamber 42 through the swivel vanes 60. Fuel in the form of natural gas at room temperature was injected into the chamber 42 through the fuel tip 56 at a flow rate of 5,475 scf / hr. The fuel and low content O ₂ -combustion atmosphere were mixed in the front chamber 42 and discharged into the thermal oxidation chamber 12 where the fuel was nonflammable oxidized. As a result of the oxidation, the resulting O ₂ concentration in the flue gas was 2 vol% on a dry basis, the CO concentration was undetectable, the NO x concentration in the flue gas was 1.2 ppm on a dry basis, and the operating temperature was 1,941 ° F. This test example demonstrates the ability of the thermal oxidizer 10 to operate with a low-O ₂ combustion atmospheric stream, flue gas circulating stream, and / or a low heating value waste stream. The test also showed that the nonflaming process would operate at a lower O ₂ content in the combustion atmosphere compared to traditional flame-type combustors. Thermal efficiency can be achieved when a low O ₂ content combustion air source is used because less fresh air needs to be added to the low O ₂ content stream to maintain stability. Traditional combustors typically require more than 18 vol% O ₂ in the combustion atmosphere to enable stable operation, while this test performed stable operations at 14.5 vol% O ₂ in the combustion atmosphere.

전술한 바에 의하면, 본 발명은 구조로부터 유도되는 장점 및 전술한 모든 목적들을 얻을 수 있도록 조절될 수 있음을 이해할 것이다. As described above, it will be appreciated that the present invention can be adjusted to obtain the advantages derived from the structure and all of the above objects.

특정 특징 및 하부결합이 유용하며 또 다른 특징이나 하부결합을 참조함이 없이 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 이는 본 발명에 의해 그리고 본 발명의 범위 이내에서 수행될 수 있다. It will be appreciated that certain features and subcombinations are useful and may be used without reference to another feature or subcombination. This can be done by the present invention and within the scope of the present invention.

많은 가능한 구체 예들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있기 때문에, 도면에 동반하여 제시되는 모든 구성들은 예시적인 것으로 해석되며 본 발명을 제한하지 않을 것이라는 점이 이해되어야 한다.
As many possible embodiments can be made without departing from the scope of the present invention, it is to be understood that all configurations shown in conjunction with the drawings are to be interpreted as illustrative and not restrictive of the invention.

Claims

A method of thermally oxidizing components in an oxidation chamber having an inner lining, comprising the following steps:
(a) initially heating the oxidation chamber lining; And
(b) then transporting the components to the oxidation chamber under conditions that initiate thermal oxidation of the components as a result of heat transfer from the heated oxidation chamber lining.

The method of claim 1, wherein transporting the components to the oxidation chamber comprises transporting the components to the oxidation chamber in a fluid stream to thermally oxidize the components in an oxidation chamber having an inner lining. Way.

The method of claim 2 comprising flowing the fluid stream through the oxidation chamber during or after the thermal oxidation of the components.

The method of claim 3, wherein at least one fuel is supplied among the components in the fluid stream and as a result of the heat transfer from the oxidation chamber lining while the fluid stream passes through the oxidation chamber. Maintaining the conditions in the oxidation chamber to thermally oxidize the one or more fuels.

5. The method of claim 4, wherein maintaining conditions in the oxidation chamber to thermally oxidize the one or more fuels in the fluid stream comprises subjecting the one or more fuels in the fluid stream while the fluid stream passes through the oxidation chamber. A method of thermally oxidizing components in an oxidation chamber having an inner lining, the method comprising providing a local concentration below a combustible lower limit.

The component of claim 5 comprising preheating the oxidation chamber lining by varying the condition in the oxidation chamber to cause combustion of the one or more fuels in the fluid stream. How to thermally oxidize them.

The method of claim 6, wherein varying the condition in the oxidation chamber comprises changing a local concentration of the one or more fuels above the lower combustible limit. Thermal oxidation.

The method of claim 4, wherein maintaining conditions in the oxidation chamber to thermally oxidize the one or more fuels in the fluid stream comprises reducing the fluid stream to a flow rate that is at a flow rate that is at least a turbulent flame rate for the one or more fuels. Flowing through the passages of thermally oxidizing the components in an oxidation chamber having an inner lining.

The component of claim 8 comprising preheating the oxidation chamber lining by varying the condition in the oxidation chamber to cause combustion of the one or more fuels in the fluid stream. How to thermally oxidize them.

10. The method of claim 9, wherein varying the condition in the oxidation chamber comprises varying the flow rate of the fluid stream below the turbulent flame rate for the one or more fuels. Thermal oxidation of components.

The component of claim 1, wherein the first heating of the oxidation chamber lining comprises transporting the components to the oxidation chamber under conditions that cause combustion of the components. How to thermally oxidize them.

The method of claim 11, wherein initially heating the oxidation chamber lining comprises transporting the components to the oxidation chamber in a fluid stream.

13. The method of claim 12, wherein initially heating the oxidation chamber lining comprises supplying one or more fuels among the components in the fluid stream to thermally oxidize components in an oxidation chamber having an inner lining. Way.

The method of claim 1, flowing a fluid stream containing one or more fuels through the oxidation chamber under initial conditions that cause combustion of the one or more fuels to cause the first heating of the oxidation chamber lining. And then changing said conditions to cause said thermal oxidation of said components as a result of heat transfer from said oxidation chamber lining.

15. The method of claim 14, wherein transporting the components to the oxidation chamber comprises transporting the components comprising the one or more fuels to thermally oxidize the components in an oxidation chamber having an inner lining. Way.

The method of claim 15, further comprising changing the conditions to cause combustion of the one or more fuels and preheating the oxidation chamber lining. .

17. The method of claim 16 further comprising cycling between the thermal oxidation step of the components and the preheating step of the oxidation chamber lining.

The oxidation with internal lining of claim 14, wherein varying the condition comprises varying a local concentration of the at least one fuel within a combustible range for the at least one fuel and out of the combustible range. A method of thermally oxidizing components in a chamber.

The method of claim 18, wherein mixing of the one or more fuels in the fluid stream is effected to cause varying the local concentration of the one or more fuels from within the combustible range for the one or more fuels. A method of thermally oxidizing components in an oxidation chamber having an inner lining, the method comprising increasing.

15. The oxidation chamber of claim 14, wherein varying the condition comprises varying the flow rate of the fluid stream from below the turbulent flame rate for the one or more fuels to above the turbulent flame rate. Thermal oxidation of components within the process.

The method of claim 4, comprising the steps of including volatile organic compounds, semi-volatile organic compounds, and / or hazardous air pollutants as the components in the fluid stream. Method of oxidation.

The method of claim 21, further comprising adding the volatile organic compounds, semi-volatile organic compounds, and / or hazardous air pollutants to the fluid stream from the process stream. Thermal oxidation.

23. The method of claim 22, comprising adding at least a portion of the process stream to the fluid stream at a point in the oxidation chamber.

The method of claim 22, comprising adding at least a portion of the process stream to the fluid stream prior to transporting the fluid stream to the oxidation chamber. .

6. The oxidation chamber of claim 5, comprising premixing a combustion atmosphere with at least a portion of the one or more fuels in the fuel stream prior to transporting the fluid stream to the oxidation chamber. Method of thermal oxidation of components.

27. The method of claim 25, further comprising introducing another fluid stream containing the one or more fuels into the oxidation chamber and combusting the one or more fuels in the another fluid stream within the oxidation chamber to supplement the oxidation chamber. Adding heat to thermally oxidize the components in an oxidation chamber having an inner lining.

The method of claim 1, comprising maintaining the thermal oxidation for a period of at least one hour.

The method of claim 4, wherein the step of supplying one or more fuels among the components in the fluid stream comprises natural gas, refined fuel gas, hydrogen, methane, ethane, propane, butane, other hydrocarbons, carbon monoxide, and these Supplying at least one fuel selected from the group consisting of a mixture of said two.

29. The method of claim 28, comprising adding at least one diluent to the fluid stream.

5. The oxidation chamber of claim 4, wherein supplying at least one fuel among the components in the fluid stream comprises including natural gas as one of the at least one fuel. Method of thermal oxidation of components.

The method of claim 3 comprising preheating at least a portion of the fluid stream prior to the step of flowing the fluid stream through the oxidation chamber.

The method of claim 4, wherein the first heating of the oxidation chamber lining comprises heating the oxidation chamber lining to a temperature in the range of 1,800 to 3,000 ° F. 6. .

33. The method of claim 32, wherein supplying at least one fuel comprises including natural gas among the components in the fluid stream.

The method of claim 1, wherein the first heating of the oxidation chamber lining comprises: combusting one or more fuels in a combustor in fluid-flow communication with the oxidation chamber to produce a hot flue gas, and the hot flue gas Transporting the lining to a pre-selected temperature by transporting it into an oxidation chamber.

35. The method of claim 34, wherein the at least one fuel is introduced upstream into the internal chamber of the combustor at a first point, and upstream of the predetermined point away from the first point during the step of initially heating the lining in an oxidation chamber. Introducing a combustion atmosphere or other oxidant into the inner chamber at a second point.

36. The method of claim 35, comprising causing more complete mixing of the one or more fuels with the combustion atmosphere to cause the thermal oxidation of the components in an oxidation chamber. Thermal oxidation.

The method of claim 2, comprising preventing recycling of the fluid stream.

A method of thermally oxidizing components of a fluid stream containing at least one fuel in an oxidation chamber having an internal refractory lining, the method comprising:
(a) providing a fluid stream comprising thermal oxidizable components containing at least one fuel and a combustion atmosphere;
(b) heating the refractory lining in an oxidation chamber to a pre-selected temperature; And
(c) then passing the fluid stream through the oxidation chamber under conditions causing thermal oxidation of the components as a result of heat transfer from the refractory lining without recycling the fluid stream;
A method of thermally oxidizing components of a fluid stream containing one or more fuels in an oxidation chamber having an internal refractory lining.

The method of claim 38, comprising repeating steps (b) and (c) in turn, wherein the components of the fluid stream containing one or more fuels in an oxidation chamber having an internal refractory lining.

The composition of claim 38, wherein providing the fluid stream comprises providing a fluid stream comprising methane and a combustion atmosphere. 39. The configuration of a fluid stream containing at least one fuel in an oxidation chamber having an internal refractory lining. Method of thermal oxidation of components.

39. The method of claim 38, wherein heating the refractory lining in an oxidation chamber comprises: combusting one or more fuels in a combustor in fluid-flow communication with the oxidation chamber to create a hot flue gas, and Transporting the lining to a pre-selected temperature by transporting into the oxidation chamber, the method of thermally oxidizing components of a fluid stream containing one or more fuels in an oxidation chamber having an internal refractory lining.

42. The method of claim 41, wherein the at least one fuel is introduced into the internal chamber of the combustor at a first point, and upstream of the predetermined point away from the first point during the step of heating the lining in the oxidation chamber. Introducing a combustion atmosphere into the inner chamber at two points. The method of thermally oxidizing components of a fluid stream containing at least one fuel in an oxidation chamber having an internal refractory lining.

43. The method of claim 42, wherein a more complete mixing of the one or more fuels with the combustion atmosphere is caused to stop the combustion of the one or more fuels in the combustor while by heat transfer from the refractory lining in the oxidation chamber. Enabling thermal oxidation of the one or more fuels disclosed, wherein the components of the fluid stream containing one or more fuels in an oxidation chamber having an internal refractory lining.

42. The method of claim 41, wherein passing the fluid stream through the oxidation chamber under conditions causing thermal oxidation of the constituents results in a local concentration of the at least one fuel in the fluid stream for the at least one fuel. A method of thermally oxidizing components of a fluid stream containing one or more fuels in an oxidation chamber having an internal refractory lining, the method comprising moving out of combustible range.

45. The method of claim 44, wherein reheating the refractory lining by varying the local concentration of the at least one fuel in the fluid stream within the combustible range for the at least one fuel to cause combustion of the at least one fuel. A method of thermally oxidizing components of a fluid stream containing one or more fuels in an oxidation chamber having an internal refractory lining.

42. The method of claim 41 wherein the step of passing the fluid stream through the oxidation chamber under conditions that cause thermal oxidation of the components causes the flow rate of the fluid stream to be a turbulent flame for the one or more fuels in the fluid stream. Causing the components of the fluid stream containing one or more fuels in an oxidation chamber with an internal refractory lining, the method comprising causing to be above speed.

47. The oxidation chamber of claim 46, comprising reheating the refractory lining by reducing the flow rate of the fluid stream below the turbulent flame rate to cause combustion of the one or more fuels. Thermal oxidation of components of a fluid stream containing at least one fuel.

The apparatus of claim 38, comprising removing the fluid stream from an oxidation chamber after the thermal oxidation of the components and transporting the fluid stream to a downstream device. Thermally oxidizing components of a fluid stream containing at least fuel.

The apparatus of claim 48, wherein the downstream apparatus contains at least one fuel in an oxidation chamber having an internal fire lining, selected from the group consisting of process heaters, boilers, reactors, air heaters, dryers, gas turbines, and heat exchangers. Thermally oxidizing the components of the fluid stream.

An oxidation chamber defining an open interior volume and including an envelope and lining having an upstream end and a downstream end; And
Means for heating the lining to cause thermal oxidation of components in the fluid stream when a fluid stream is present in the open internal volume, wherein the thermal oxidation occurs as a result of heat transfer from the lining;
Including, thermal oxidizer.

51. The apparatus of claim 50, wherein the means are configured to first burn one or more fuels in the fluid stream to cause the heating of the lining and for thermal oxidation of the one or more components at the upstream end of the shell. Thermal oxidizer, comprising a combustor.

The oxidation with internal lining of claim 1 comprising maintaining said conditions during said thermal oxidation of said components to obtain a NOx level of less than 12 ppm on a dry basis and a CO level of less than 1 ppm on a dry basis. A method of thermally oxidizing components in a chamber.

The oxidation with internal lining of claim 1 comprising maintaining said conditions during said thermal oxidation of said components to obtain a NOx level of less than 5 ppm on a dry basis and a CO level of less than 1 ppm on a dry basis. A method of thermally oxidizing components in a chamber.

The oxidation with internal lining of claim 1 comprising maintaining the conditions during the thermal oxidation of the components to obtain a NOx level of less than 1 ppm on a dry basis and a CO level of less than 1 ppm on a dry basis. A method of thermally oxidizing components in a chamber.