KR20100098632A - 비화염 열 산화 장치 및 방법 - Google Patents

비화염 열 산화 장치 및 방법 Download PDF

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KR20100098632A
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브루스 칼라일 존슨
나탄 스테네크 피터슨
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존 징크 컴파니 엘엘씨
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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.

Description

비화염 열 산화 장치 및 방법{FLAMELESS THERMAL OXIDATION APPARATUS AND METHODS}
발명의 배경
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.
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.
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.
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.
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.
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.
따라서 전술한 단점 없이 낮은 수준의 NOx 및 CO를 생성하는 열 산화기에 대한 필요성이 대두되었다.
발명이 개요
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.
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.
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.
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.
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.
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.
발명의 상세한 설명
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이하에서 설명하는 실시예는 예시적인 것으로 제시되며 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 의도는 없다.
실시예 1
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.
실시예 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.
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.
실시예 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).
실시예 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.
전술한 바에 의하면, 본 발명은 구조로부터 유도되는 장점 및 전술한 모든 목적들을 얻을 수 있도록 조절될 수 있음을 이해할 것이다.
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.
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.

Claims (54)

  1. 다음 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법:
    (a) 상기 산화 챔버 라이닝을 최초로 가열하는 단계; 및
    (b) 그 후 가열된 상기 산화 챔버 라이닝으로부터의 열 전달 결과로서 상기 구성성분들의 열 산화를 개시하는 조건 하에서 상기 구성성분들을 상기 산화 챔버로 운송하는 단계.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구성성분들을 상기 산화 챔버로 운송하는 단계는 유체 스트림 내에서 상기 구성성분들을 상기 산화 챔버로 운송하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 구성성분들의 상기 열 산화 동안 또는 열 산화 이후에 상기 유체 스트림을 상기 산화 챔버를 통하여 흘려보내는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 1종 이상의 연료를 상기 유체 스트림 내 상기 구성성분들 중에 공급하는 단계 및 상기 유체 스트림이 상기 산화 챔버를 통하여 지나가는 동안 상기 산화 챔버 라이닝으로부터의 상기 열 전달의 결과로서 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료를 열 산화시키도록 상기 산화 챔버 내의 조건을 유지시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료를 열 산화시키도록 상기 산화 챔버 내의 조건을 유지시키는 단계는 상기 유체 스트림이 상기 산화 챔버를 통하여 지나가는 동안 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료를 연소가능 한계 하한 이하의 국지 농도로 제공하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 산화 챔버 내 상기 조건을 변화시켜 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료의 연소를 유발시킴으로써 상기 산화 챔버 라이닝을 예열하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 산화 챔버 내 상기 조건을 변화시키는 단계는 상기 연소가능 한계 하한 이상으로 상기 1종 이상의 연료의 국지 농도를 변화시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료를 열 산화시키도록 상기 산화 챔버 내의 조건을 유지시키는 단계는 상기 유체 스트림을 상기 1종 이상의 연료에 대한 난류 화염 속도 이상의 흐름 속도로 감소된 직경의 통로를 통하여 흐르게 하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 산화 챔버 내 상기 조건을 변화시켜 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료의 연소를 유발시킴으로써 상기 산화 챔버 라이닝을 예열하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 산화 챔버 내 상기 조건을 변화시키는 단계는 상기 유체 스트림의 흐름 속도를 상기 1종 이상의 연료에 대한 상기 난류 화염 속도 이하로 변화시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 산화 챔버 라이닝을 최초로 가열하는 단계는 상기 구성성분들의 연소를 유발시키는 조건 하에서 상기 구성성분들을 상기 산화 챔버로 운송하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 산화 챔버 라이닝을 최초로 가열하는 단계는 유체 스트림 내에서 상기 구성성분들을 상기 산화 챔버로 운송하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 산화 챔버 라이닝을 최초로 가열하는 단계는 1종 이상의 연료를 상기 유체 스트림 내 상기 구성성분들 중에 공급하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 1종 이상의 연료의 연소를 유발하여 상기 산화 챔버 라이닝을 최초로 가열하는 단계를 야기하는 초기 조건 하에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림을 상기 산화 챔버를 통하여 흐르게 하는 단계, 및 그 후 상기 조건을 변화시켜 상기 산화 챔버 라이닝으로부터의 열 전달의 결과로서 상기 구성성분들의 상기 열 산화를 유발하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 구성성분들을 상기 산화 챔버로 운송하는 단계는 상기 1종 이상의 연료를 포함하는 상기 구성성분들을 운송하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 조건을 변화시켜 상기 1종 이상의 연료의 연소를 유발하는 단계 및 상기 산화 챔버 라이닝을 예열하는 단계를 더욱 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 구성성분들의 열 산화 단계와 상기 산화 챔버 라이닝의 예열 단계 사이를 순환하는 단계를 더욱 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 조건을 변화시키는 단계는 상기 1종 이상의 연료의 국지 농도를 상기 1종 이상의 연료에 대한 연소가능 범위 이내에서부터 상기 연소가능 범위 밖으로 변화시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 1종 이상의 연료의 국지 농도를 상기 1종 이상의 연료에 대한 연소가능 범위 이내에서부터 상기 연소가능 범위 밖으로 변화시키는 단계를 유발시키기 위하여 상기 유체 스트림 내의 상기 1종 이상의 연료의 혼합을 증가시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  20. 청구항 14에 있어서, 상기 조건을 변화시키는 단계는 상기 1종 이상의 연료에 대한 난류 화염 속도 이하로부터 상기 난류 화염 속도 이상으로 상기 유체 스트림의 흐름 속도를 변화시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  21. 청구항 4에 있어서, 상기 유체 스트림 내 상기 구성성분으로서 휘발성 유기 화합물, 반-휘발성 유기 화합물, 및/또는 유해 대기 오염물질을 포함하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  22. 청구항 21에 있어서, 공정 스트림으로부터 나온 상기 유체 스트림에 상기 휘발성 유기 화합물, 반-휘발성 유기 화합물, 및/또는 유해 대기 오염물질을 첨가하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 산화 챔버 내 한 지점에서 상기 공정 스트림의 적어도 일부를 상기 유체 스트림에 첨가하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  24. 청구항 22에 있어서, 상기 유체 스트림을 상기 산화 챔버로 운송하기 이전에 상기 공정 스트림의 적어도 일부를 상기 유체 스트림에 첨가하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  25. 청구항 5에 있어서, 상기 유체 스트림을 상기 산화 챔버로 운송하기 이전에 상기 연료 스트림 내에서 상기 1종 이상의 연료의 적어도 일부와 연소 대기를 사전혼합하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  26. 청구항 25에 있어서, 상기 1종 이상의 연료를 함유하는 또 다른 유체 스트림을 상기 산화 챔버에 유입시키는 단계 및 상기 산화 챔버 내에서 상기 또 다른 유체 스트림 내의 상기 1종 이상의 연료를 연소시켜 상기 산화 챔버에 보충 열을 추가하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  27. 청구항 1에 있어서, 1시간 이상의 기간 동안 상기 열 산화를 유지시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  28. 청구항 4에 있어서, 1종 이상의 연료를 상기 유체 스트림 내 상기 구성성분들 중에 공급하는 상기 단계는 천연 가스, 정제 연료 가스, 수소, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 그 밖의 다른 탄화수소, 일산화탄소, 및 이들의 혼합으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는 연료를 공급하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  29. 청구항 28에 있어서, 1종 이상의 희석제를 상기 유체 스트림에 첨가하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  30. 청구항 4에 있어서, 1종 이상의 연료를 상기 유체 스트림 내 상기 구성성분들 중에 공급하는 상기 단계는 상기 1종 이상의 연료 중 하나로서 천연 가스를 포함하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  31. 청구항 3에 있어서, 상기 유체 스트림을 상기 산화 챔버를 통하여 흘려보내는 상기 단계 이전에 상기 유체 스트림의 적어도 일부를 예열하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  32. 청구항 4에 있어서, 산화 챔버 라이닝을 최초로 가열하는 상기 단계는 상기 산화 챔버 라이닝을 1,800 내지 3,000 ℉ 범위의 온도까지 가열하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  33. 청구항 32에 있어서, 1종 이상의 연료를 공급하는 단계는 유체 스트림 내 상기 구성성분들 중에 천연 가스를 포함하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  34. 청구항 1에 있어서, 상기 산화 챔버 라이닝을 최초로 가열하는 상기 단계는 상기 산화 챔버와 유체-흐름 연통된 연소기 내에서 1종 이상의 연료를 연소시켜 고온 배연 가스를 창출하는 단계, 및 상기 고온 배연 가스를 상기 산화 챔버 내로 운송시켜 상기 라이닝을 사전-선택된 온도까지 가열하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  35. 청구항 34에 있어서, 상기 1종 이상의 연료를 제1 지점에서 상기 연소기의 내부 챔버 내로 유입시키는 단계, 및 산화 챔버 내 상기 라이닝을 최초로 가열하는 상기 단계 동안 상기 제1 지점으로부터 미리 선정된 만큼 떨어진 상류인 제2 지점에서 연소 대기 또는 그 밖의 다른 산화제를 상기 내부 챔버 내로 유입시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  36. 청구항 35에 있어서, 상기 1종 이상의 연료와 상기 연소 대기의 더욱 완전한 혼합을 유발시켜 산화 챔버 내 상기 구성성분들의 상기 열 산화를 유발시키는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  37. 청구항 2에 있어서, 상기 유체 스트림의 재순환을 방지하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  38. 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법에 있어서, 상기 방법은
    (a) 1종 이상의 연료를 함유하는 열 산화가능한 구성성분들과 연소 대기를 포함하는 유체 스트림을 제공하는 단계;
    (b) 산화 챔버 내 상기 내화 라이닝을 사전-선택된 온도까지 가열하는 단계; 및
    (c) 그 후 상기 유체 스트림의 재순환 없이 상기 내화 라이닝으로부터의 열 전달 결과로서 상기 구성성분들의 열 산화를 유발시키는 조건 하에서 상기 유체 스트림을 상기 산화 챔버를 통하여 통과시키는 단계;
    를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  39. 청구항 38에 있어서, 차례로 상기 단계 (b)와 (c)를 반복시키는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  40. 청구항 38에 있어서, 상기 유체 스트림을 제공하는 단계는 메탄과 연소 대기를 포함하는 유체 스트림을 제공하는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  41. 청구항 38에 있어서, 산화 챔버 내 상기 내화 라이닝을 가열하는 상기 단계는 상기 산화 챔버와 유체-흐름 연통된 연소기 내에서 1종 이상의 연료를 연소시켜 고온 배연 가스를 창출하는 단계, 및 상기 고온 배연 가스를 상기 산화 챔버 내로 운송시켜 상기 라이닝을 사전-선택된 온도까지 가열하는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  42. 청구항 41에 있어서, 상기 1종 이상의 연료를 제1 지점에서 상기 연소기의 내부 챔버 내로 유입시키는 단계, 및 산화 챔버 내 상기 라이닝을 가열하는 상기 단계 동안 상기 제1 지점으로부터 미리 선정된 만큼 떨어진 상류인 제2 지점에서 연소 대기를 상기 내부 챔버 내로 유입시키는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  43. 청구항 42에 있어서, 상기 1종 이상의 연료와 상기 연소 대기의 더욱 완전한 혼합을 유발시켜 상기 연소기 내에서의 상기 1종 이상의 연료의 상기 연소를 중지시키는 반면 산화 챔버 내 상기 내화 라이닝으로부터의 열 전달에 의해 개시되는 상기 1종 이상의 연료의 열 산화를 가능하게 하는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  44. 청구항 41에 있어서, 상기 구성성분들의 열 산화를 유발시키는 조건 하에서 상기 유체 스트림을 상기 산화 챔버를 통하여 통과시키는 상기 단계는 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료의 국지 농도를 상기 1종 이상의 연료에 대한 연소가능 범위 밖으로 벗어나도록 하는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  45. 청구항 44에 있어서, 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료의 상기 국지 농도를 상기 1종 이상의 연료에 대한 상기 연소가능 범위 이내로 변화시켜 상기 1종 이상의 연료의 연소를 유발시킴으로써 상기 내화 라이닝을 재가열하는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  46. 청구항 41에 있어서, 상기 구성성분들의 열 산화를 유발시키는 조건 하에서 상기 유체 스트림을 상기 산화 챔버를 통하여 통과시키는 상기 단계는 상기 유체 스트림의 흐름 속도를 상기 유체 스트림 내 상기 1종 이상의 연료에 대한 난류 화염 속도 이상이 되도록 유발시키는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  47. 청구항 46에 있어서, 상기 유체 스트림의 상기 흐름 속도를 상기 난류 화염 속도 이하로 감소시켜 상기 1종 이상의 연료의 연소를 유발시킴으로써 상기 내화 라이닝을 재가열하는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  48. 청구항 38에 있어서, 상기 구성성분들의 상기 열 산화 이후에 상기 유체 스트림을 산화 챔버로부터 제거하는 단계 및 상기 유체 스트림을 하류 장치로 운송하는 단계를 포함하는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  49. 청구항 48에 있어서, 상기 하류 장치는 공정 히터, 보일러, 반응 로, 공기 히터, 건조기, 가스 터빈, 및 열 교환기로 구성된 군으로부터 선택되는, 내부 내화 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 1종 이상의 연료를 함유하는 유체 스트림의 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  50. 개방된 내부 체적을 정의하며 상류 단부와 하류 단부를 갖는 외피 및 라이닝을 포함하는 산화 챔버; 및
    상기 라이닝을 가열하여 유체 스트림이 상기 개방된 내부 체적 내에 존재하는 경우 상기 유체 스트림 내 구성성분들의 열 산화를 유발시키는 수단들, 여기서 상기 열 산화는 상기 라이닝으로부터의 열 전달의 결과로서 발생함;
    을 포함하는, 열 산화기.
  51. 청구항 50에 있어서, 상기 수단들은, 상기 유체 스트림 내 1종 이상의 연료를 최초로 연소시켜 상기 라이닝의 상기 가열을 유발시키기 위하여 그리고 상기 1종 이상의 구성성분들의 열 산화를 위한, 상기 외피의 상기 상류 단부에서의 연소기를 포함하는, 열 산화기.
  52. 청구항 1에 있어서, 건조기준으로 12 ppm 미만의 NOx 수준 및 건조기준으로 1 ppm 미만의 CO 수준을 얻도록 상기 구성성분들의 상기 열 산화 동안 상기 조건을 유지하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  53. 청구항 1에 있어서, 건조기준으로 5 ppm 미만의 NOx 수준 및 건조기준으로 1 ppm 미만의 CO 수준을 얻도록 상기 구성성분들의 상기 열 산화 동안 상기 조건을 유지하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
  54. 청구항 1에 있어서, 건조기준으로 1 ppm 미만의 NOx 수준 및 건조기준으로 1 ppm 미만의 CO 수준을 얻도록 상기 구성성분들의 상기 열 산화 동안 상기 조건을 유지하는 단계를 포함하는, 내부 라이닝을 갖는 산화 챔버 내에서 구성성분들을 열 산화시키는 방법.
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