專利名稱：無火焰熱氧化裝置和方法
無火焰熱氧化裝置和方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明總地涉及用于氧化工業(yè)生產(chǎn)液流中的有機(jī)化合物的熱氧化器，且更具體地 涉及運(yùn)行這種使用無火焰熱氧化的熱氧化器來分解有機(jī)化合物的裝置和方法。這些熱氧化器通常用于在工業(yè)生產(chǎn)液流釋放到大氣之前使其經(jīng)受高溫而氧化工 業(yè)生產(chǎn)液流中的一種或多種氣體或蒸氣。工業(yè)生產(chǎn)液流中的氣體通常是指廢氣且通常包括 揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)、半揮發(fā)性有機(jī)化合物(SVOC)和/或有害空氣污染物(HAP)。包 含廢氣的工業(yè)生產(chǎn)液流通常是工業(yè)、制造業(yè)或發(fā)電過程的副產(chǎn)品。在常規(guī)熱氧化器中，通過將工業(yè)生產(chǎn)液流與包含氧的氣流結(jié)合，并然后將結(jié)合的 流體流穿過通過燃燒諸如天然氣的燃料源而產(chǎn)生的火焰或燃燒氣體而將廢氣氧化形成二 氧化碳和水。這樣，熱氧化器將污染環(huán)境的有機(jī)化合物轉(zhuǎn)換成可安全排放到大氣的無害化 合物。但使用火焰來使化合物在熱氧化器內(nèi)熱分解通常會(huì)致使產(chǎn)生諸如NOx和CO的不 合要求的空氣污染物。NOx由于局部高溫區(qū)域而形成，而CO是熱氧化器燃燒過程期間可能 發(fā)生的煙氣的不完全燃燒的產(chǎn)物。在降低化合物的熱分解過程中產(chǎn)生的NOx和CO含量的努力中，已知使用熱氧化器 的無火焰氧化工藝。美國專利第5，165，884號(hào)中揭示了一個(gè)這種無火焰氧化工藝的實(shí)例。 在該專利中，氣體或蒸氣與空氣和/或氧氣的混合物流入固體耐熱材料的床基體內(nèi)，該床 基體已被預(yù)熱到混合物的自燃溫度以上的溫度。該混合物在床基質(zhì)內(nèi)點(diǎn)燃并反應(yīng)放熱以形 成床基質(zhì)內(nèi)的自持續(xù)反應(yīng)波。該過程用于使在將工業(yè)生產(chǎn)液流釋放到大氣之前消滅工業(yè)生 產(chǎn)液流中特定氣體或蒸氣期間NOx、CO以及不完全燃燒的其它產(chǎn)物的產(chǎn)生最少。據(jù)說使用 上述方法可得到每百萬BTU小于0. 0071b的NOx (作為NO2)的熱NOx的排放量和低于IOppm 的CO量。上述美國專利第5，165，884號(hào)中的床基質(zhì)的有利方面在于在燃燒過程中其固定 和穩(wěn)定反應(yīng)波。但是，床基體占據(jù)過程反應(yīng)器內(nèi)部容積的主要部分，由此降低可用于工業(yè)生 產(chǎn)液流流動(dòng)的開放容積。反應(yīng)器內(nèi)開放容積的減小會(huì)縮短在工業(yè)生產(chǎn)液體流的給定通過量 下對(duì)于給定的反應(yīng)器尺寸的可利用駐留時(shí)間，因此縮短消滅有害廢物的可利用時(shí)間。此外， 床基質(zhì)形成顯著壓降，這增加了過程的運(yùn)行成本，原因是工業(yè)生產(chǎn)液流在進(jìn)入過程反應(yīng)器 之前必須經(jīng)受增高的壓力。該壓降往往隨時(shí)間增加，因?yàn)閬碜怨I(yè)生產(chǎn)液流的微粒物質(zhì)積 聚在床基質(zhì)內(nèi)或床材料由于熱沖擊而降解。最終，跨越床基質(zhì)的壓降的增加可能要求更換 床材料。因此需要這樣一種熱氧化器，其產(chǎn)生少量的NOx和CO而沒有上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在氧化室內(nèi)熱氧化諸如流體流內(nèi)包含的各成分的方法，氧化 室具有內(nèi)部襯里，該內(nèi)部襯里傳遞足夠的熱量以使流體流中的各成分熱氧化。該方法包括 首先加熱氧化室襯里并然后將各成分在該條件下輸送到氧化室以開始由從氧化室襯里傳
6遞的熱量造成的各成分的熱氧化。首先加熱氧化室襯里的步驟包括將襯里加熱到預(yù)選定溫 度，該溫度足以輻射或以其它方式傳遞足夠的熱量來啟動(dòng)流體流內(nèi)各成分的熱氧化。在將 耐火襯里加熱到預(yù)選定溫度以后，可包括一種或多種燃料的各成分在流體流中被輸送到氧 化室?？刂屏黧w流中的條件以產(chǎn)生由來自耐火襯里的熱傳遞造成的流體流中各成分的無火 焰熱氧化。因此本方法依賴來自耐火襯里的熱傳遞以啟動(dòng)和維持無火焰熱氧化且不需要床 基質(zhì)，無需如常規(guī)無火焰氧化過程所需要的預(yù)熱燃料流和/或燃燒空氣流或煙氣再循環(huán)。在一實(shí)施例，流體流中一種或多種燃料成分以可見火焰方式燃燒以使得耐火襯里 首先被加熱到預(yù)選溫度。在啟動(dòng)模式中，流體流中燃料成分的總體濃度可在易燃范圍內(nèi)?；?者，燃料成分的總體濃度在易燃范圍外，但通過燃料成分與流體流中存在的燃燒空氣的不 完全混合而產(chǎn)生可燃混合物，從而產(chǎn)生擴(kuò)散或部分預(yù)混合的火焰。在過渡到無火焰熱氧化 模式期間，諸如通過增進(jìn)燃料與燃燒空氣的混合以將燃料成分的局部濃度移到易燃范圍以 外來防止混合物在燃燒器內(nèi)以可見火焰方式燃燒，從而熄滅流體流中的火焰。也可使用將 燃料成分的局部濃度變化到易燃范圍以外的其它方法。揮發(fā)性有機(jī)化合物、半揮發(fā)性有機(jī)化合物和/或有害空氣污染物可作為流體流 中的附加成份而存在并在無火焰熱氧化模式期間被熱氧化。這些附加成份通常源自來自 工業(yè)、制造業(yè)或發(fā)電過程的工業(yè)生產(chǎn)液流且必須在將工業(yè)生產(chǎn)液流釋放到大氣之前予以去 除。該工業(yè)生產(chǎn)液流可供給該過程中所需要的燃燒空氣中的某些、全部或一種也沒有。如果需要，可向氧化室增加補(bǔ)充熱量來抵消通過氧化室外殼的熱損失或流體流的 冷卻效應(yīng)?？赏ㄟ^諸如以可見火焰方式在氧化室內(nèi)燃燒另一流體流中的一種或多種燃料來 連續(xù)增加補(bǔ)充熱量。替代地，可通過諸如周期性地以初始加熱模式運(yùn)行熱氧化器而間歇地 增加補(bǔ)充熱量。當(dāng)本發(fā)明的過程在無火焰氧化模式中運(yùn)行時(shí)，已實(shí)現(xiàn)小于5ppm干重、小于2ppm干 重且甚至小于Ippm干重的NOx含量，以及小于Ippm干重的CO含量。本文所使用的NOx和 CO含量表達(dá)為基于干重的每百萬體積的含量。即使在向氧化室增加補(bǔ)充熱量時(shí)，也已實(shí)現(xiàn) 1至12ppm干重之間的NOx含量和低于Ippm干重的CO含量。


附圖形成本說明書一部分并要結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀，其中各圖中相同的附圖標(biāo)記用 于表示相同的部件圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的熱氧化器的俯視圖，熱氧化器的各部分被剖開以 示出構(gòu)造的各細(xì)節(jié)；以及圖2是熱氧化器的燃燒器部分沿垂直剖面截取的放大側(cè)視圖，示意地示出某些部 分。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)首先更詳細(xì)地轉(zhuǎn)向圖1，用于流體流中各成份的無火焰熱氧化的熱氧化器的一 實(shí)施例總地用附圖標(biāo)記10表示。流體流由箭頭11表示，且通常是以連續(xù)或間歇方式在熱 氧化器10內(nèi)部流動(dòng)的氣體或蒸氣流。流體流11中的可氧化成份可以是氣體、液體和/或 固體微粒的形式。這些成份的實(shí)例包括燃料、廢棄產(chǎn)物、有機(jī)化合物(包括揮發(fā)性有機(jī)化合物和半揮發(fā)性有機(jī)化合物)和/或有害空氣污染物。
熱氧化器10包括熱氧化室12，該熱氧化室12具有外殼14，該外殼14襯有一層或 多層耐火襯里16，該耐火襯里16由諸如各種耐火材料中的任何材料的具有承受工作高溫 和熱氧化室12內(nèi)存在的其它條件所必需的化學(xué)和物理特性的材料制成。耐火襯里16可以 是澆鑄材料、塑料、磚、毛氈、纖維或任何其它適當(dāng)?shù)男问讲⑼ǔＶ饕ㄓ芍T如氧化鋁、二 氧化硅或氧化鎂的高熔點(diǎn)氧化物的組合物制成的陶瓷材料。該耐火襯里16也可由諸如耐 火金屬之類的其它材料制成。合適耐火金屬的實(shí)例包括鉬、鎢、鉭、錸和鈮、以及這些金屬的 合金。最內(nèi)部或“熱表面”耐火襯里16較佳地墊襯有導(dǎo)熱率較低的襯里17以進(jìn)一步降低 通過外殼14的熱損失。有襯里的殼14內(nèi)的內(nèi)部區(qū)域限定開放內(nèi)部容積18，在該容積18內(nèi)發(fā)生無火焰熱 氧化，如下文更完成描述的那樣。開放內(nèi)部容積18的尺寸做成對(duì)于所要進(jìn)行的特定工藝應(yīng) 用、對(duì)于以所設(shè)計(jì)的容積流率流過熱氧化室12的流體流11，可獲得所要求的駐留時(shí)間。通 常，該駐留時(shí)間選擇成對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)液流中的可氧化成份實(shí)現(xiàn)完全燃燒和/或所要求的消 滅去除效率。殼14較佳地是圓筒形并水平定向，但其也可替代地具有多邊形或其它構(gòu)造的截 面和/或其也可垂直地或以中間角度定向。殼14具有至少部分開口的上游端20和相對(duì)的、 至少部分開口的下游端22。術(shù)語“上游”和“下游”用于參照在熱氧化器10工作期間流體 流11流動(dòng)通過氧化室12的設(shè)計(jì)方向。熱氧化器10還包括通過選配過渡段26連接到熱氧化室12的上游端20的燃燒器 24。腔12的下游端22通過類似的選配過渡段28連接到排氣煙@ 30，在熱氧化過程產(chǎn)生的 煙氣反應(yīng)產(chǎn)物通過該排氣煙 30釋放到大氣?；蛘撸趸?2的下游端可與下游設(shè)備31 流體流動(dòng)連通，該下游設(shè)備31受益于低NOxJS CO、高溫的流體流。這種下游設(shè)備31的實(shí) 例包括但不限于過程加熱器，鍋爐，諸如乙烯裂解單元、氫重整器等的反應(yīng)器熔爐，空氣加 熱器，干燥器，燃?xì)廨啓C(jī)以及熱交換器。因此該熱氧化器10可用于提供NOx和CO含量低的 熱煙氣流來代替用于為下游設(shè)備點(diǎn)火的常規(guī)方法的全部或一部分。燃燒器24是強(qiáng)制通風(fēng)燃燒器，該燃燒器產(chǎn)生強(qiáng)烈的漩渦以確保燃燒空氣與煙氣 的完全預(yù)混合。燃燒器24較佳地由氣體供應(yīng)燃料，該氣體通常是天然氣或煉油廠燃料氣， 但也可使用諸如氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、其它碳?xì)浠衔铩⒁谎趸技捌涓鞣N混合物 的其它煙氣。諸如氮?dú)狻⒍趸?、?或水蒸汽的各種添加劑和稀釋劑也可添加到或存在 于該氣體中。某些或全部燃料可以是液體或固體顆粒形式。也可使用諸如誘導(dǎo)通風(fēng)燃燒器、 自然通風(fēng)燃燒器、預(yù)混合燃燒器和局部預(yù)混合燃燒器之類的其它類型的燃燒器。如從圖2可以清楚看出的那樣，在所示實(shí)施例中，燃燒器24包括外部殼體32，該外 部殼體32襯有一層或多層前述類型的耐火襯里34。絕熱襯里35可設(shè)置在熱面耐火襯里 34與外部殼體32的內(nèi)表面之間。殼體32較佳地是圓筒形的，但可具有多邊形或其它構(gòu)造 的截面。該殼體32具有側(cè)壁36和相應(yīng)的相對(duì)上游端38和下游端40。有襯里的殼體32限 定開放的內(nèi)部前室42，該內(nèi)部前室42與設(shè)置在燃燒器24下游的氧化室12流體流動(dòng)連通。 由耐火材料制成的扼流部44可設(shè)置在燃燒器殼體32的下游端40處以提供從前室42向下 游氧化室12的直徑縮小的通道45。扼流部44可具有如圖所示的矩形截面或其可形成有 向內(nèi)傾斜的入口和出口端以形成更符合空氣動(dòng)力學(xué)的結(jié)構(gòu)。在某些應(yīng)用中，可省略扼流部44。
噴嘴組件46設(shè)置在燃燒器殼體32的上游端38處，以將可燃燃料和空氣混合物輸 送到前室42。在一實(shí)施例中，噴嘴組件46包括細(xì)長的、中心定位的燃料槍48，通過管道52 從燃料源50對(duì)該燃料槍48供以燃料。適當(dāng)?shù)牧髁空{(diào)節(jié)器54調(diào)節(jié)通往燃料槍48的燃料的 體積流率。燃料槍48終止于燃料末端56，該末端具有小孔(未示出)，由箭頭57標(biāo)示的燃 料流通過這些小孔排放到前室42內(nèi)。燃料槍48可以是沿軸向可動(dòng)的，從而燃料末端56的 定位可相對(duì)于周圍的喉結(jié)構(gòu)58而改變，該喉結(jié)構(gòu)具有截面減小區(qū)域，如下文更充分描述的 那樣。替代地，與燃料槍48或其它燃料槍(未示出)關(guān)聯(lián)的第二燃料末端可從第一燃料末 端56平移，從而燃料可在相對(duì)于喉結(jié)構(gòu)58的不同位置進(jìn)行噴射。燃料槍48由罐體59圍繞，其中有多個(gè)渦旋葉片60設(shè)置在圍繞罐體59周圍延伸 的環(huán)形開口內(nèi)。各渦旋葉片60安裝到間隔開的環(huán)63a和63b，環(huán)63a和63b與環(huán)形開口相 鄰固定到罐體59。最靠近燃料末端56設(shè)置的環(huán)63a的內(nèi)徑大致與罐體59的內(nèi)徑相等，從 而其不會(huì)阻礙流體在罐體59內(nèi)沿朝向燃料末端56的方向的流動(dòng)。另一環(huán)63b的內(nèi)徑小于 罐體59的內(nèi)徑，從而其用于阻礙流體在罐體59內(nèi)沿遠(yuǎn)離燃料末端56的方向的流動(dòng)。箭頭 61標(biāo)示的包含氧氣的燃燒空氣流或其它氧化劑流過渦旋葉片60進(jìn)入罐體59并隨后進(jìn)入前 室42內(nèi)。渦旋葉片60賦予燃燒氣體流以強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而輔助燃燒空氣與從燃料末 端56排放的燃料流的混合。燃燒空氣通過管道62從燃燒空氣源64供給到罐體59，并通過 流量調(diào)節(jié)器65來調(diào)節(jié)體積流率。也可使用其它機(jī)構(gòu)來賦予燃料流57與燃燒氣體流61的 所要求的混合。作為這些機(jī)構(gòu)的僅一個(gè)實(shí)例，通過賦予燃燒空氣以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè) 傾斜排放噴嘴將燃燒氣體流61輸送到罐體59內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，只要能夠以其它方式形成充 分的紊流以使燃料流57與燃燒空氣流61緊密混合，就不一定要賦予燃料流57或燃燒空氣 流61以漩渦運(yùn)動(dòng)?？稍诃h(huán)境溫度下將燃燒空氣流61和/或燃料流57供給到燃燒器24?；蛘?，可通 過熱交換器66預(yù)熱燃燒空氣流61和/或燃料流57，該熱交換器中通過在熱氧化器10內(nèi)發(fā) 生的燃燒過程或從其它適當(dāng)熱源供給熱量。燃燒空氣流61和燃料流57較佳地以足以迫使 流體流11向前流過氧化室12而沒有回流的壓力供給到燃燒器24。燃燒空氣流61的源64可包括工業(yè)生產(chǎn)液流68的一部分或全部，該工業(yè)生產(chǎn)液流 包含廢棄產(chǎn)物、有機(jī)化合物(包括揮發(fā)性有機(jī)化合物和半揮發(fā)性有機(jī)化合物)和/或有害 空氣污染物。這些化合物和污染物的實(shí)例包括碳?xì)浠衔铩⒑蚧衔?、含氯溶劑、商代烴 液體、二氧芑以及多氯聯(lián)苯。因此工業(yè)生產(chǎn)液流68可以是廢氣或工業(yè)、制造業(yè)或發(fā)電過程 的副產(chǎn)品。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)液流68的特定性質(zhì)和含氧量，燃燒空氣流源64也可包括大氣或 某些附加氧氣源。此外，工業(yè)生產(chǎn)液流68的一個(gè)或多個(gè)部分或全部可旁通燃燒空氣增壓室 59并可在一個(gè)或多個(gè)下游位置諸如通過噴射端口 70、71和/或72輸送到前室42和/或氧 化室12。噴射端口 70、71和72的數(shù)量和位置可以變化以適應(yīng)特定應(yīng)用。流量調(diào)節(jié)器73a-c 設(shè)置成允許調(diào)節(jié)工業(yè)生產(chǎn)液流68的各部分的流率。適當(dāng)?shù)倪^程控制器74用于監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié) 各種燃料、燃燒空氣和工業(yè)生產(chǎn)液流57、61和68的體積流率。過程控制器74可通過自動(dòng) 控制一個(gè)或多個(gè)流量調(diào)節(jié)器54、65和73a-c來調(diào)節(jié)流率?；蛘撸墒謩?dòng)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)流 量調(diào)節(jié)器54、65和73a-c。喉結(jié)構(gòu)58設(shè)置在前室42的上游端38，且在一實(shí)施例中，包括環(huán)形壁76，該環(huán)形壁76從兩端朝向截面面積減小的喉部78向內(nèi)聚合或縮小。喉結(jié)構(gòu)58設(shè)置在渦旋葉片60下 游，使得通過渦旋葉片60排放的燃燒空氣流61在進(jìn)入前室42之前必須穿過喉結(jié)構(gòu)58。喉 部78的內(nèi)徑可與安裝渦旋葉片60的環(huán)63b的內(nèi)徑大致相同。在啟動(dòng)模式期間，燃料末端56設(shè)置成使燃料流57在喉部78的中心線下游的第一 位置從燃料末端56排放。燃燒空氣流61在燃料流57的第一排放位置上游預(yù)選定距離的第 二位置從渦旋葉片60排放，從而兩個(gè)流在喉部78處或其下游首先混合在一起。在預(yù)選定的 燃燒空氣與燃料比率下，燃料末端56在喉部78下游的定位限制燃料與燃燒空氣的完全混 合，并使局部燃料濃度在易燃范圍內(nèi)，使得燃料在前室42內(nèi)以火焰方式燃燒。根據(jù)流動(dòng)條 件，火焰可從前室42延伸到氧化室12的上游部分內(nèi)。當(dāng)熱燃燒氣體流過氧化室12時(shí)，將 氧化室12的耐火襯里16加熱到預(yù)選定的溫度，該溫度能夠維持流過氧化室12的特定燃料 和空氣混合物的無火焰熱氧化。當(dāng)使用天然氣作為燃料源時(shí)，已證實(shí)本方法在約1，900 T 至約2，400 °F的預(yù)選定溫度范圍內(nèi)成功運(yùn)行。隨著對(duì)該設(shè)備和方法的進(jìn)一步優(yōu)化，相信預(yù) 選定溫度范圍可擴(kuò)展為從約1，700 °F至約3，000 0F。在耐火襯里16達(dá)到預(yù)選定溫度之后，該過程從啟動(dòng)模式切換到無火焰熱氧化模 式，在該模式中，輸送到氧化室12的流體流11的各成份被熱氧化?？稍趶膯?dòng)模式過渡到 無火焰熱氧化模式期間使用各種方法來熄滅流體流11內(nèi)的火焰。在所示實(shí)施例中，通過移 動(dòng)喉部78上游的燃料末端56來實(shí)現(xiàn)從啟動(dòng)模式到無火焰熱氧化模式的切換。燃料末端56 的該移動(dòng)使燃料流57在第二位置從燃料末端56排放，這使排出燃料末端56的燃料撞擊 在燃燒器喉部78上。因此使燃料流57和漩渦燃燒空氣流61在喉部78上游的位置相互接 觸，從而在混合物穿過喉部78之前使燃料流57與燃燒空氣流61能夠更完全地混合。由于 燃料流57和燃燒空氣流61的更完全混合，整個(gè)混合物的空氣對(duì)燃料比率低于易燃下限，且 在前室42內(nèi)消滅可見火焰。作為一替代方法，通過噴射端口 70輸送的燃料可用于啟動(dòng)模 式。在該實(shí)施例中，燃料末端56固定在喉部78上游的位置，且在達(dá)到預(yù)選定溫度之后燃料 閥(未示出)將燃料從噴射端口 70切換到燃料末端56。在任一情況下，由于從氧化室12 內(nèi)耐火襯里16傳遞的熱量，燃料和燃燒空氣混合物繼續(xù)在氧化室12內(nèi)進(jìn)行無火焰熱氧化， 而無需煙氣再循環(huán)，燃料流、燃燒空氣流和/或工業(yè)生產(chǎn)液流57、61或68的預(yù)熱，和/或無 需如現(xiàn)有技術(shù)過程中所要求的那樣在氧化室12內(nèi)使用床基體。在可見火焰熄滅后，煙氣中 的NOx含量顯著下降，包括下降到小于5、小于2和甚至小于Ippm干重，而CO含量并無增 加。當(dāng)不使用燃料分級(jí)時(shí)，在高達(dá)2，380 工作溫度下可持續(xù)實(shí)現(xiàn)小于2ppm干重的NOx 含量和小于Ippm干重的CO含量。即使在可見火焰中有14. 4%的燃料分級(jí)，在1990 °F的 運(yùn)行溫度下也已實(shí)現(xiàn)6-12ppm干重的NOx含量和小于Ippm干重的CO含量。燃料和流體流 11中其它成份的熱氧化釋放熱量，該熱量又繼續(xù)加熱耐火襯里16。根據(jù)具體的過程條件和 成份，所釋放的熱量持續(xù)過程能夠在無火焰熱氧化模式下運(yùn)行的時(shí)間。在某些條件和成份 下，認(rèn)為該過程在熱氧化模式中自維持無限長的時(shí)間。應(yīng)當(dāng)理解，也可以以其它方式來實(shí)現(xiàn)通過增進(jìn)燃料流57與燃燒空氣流61的混合 來防止局部濃度在易燃范圍內(nèi)而從啟動(dòng)模式切換到無火焰氧化模式。例如，如前所述，除了 使用單個(gè)軸向可動(dòng)燃料槍48，也可使用從第一燃料末端56軸向平移的第二燃料末端，從而 可在相對(duì)于喉結(jié)構(gòu)58和燃燒空氣流61的排放位置的不同軸向位置噴射燃料流57。在啟 動(dòng)模式期間，通過最靠近喉結(jié)構(gòu)58的燃料末端噴射燃料流57以防止燃料流57與燃燒空氣
10流61的徹底混合。然后在無火焰熱氧化模式期間，將燃料流57通到另一燃料末端以使燃 料流57和燃燒空氣流61更完全混合。此外，或替代地，為了增進(jìn)燃料流57與燃燒空氣流61的混合，在從啟動(dòng)模式過渡 到無火焰熱氧化模式期間可通過僅改變?nèi)剂狭?7相對(duì)于燃燒空氣流61的相對(duì)流率來改變 局部的燃燒空氣與燃料的比率。在啟動(dòng)模式期間，局部燃燒空氣與燃料的比率在易燃范圍 內(nèi)。為了過渡到無火焰熱氧化模式，可調(diào)節(jié)燃燒空氣與燃料的比率，使得局部比率足以在可 燃范圍之外，以熄滅在啟動(dòng)模式期間所使用的可見火焰。超過湍流焰速度是過渡到無火焰熱氧化模式期間熄滅可見火焰的一般方法。在啟動(dòng)模式期間，燃料流57與燃燒空氣流61的流率保持在湍流焰速度的上限以下。在無火焰 氧化模式期間，提高燃料流57和燃燒空氣流61中的一個(gè)或兩者的流率，從而混合物以高于 湍流焰速度的流率流動(dòng)，由此熄滅火焰并由于來自耐火襯里16的熱傳遞而使燃料和燃燒 空氣混合物在氧化室12內(nèi)熱氧化。又例如，除了將燃料和燃燒空氣混合物的流率增加到湍 流焰速度以上的速率，還可將湍流焰速度降低到燃料和燃燒空氣混合物的流率以下。這可 通過各種方式來實(shí)現(xiàn)。例如，在以前述方式從啟動(dòng)模式過渡到無火焰熱氧化模式期間，可通 過諸如移動(dòng)燃料噴射的位置來改變?nèi)紵?4的內(nèi)部流動(dòng)幾何特性。又例如，可將火焰保持 結(jié)構(gòu)(未示出)設(shè)置在前室42內(nèi)以在啟動(dòng)模式期間穩(wěn)定火焰。然后在過渡到無火焰氧化 模式期間可將火焰保持結(jié)構(gòu)移動(dòng)或改變以降低湍流焰速度，從而不再穩(wěn)定火焰。諸如當(dāng)在耐火襯里16冷卻到所要求的溫度以下在氧化室12內(nèi)需要額外熱量以維 持流體流11內(nèi)各成份的無火焰熱氧化時(shí)，該過程也可以預(yù)選定時(shí)間間隔在啟動(dòng)模式與無 火焰氧化模式之間循環(huán)。該冷卻可由通過氧化室12的外殼14的熱損失造成或由燃料、燃 燒空氣和/或工業(yè)生產(chǎn)液流57、61和68的冷卻效應(yīng)造成。根據(jù)所使用的具體過程和設(shè)備的條件，無火焰熱氧化可自維持諸如一個(gè)小時(shí)或更 長的一段時(shí)間(包括無限長)。如上文所指出的，在其它應(yīng)用中，可能需要對(duì)氧化室12增 加補(bǔ)充熱量以補(bǔ)償通過外殼14的熱損失和在低于進(jìn)行無火焰氧化的溫度下輸送到燃燒器 24或氧化室12的燃料、燃燒空氣和/或工業(yè)生產(chǎn)液流57、61和68中一個(gè)或多個(gè)的冷卻效 應(yīng)?？赏ㄟ^連續(xù)地或間歇地預(yù)熱燃料、燃燒空氣和/或工業(yè)生產(chǎn)液流，通過諸如具有或沒有 工業(yè)生產(chǎn)液流68的一部分的噴射端口 71和/或噴射端口 72的一個(gè)或多個(gè)噴射端口將補(bǔ) 充燃料引入氧化室12，通過以火焰模式燃燒補(bǔ)充燃料，通過使用電阻加熱元件和/或通過 在初始加熱模式下間歇地運(yùn)行燃燒器24來增加補(bǔ)充熱量。通過用可見火焰燃燒燃料來增 加該補(bǔ)充熱量可使NOx和CO含量增加，但總體含量會(huì)保持顯著低于通過以可見火焰方式持 續(xù)燃燒所有燃料來運(yùn)行熱氧化器10所產(chǎn)生的含量。在熱氧化器10在無火焰氧化模式運(yùn)行期間，包括燃料和燃燒空氣流57和61和可 選的工業(yè)生產(chǎn)液流68的流體流11作為預(yù)混合混合物被輸送到氧化室12，燃燒空氣與燃料 的比率是為正在進(jìn)行的具體應(yīng)用的所要求的運(yùn)行條件選擇的。燃燒空氣與燃料比率和燃燒 空氣流61和燃料流57的相應(yīng)流率通常調(diào)節(jié)成供給由燃料和流體流11的其它成份的熱氧 化所產(chǎn)生的足夠熱量，從而將熱氧化過程維持所要求的時(shí)長。此外，局部燃燒空氣與燃料比 率或流體流11內(nèi)的局部燃料濃度應(yīng)當(dāng)?shù)陀趯?duì)于所使用的特定燃料或燃料混合物的易燃下 限，或者流體流11、燃燒空氣流61和燃料流57中一個(gè)或多個(gè)的流率調(diào)節(jié)成流體流11的流 率在燃料和流體流11中其它可燃成份的湍流焰速度以上。例如，當(dāng)使用包括約95%甲烷的天然氣作為燃料時(shí)，可使用約為20 1或更高的燃燒空氣與燃料比率。只要燃燒空氣和 燃料濃度在前室42內(nèi)其混合物溫度下在易燃范圍以外，且流過氧化室12的流體流11中充 分預(yù)混合，則在氧化室12內(nèi)產(chǎn)生的熱氧化就是無火焰的?？蓪⑦^量空氣和/或諸如氮?dú)狻?二氧化碳和/或水蒸汽的稀釋劑注射到前室42內(nèi)以降低燃料濃度并由此保持在易燃下限 以下以降低不合要求的回火到前室42內(nèi)的幾率。扼流部44(如果有的話)通過增加從前 室42流入氧化室12內(nèi)的流體流11的速度并將前室42與從氧化室12發(fā)出的輻射屏蔽而 進(jìn)一步降低回火的幾率。稀釋劑的存在可提高燃料效率，因?yàn)闊o火焰過程能夠在燃燒空氣 流中含氧量較低時(shí)運(yùn)行。在上述無火焰過程中熱氧化的流體流11的各成份可以是能夠經(jīng)受熱氧化的任何 成份，諸如燃料、廢材料、有機(jī)化合物(包括揮發(fā)性有機(jī)化合物和半揮發(fā)性有機(jī)化合物)以 及各種類型的有害空氣污染物。在要求熱氧化器10僅作為燃燒器運(yùn)行的情況下，一種或多 種燃料可作為經(jīng)受熱氧化的流體流11的成份。換言之，本發(fā)明包含其中熱氧化器10不用 于從工業(yè)生產(chǎn)液流去除污染物的過程，而是用作提供用作它途(諸如下游設(shè)備31)的熱煙 氣的低NOx和低CO燃燒器的情況。燃燒器24提供用于預(yù)熱氧化室12和用于隨后在輸送到氧化室12之前預(yù)混合燃 料和燃燒氣體的便利機(jī)構(gòu)。但是，應(yīng)當(dāng)理解，氧化室12可通過替代或附加于燃燒器24的其 它熱源來進(jìn)行預(yù)熱。此外，燃料和燃燒空氣也可在進(jìn)入氧化室12之前或進(jìn)入氧化室12時(shí) 通過其它機(jī)構(gòu)來進(jìn)行預(yù)混合。因此，本發(fā)明包含其中無需使用燃燒器24且以其它方式供給 熱量的情況，或者燃燒器24是誘導(dǎo)通風(fēng)燃燒器、自然通風(fēng)燃燒器、預(yù)混合燃燒器或局部預(yù) 混合燃燒器的情況。本發(fā)明的過程不需要使用美國專利第5，165，884號(hào)中所使用類型的床基質(zhì)。因 此，氧化室12的開放內(nèi)部容積18的全部或幾乎全部可用于進(jìn)行無火焰熱氧化的流體流11 的流動(dòng)。于是，在本過程中避免了先前討論的床基質(zhì)的缺點(diǎn)，該過程還能夠?qū)崿F(xiàn)非常低的 NOx和CO含量。盡管在本發(fā)明的無火焰熱氧化過程中床基質(zhì)是不必要的，但在某些情況下 理想的是包括氧化室12內(nèi)的非流線本體或其它混合裝置以促進(jìn)流體流11的混合和/或穩(wěn) 定供給補(bǔ)充熱量的火焰(如果使用的話)。非流線本體或其它混合裝置也可用作前室42內(nèi) 的火焰保持結(jié)構(gòu)。如前所述，改變或移動(dòng)火焰保持結(jié)構(gòu)可改變流體流11內(nèi)燃料的湍流焰速 度，以促進(jìn)在其中燃料以可見火焰方式燃燒以最初加熱或預(yù)熱氧化室耐火襯里16的模式 與其中燃料通過來自耐火襯里16的熱傳遞而無被火焰地?zé)嵫趸哪Ｊ街g的過渡?？蓪⑴懦鲅趸?2的煙氣反應(yīng)產(chǎn)物輸送到排氣煙囪30以通到大氣。煙氣也可用 作熱交換介質(zhì)以在輸送到氧化室12之前預(yù)熱流體流11的一種或多種成份。此外，熱煙氣 可用在諸如過程加熱器、鍋爐、反應(yīng)器爐的下游設(shè)備31中，反應(yīng)器爐諸如乙烯裂解單元、氫 重整器等。以示例方式提供以下實(shí)例，這些實(shí)例并不表示對(duì)本發(fā)明總體范圍的限制。
實(shí)例1室溫下空氣形式的燃燒空氣通過渦旋葉片60以114，000scf/hr的流率被輸送到 前室42內(nèi)。室溫下天然氣形式的燃料通過燃料末端56以5，550scf/hr的流率被噴射到前 室42內(nèi)。用可見火焰將燃料和燃燒空氣混合物點(diǎn)燃并燃燒，直到氧化室12達(dá)到1，880 T 的溫度為止。一旦氧化室12這樣被預(yù)熱，則通過將燃料末端56從燃燒器喉部78的中心線拉回約3. 5英寸來使燃料和燃燒空氣在將混合物穿過燃燒器喉部78之前更完全地混合來 熄滅燃燒器火焰。燃料和燃燒空氣流率幾乎保持不變，且燃料和燃燒空氣的預(yù)混合流通過 燃燒器喉部78通入前室42而不存在可見火焰，且在燃料在火焰模式中燃燒所伴隨產(chǎn)生的 燃燒噪聲也消失了。由于來自氧化室12的預(yù)熱的耐火襯里16的熱傳遞，燃料在穩(wěn)定的無 火焰氧化過程中持續(xù)被氧化。無火焰氧化過程大致處于平衡，且測(cè)得NOx含量小于Ippm干 重且CO含量小于Ippm干重。該過程進(jìn)行8. 5小時(shí)且在燃燒器24緊接著的下游的氧化室 12內(nèi)的溫度由于通過氧化室12的外殼14的熱損失和以環(huán)境溫度輸送到燃燒器24的燃料 和燃燒空氣的冷卻效應(yīng)而被冷卻到1，500 溫度時(shí)關(guān)掉。當(dāng)過程關(guān)掉時(shí)，氧化室12的出 口溫度仍然處于1，880 °F。實(shí)例2
改變以下參數(shù)，重復(fù)實(shí)例1的測(cè)試(1)燃燒空氣流率降低到100，200scf/hr,以及 (2)通過將燃料分級(jí)而降低通過前室42的燃料流率?？?cè)剂狭魉偈?，500scf/hr，且被分 成85. 6%的燃料在噴射到前室42內(nèi)之前與所有的燃燒空氣流預(yù)混合，且其余的14. 4%燃 料通過設(shè)置在燃燒器24的緊接著的下游的氧化室12的兩個(gè)煙氣末端72進(jìn)行噴射。通過 煙氣末端噴射到氧化室12內(nèi)的燃料用可見火焰燃燒并設(shè)置成直接加熱耐火襯里16以穩(wěn)定 氧化室12內(nèi)的無火焰氧化過程。由于該增加的熱輸入，氧化室12的出口溫度為1，990 T。 由于燃料的一部分用可見火焰燃燒，所以NOx含量增加并從6至12ppm干重進(jìn)行變化。CO 含量保持在Ippm干重以下。故意在44. 5小時(shí)運(yùn)行時(shí)終止該測(cè)試，看上去該過程是自維持 的。隨后的測(cè)試顯示，可通過將燃料分級(jí)到燃燒器24下游的各氣體末端而實(shí)現(xiàn)約 2，000 °F、2，100 °F、2，200 °F、2，300 0F以及2，400 0F的甚至更高運(yùn)行溫度而不超過前室42 內(nèi)的易燃限值。即使在約2，000 °F的溫度下在使氧化室12內(nèi)流體流11與分級(jí)燃料緊密混 合的流率下，也已實(shí)現(xiàn)低于Ippm干重的NOx和CO含量。相信還可實(shí)現(xiàn)更高的溫度。實(shí)例3實(shí)例3所呈現(xiàn)的測(cè)試情況證實(shí)在耐火材料16充分預(yù)熱之后的情況下，超過湍流焰 速度以允許在空氣/燃料混合物在前室42內(nèi)的易燃下限以上進(jìn)行無火焰運(yùn)行。燃燒空氣流 率是245，640scf/hr,天然氣流率是18，357scf/hr,且熱氧化器運(yùn)行溫度是2，381 °F。燃燒 空氣和天然氣在前室42內(nèi)預(yù)混合以實(shí)現(xiàn)5. 87體積％的預(yù)混合燃料成份，這高于環(huán)境溫度 易燃下限(5體積％ )。該氧化過程未向前室42回火，表示超過了通過直徑減小通道45的 湍流焰速度。對(duì)該過程條件的NOx排放是1. 3ppm干重，CO排放不可探測(cè)(< Ippm干重)。實(shí)例 4通過將20，820scf/hr的CO2與62，280scf/hr的新鮮空氣組合產(chǎn)生14. 5體積％的 O2含量，由此產(chǎn)生低O2燃燒空氣的混合物。通過渦旋葉片60將低O2燃燒空氣輸送到前室 42內(nèi)。室溫下天然氣形式的燃料通過燃料末端56以5，475scf/hr的流率被噴射到前室42 內(nèi)。燃料和低O2燃燒空氣在前室42內(nèi)混合并排出到對(duì)燃料進(jìn)行無火焰氧化的熱氧化室12 內(nèi)。由于該氧化，產(chǎn)生的煙氣中的O2濃度是2體積％干重，CO濃度不可測(cè)，煙氣中NOx濃度 為1. 2ppm干重，且運(yùn)行溫度是1，941 T。該測(cè)試實(shí)例證實(shí)了熱氧化器10用低O2燃燒空氣 流、煙氣再循環(huán)流和/或低加熱值廢氣流運(yùn)行的能力。該測(cè)試還顯示與常規(guī)火焰型燃燒器 相比，無火焰過程將在燃燒空氣中較低O2含量下運(yùn)行。當(dāng)使用O2含量低的燃燒空氣源時(shí)可獲得熱效率，因?yàn)樾枰獙⑤^少的新鮮空氣添加到低02含量流來保持穩(wěn)定。常規(guī)燃燒器通常 需要環(huán)境溫度下燃燒空氣中高于18體積％的O2以進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行，而該測(cè)試證實(shí)了用燃燒 空氣中14. 5體積％ O2的穩(wěn)定運(yùn)行。從上文中可以看出，本發(fā)明可很好地實(shí)現(xiàn)上述所有目的和目標(biāo)以及該結(jié)構(gòu)所固有 的其它優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，某些特征和子組合是可利用的，且 可不涉及其它結(jié)構(gòu)和子組合地進(jìn)行 采用。這也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。由于可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種可能的實(shí)施例而不偏離其范圍，所以應(yīng)當(dāng)理解在此闡述 和附圖中所示的所有內(nèi)容都應(yīng)解釋為說明而非限制的含義。
權(quán)利要求
一種用于在具有內(nèi)部襯里的氧化室內(nèi)熱氧化各成份的方法，所述方法包括以下步驟(a)首先加熱所述氧化室襯里；以及(b)然后在由于來自所述被加熱的氧化室襯里的熱傳遞啟動(dòng)所述成份的熱氧化的條件下將所述成份輸送到所述氧化室。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述成份輸送到所述氧化室的所述步驟 包括將所述各成份在流體流中輸送到所述氧化室的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括在所述成份的所述熱氧化期間或之后 將所述流體流流過所述氧化室的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，包括在所述流體流穿過所述氧化室時(shí)在所 述液體流的所述成份中提供一種或多種燃料并保持所述氧化室內(nèi)的條件以由于來自所述 氧化室襯里的所述熱傳遞而熱氧化所述流體流中的所述一種或多種燃料的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述保持所述氧化室內(nèi)的條件以熱氧化所 述流體流中的所述一種或多種燃料的步驟包括在所述流體流穿過所述氧化室時(shí)使所述液 體流的所述一種或多種燃料的局部濃度低于易燃下限。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括通過改變所述氧化室內(nèi)的所述條件以 使所述流體流中的所述一種或多種燃料燃燒來再加熱所述氧化室襯里的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述改變所述氧化室內(nèi)所述條件的步驟包 括將所述一種或多種燃料的局部濃度改變到所述易燃下限以上。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述保持所述氧化室內(nèi)的條件以熱氧化所 述流體流中的所述一種或多種燃料的步驟包括使所述流體流以高于所述一種或多種燃料 的湍流焰速度的流率流過直徑縮小的通道。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括通過改變所述氧化室內(nèi)的所述條件以 使所述流體流中的所述一種或多種燃料燃燒來再加熱所述氧化室襯里的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，改變所述氧化室內(nèi)所述條件的所述步驟包 括將所述流體流的流率改變到所述一種或多種燃料的所述湍流焰速度以下。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，首先加熱所述氧化室襯里的所述步驟包括 在使所述成份燃燒的條件下將所述成份輸送到所述氧化室。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，首先加熱所述氧化室襯里的所述步驟包 括將所述成份在流體流中輸送到所述氧化室。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，首先加熱所述氧化室襯里的所述步驟包 括在所述流體流的所述成份中提供一種或多種燃料的步驟。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括使包含一種或多種燃料的流體流在初 始條件下流過所述氧化室以使所述一種或多種燃料燃燒以產(chǎn)生所述氧化室襯里的所述初 始加熱，并然后改變所述條件以由于來自所述氧化室襯里的熱傳遞而產(chǎn)生所述成份的所述 熱氧化的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述將所述成份輸送到所述氧化室的步 驟包括輸送包括所述一種或多種燃料的所述成份。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括進(jìn)一步改變所述條件以使所述一種或多種燃料燃燒并再加熱所述氧化室襯里。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，包括在所述成份的所述熱氧化的所述步 驟與再加熱所述氧化室襯里的所述步驟之間循環(huán)的步驟。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，改變所述條件的所述步驟包括將所述一 種或多種燃料的局部濃度從所述一種或多種燃料的易燃范圍內(nèi)改變到所述易燃范圍外。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，包括增進(jìn)所述流體流內(nèi)所述一種或多種 燃料的混合的步驟，以產(chǎn)生將所述一種或多種燃料的局部濃度從所述一種或多種燃料的易 燃范圍內(nèi)改變到所述易燃范圍外的所述步驟。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述改變所述條件的步驟包括將所述流 體流的流率從所述一種或多種燃料的所述湍流焰速度以下改變到所述湍流焰速度以上。
21.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，包括將作為所述流體流的所述成份的揮發(fā) 性有機(jī)化合物、半揮發(fā)性有機(jī)化合物和/或有害空氣污染物包含在內(nèi)的步驟。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，包括從工業(yè)生產(chǎn)液流向所述流體流添加 所述揮發(fā)性有機(jī)化合物、半揮發(fā)性有機(jī)化合物和/或有害空氣污染物的步驟。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括在所述氧化室內(nèi)的一部位將所述工 業(yè)生產(chǎn)液流的至少一部分添加到所述流體流的步驟。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括在將所述流體流輸送到所述氧化室 之前將所述工業(yè)生產(chǎn)液流的至少一部分添加到所述流體流的步驟。
25.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括在將所述流體流輸送到所述氧化室之 前將所述一種或多種燃料的至少一部分與所述流體流中的燃燒空氣預(yù)混合的步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，包括將包含所述燃料中的一種或多種燃 料的另一流體流引入所述氧化室并在所述氧化室內(nèi)燃燒所述另一流體流中的所述一種或 多種燃料以對(duì)所述氧化室增加補(bǔ)充熱量。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括將所述熱氧化保持大于一個(gè)小時(shí)的時(shí) 段的步驟。
28.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述流體流的所述成份中提供一種或多 種燃料的所述步驟包括提供選自以下組中的一種或多種的燃料天然氣、煉油廠燃料氣、氫 氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、其它碳?xì)浠衔?、一氧化碳及其混合物?br> 29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，包括在所述流體流中添加一種或多種稀 釋劑的步驟。
30.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述流體流的所述成份中提供一種或多 種燃料的所述步驟包括將天然氣作為所述一種或多種燃料之一包含在內(nèi)。
31.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，包括在使所述流體流過所述氧化室的所述 步驟之前預(yù)熱所述流體流中的至少一部分的步驟。
32.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，首先加熱所述氧化室襯里的所述步驟包括 將所述氧化室襯里加熱到1，800至3，000 圍內(nèi)的溫度。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，提供一種或多種燃料的所述步驟包括在 所述流體流的所述成份中包括天然氣的步驟。
34.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，首先加熱所述氧化室襯里的所述步驟包括通過在與所述氧化室流體流動(dòng)連通的燃燒器內(nèi)燃燒一種或多種燃料形成熱煙氣，并將所述 熱煙氣輸送到所述氧化室內(nèi)以將所述襯里加熱到預(yù)選定溫度的步驟。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，包括在首先加熱所述氧化室內(nèi)所述襯里 的所述步驟期間將所述一種或多種燃料在第一位置引入所述燃燒器內(nèi)腔內(nèi)并在所述第一 位置上游預(yù)選定距離的第二位置將燃燒空氣或另一氧化劑引入所述內(nèi)腔內(nèi)。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，包括使所述一種或多種燃料與所述燃燒 空氣更完全混合以使所述成份在所述氧化室內(nèi)進(jìn)行所述熱氧化的步驟。
37.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括防止所述流體流再循環(huán)的步驟。
38.一種用于在具有內(nèi)部耐火襯里的氧化室內(nèi)熱氧化包含一種或多種燃料的流體流中 各成份的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供包括可熱氧化成份的流體流和燃燒空氣，所述可熱氧化成份包括一種或多種 燃料；(b)在所述氧化室內(nèi)將所述耐火襯里加熱到預(yù)選定溫度；以及(c)然后在由于來自所述耐火襯里的熱傳遞而熱氧化所述成份而沒有所述流體流的再 循環(huán)的條件下使所述流體流穿過所述氧化室即。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，包括依次重復(fù)步驟(b)和(c)。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，提供流體流的所述步驟包括提供包括甲 烷和燃燒空氣的流體流。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，加熱所述氧化室內(nèi)所述耐火襯里的所述 步驟包括通過在與所述氧化室流體流動(dòng)連通的燃燒器內(nèi)燃燒所述一種或多種燃料形成熱 煙氣，并將所述熱煙氣輸送到所述氧化室內(nèi)以將所述襯里加熱到所述預(yù)選定溫度的步驟。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，包括在加熱所述氧化室內(nèi)所述襯里的所 述步驟期間將所述一種或多種燃料在第一位置引入所述燃燒器內(nèi)腔內(nèi)并在所述第一位置 上游預(yù)選定距離的第二位置將燃燒空氣引入所述內(nèi)腔內(nèi)的步驟。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，包括使所述一種或多種燃料與所述燃燒 空氣更完全混合以停止所述一種或多種燃料在所述燃燒器內(nèi)的燃燒同時(shí)使所述一種或多 種燃料的熱氧化能夠由于來自所述氧化室內(nèi)所述耐火襯里的熱傳遞而啟動(dòng)的步驟。
44.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，在使所述成份熱氧化的條件下使所述流 體流穿過所述氧化室的所述步驟包括使所述流體流內(nèi)所述一種或多種燃料的局部濃度在 所述一種或多種燃料的易燃范圍以外的步驟。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，包括通過將所述流體流中所述一種或多 種燃料的所述局部濃度改變到所述一種或多種燃料的所述易燃范圍內(nèi)來使所述一種或多 種燃料燃燒而再加熱所述耐火襯里的步驟。
46.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，在使所述成份熱氧化的條件下使所述流 體流穿過所述氧化室的所述步驟包括使所述流體流的流率高于所述流體流中所述一種或 多種燃料的湍流焰速度。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，包括通過將所述流體流的所述流率降低 到所述湍流焰速度以下以使所述一種或多種燃料燃燒來再加熱所述耐火襯里的步驟。
48.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，包括在所述成份的所述熱氧化之后從所述氧化室移除所述流體流并將所述流體流輸送到下游設(shè)備的步驟。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述下游設(shè)備選自以下一組過程加熱 器、鍋爐、反應(yīng)器爐、空氣加熱器、干燥器、燃?xì)廨啓C(jī)和熱交換器。
50.一種熱氧化器，包括氧化室，所述氧化室包括限定開放內(nèi)部容積的殼并具有上游端和下游端以及襯里；以及用于加熱所述襯里并用于使流體流中的成份存在于所述開放內(nèi)部容積時(shí)熱氧化的裝 置，所述熱氧化由于來自所述襯里的熱傳遞而進(jìn)行。
51.如權(quán)利要求50所述的熱氧化器，其特征在于，所述裝置包括在所述殼的所述上游 端的燃燒器，用于首先燃燒所述流體流中的一種或多種燃料，從而加熱所述襯里并熱氧化 所述一種或多種成份。
52.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括在所述成份的所述熱氧化期間維持所 述條件以獲得小于12ppm干重的NOx含量和小于lppm干重的CO含量。
53.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括在所述成份的所述熱氧化期間維持所 述條件以獲得小于5ppm干重的NOx含量和小于lppm干重的CO含量。
54.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括在所述成份的所述熱氧化期間維持所 述條件以獲得小于lppm干重的NOx含量和小于lppm干重的CO含量。
全文摘要
提供一種熱氧化器，其中工業(yè)生產(chǎn)液流中的廢氣在氧化室的大致整個(gè)內(nèi)部容積內(nèi)被熱氧化。熱氧化的進(jìn)行不存在火焰或僅有少部分的以火焰方式燃燒的一種或多種燃料。
文檔編號(hào)F23D3/00GK101874180SQ200880118679
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者B·C·約翰遜, N·S·彼得森 申請(qǐng)人:約翰津克公司