BR112012033031B1

BR112012033031B1 - sistema de geração de energia em uma fábrica de produtos químicos utilizando gás para combustão

Info

Publication number: BR112012033031B1
Application number: BR112012033031-4A
Authority: BR
Inventors: Jonh D. Hottovy
Original assignee: Chevron Phillips Chemical Company Lp
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2021-05-04
Also published as: US20160097532A1; EP2582926A2; BR112012033031A2; CN103328774A; CN103328774B; CA2802982A1; RU2013102521A; MX344213B; US20110308482A1; BR112012033031B8; MX2012014985A; RU2583315C2; CA2802982C; WO2011162960A3; WO2011162960A2; US9163564B2; ES2932984T3; EP2582926B1

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA GERAÇÃO DE ENERGIA E UMA FÁBRICA DE PRODUTOS QUÍMICOS UTILIZANDO GÁS PARA COMBUSTÃO. A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para recuperação de energia dos gases de combustão em fábricas de produtos químicos e refinarias. Os sistemas utilizam um motor para queimar uma porção do gás desviado do sistema de queima. O motor pode ser um motor alternativo, ou um queimador em um sistema de caldeira, entre outros. A energia gerada pela queima do gás de combustão é utilizada para alimentar um dispositivo de recuperação de energia. O dispositivo de recuperação de energia pode ser um gerador elétrico, um compressor ou uma caldeira a vapor, entre outros.

Description

FUNDAMENTOS

[0001] A presente invenção pretende de forma geral melhorar o impacto ambiental de fábricas de produtos químicos. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um método e um sistema para geração de energia, utilizando gás de combustão para alimentar um gerador de motor alternativo.

[0002] Esta seção destina-se a introduzir o leitor aos aspectos da técnica que pode estar relacionada a aspectos da presente invenção, que são descritos e/ou reivindicados abaixo. Acredita-se que esta discussão seja útil para fornecer informações básicas ao leitor para facilitar uma melhor compreensão dos diferentes aspectos das presentes técnicas. Consequentemente, deve ser entendido que essas instruções devem ser lidas a esta luz e não como admissões do estado da técnica.

[0003] As fábricas de produtos químicos e refinarias, referidas a seguir como fábricas, muitas vezes trabalham com materiais que podem ser explosivos, inflamáveis ou tóxicos. A descarga atmosférica desses gases pode ser indesejável. Para a eliminação desses gases sem descargas atmosféricas, a maioria das fábricas utilizam uma chama para queimar ou destruir de outra forma os gases.

[0004] As chamas são normalmente de combustão elevada localizadas em uma área remota nas fábricas. As chamas geralmente têm uma chama localizada em uma extremidade para a queima de gases residuais. Os sistemas de queima normalmente incluem a chama e a tubulação associada acoplando a chama aos vasos nas fábricas. Os gases que podem ser descarregados a partir dos vasos de processo dentro da fábrica são normalmente transportados pela tubulação do sistema de queima para a chama. O gás é queimado na chama na parte superior da combustão da chama, evitando a descarga livre dos gases para a atmosfera.

[0005] A chama de um sistema de queima é normalmente em queima de forma contínua na extremidade da chama para inflamar ou destruir quaisquer gases que sejam enviados do sistema para a chama. Para manter essa chama ardente e evitar áreas estagnadas na chama de segurança, uma quantidade substancial de gás inflamável é alimentada no sistema de queima. Este gás inflamável pode ser uma mistura de metano e outros hidrocarbonetos leves denominada gás combustível. O gás combustível aumenta o teor de energia do gás do sistema de queima para compensar quaisquer gases não inflamáveis, tal como o nitrogênio, que também tem sido liberado para a chama. Geralmente, um teor de energia mínimo de 300 unidades térmicas britânicas por pé cúbico padrão (BTU/SCF) de gás queimado pela chama é mantido à regulamentação que permite que uma fábrica assuma uma eficiência de 98% para a queima.

[0006] A mistura de gás combustível, com os outros gases descarregados do processo para o sistema de queima pode ser denominada gás de combustão. O gás de combustão pode incluir gases, vapores, líquido de vaporização, e assim por diante e pode representar uma perda de energia significativa para uma fábrica. Nesse sentido, técnicas para recuperar esta energia podem fornecer economias para uma fábrica de produtos químicos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] As vantagens da invenção podem se tornar aparentes ao ler a seguinte descrição detalhada e com referência aos desenhos em que:

[0008] A figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema que retira uma porção de um gás de combustão de um sistema de queima em uma fábrica de produtos químicos para executar um pacote de gerador do motor, de acordo com as modalidades;

[0009] A figura 2 é um desenho de um sistema de queima que retira uma porção do gás de combustão para alimentar um sistema de geração de energia, de acordo com uma modalidade das presentes técnicas;

[0010] A figura 3 é um desenho de um sistema de queima que desvia quase todo o gás de combustão para alimentar um sistema de geração de energia, mantendo-se a chama na condição de repouso fria, de acordo com uma modalidade das presentes técnicas;

[0011] A figura 4 é um fluxograma mostrando um procedimento de partida para um sistema de geração de gás de combustão, de acordo com uma modalidade das presentes técnicas;

[0012] A figura 5 é um fluxograma mostrando um esquema de controle para o motor do sistema de geração de gás de combustão, de acordo com uma modalidade das presentes técnicas;

[0013] A figura 6 é um fluxograma mostrando a operação de um sistema de geração de gás de combustão durante situações de pressão, de acordo com uma modalidade das presentes técnicas; e

[0014] A figura 7 é um diagrama em blocos de um processo de produção de poliolefina, de acordo com uma modalidade das presentes técnicas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ESPECÍFICAS

[0015] Uma ou mais modalidades específicas das presentes técnicas serão descritas abaixo. Em um esforço para fornecer uma descrição concisa destas modalidades, nem todos os recursos de uma implementação real são descritos no relatório descritivo. Deve ser apreciado que no desenvolvimento de qualquer implementação real, como em qualquer engenharia ou projeto, inúmeras decisões específicas de implementação devem ser feitas para atingir metas específicas dos desenvolvedores, como o cumprimento de restrições relacionadas à atividade e relacionadas ao sistema, que podem variar de uma implementação para outra. Além disso, deve ser apreciado que tal um esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, no entanto, seria um compromisso rotineiro do projeto, fabricação e manufatura para aqueles versados na técnica, tendo a vantagem desta divulgação.

[0016] Um sistema de queima pode representar uma perda significativa de energia em uma fábrica, devido, principalmente, o gás combustível usado manter o teor de energia do gás de combustão suficientemente alto para garantir a queima eficiente do processo de produção de gases para o sistema de chama de segurança. Métodos mais eficientes para a eliminação do gás de combustão proporcionaria significativos benefícios ambientais, energia e custo.

[0017] As presentes técnicas incluem sistemas e métodos que recapturar a energia de um gás de combustão, ao eliminar com eficiência o gás de combustão. Uma visão geral deste tipo de sistema pode ser ilustrada pelo diagrama em bloco da figura 1, que ilustra um sistema de fábrica 10 configurado para geração de energia. No sistema de fábrica 10, uma fábrica de produtos químicos 12 tem um acoplamento fluídico para um sistema de queima 14 para eliminação de gases residuais, como um gás de arraste usado para liberar os gases residuais para o sistema de queima 14. Um sistema de motor/gerador 16 pode ser conectado ao acoplamento fluídico entre a fábrica de produtos químicos 12 e o sistema de queima 14. Parte ou quase todo o gás de combustão pode ser desviado para o sistema de motor/gerador 16 em que é queimado e utilizado para gerar energia. Por exemplo, o sistema de motor/gerador 16 pode usar geradores, compressores, bombas, baterias, e similares para fornecer ou armazenar a energia. Os gases de escape do sistema motor/gerador 16 podem ser enviados para um conversor catalítico para diminuir ainda mais as emissões.

[0018] O uso do gás de combustão para geração de energia pode reduzir a quantidade de hidrocarbonetos não queimados, descarregado para a atmosfera e capturar energia que de outra forma seria perdida se os hidrocarbonetos fossem queimados em uma chama. Além disso, a energia fornecida à fábrica pode diminuir as emissões que viessem de outras instalações de geração, como uma fábrica de energia.

[0019] Embora a energia gerada possa ser utilizada para compensar a demanda de energia imediata da fábrica, como alternativa, a energia gerada pode ser armazenada para uso posterior. Por exemplo, a energia gerada à noite poderia ser usada para compensar o poder de custo mais elevado durante operações diurnas. O armazenamento de energia pode ser implementado por armazenar gases comprimidos, bombeando água nos reservatórios elevados, ou carregando bancos de bateria.

Sistema de queima a quente

[0020] Uma vista mais detalhada do sistema de fábrica 10 é mostrada no diagrama da figura 2. No sistema de fábrica 10, que pode ser denominado um sistema de queima a quente, apenas parte do gás de combustão é desviado, liberando uma porção do gás a ser queimado na chama. No sistema de fábrica 10, um ou mais vasos de processo 18 nas fábricas de produtos químicos 12 podem ser acoplados a uma chama de segurança 20. A chama de segurança 20 coleta gases descarregados a partir dos vasos de processo 18 e direciona os gases para a chama 22 para combustão. Geralmente, pressão diferencial fornece uma força motriz para os gases na chama de segurança 20. A fábrica de produtos químicos 12 pode incluir instalações de produção de químicos, tais como fábricas de polimerização de poliolefina, ou refinarias, entre outros. Consequentemente, os vasos de processo 18 podem incluir reatores, unidades de craqueamento, vasos de armazenamento, domos de ventilação da extrusora ou qualquer número de outras unidades de processo que pode ventilar ou aliviar um sistema de queima 14.

[0021] O vaso de processo 18 pode ser acoplado à chama de segurança 20 através de uma válvula de segurança de processo (PSV) 24, que protege o vaso de pressão excessiva. No que é normalmente uma condição anormal (fora da rotina) ou condição prejudicada, a pressão no vaso 18 pode exceder uma quantidade desejada ou especificada, e a PSV 24 abrirá, descarregando gás e líquido do vaso 18 e aliviando a pressão no vaso 18 (redução). A PSV 24 pode fechar após a pressão no vaso 18 é reduzida a uma quantidade suficiente.

[0022] O uso de sistemas de controle avançado pode fazer descargas não- rotineiras menos frequentes e assim a maioria do gás queimado na chama pode ser de descargas rotineiras, tais como através de linhas de passagem de chamas 26, válvulas de purga, vazamentos, e assim por diante. Gases ou líquidos provenientes de vasos de processo 18 na chama de segurança 20 podem incluir nitrogênio (por exemplo, usado para limpar o vaso 18), hidrocarbonetos e outros materiais. A composição de tal rotina descarrega-se em um processo de produção de poliolefina típico, em que modalidades das presentes técnicas podem ser aplicáveis, são descritas em detalhes abaixo.

[0023] Uma linha de gás combustível 28 pode ser conectada a um ponto 30 na chama de segurança 20 que é distante da chama 22. O gás combustível, que pode ser, por exemplo, metano ou uma mistura de hidrocarbonetos leves, pode ser usado para liberar o material por meio da chama de segurança 20, ajudando a transportar os materiais para a chama 22. Nesse sentido, este gás combustível pode ser denominado gás de arraste. O gás de arraste pode representar uma fonte significativa de energia perdida no sistema de queima 10. O gás de arraste também pode aumentar o teor de combustível do fluxo para a chama de segurança 20 para melhorar a combustão na chama 22.

[0024] A chama de segurança 20 se conecta a um tambor de separador de chama 32, que captura os líquidos 34 e impede ou reduz o transporte dos líquidos 34 para a chama 22. O tambor separador de chama 32 pode ter um orifício de limpeza 35 para permitir que os líquidos 34 sejam drenados. O tambor separador de chama 32 também pode ter uma ou mais represas 36, ou outras estruturas internas, para reduzir a probabilidade de líquidos entranhados, transportadas para a chama. Uma chama de segurança de abastecimento 38 transporta o gás da parte superior do tambor separador de chama 32 para a chama 22, onde este é queimado na chama 40 na extremidade.

[0025] Para ajudar a chama 40 a queimar o gás de forma eficiente e sem fumaça substancial, um soprador 42 pode ser usado para fornecer um fluxo de ar contínuo 44 para mistura com hidrocarbonetos na chama 40. Normalmente, um piloto 46 é continuamente aceso e atua uma fonte de ignição, se o teor de energia do gás na chama 22 cair muito para baixo para manter a chama 40. O piloto 46 pode ter uma fonte independente de gás piloto 48 (gás combustível) e de ar 50.

[0026] Além disso, o teor de energia do gás do sistema de queima 14 pode ser continuamente monitorado. Se o teor de energia cair muito para baixo para manter uma chama eficaz, gás combustível extra, além do valor adicionado como gás de arraste, pode ser adicionado para o sistema de queima 14. O monitoramento pode ser realizado usando um analisador de BTU 52, que tem uma torneira de entrada 54 ligada a uma das chamas de segurança 20 ou 38. Um fluxo de gás da chama de segurança 20 ou 38 é puxado para o analisador de BTU 52 através desta torneira de entrada 54, onde o teor de energia (ou seja, quantidade de BTU por unidade do gás) é determinado. Uma linha de controle 56 acoplada do analisador de BTU 52 a um acionador 58 em uma válvula 60 pode ser usada para ajustar a posição da válvula 60, facilitando o controle do fluxo de gás combustível de uma linha de gás combustível 62 para as chamas de segurança 20 e 38.

[0027] Além dos componentes de um sistema de queima 14 descrito acima, a figura 2 mostra o sistema de motor/gerador 16, que pode incluir um pacote de motor/gerador 64. O pacote de motor/gerador 64 pode gerar energia 66 queimando o gás da chama de segurança de abastecimento 38. O motor/gerador 64 pode incluir duas partes básicas. A primeira é um motor, que pode incluir qualquer número de diferentes máquinas utilizadas para a recuperação de energia térmica pela queima de um gás inflamável. Por exemplo, o motor pode ser um motor alternativo de combustão interna, uma turbina a gás, um queimador ou qualquer número de outros sistemas. Além disso, o gás de combustão pode fornecer o único combustível queimado no motor, ou pode ser misturado com uma fonte de combustível de qualidade superior, com a finalidade de reduzir variações de potência quando a qualidade do combustível na chama de segurança varia. Geralmente, o pacote de motor/gerador 64 pode ser adaptado para queimar um combustível de baixa qualidade ou de baixo BTU. Um exemplo de tal pacote de motor/gerador 64 é o motor alternativo, discutido abaixo.

[0028] A segunda parte do pacote do motor/gerador 64 é um gerador de energia, que pode incluir um compressor acoplado mecanicamente a um eixo do motor ou um gerador elétrico. Alternativamente, o gerador de energia pode ser uma caldeira que gera vapor para uso na fábrica ou em geradores de turbina. O motor de escape pode ser processado em uma unidade de tratamento 70 antes de ser liberado para a atmosfera. A unidade de tratamento 70 pode incluir os conversores catalíticos, filtros de partícula ou qualquer número de outros sistemas de controle de poluição, incluindo combinações adequadas dos mesmos.

[0029] Uma válvula 72 pode isolar o pacote de motor/gerador 64 da chama de segurança de abastecimento 38. Uma vez aberta, a válvula 72 permite que o gás flua a partir da chama de segurança de abastecimento 38 na entrada de um soprador 74, onde o gás é comprimido. A pressão diminuída na entrada para o soprador 74 fornece a força motriz para puxar o gás da chama de segurança de abastecimento 38 para a queima do motor/gerador de 64. O gás comprimido do soprador 74 é então liberado para a linha de entrada 76 do pacote de motor/gerador 64. Uma válvula 78 com um acionador 80 pode permitir que uma quantidade adicional de gás combustível a ser introduzida na linha de entrada 76 a partir da linha de gás combustível 62. A introdução do gás combustível puro à linha de entrada 76 pode ser benéfica durante a inicialização do pacote motor/gerador 64. Durante operações normais, esta válvula 78 pode ser fechada, permitindo que o mecanismo escoe os gases retirados da chama de segurança de abastecimento 38.

[0030] A velocidade do pacote motor/gerador 64 pode ser controlada pela pressão nas chamas de segurança 20 e 38, como também discutido em relação à figura 5, abaixo. Um controlador de pressão 82 monitora a pressão nas chamas de segurança 20 e 38. O controlador de pressão 82 pode ter uma conexão de controle 84 para o controle de velocidade do pacote motor/gerador 64, aumentando a velocidade quando a pressão nas chamas de segurança 20 e 38 aumenta, e diminuindo a velocidade quando a pressão nas chamas de segurança 20 e 38 diminui. Durante a operação normal, os gases das chamas de segurança 20 e 38 são queimados no pacote motor/gerador 64 que é usado para gerar energia 66.

[0031] Na modalidade discutida em relação à figura 2, nenhuma obstrução é colocada na linha de chama de abastecimento 38 entre o tambor separador de chama 32 e a chama 22. Desse modo, a quantidade total de gás queimado no pacote motor/gerador 64 pode ser cuidadosamente controlada para impedir que a chama 40 que se apague. Além disso, se a pressão na entrada do soprador 74 for reduzida demasiada, o ar pode ser aspirado pela chama 22, com a possibilidade de criação de uma atmosfera inflamável indesejavelmente na chama 22 (abaixo da extremidade da chama 22) ouna chama de segurança de abastecimento 38. Uma linha de fundo de derramamento com a válvula de controle e arrefecimento (não mostrado) pode ser usada para evitar baixa pressão de sucção para o soprador 74. Esta linha de fundo de derramamento pode prevenir a formação de um vácuo na entrada, que pode levar o ar à infiltração na linha de entrada 76 e a potencial formação de mistura inflamável na linha de entrada 76. Em automação com pressões elevadas da válvula 72 pode permitir que esta controle a pressão de entrada para soprador 74 em um nível aceitável. Alternativamente, a necessidade de um controle preciso, ou uma linha de fundo de derramamento, pode ser diminuída, isolando a chama 22 da chama de segurança 38 com fluxo na chama 22 somente durante a inicialização ou uma grande descarga do processo de abastecimento. Sistema de Queima a Frio

[0032] Outra modalidade atualmente contemplada de um sistema que pode ser útil para recuperar a energia de um fluxo de gás de combustão é mostrada no desenho de tubulação da figura 3. Neste sistema, o que pode ser denominado um sistema de queima a frio 90, substancialmente todo o gás de combustão de operações normais é desviado para o pacote de motor/gerador 64, com apenas o queimador piloto 46 normalmente aceso na extremidade da chama 22. Como discutido abaixo, um vaso 92 tendo em que uma represa de líquido 94 (por exemplo, de água) pode ser disposto na chama de segurança de abastecimento 38 entre o tambor separador de chama 32 e a chama 22 para facilitar o controle da pressão no sistema de queima a frio 90 durante o alto volume de descarga de processo. Outro equipamento é similar ao discutido em relação à figura 2, acima.

[0033] No vaso 92, uma chama de segurança 96 da chama de abastecimento de entrada 38 se estende abaixo da superfície da água 98 da represa de líquido 94. O nível de água 100 acima da abertura 102 da tubulação de entrada 96 é usado para controlar a pressão máxima do sistema de queima a frio 90. Se esta pressão máxima for excedida, por exemplo, por uma grande descarga de gás ou pelo desligamento do pacote motor/gerador 64, o gás empurra para fora a tubulação de entrada 96, bolhas na água 98 e se direciona para a chama 22. O gás é então disparado na extremidade 99 da chama 22 pelo queimador piloto 46. O nível de água 100 acima da abertura 102 na tubulação de entrada 96 e, assim, a pressão máxima do sistema de queima 90, é mantido por um controlador de nível 104, que mede a pressão diferencial entre dois pontos 106 em um vaso 92. O controlador de nível 104 é conectado a um acionador 108, que pode controlar uma válvula 110 em uma linha de água 112 conectada ao vaso 92. O controlador de nível 104 abre a válvula 110, quando o nível de água 100 cai muito, permitindo que a água flua para o vaso 92 até que o nível de água 100 seja restaurado. Além disso, o vaso 92 pode ter uma válvula de drenagem 113 para diminuir o nível de água 100, ou para remover toda a água do vaso 92. A represa de líquido 94 pode ser combinada com o tanque separador de chama de saída 32 ou pode ser usado qualquer número de outros projetos que incorporam uma represa de líquido 94.

[0034] Uma linha de desvio 114 pode ser conectada através das linhas de entrada e saída ao vaso 92. Uma válvula 116 montada na linha de desvio 114 pode ter um acionador 118 para permitir que o vaso 92 seja remotamente desviado sob o controle do operador, conforme indicado pelo número 120, antes do arranque do pacote motor/gerador 64 de referência. Finalmente, uma linha de nitrogênio 122 poderá ser ligada ao vaso 92 para manter uma purgação de nitrogênio pequena através do vaso 92, a linha de chama de segurança de abastecimento 38 e parte externa da extremidade 99 da chama 22 para garantir que uma atmosfera inerte esteja presente através da tubulação a jusante do vaso 92. Procedimentos Operacionais para o Sistema de Queima a Frio

[0035] A figura 4 é um fluxograma que ilustra um exemplo de um procedimento 130 que pode ser utilizado para iniciar o sistema de queima a frio 90, de acordo com as modalidades das presentes técnicas. Referindo-se também à figura 3, o bloco 132 da figura 4 mostra que o sistema de queima 14 pode ser iniciado com a válvula de desvio 116 na posição aberta.

[0036] Alternativamente, o sistema de queima 14 pode ser iniciado com o vaso 92 vazio ou ter o nível de água abaixo da tubulação 96. Iniciar o sistema de queima 14 pode incluir purgar as chamas de segurança 20 e 38 para eliminar oxigênio e, em seguida, acender o queimador piloto da chama 46.

[0037] Uma vez que o queimador piloto 46 está operando, a linha de gás de arraste 28 pode ser aberta para o sistema de queima para iniciar um fluxo de gás de combustão inflamável para a chama 22.

[0038] Uma vez que o sistema de queima 14 é operacional, a fábrica 12 pode ser iniciada e operações estáveis obtidas, como mostrado no bloco 134. Isso envolverá muitas etapas diferentes que dependerão do tipo e tamanho da fábrica, entre outros fatores. Uma vez que a operação da fábrica 14 é estável, o pacote de motor/gerador 64 pode ser iniciado.

[0039] O pacote de motor/gerador 64 pode ser iniciado com a válvula de gás combustível 78 aberta para fornecer um combustível com alto teor de energia para o motor para arranque, como mostrado no bloco 136. Em seguida, o pacote de motor/gerador 64 pode ser mudado lentamente para gás de combustão iniciando soprador 74 e fechando a válvula de gás combustível 78, conforme mostrado no bloco 138. Neste momento, o pacote de motor/gerador 64 seria operado a uma velocidade lenta e consumiria menos do que todo o gás de combustão na chama deixando a chama principal queimar como descrito no caso de queima a quente. Como mostrado no bloco 140, depois de executar o pacote de motor/gerador 64 e a pressão da chama estar baixa, a válvula de desvio 116 pode ser fechada ou água adicionada ao vaso 92 da linha 112, até que a queima da chama 22 seja extinta, após o que substancialmente todo o gás de combustão poderá ser desviado para o pacote de motor/gerador 64. Quando a válvula de desvio 116 for fechada, ou o nível de água 100 aumentar acima da tubulação de entrada 96, o pacote de motor/gerador 64 está queimando todo o gás de combustão e controle do sistema de queima a frio 90 pode ser colocado sob controle automático, conforme mostrado no bloco 142.

[0040] Um exemplo de um procedimento 150 que pode ser usado para controlar o pacote de motor/gerador 64 durante a operação normal do sistema de queima a frio 90 é mostrado no diagrama de bloco da figura 5. Conforme mostrado no bloco 152, o procedimento 150 começa com o pacote de motor/gerador 64 girando em condições estáveis. A pressão do sistema de queima 14 pode ser usada para controlar a velocidade do pacote motor/gerador 64. Como mostrado no bloco 154, se a pressão do sistema de queima 14 aumentar além de um ponto de controle inserido anteriormente, a velocidade do motor pode ser aumentada, conforme mostrado no bloco 156, para queimar mais do que o gás de combustão. Se a pressão da queima cair a um ponto de controle inserido anteriormente, conforme mostrado no bloco 158, a velocidade do motor poderá ser reduzida, conforme mostrado no bloco 160, para diminuir a quantidade de gás combustível queimado. Após cada mudança de velocidade do motor, o controle reinicia após o bloco 152.

[0041] Esquemas de controle mais complexos podem ser usados para controlar a velocidade do pacote motor/gerador 64 e, portanto, a pressão do sistema de queima 14. Por exemplo, um controlador de (PID) proporcional- integral-derivativo pode usar a pressão no sistema de queima como uma entrada e a velocidade do pacote motor/gerador 64 como uma saída. Quando devidamente sintonizado, um controlador de PID continuamente ajusta a velocidade do pacote motor/gerador 64 baseada na pressão no sistema de queima 14, aumentando ou diminuindo a velocidade do motor para manter a pressão de alargamento constante. Sistemas de controle mais avançados, como esquemas de lógica difusa, podem ser desejáveis para controlar a velocidade do motor com base na pressão da queima, como estes esquemas podem ter variações incrementais inferiores em potência.

[0042] Por exemplo, em um esquema de controle de lógica difusa a pressão no sistema de queima 14 seria permitida variar dentro de pequenos intervalos ajustáveis, com a velocidade do motor variada de forma em etapas, dependendo da faixa de pressão atual. Se a pressão entrar em um intervalo de pressão elevada, por exemplo, a velocidade do motor poderá ser ligeiramente aumentada, por exemplo, incrementalmente acelerada, para queimar mais gás de combustão e assim diminuir a pressão no sistema de queima 14. Por outro lado, se a pressão entrar em um intervalo menor, a velocidade do motor poderá ser ligeiramente reduzida, por exemplo, incrementalmente reduzida, para permitir que a pressão no sistema de queima 14 aumente. Além disso, as entradas dianteiras de abastecimento de sensores de pressão de queima ou operadores do equipamento conectados à chama, poderiam ser usados para controlar o pacote de motor/gerador 64 ou colocar em modo de segurança, se ocorrer uma grande descarga para a chama de segurança.

[0043] Pode ser usado qualquer número de esquemas de comando combinados. Por exemplo, um esquema de controle de lógica difusa pode ser combinado com um controlador PID, em que o controlador PID fornece alterações pequenas, regulares na velocidade do pacote do motor/gerador 64, embora o esquema de lógica difusa possa impedir a superação do controlador PID que poderia levar a oscilação da velocidade do motor e, assim, variações na potência de saída.

[0044] Se o pacote de motor/gerador 64 tiver parado de funcionar, conforme mostrado no bloco 162, diversos procedimentos poderão ser automaticamente ou manualmente implementados para se preparar para o retorno ao funcionamento normal. Conforme mostrado no bloco 164, o status de ignição da chama 22 pode ser confirmado para garantir se quaisquer gases descarregados serão queimados. Isso pode ser realizado por uma verificação visual do status do queimador piloto de chama 46 por um operador, por exemplo, usando uma câmera de imagem para garantir que o queimador 46 esteja aceso.

[0045] Outras técnicas, como um aquecimento de medição com um sensor de temperatura (termopar) disposto no queimador 46 podem ser usadas para garantir automaticamente que o queimador piloto de chama 46 esteja aceso. Também pode ser utilizada uma combinação dessas técnicas. Se o queimador piloto de chama 46 não estiver aceso, poderá ser efetuado antes do gás atingir a extremidade 99. Qualquer número de técnicas pode ser usado para inflamar a chama 22. Por exemplo, um dispositivo de ignição remoto (não mostrado) pode ser usado para fornecer uma faísca, acendendo o queimador piloto 46.

[0046] Uma vez que o status de ignição da chama 22 foi confirmado, a válvula de desvio da chama 116 pode ser aberta, ou a válvula de dreno 113 aberta para descarregar a água 98, que pode diminuir a pressão do sistema de queima a frio 90, conforme mostrado no bloco 168, permitindo que o gás de combustão flua diretamente para a chama 22. O gás de combustão pode então ser inflamado pelo queimador piloto de chama 46 na extremidade 99 da chama 22, e posteriormente ser queimado. Conforme mostrado no bloco 170, uma determinação pode ser feita para reiniciar o processo. Se for tomada a decisão de retomar, como mostrado no bloco 172, o procedimento reinicia os atos no bloco 134, como discutido em relação à figura 4. Se não for retomado, o processo encerra no bloco 174.

[0047] O pacote de motor/gerador 64 geralmente terá um limite na quantidade de gás de combustão que pode ser queimado. Caso de muito gás de combustão ser liberado de um vaso de processo a ser queimado pelo pacote de motor/gerador 64, o excesso de gás apurado poderá ser queimado na chama 22. Por exemplo, uma sequência de eventos que pode acontecer no caso de uma descarga do excesso de gás é mostrada no fluxograma da figura 6. Quanto à figura 5, este procedimento 180 pode começar com operações estáveis do pacote de motor/gerador 64, conforme mostrado no bloco 182. Em caso de grande volume ou descarga de alta pressão, o gás será descarregado através da tubulação de entrada 96, (ou seja, tubo de inclinação) no vaso 92 e represa de líquido 94, conforme mostrado no bloco 184. Conforme mostrado no bloco 186, o gás será inflamado pelo queimador piloto de chama 46, que geralmente permanece aceso em todos os momentos.

[0048] A pressão excessiva pode provocar a execução do pacote de motor/gerador 64 em toda velocidade, como discutido em relação à figura 5. No bloco 188, o operador da fábrica pode ser solicitado se o pacote de motor/gerador 64 puder continuar a operar. O pacote de motor/gerador 64 pode ser interrompido por qualquer número de razões, por exemplo, para estabilizar as operações da fábrica sem causar variações dos níveis de energia, entre outros. Se a descarga for transiente ou não-crítica, como mostrado no bloco 190, o pacote de motor/gerador 64 poderá continuar funcionando em funcionamento automático para queimar como muito do gás de combustão quanto possível, com qualquer excesso de gás sobre a capacidade do pacote de motor/gerador 64, consumido durante a chama 22. No entanto, o pacote de motor/gerador 64 pode ser interrompido, conforme mostrado no bloco 192. Se o pacote de motor/gerador 64 for interrompido, no bloco 194, uma decisão pode ser feita para reiniciar o motor. Se o pacote de motor/gerador 64 precisar ser reiniciado, no bloco 196 o processo seria então retomado com os atos a partir de bloco 134, discutido em relação à figura 4. Se o processo não for reiniciado este encerrará no bloco 198. Sistema Exemplar Usado em uma Fábrica de Poliolefina

[0049] Como discutido acima, o sistema de recuperação de energia 10 das presentes técnicas pode ser usado com qualquer número de fábricas de produtos químicos diferentes 12, incluindo refinarias e instalações de produção química. Por exemplo, sem se limitar à aplicabilidade das técnicas atuais para qualquer um tipo de fábrica, a modalidade atualmente prevista das presentes técnicas pode ser usada para recuperar a energia do gás de combustão em um processo de produção de poliolefina. Um processo de fabricação exemplar 200 para produzir poliolefinas, tais como homopolímero de polietileno, homopolímero de polipropileno e/ou copolímeros dos mesmos, é representado no diagrama de bloco na figura 7. Cada etapa do processo pode ter descargas rotineiras que são enviadas para o sistema de queima 14, como discutido abaixo. Abastecimentos não-rotineiros não são especificamente detalhados, mas podem incluir materiais inflamáveis e não-inflamáveis, por exemplo, o nitrogênio utilizado para remoção de hidrocarbonetos de vasos, ou gases e líquidos de descargas de pressão excessiva, entre outros. Como descrito acima em relação à figura 6, descargas não-rotineiras podem ser enviadas para um sistema de queima 14 para ignição ou podem ser queimadas em um sistema de motor/gerador 16 para recuperação de energia.

[0050] Como mostrado na figura 7, diversos fornecedores 202 podem fornecer matérias-primas de reator 204 para o sistema de fabricação 200 através de oleodutos, caminhões, cilindros, tambores, e assim por diante. Os fornecedores 202 podem incluir instalações fora do local e/ou no local, como, por exemplo, fábricas de olefina, refinarias, fábricas de catalisador, e similares. Exemplos de matérias-primas possíveis 204 incluem monômeros de olefina e comonômeros (tais como etileno, propeno, buteno, hexeno octeno e deceno), diluentes (tais como propano, butano, isobutano, hexano, heptano e seus isômeros ou misturas), agentes de transferência de cadeia (tal como hidrogênio), catalisadores (tais como catalisadores de Ziegler e catalisadores de Ziegler-Natta, catalisadores de cromo e catalisadores de metaloceno), co-catalisadores (tais como alquil trietilalumínio, trietilboro, e aluminoxano de metila), e outros aditivos. Hidrocarbonetos e nitrogênio podem ser emitidos para a chama de diversos pontos no transporte e armazenamento de matérias-primas 204, por exemplo, purgar linhas de hidrocarbonetos após a utilização, ou limpeza de vasos de armazenamento para o serviço, entre outros.

[0051] As matérias-primas 204 são fornecidas a um sistema de reator de abastecimento 206, onde estas podem ser armazenadas, tais como armazenamento de monômeros e tanques de abastecimento, vasos de diluente, tanques de catalisador, cilindros de cocatalisador e tanques, e assim por diante. No sistema de abastecimento 206 as matérias-primas 204 podem ser tratadas ou transformadas antes da sua introdução como abastecimento 208 para o sistema de reator 210. Por exemplo, as matérias-primas 204, tais como monômero, comonômero e diluente, podem ser enviadas através de leitos de tratamento (por exemplo, leitos de peneira molecular, embalagem de alumínio, etc.) para remover venenos de catalisador. Tais venenos de catalisador podem incluir, por exemplo, água, oxigênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono e compostos orgânicos contendo enxofre, oxigênio ou halogênios. Venenos de catalisador gasosos, separados das matérias-primas no processo de tratamento, podem ser enviados para o sistema de queima 14 como uma descarga rotineira. O monômero de olefina e comonômeros podem ser um líquido, um gás ou um fluido supercrítico, dependendo do tipo de reator sendo abastecido. Além disso, normalmente apenas uma quantidade relativamente pequena de diluente de composto fresco como matéria-prima 204 pode ser adicionada, com uma maioria de diluente abastecido ao sistema de reator 210 recuperado a partir do efluente do reator.

[0052] O sistema de reator 210 pode incluir um ou mais vasos do reator de polimerização, tal como com polímero sólido disperso em uma fase líquida contínua, gasosa ou supercrítica ou um líquido de polímero dissolvido ou disperso em um líquido. Em alguns casos, o sistema de reator 210 pode incluir combinações dos reatores de fases gasosa e líquida, bem como combinações de diversos líquidos ou diversos reatores de fase gasosa. Se diversos reatores compreendem o sistema de reator 210, os reatores podem ser organizados em série, em paralelo ou em qualquer outra combinação ou configuração apropriada. Geralmente, as descargas rotineiras provenientes de reatores para o sistema de queima 14 não são esperadas.

[0053] Nos vasos do reator de polimerização, um ou mais monômeros de olefinas são polimerizados para formar um produto incluindo partículas de polímero, normalmente denominadas fluff. A partícula fluff pode possuir uma ou mais propriedades de fusão, físicas, reológicas, e/ou mecânicas de interesse, tais como densidade, índice de derretimento (MI), taxa de fluxo de fusão (MFR), teor de copolímero ou comonômero, módulo e cristalinidade. Um ou mais catalisadores que facilitam a polimerização do monômero normalmente são adicionados aos vasos do reator de polimerização. O catalisador ou os catalizadores podem ser selecionados para alcançar as propriedades da partícula fluff desejada para cada polímero de componente na resina multimodal. Além disso, as condições de reação, tais como temperatura, pressão, vazão, agitação mecânica, partida do produto, concentrações do componente, taxa de produção de polímeros, e assim por diante, também podem ser selecionadas para alcançar as propriedades desejadas.

[0054] Se o reator ou reatores forem de fase líquida, um diluente normalmente será abastecido no reator. O diluente pode ser um hidrocarboneto inerte que é um líquido nas condições de reação, tais como o isobutano, propano, n-pentano, i-pentano, neopentano, n-hexano, ciclo-hexano, ciclopentano, metilciclopentano, etilciclo-hexano, e similares. Um objetivo do diluente é geralmente suspender as partículas de catalisador e polímero dentro do reator (por exemplo, na circulação da suspensão de polímero em um reator de circuito fechado). O diluente também está presente para transportar o calor apurado a partir da reação de polimerização para os reatores de superfícies de arrefecimento.

[0055] A descarga 212 dos reatores dentro do sistema de reator 210 pode incluir a partícula fluff de polímero, bem como os componentes não-poliméricos, tais como diluente, monômero/comonômero não reagido, e catalisador residual. A descarga 212 pode ser tratada posteriormente, como por um sistema de recuperação de diluente/monômero 214, para separar componentes não- poliméricos 216 (por exemplo, monômero de diluente e não-reagido) da partícula fluff de polímero 218. O sistema de recuperação de diluente/monômero 214 pode ter uma recuperação rápida de baixa pressão do diluente/monômero com uma compressão de recilagem associada ou pode eliminar esta etapa de processo usando apenas uma rápida pressão elevada.

[0056] Com ou sem a rápida baixa pressão, os componentes não- poliméricos recuperados não tratados 216 podem ser adicionalmente processados, tal como por um sistema de fracionamento 220, para remover os componentes indesejáveis leves e pesados. O sistema de fracionamento 220 pode ser uma fonte significativa de descargas rotineiras para um sistema de queima quando componentes não-reativos podem ser retirados dos componentes não-poliméricos 216 antes de retornarem para o sistema de abastecimento 206 para uso como abastecimento 208 para o sistema de reator 210. Por exemplo, a remoção de etano a partir de componentes não-poliméricos 216 impede o seu acúmulo no sistema de reator 210. O etano é rotineiramente liberado na chama para eliminação. Além disso, pequenas quantidades de hexano e hexeno também podem ser emitidas para o sistema de queima 90 do sistema de fracionamento 220 para evitar que estes compostos se acumulem nos componentes não- poliméricos 216. Outros componentes também podem ser emitidos para o sistema de queima 14, incluindo o nitrogênio, entre outros.

[0057] Os fluxos de produto fracionados 222, em seguida, podem ser retornados para o sistema de reator 210 através do sistema de abastecimento 206. Por outro lado, os componentes não-poliméricos 216 podem reciclar mais diretamente para o sistema de abastecimento 206 (como indicado pelo número de referência 224), evitando o sistema de fracionamento 220 e evitando assim o consumo de energia do sistema de fracionamento 220. Com efeito, em determinadas modalidades, até 50 a 95% de diluente do reator evitam o sistema de fracionamento 220 no percurso para o sistema de reator 210. O abastecimento de reciclagem direta transporta os componentes não reativos de volta para o reator e não é uma fonte de descarga para o sistema de queima 14.

[0058] Além disso, na área de recuperação de diluente 214, a partícula fluff de polímero do produto é normalmente purgada com nitrogênio ou outros gases inertes para remover diluente de hidrocarboneto, monômeros e outros componentes da partícula fluff. A purgação pode reduzir os resíduos nas partículas fluff de polímero para níveis baixos antes da extrusão no sistema 226 para que os usuários finais do produto não sejam expostos aos hidrocarbonetos residuais. A mistura de nitrogênio e hidrocarbonetos da purga é normalmente enviada para um sistema de recuperação (não mostrado), onde a maioria dos hidrocarbonetos são reciclados de volta para o reator através do fluxo 216 e algum nitrogênio pode ser reciclado para o sistema de purgação. Para evitar acúmulo de etano e etileno em nitrogênio recuperado, uma parte do nitrogênio recuperada é enviada para a chama de segurança 20 para a sua eliminação. Isso pode ser outra fonte significativa de descargas rotineiras para um sistema de queima 14.

[0059] Em sistemas de extrusão/transferência 226, a partícula fluff 218 é normalmente eliminada para produzir péletes de polímero 228 com características de fusão, físicas, e mecânicas desejadas. Em geral, os péletes de poliolefina, em seguida, podem ser transportadas para uma área de transferência do produto onde os péletes podem ser armazenados, misturados com outros péletes, e carregados em vagões, caminhões, sacos, e assim por diante, para distribuição a clientes 230.

[0060] Em uma grande instalação de poliolefina exemplar, como descrito acima, o fluxo de gases para o sistema de queima 14 pode ter uma média de cerca de 5000 libras/hora ou cerca de 68.000 pés cúbicos padrão por hora. Em uma média de valor de cerca de 455 BTU/SCF de aquecimento, isso corresponde a cerca de 30 milhões de BTU/hora. O fluxo de gases para o sistema de queima 14 não está limitado a essas quantidades. Dependendo do tamanho da fábrica, a descarga pode ser muito menor ou muito maior. Por exemplo, em uma pequena fábrica, o fluxo de gases para o sistema de queima 14 pode ser 2000 libras/hora, 1000 libras/hora, 500 libras/hora ou até menos.

[0061] Por outro lado, em grandes fábricas o fluxo de gases para a chama pode ser 10.000 libras/hora, 20.000 libras/hora, 60.000 libras/hora ou ainda maior. Quando a utilização de diversas chamas de segurança pode ser comum em grandes fábricas, podem ser utilizados diversos dispositivos de recuperação de energia.

[0062] A quantidade de gases que flui para o sistema de queima 14 pode influenciar na seleção do motor/gerador 64. Por exemplo, para uma fábrica maior, um queimador utilizado para gerar vapor para utilitários de fábrica ou geração de energia secundária pode ser mais eficiente do que outras opções. Como alternativa, para os sistemas menores, um motor alternativo alimentando um gerador elétrico ou compressor pode ser selecionado.

[0063] Por exemplo, um pacote de motor/gerador 64 que pode ser usado em modalidades atualmente contempladas das presentes técnicas usa um motor alternativo e pode estar disponível a partir de Cummins Power Generation. Este pacote de motor/gerador 64 pode desenvolver potencialidades em combustível tão diluído quanto 40% de metano em volume e executar em potência reduzida em concentrações de até 30% em volume de metano. Um pacote de motor/gerador 64 consome 16 milhões de BTU/hora do gás combustível, gerando cerca de 1750 quilowatts (KW) de energia elétrica.

[0064] Usando um único pacote de motor/gerador 64 queimando cerca de 16 milhões BTUs/hora, conforme descrito acima, cerca de metade de cerca de 30 milhões BTUs/hora de gás de combustão da fábrica de poliolefina exemplar poderiam ser consumidos, gerando cerca de 1,75 megawatts (MW) de eletricidade. O restante do gás de combustão poderia ser enviado para a chama em um sistema de queima 14 para combustão, conforme descrito em relação à figura 2. Além disso, o excesso de gases pode ser comprimido e armazenado para posterior combustão no pacote de motor/gerador 64.

[0065] Se a recaptura de energia adicional for desejável, dois pacotes de motor/gerador 64, cada queima de 16 milhões BTUs/hora poderia ser usada em conjunto com o sistema de queima 14. Quando a energia total disponível é menor do que a capacidade dos dois pacotes de motor/gerador, a energia elétrica gerada é superficialmente menor do que duas vezes a 1,75 MW, com os motores funcionando a uma velocidade inferior.

[0066] Embora as técnicas divulgadas acima possam ser suscetíveis a diversas modificações e formas alternativas, as modalidades específicas foram mostradas a título de exemplo nos desenhos. No entanto, deve ser entendido que as técnicas não se destinam a limitar-se às formas particulares divulgadas. Em vez disso, as técnicas englobam todas as modificações, equivalentes e alternativas estando dentro do espírito e escopo de aplicação das técnicas definidas pelas seguintes reivindicações em anexo.

Claims

1. Sistema de geração de energia, caracterizado pelo fato de que compreende: um motor alternativo ou um queimador configurado para queimar um gás de baixo BTU, em que o gás de baixo BTU compreende um gás de combustão com um teor de energia maior do que cerca de 30% em volume de metano; um sistema de queima, compreendendo um gás de combustão, uma chama e uma chama de segurança acoplando fluidamente a chama a um vaso de processo em uma instalação de produção química; um conduíte divergindo da chama de segurança em um ponto entre a chama e o vaso de processo, acoplando fluidamente a chama de segurança e o motor alternativo ou o queimador, em que o conduíte é configurado para desviar pelo menos uma porção do gás de combustão da chama para alimentar o motor alternativo ou queimador; e um dispositivo de recuperação de energia alimentado pelo motor ou queimador.

2. Sistema de geração de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um soprador com uma entrada acoplada à chama de segurança, e uma saída acoplada na entrada do motor alternativo ou queimador, em que o soprador está configurado para aumentar a pressão do gás de combustão antes de alimentar o gás de combustão para o motor alternativo ou queimador.

3. Sistema de geração de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, uma represa de água acoplada entre a chama de segurança e a chama, em que a represa de água está configurada para desviar substancialmente todo o gás de combustão para o motor alternativo durante a operação normal.

4. Sistema de geração de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, uma fonte de combustível acoplada ao motor alternativo para fornecer combustível.

5. Sistema de geração de energia, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende, um conduíte de mistura configurado para misturar o combustível com o gás de combustão antes de alimentar a mistura ao motor alternativo.