BR112013011849B1

BR112013011849B1 - método e aparelho para reduzir as emissões de nox na incineração de gás residual

Info

Publication number: BR112013011849B1
Application number: BR112013011849-0A
Authority: BR
Inventors: William R. Williams; Daxiang Wang; Theis F. Clarke
Original assignee: Cabot Corporation
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2020-10-20
Also published as: MX341083B; FR2967360A1; NL2007772A; CZ2013341A3; WO2012064734A1; KR20130126634A; CA2817110A1; JP2014500942A; CA2817110C; FR2967360B1; US20130230432A1; CN103338840A; CN103338840B; ITTO20111042A1; CZ309201B6; MX2013005228A; US9192891B2; BR112013011849A2; AR083856A1; NL2007772C2

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA REDUZIR AS EMISSÕES DE NOX NA INCINERAÇÃO DE GÁS RESIDUAL. Métodos para o controle de emissões de NOx na incineração de gás residual são fornecidos, em quem o gás residual, que compreende NOx, precursores de NOx, ou ambos, é introduzido num combustor e diluente é introduzido no combustor para controlar a temperatura do combustor para uma temperatura de cerca de 950 °C a cerca de 1.100 °C. Os métodos são também fornecidos para a redução das emissões de NOx, através do controle de razão de ar-para-combustível num combustor de gás residual enquanto se controla a temperatura da chama de combustor através de injeções de diluente. Uma unidade de caldeira para a realização destes métodos é também fornecida. Um sistema para produção de negro de fumo usando a unidade de caldeira, também é fornecido.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Este pedido reivindica o beneficio sob o 35 USC § 119(e) do Pedido de Patente Provisório dos EUA anterior n° 61/412,823. Depositado em 12 de novembro de 2010, que é incorporado em sua totalidade por referência.

A presente invenção refere-se a métodos para reduzir emissões de NOX na incineração de gás residual. A presente invenção refere-se também a um aparelho para reduzir as emissões de NOX na incineração de gás residual.

Combustíveis carbonáceos e outros materiais orgânicos são queimados em uma ampla variedade de processos industriais. Reatores de fornos, motores de combustão, câmaras de combustão, caldeiras, fornos, aquecedores, geradores de gás quente, incineradores, incineradores de resíduos, e outros semelhantes são utilizados para queimar combustíveis carbonáceos. Este equipamento de combustão pode ser usado para produzir energia, resíduos de incineração e subprodutos, ou ambos. Durante um processo de combustão típico dentro de um forno ou caldeira, por exemplo, uma matéria-prima composta de hidrocarbonetos ou combustível é queimada na presença de oxigênio, e um fluxo de um gás de exaustão de combustão é produzido. Combustíveis carbonáceos podem ser forçados a queimarem mais completamente, e com emissões reduzidas de monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos não queimados, quando o excesso de ar é usado. 0 uso de excesso de ar pode permitir temperaturas de chama superiores. Infelizmente, a combustão a elevadas temperaturas pode gerar os óxidos de nitrogênio (normalmente referido como NOX) . Os radicais livres de nitrogênio e oxigênio no ar podem reagir em tais temperaturas elevadas de combustão para formar NOX térmico. NOX pode também ser formado como o resultado da oxidação de espécies contendo nitrogênio existentes no combustível, tais como os que podem ser encontrados no óleo combustível pesado, resíduos sólidos municipais, e carvão. As emissões de N0x são controladas por leis, diretivas, regulamentos e similares em muitos locais de operação dos equipamentos de combustão em todo o mundo. Um pós-tratamento de exaustão pode ser necessário para o equipamento de combustão a uma dada localização para atingir níveis de emissão de N0x complacente, inferior.

Técnicas de pós-tratamento de exaustão anteriores tendem a reduzir N0x usando vários métodos químicos ou catalíticos. Tais métodos incluem, por exemplo, redução catalítica não seletiva (NSCR). Redução Catalítica Seletiva (SCR), e redução não-catalitica seletiva (SNCR). Tais métodos de pós-tratamento geralmente exigem algum tipo de reagente para a remoção de emissões de N0x. O método NSCR pode envolver a utilização de hidrocarbonetos não queimados e CO para reduzir as emissões de NOX na ausência de O2. A razão de combustivel/ar deve ser controlada para garantir baixo excesso de O2. Ambos os catalisadores de oxidação e redução são necessários para eliminar as emissões de CO e hidrocarbonetos e ao mesmo tempo reduzir NOX. Exaustão de combustão contendo excesso de O2 geralmente requer redutor(es) químico(s) para a remoção de NOX. Entre os processos seletivos, os processos SCR podem envolver a passagem de efluente carregado de óxidos de nitrogênio através de um leito catalisador, na presença de amónia, para alcançar reduções de NOX. No que diz respeito ao SCR, os custos de instalação e de operação do sistema de catalisador podem não ser econômicos. Processos SNCR podem envolver a introdução de agentes de tratamento redutores de N0x no efluente, na ausência de um catalisador e temperaturas elevadas para atingir reduções de NOX. Com respeito ao SNCR anterior, foram levantadas questões sobre problemas de vazamento de NH3 e emissões de subproduto de CO.

Em algumas indústrias, assim como na produção de negro de carbono, as operações da refinaria, ou operações petroquímicas, por exemplo, gases de exaustão gerados nas unidades de processo primário são encaminhados para incineradores ou caldeiras para produção de energia, recuperação de calor, ou incineração. Estas operações podem gerar emissões, que podem ser sujeitas a quaisquer requerimentos ou controle da qualidade do ar aplicáveis. Um processo de produção de negro de carbono em forno, por exemplo, tipicamente emprega um reator de forno que tem um combustor ou incinerador seguido de um reator. Uma corrente de alimentação de gás de combustão, tipicamente uma corrente de gás de hidrocarbonetos, tais como o gás natural, ou semelhante, é queimada na porção do incinerador juntamente com um fluxo de gás de alimentação de oxidante, tal como ar ou oxigênio, para produzir gases de combustão quentes, que passam então para a porção de reator do forno. No reator, a matéria-prima de hidrocarboneto é exposta aos gases de combustão quentes. Parte da matéria-prima é queimada, enquanto o resto é decomposto para formar negro de carbono, hidrogênio, e outros produtos gasosos. Os produtos de reação são tipicamente extintos, e a mistura de negro de carbono e gás de exaustão (off-gas) resultante é transportada para um saco coletor ou outro sistema de filtro, em que o teor de negro de carbono é separado do gás residual. O negro de carbono normalmente recuperado é acabado para um produto comercializável, tal como, por exemplo, por pulverização e granulação úmida. Água da peletização é tipicamente conduzida com um secador, que pode ser a gás, a combustível, processo a gás tais como um gás residual, ou combinações destes. Os péletes secos podem então ser transportados do secador para o armazenamento a granel ou outro manuseamento. O secador também pode gerar emissões gasosas. A principal fonte de emissões no processo de fornalha de negro de carbono geralmente é a partir do gás residual. Além de ventilação direta, emissões de gás residual foram descarregadas usando chamas. O gás residual pode conter componentes de gás combustível. A composição do gás residual, após a separação do negro de carbono e antes de qualquer pós-tratamento, pode variar de acordo com o grau de negro de carbono sendo produzido e outros parâmetros do processo. O gás residual tratado a partir da fabricação de carbono tipicamente podem incluir combinações de matérias particuladas, monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio térmicos, compostos de enxofre, matéria orgânica policiclica, oligoelementos e outros componentes.

Os presentes inventores reconheceram que gases contendo subprodutos nitrogenados derivados da combustão em algumas aplicações podem incluir precursores de NOZ, que também podem representar uma preocupação para o controle de emissões de NOX. Os presentes inventores reconheceram que uma corrente de gás residual de um processo de produção de negro de carbono de forno, por exemplo, pode conter precursores de NOX derivados de combustível, que não foram previamente apreciados ou totalmente resolvidos. Além disso, os presentes inventores acreditam que os métodos e sistemas para controlar globalmente óxidos de nitrogênio, assim como precursores de óxido de nitrogênio no efluente da combustão não foram desenvolvidos anteriormente, nem têm os possíveis benefícios de tais métodos e sistemas previamente realizados ou atingíveis, até que o desenvolvimento dos presentes métodos e arranjos.

SUMÁRIO DA PRESENTE INVENÇÃO

Conseguinte, uma característica da presente invenção é a redução das emissões de NOX na incineração de gás residual.

Uma outra característica da presente invenção é a redução de emissões de NOX na incineração de gás residual produzidas a partir de um processo compreendendo combustão.

Uma característica adicional da presente invenção é a redução de emissões de NOX na incineração de gases residuais a partir do processo de produção de negro de carbono.

As características e vantagens adicionais da presente invenção serão apresentadas em parte na descrição que se segue, e em parte estarão evidentes a partir da descrição, ou podem ser aprendidas pela prática do presente invento. Os objetivos e outras vantagens do presente invento serão realizados e atingidos por meio dos elementos e combinações particularmente apontados na descrição e nas reivindicações anexas.

Para alcançar estas e outras vantagens, e de acordo com os fins do presente invento, tal como incorporado e amplamente aqui descrito, a presente invenção refere-se, em parte, a um método para reduzir as emissões de NOX de incineração dos gases residuais, compreendendo a introdução de gás residual num combustor que tem uma temperatura de combustão, em que o gás residual compreende NOX, precursores de NOX, ou ambos, e x é um valor positivo, e a introdução de diluente ao combustor para controlar a temperatura do combustor a uma temperatura de cerca de 950 °C a cerca de 1100 °C. A fonte do gás residual pode ser qualquer processo que compreende a combustão de um material combustível no ar ou outra fonte de oxigênio.

A presente invenção ainda se refere ao método indicado para reduzir emissões de NOX, que compreende ainda a condução de efluente a partir do combustor para pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva que tem uma temperatura de cerca de 850 °C a cerca de 1100 °C para redução adicionais de emissões de NOX.

A presente invenção também se relaciona com o método indicado para reduzir as emissões de NOX, que compreende ainda a introdução de, pelo menos, um agente de redução de NOX para pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva, o combustor, ou ambos, em que o agente de redução de NOX, ou produtos de decomposição dos mesmos, ou ambos, reagem com NOX para produzir nitrogênio incluido com gás combustível descarregado a partir de pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva.

A presente invenção se refere ainda ao método indicado para reduzir emissões de NOX em que o diluente compreende 25 % ou mais, numa base de taxa gravimétrica de gás de combustão total descarregado a partir de, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva. Pelo menos uma porção de um agente de redução de NOX pode ser introduzida diretamente em pelo menos uma unidade de redução não- catalitica seletiva em combinação com uma taxa tal de recirculação dos gases de combustão para o combustor.

A presente invenção se refere ainda ao método indicado para a redução das emissões de NOX no qual o diluente pode compreender gás de combustão de um secador de negro de carbono. Pelo menos uma porção do agente de redução de NOx pode ser introduzida no combustor, em combinação com tal introdução de gás de combustão do secador.

A presente invenção se refere ainda ao método indicado para reduzir as emissões de NOX, em que pelo menos uma redução de cerca de 10 %, com base numa taxa gravimétrica, na presença de NOX nos gases de combustão pode ser obtida em relação ao NOX nos gases de combustão obtido com o incinerador operado a uma temperatura de cerca de 1200 °C.

A presente invenção se refere ainda a métodos para reduzir as emissões de NOX através do controle da relação ar-para-combustivel num incinerador de gás residual enquanto controla a temperatura da chama do incinerador através de injeções de diluente, com concentrações de gás de combustão de oxigênio é inferior a cerca de 8 % em vol. ou menos do que cerca de 5 % em volume, ou menos do que cerca de 3 % em volume.

A presente invenção refere-se também a um aparelho para a realização de métodos para a incineração de gás residual, como acima descrito, compreendendo (i) um combustor operável para receber: (a) gás residual contendo N0x. Precursores de NOx, ou ambos, e (b) diluentes de tipo(s) e quantidade(s), para controlar a temperatura de 5 combustão a partir de cerca de 950 °C a cerca de 1100 °C, e (ii) pelo menos uma Unidade de redução não-catalitica seletiva operável para receber efluente descarregado a partir do incinerador e pelo menos um agente de redução de NOX ou produtos de decomposição dos mesmos, ou ambos 10 reativeis com o NOX para produzir nitrogênio incluido com gás de combustão descarregado a partir de pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva. O aparelho pode ser utilizado para a incineração de gás residual a partir da produção de negro de carbono ou outro tratamento que 15 envolve a combustão de combustíveis ou outros materiais combustíveis.

Para os fins aqui descritos, "gás residual" geralmente pode se referir à descarga de efluentes gasosos ou de qualquer unidade de processamento ou equipamento utilizado 20 para incinerar o material de hidrocarboneto, salvo indicação contrária.

"Incineração" pode se referir à queima, combustão, pirólise, carbonização, ou quaisquer combinações dos mesmos, salvo indicação contrária.

"Controle", com respeito à incineração associada com gás residual, refere-se a, pelo menos, redução do nivel de NOX que de outro modo ocorre sem a(s) etapa (s) preventiva(s).

É para ser entendido que tanto a descrição geral 30 anterior como a descrição detalhada a seguir são apenas » exemplares e explicativas e destinam-se a proporcionar uma explicação adicional da presente invenção, tal como » reivindicado.

Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem 5 uma parte deste pedido, ilustram algumas das modalidades da presente invenção e juntos com a descrição, servem para explicar os princípios da presente invenção. Identificadores numerais similares usados nas figuras referem-se a recursos semelhantes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama de blocos mostrando um processo generalizado para o pós-tratamento de gás residual a partir de equipamento de combustão para reduzir os óxidos de nitrogênio no gás residual de acordo com um exemplo da 15 presente invenção.

A figura 2 é um diagrama de fluxo mostrando um processo para a produção de negro de carbono do forno, incluindo um sistema de pós-tratamento para gás residual para a redução das emissões de óxidos de nitrogênio de 20 acordo com um exemplo da presente invenção.

A figura 3 é um diagrama de fluxo do processo, mostrando uma comparação do sistema de pós-tratamento de gás residual incluindo um sistema incinerador e SNCR.

A figura 4 é um diagrama de fluxo de processo, 25 mostrando um sistema de pós-tratamento de gás residual, incluindo um sistema SNCR e incinerador de acordo com um exemplo da presente invenção.

A figura 5 é um diagrama de fluxo do processo, que mostra um sistema de pós-tratamento de gás residual, 30 incluindo um sistema SNCR e incinerador de acordo com um exemplo da presente invenção.

A figura 6 é um diagrama de fluxo de processo que mostra um sistema de pós-tratamento para o gás residual incluindo um sistema SNCR e incinerador de acordo com um exemplo da presente invenção.

A figura 7 é um diagrama de fluxo do processo, que mostra um sistema de pós-tratamento para o gás residual, incluindo um sistema SNCR e incinerador de acordo com um exemplo da presente invenção. Este sistema de pós- tratamento é utilizado nos exemplos, mas é apenas ilustrativo para os sistemas que podem ser utilizados na presente invenção.

A figura 8 é um gráfico que mostra um modelo de previsão de NOXversus temperatura (T) do incinerador em no fluxo máximo testado (125.000 Nm3/h de gás de combustão total para empilhar) para um sistema de pós-tratamento usado nos exemplos.

A figura 9 é um gráfico que mostra a previsão modelo da razão de reciclo de NOXversus gás de combustão e, u, fluxo máximo testado (125.000 Nm3/h de gás de combustão total para empilhar) para um sistema de pós-tratamento usado nos exemplos.

A figura 10 mostra a Tabela 5 que é um resumo dos resultados dos exemplos aqui descritos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção refere-se à redução de NOX na incineração de gás residual, em que um diluente é introduzido para moderar a temperatura de incineração e controlar a produção de NOX. As emissões de óxido de nitrogênio não surgem a partir de NOX térmico sozinho, oumesmo, principalmente, em alguns gases residuais comercialmente significativos produzidos pelas operações de combustão. A produção de gás residual a partir do negro de carbono, por exemplo, pode carregar nitrogênio combustível como uma mistura de precursores de NOX (por exemplo, amónia, HCN. etc.) referidos aqui como "NPCs". NPCs podem ser oxidados a NOX nos incineradores, a menos que diminuído por meio de métodos da presente invenção. Os métodos da presente invenção podem controlar as operações de incineração de gases residuais eficazes para reduzir as emissões de N0x atribuíveis a qualquer uma ou mais das NPCs, óxidos térmicos, e N0x com quaisquer outras origens. NOX térmico, por exemplo, pode sofrer uma reação minoritária ou fonte de NOX que ocorre na incineração de um gás residual que é diminuído nos métodos da presente invenção. NPCs podem ser a fonte predominante de produção de NOX na incineração de um gás residual que é diminuída em métodos da presente invenção. A incineração dos gases residuais nos métodos do presente invento pode ocorrer na ausência substancial de NOX térmico (por exemplo, NOX térmico sendo menos do que cerca de 10 %, ou menos do que cerca de 5 %, ou menos do que cerca de 1 %, por peso do NOX total) ou a completa ausência de NOX térmico. NOX térmico pode ser a forma predominante (ou seja, 50 % ou mais) de NOX que é controlada na incineração de um gás residual em um método da presente invenção.

O tratamento de combustão do gás residual para reduzir as emissões de NOX pode ser feito com o incinerador (também referido aqui como um "combustor") sozinho ou com regime de combinação de um incinerador e, pelo menos, um reator não- catalítico seletivo (SNCR). O incinerador geralmente tem, pelo menos, uma fonte contendo oxigênio alimentado no incinerador para a combustão do gás residual. Um diluente é introduzido no incinerador de gás residual adequado para reduzir ou controlar a temperatura do incinerador para aproximadamente 950 °C até cerca de 1100 °C. Nesta faixa de temperatura, por exemplo, verificou-se que as emissões de NOX a partir dos gases residuais provenientes da produção de negro de carbono e outros processamentos envolvidos com combustão podem ser reduzidos. Além disso, estas reduções de temperatura no combustor podem ser controladas para valores, por exemplo, que são também úteis para uma operação eficiente no SNCR. O diluente é tipicamente gasoso, ou um material (por exemplo, uma suspensão líquida) convertido para um estado semelhante ao gasoso, mediante a introdução em temperaturas elevadas no interior de um incinerador, mas o diluente não está limitado a estes tipos. A fonte do diluente pode ser, por exemplo, o gás de processo ou aditivos de processo disponíveis a uma temperatura inferior à temperatura de incineração ou de outro modo pode agir, por exemplo, como um dissipador de calor dentro do incinerador. Além disso, tanto o uso da redução da temperatura do combustor quanto um SNCR podem reduzir as emissões de gás residual. Em geral, um SNCR opera por pulverização de uma solução de agente redutor numa corrente de gás proveniente do combustor. Uma ou mais matrizes de bocais fornecidas no SNCR podem ser usadas para tal pulverização. O SNCR tipicamente, mas não necessariamente em todos os casos, tem uma temperatura de funcionamento ideal para a remoção de NOX para um gás residual, que pode tender a variar mais para baixo do que a faixa de temperatura ideal para a incineração no incinerador para controle de NOX. Reciclagem de gás de combustão descarregado a partir do SNCR em uma temperatura menor de volta para o incinerador proporciona uma abordagem eficiente para a introdução de um diluente moderador de temperatura no incinerador. Além disso, ou em alternativa, o gás de combustão a partir de outras unidades de processamento, tal como um secador de péletes em usinas de produção de negro de carbono, pode ser usado como uma fonte de diluente para a introdução no incinerador de gás residual. Além disso, a introdução do diluente no incinerador pode ser feito em conjunto com a introdução do agente de redução de N0x (por exemplo, ureia, solução de amónia) em uma SNCR. Se utilizados em combinação com o incinerador, ou no incinerador, ou ambos, para reduzir ainda mais as emissões de NOx. As reduções na temperatura do incinerador por introdução do diluente no incinerador pode tornar possível à introdução de um agente redutor no incinerador, diretamente ou através de gás de combustão reciclado na mesma.

A figura 1 mostra um exemplo de um processo generalizado 1 da presente invenção para pós-tratamento de gás residual a partir de equipamento de combustão em um sistema SNCR e incinerador ("ISS") para reduzir os óxidos de nitrogênio e seus precursores no gás residual. No bloco 1A, o combustível é queimado em instalações de combustão (ou equipamento de oxidação parcial, gaseificação, ou pirólise) sob condições que tendem a formar NOX, ou ambos. No bloco 1B, gás residual exaustado do equipamento de combustão (por exemplo, reator de negro de carbono e semelhantes), é introduzido num sistema de pós-tratamento que compreende um incinerador e SNCR. O diluente é introduzido no incinerador da ISS para reduzir a temperatura do incinerador a uma temperatura eficaz para reduzir N0x nos gases residuais (por exemplo, cerca de 950 °C até cerca de 1100 °C). O diluente pode ser, por exemplo, gás residual tratado reciclado ou diluente de origem externa do ISS. Redutor de óxido de nitrogênio pode ser introduzido ao ISS para a remoção de NOX, precursores de N0x, ou ambos, para fornecer um gás de exaustão tratado com um nivel mais baixo de N0x. Ar ou outra fonte contendo oxigênio (por exemplo, oxigênio, oxidante) pode ser introduzida no incinerador em qualquer ponto ou em vários pontos, por exemplo, em uma quantidade suficiente para pelo menos a combustão completa ou quase completa do gás residual. Embora o uso de um SNCR, tal como mostrado na FIG. 1, de preferência, pode ser incluido para aumentar as reduções de NOX já obtido no incinerador por meio de métodos da presente invenção, tal combinação usada não é necessariamente para satisfazer as necessidades de redução de NOX particular de cada situação. Por exemplo, os exemplos do presente invento são mostrados aqui em que o diluente para o incinerador pode ter origem noutro local de recirculação dos gases de combustão saindo de um SNCR.

O tipo de equipamento de combustão para o qual o pós- tratamento de controle de NOX da presente invenção pode ser aplicado, não é necessariamente limitado e pode abranger qualquer dispositivo ou unidade de processamento de queima um material na presença de ar ou de outra fonte de oxigênio para produzir pelo menos um produto gasoso que é NOX e/ou um precursor seu. 0 equipamento de combustão pode ser, por exemplo, um reator de forno, uma unidade de processamento petroquímico, uma Caldeira, um forno, um queimador, um incinerador de resíduos, um motor de combustão interna, uma câmara de combustão para uma aplicação marítima, um gerador de gás quente, e semelhantes. O equipamento de combustão pode ser usado, por exemplo, por uma reação ou reações químicas, de geração de eletricidade, de geração de calor, de geração de energia, de geração de trabalho mecânico, e outras aplicações. Os dispositivos e unidades de combustão são tipicamente utilizados para queimar um material contendo hidrocarbonetos, tais como combustível de hidrocarboneto (por exemplo, óleo, gás e/ou formas sólidas), mas não está limitado a eles. Um combustível de combustão pode ser, por exemplo, gases como metano, propano, butano, acetileno: líquidos, tais como óleos combustíveis, gasolina, combustível diesel: ou sólidos tais como carvão, ou outros combustíveis. Resíduos sólidos orgânicos, tais como produtos de papel, podem ser utilizados como o material combustível.

Sem desejando estar vinculado a uma teoria particular, os efeitos redutores de NOX dos métodos e sistemas da presente invenção podem ser melhor compreendidos tendo em vista as discussões seguintes da formação de NOX no processamento de negro de carbono, como um exemplo, e manipulações dos mesmos para os propósitos da presente invenção.

Para os presentes propósitos, NOX é um termo abrangente que se refere a todos os óxidos de nitrogênio. A natureza exata do NOX pode variar dependendo das condições ambientais e do nivel de oxigênio. Normalmente, NOX é formado como NO mas, uma vez na atmosfera, a maioria do N0x é convertida para NO2. Devido a isso, as autoridades ambientais usarão concentrações equivalentes de NO2 para a comunicação. Esta convenção é seguida aqui.

Sem desejando estar vinculado, são pensados como sendo, pelo menos, três mecanismos de formação de NOX potencialmente associados com a produção de negro de carbono: 1) NOX Térmico. A temperaturas elevadas (> 1500 °C), nitrogênio e oxigênio no ar reagirão para formar NOX. Combustíveis de alto valor de aquecimento como o gás natural podem criar temperaturas de chama que excedam estas temperaturas. Assim, por exemplo, incineradores de negro de carbono a gás natural geram NOx térmico. No entanto, o gás residual, como exemplificado nos exemplos aqui presentes, tem um valor baixo de aquecimento, sua temperatura da chama adiabática abaixo de 1400 °C, para que NOx térmico não seja um problema com os incineradores de gás residual, secadores, ou labaredas (desde que nenhum gás natural seja coalimentado). 2) NOX Combustível. Esta pode ser a fonte predominante de NOX em usinas de processamento de negro de carbono de forno, por exemplo, tal como a exemplificado nos exemplos aqui presentes. NOX combustíveis vêm do nitrogênio na matéria-prima. Na combustão normal de combustível (por exemplo, carvão), o mecanismo é simples: N na matéria prima é oxidado diretamente para NOX. Na produção de negro de carbono, existe uma etapa adicional. Porque a produção de negro de carbono é uma mistura de oxidação de matéria- prima, pirólise e hidrólise, a reação de negro de carbono libera espécies de nitrogênio reduzidas como HCN e NH3 além de NOX. Assim, o gás residual na produção de negro de carbono de forno, como aqui exemplificado transporta o nitrogênio do combustível como uma mistura de precursores de NOx ("NPCs"). Estes NPCs são então oxidados em NOX no(s) incinerador(es) de gás residual. 3) NO* pronto. Este é formado quando radicais livres de hidrocarbonetos formados na combustão reagem com nitrogênio. Isso geralmente é pensado como sendo um colaborador insignificante em relação ao combustível e NOx térmico. Isto é especialmente o caso de gás residual a partir do processo de negro de carbono, uma vez que pode conter hidrocarbonetos insignificantes.

Não desejando estar vinculado a qualquer teoria particular, a formação de NOX em uma usina de negro de carbono de forno pode ocorrer, por exemplo, em duas etapas distintas:

Etapa 1. Reator e incinerador de negro de preto: NOX térmico de uma reação de negro de carbono e matéria-prima de nitrogênio. ESN, pode ser convertido em um reator de negro de carbono para formar HCN, NH3 e NOX e uma pequena quantidade de N2. Nitrogênio em precursores em uma corrente de gás residual pode afetar diretamente a emissão de NOX a partir de combustão de gás residual. É necessário quantificar o teor de precursores de nitrogênio numa corrente de gás residual. Esta quantificação pode ser expressa como se seaue:

onde FN.NPCS é a massa ou fluxo molar de NPCs (NH2, HCN, NOX) no gás residual. FN.matéria-prima é a massa ou fluxo molar dos átomos de N na matéria-prima. FNOx.P é o fluxo molar de NOX no incinerador.

A quantidade de NOX formada no reator, que é originado do incinerador de NOX térmico ou NOX do combustível pode não ser sempre conhecida. O NOx extra ou térmico do incinerador de negro de carbono pode fazer com que Yj exceda 100%. Pode ser suficiente saber qual a finalidade da alimentação de entrada de NPCs para a compreensão do impacto que a incineração tem sobre o resultado final do nivel de NOX na etapa 2.

Etapa 2: Incineração de gás residual: Nesta etapa, os NPCs são oxidados para N0x. No entanto, o NOX pode ainda reagir com os NPCs para formar N2; Esta segunda reação é desejável para promover no incinerador, de modo a minimizar a eficiência da segunda etapa de formação de NOX:

Onde FN.NOX é a massa ou fluxo molar de N do NOX do gás de combustão (2).

Com um conhecimento detalhado das duas etapas, e os efeitos das condições operacionais em Yi e Y2, uma é capaz de prever com precisão as emissões de NOX como uma função de matéria-prima contendo nitrogênio, utilizando-se a equação combinada:

Um mapa funcional de Y2 contra as condições de operação de um incinerador de gás residual pode ser desenvolvido. Para fazer isso, NPCs podem ser medidas, por exemplo, com ou sem modelação ou análise da Yi versus a operação do reator de negro de carbono.

Quando as concentrações e fluxos de NO2 são medidos, tal como nos exemplos aqui incluídos, o equilíbrio de N pode ser expresso em termos de niveis equivalentes de NO2. Assim, em vez de expressar NPCs no gás residual e teor de nitrogênio na matéria-prima como mols ou kg de N, os niveis de NO2 máximos teóricos podem ser calculados como se todo o N no FS ou GR poderia ser convertido em NO2 no gás de combustão (isto é, Y1=Y2=1), e como foi feito nos exemplos aqui apresentados.

Na presente invenção, redução de NOX pode ser feito por prevenção, usando técnicas de combustão melhores, ou por reparação, usando ureia ou amónia como um agente de redução de NOX, ou combinações de ambos. Em qualquer caso de prevenção ou reparação, as mesmas reações podem ser otimizadas para minimizar a formação de NOX e para maximizar a destruição de NOX. As reações chave podem ser como segue:

Uma reação de formação de NOX térmico, que normalmente não é significativa a temperaturas de incineração de gases residuais, tais como 950 °C a 1100 °C:

reações de formação de NOX de combustível:

Reações de destruição de N0x:

No que diz respeito à reparação por redução catalítica seletiva (RCS) e redução não-catalítica seletiva (SNCR), em SCR e SNCR ou amónia ou ureia pode ser injetada em um fluxo contendo NOX. Se a ureia for usada, ela é decomposta in situem amónia, assim, em ambos os casos N0x é reduzido através da reação (7) acima. 0 oxigênio é necessário para executar essa reação. Os níveis normais de oxigênio presentes no gás de combustão são suficientes porque eles estão presentes em excesso de N0x observada normalmente no gás de combustão. Numa competição com a reação de redução desejada, isto é a reação de oxidação indicada (5) . Esta reação forma NO em vez de destruí-lo. As temperaturas mais elevadas do que 1000 °C, a reação de oxidação de amónia torna-se mais rápida. Isto pode limitar a temperatura de operação para abaixo de 1000 °C. Para SNCR, isto pode representar um problema, no entanto, como as temperaturas são reduzidas no incinerador, a cinética rapidamente tornar-se muito lenta para executar qualquer reação no SNCR, e o reator não pode destruir NO nem NH3, então NOX não é removido, e NH3 não reagido "vaza" para fora do reator. Esta eficácia pode criar uma janela estreita de operação para um SNCR entre cerca de 850 °C e 1000 °C. Também pode limitar a eficácia de um SNCR. Na prática, os fornecedores de SNCR normalmente não garantem mais de 70 % de destruição de NOX, e para concentrações menores de NOX (< 150 mg/m3) , muitas vezes garantem apenas 35 a 40 %. A fim de melhorar a redução de NOX para além de 70 %, SCR pode ser necessário. SCR usa um catalisador para acelerar a cinética. SCR é normalmente executado em temperaturas muito mais baixas (200 a 400 °C) , então não há nenhum problema com o limite de alta temperatura que existe com o SNCR. SCR pode ser mais caro do que SNCR, de modo que reparação que pode usar SNCR é o preferido.

Outra variável importante de processo que afeta a formação de NOX pode estar em uma relação de ar-para- combustivel no combustor. Excesso elevado de formação O2 na chama promove as reações de formação de NOX (4) e (5), mais do que promove as reações de SCNR (7) e (8). As relações de ar-para-combustivel também afetam a temperatura de combustão, que por sua vez afeta a formação de N0x. A presente invenção separa esses dois fatores e minimiza a redução de NOX.

Embora não desejando estar vinculado a uma teoria particular, porque a formação de NOX a partir da incineração do gás residual é dominada por N0x combustível na produção de negro de carbono, por exemplo, os presentes inventores descobriram que a mesma cinética e estratégia de otimização utilizadas no projeto do SNCR podem ser aplicadas para a prevenção da geração de NOX a partir de NPCs no incinerador. Por exemplo, se um tempo de residência suficiente for proporcionado no incinerador, e temperaturas na câmera de combustão são mantidas abaixo de 1100 °C, emissões de NOX podem ser reduzidas. Gases de diluição podem ser utilizados como diluente para moderar a temperatura de incineração, a este respeito. Boa mistura no combustor pode ajudar na prevenção de pontos quentes no interior do incinerador. Como fontes de tais gases de diluição, gases de diluição da recirculação de gases de combustão, gases de combustão de secador de negro de carbono, ou ambos, podem ser utilizados para moderar a temperatura do incinerador, mas não estão limitados aos mesmos. O excesso de ar não pode ser preferido como um diluente, por várias razões. Em primeiro lugar, ele pode reduzir a eficiência da caldeira, porque o ar tem de ser aquecido utilizando energia de combustão ou aquecimento de gás residual, os quais iriam normalmente produzir vapor. Em segundo lugar, o excesso de ar pode acelerar a oxidação do CO, e pode reduzir ou cessar a cinética da reação indicada (9), que é uma importante rota adicional para reduzir o NOX. Assim, um método preferido de redução de temperatura no combustor de um gás residual (incinerador) é a recirculação do gás de combustão, tal como a partir de uma unidade de SNCR ou gás de combustão de secador de negro de carbono, ou gases de combustão de outros processos. Embora não desejando ficar vinculado a qualquer teoria particular, também é pensado que o preparo de ar e combustível pode melhorar ainda mais as reduções de NOX, tal como por equipamento de um incinerador com vários, por exemplo, primário e secundário, pontos de injeção de ar. Isto pode ser feito de tal forma que alguns dos NH3 e HCN são oxidados para formar NOX na primeira fase para criar uma mistura equilibrada de NH3 / HCN e NOX, que pode reagir via as reações indicadas (5) e (6) na segunda etapa de oxidação para produzir N2.

Como indicado, a fonte de gás residual a ser tratada para a redução de NOX de acordo com a presente invenção pode ser uma unidade ou unidades de processo utilizadas para uma reação ou reações químicas com, pelo menos, alguma combustão envolvida, tais como a produção de negro de carbono.

Na fig. 2, por exemplo, o número de referência 100 designa geralmente um aparelho ou sistema para a produção de negro de carbono, que inclui um sistema de pós- tratamento 9. O aparelho 100 pode incluir, por exemplo, um reator de tipo forno 2, que pode ser de um tipo conhecido na arte, um filtro 5 para separar o negro de carbono 11 do gás livre ou gás residual 7 a partir da fumaça do reator arrefecida 6, um peletizador 10, um secador a forno 14 para a formação de péletes de negro de carbono secos 27, e um sistema de incinerador e SNCR ("ISS") 9 para pós-tratamento do gás residual 7 para reduzir as emissões de NOX do aparelho. O ISS 9 é utilizado para reduzir as emissões de óxido de nitrogênio em gás residual 7 antes ventilado para a atmosfera como emissões gasosas 24. Como indicado, o ISS 9 fornece para o tratamento de gás residual com diluente introduzido em um incinerador e introdução de agente redutor de NOx em arranjos também incluindo um SNCR eficaz para diminuir emissões de NOX. Como opções indicadas mostradas por linhas tracejadas, uma porção 22 ou todo o gás de combustão empilhado do secador 14 pode ser desviado para o ISS 9, e uma porção 23 de gás residual 7 pode ser desviado para um forno 13 para o secador 14.

Ainda com respeito a outros componentes indicados para o aparelho 100, o Reator 2 tem o exaustor do mesmo ligado a meios de arrefecimento 3 por um conduto 4, com os meios de arrefecimento (por exemplo, um trocador de calor) 3 sendo ligados ao meio de filtro a jusante 5 por um conduto 6 e o filtro 5 é provido com uma ventilação 17 para a liberação do gás residual 7. O filtro 5 está também ligado a um peletizador a jusante 10 através de um conduto 11 através do qual o negro de carbono recuperado é passado. Como mostrado, os péletes que são produzidos no peletizador 10 podem ser conduzidos através de um conduto 12 para o secador 14, o qual pode ser um tipo conhecido na arte. O vapor e pó de negro de carbono, também podem ser escoados do secador 14 através do conduto 25 para um meio de filtração, tal como um coletor de saco de vapor conhecido ou "VBC" (não mostrado).

O reator 2 pode ser de um tipo conhecido na arte e é composto de uma zona de pré-combustão 18 na qual o ar e combustível são introduzidos para a combustão ou na qual os gases de combustão quentes são carregadas, com a zona de pré-combustão 18 comunicando com a zona de reação 16. Uma porção afunilada tendo um diâmetro convergente ou venturi 19 pode ser fornecido na zona de reação 16. No tipo de reator descrito, um hidrocarboneto formador de negro de carbono é pirolisado por contato com gases quentes de combustão, com a matéria-prima de hidrocarboneto a ser introduzida por meios de injeção 20. Tal como indicado na figura, um ou mais tipos de aditivos podem ser opcionalmente introduzidos juntamente com a matéria-prima no reator. No reator descrito, a fumaça produzida pelos gases de combustão quentes e os hidrocarbonetos pirolisados flui ao longo da zona de reação 16. A fumaça quente contém partículas de negro de carbono sólidas e é desejado o arrefecimento da fumaça quente a uma temperatura suficientemente baixa para parar a reação de produção de negro de carbono, numa fase predeterminada. Uma entrada 5 se comunica com o reator 2 para proporcionar uma entrada para a introdução de um fluido de arrefecimento para uma zona de reação 16 do reator 2. A localização / zona de injeção 15 é mostrada numa posição a jusante do reator Venturi 19. Local de injeção 15 fornece um pré- arrefecimento da fumaça quente para parar ou retardar o processo de formação de negro de carbono. A zona de reação 16 se comunica com o conduto 4 no qual a fumaça é arrefecida, que contém partículas de negro de carbono sólido em suspensão, é descarregado a partir da zona de reação para o conduto 4. Arrefecimento adicional antes da filtragem pode ser efetuado por uma zona / dispositivo de refrigeração 3. A zona / dispositivo de arrefecimento 3 pode ser de qualquer tipo adequado, incluindo os que são conhecidos e utilizados na técnica para esta função. Qualquer arrefecimento final adicional pode ser efetuado por injeção de água de arrefecimento adicional por meio de um conduto 21 na fumaça no conduto 6 entre a zona/dispositivo de arrefecimento 3 e o filtro 5.

O filtro 5 pode ser, por exemplo, um filtro de saco coletor ou outro filtro, ou um ciclone, precipitador, ou outra unidade de separação conhecida na arte. No entanto, é para ser entendido que qualquer tipo de filtro adequado ou separador de gases-sólidos pode ser usado. Tal como indicado, a função do filtro 5 é a de separar as partículas de negro de carbono a partir dos elementos constitutivos restantes da fumaça quente com negro de carbono, em seguida, conduzido para o peletizador 10, que pode ser um tipo conhecido na arte, e os elementos constitutivos restantes do fumo são expelidos através da abertura 7. O secador 14 pode ser, por exemplo, um secador para péletes de negro de carbono conhecido na técnica. O calor secante pode ser fornecido, por exemplo, através do forno 13, que queima combustível (por exemplo, metano, petróleo, etc.), gás residual, ou ambos. Conforme indicado, uma parte do gás residual 7 pode ser usada como gás combustível para o forno secador 13. Aspectos e características adicionais que podem ser usados no ISS 9 mostrada na FIG. 2 são aqui discutidos com referência às figuras a seguir.

Fazendo referência às FIGS. 3-6, um sistema de pós- tratamento de gás residual, incluindo um sistema incinerador e SNCR, é ilustrado na FIG. 3 para efeitos de comparação com vários arranjos de pós-tratamento para o gás residual incluindo um sistema incinerador e SNCR de acordo com o presente invento, como mostrado nas FIGS. 4-6. Estes sistemas de SNCR e incinerador podem ser usados como um "ISS" tal como mostrado no aparelho de produção de negro de carbono da FIG. 2, mas não estão limitadas a ele e podem ter uma ampla aplicação para o tratamento de gases de exaustão ou residuais de sistemas de combustão.

Nos arranjos mostrados nas Figs. 3-6, gás residual (GR) é introduzido no topo de um incinerador e flui geralmente para baixo numa direção de cima para baixo através da unidade antes de ser descarregado perto da parte inferior da unidade. Nas Figs. 3-6, uma(s) entrada(s) de ar e um queimador de topo do incinerador, e outros equipamentos e componentes de incineração e SNCR que podem ser usados de não são mostrados para simplificar os desenhos para a discussão.

Na fig. 3, um projeto básico de uma caldeira de NOX baixo é ilustrado onde o gás residual (GR) é incinerado, por exemplo, em cerca de 1200 °C enquanto um SNCR é operado, por exemplo, de 850 °C a 1100 °C neste arranjo e uma reciclagem gás de combustão (RGC*) é utilizada principalmente para controlar a temperatura de SNCR na entrada "A" localizada perto da parte inferior do incinerador (por exemplo, na parte inferior de 33 % da altura do recipiente). Uma fonte contendo oxigênio pode ser introduzida no incinerador para assegurar completa ou quase completa combustão do gás residual. Um agente redutor de NOx, ureia, é introduzido no SNCR. O "superaquecedor" indicado é um escudo de radiação colocado perante o SNCR para reduzir ainda mais a temperatura na unidade de processamento. Após a transferência de calor (remoção) numa caldeira, que pode ser utilizada com o sistema SNCR, o gás de combustão deixa a caldeira para proporcionar a ventilação e correntes de RGC* de gás de combustão. Neste arranjo de comparação, menos do que 25 % de Gás de combustão total (por volume) é reciclado, mostrado como corrente de recirculação RGC*, para a posição "B" perto do topo do incinerador (por exemplo, nos 33 % superiores da altura do recipiente) , de modo que qualquer moderação da temperatura do combustor será limitada. Em comparação com o arranjo da FIG. 3, a redução de NOX aumentada foi encontrada para ser atingido utilizando os diferentes arranjos, tais como os mostrados, por exemplo, nas FIGS. 4- 6.

Na FIG. 4, um arranjo de caldeira de NOX baixo é mostrado na qual RGC é utilizado para reduzir substancialmente a temperatura do incinerador. Isto é feito através de recirculação de mais do que 25 % (em volume) (de preferência mais do que 40 %, ou mais preferivelmente mais do que 50 %) do efluente descarregado a partir do SNCR de volta para o incinerador, como corrente de gás recirculado RGC. Além disso, quando o gás residual (GR) contém menos do que ou igual a cerca de 4 % de água, por exemplo, uma condição de "gás residual seco", a recirculação dos gases de combustão é normalmente aumentada em relação a estas faixas, todos os outros fatores iguais, como a recirculando de mais do que 30 % (em volume) (ou mais do que 40 %, ou preferivelmente mais do que 50 %, ou mais preferivelmente mais do que 60 %) do efluente descarregado a partir do SNCR de volta para o incinerador. Na disposição mostrada na FIG. 4, mais do que 25 % (em volume) do gás de combustão total são reciclados para a posição "B" perto do topo do incinerador (por exemplo, nos 33 % superiores da altura do recipiente), de modo que a moderação da temperatura do combustor possa ser significativa. Estas percentagens de reciclagem podem estar em uma base de taxa gravimétrica (por exemplo, toneladas / hora, etc.). Uma fonte contendo oxigênio pode ser introduzida no incinerador para garantir a combustão completa ou quase completa do gás residual. Introdução do RGC, como diluente no incinerador modera a temperatura de incineração para aproximadamente 950 °C a 1100 °C nesta lustração, enquanto o SNCR é operado a cerca de 850 °C a 1100 °C. Ureia ou outro agente redutor pode ser ainda introduzido no SNCR neste exemplo. Nenhuma injeção de gás de combustão é necessária na entrada "A" do incinerador porque o incinerador já está na temperatura adequada para o SNCR. Ambos, o uso de SNCR e redução da temperatura do combustor reduz as emissões de NOX, e uso da reciclagem do gás de combustão para controlar a temperatura se mostra ser uma maneira altamente vantajosa de realizar isso para manter a eficiência da caldeira.

Na fig. 5, o gás de combustão é reciclado para a posição "B" perto no topo do incinerador (Por exemplo, nos 33 % superiores da altura do recipiente) , e o Agente de redução de NOx, por exemplo, ureia, é injetado na porta "A" sozinho ou com pequena RGC (por exemplo, tipicamente cerca de 5 % a cerca de 10 %, mas, se o fluxo de "B" é baixo e pode ser de até 40 %) (por exemplo, perto da parte inferior do incinerador, tal como nos 33 % de porção inferior da altura do recipiente). Uma fonte contendo oxigênio pode ser introduzida no incinerador para assegurar combustão completa ou quase completa do gás residual. Introdução da RGC como diluente no incinerador também modera a temperatura do incinerador para aproximadamente 950 °C a 1100 °C nesta ilustração, enquanto o SNCR é operado a cerca de 850 °C a 1100 °C. A taxa de reciclagem do RGC a partir de SNCR que é introduzido na posição "B" do incinerador pode ser semelhante ao que indicado para o arranjo para a FIG. 4, ou pode ter valores menores. O agente redutor (ureia) pode ser injetado no incinerador neste arranjo, tal como na posição "A", porque o incinerador já está a uma temperatura adequada para o SNCR. Pela mesma razão, o escudo de radiação (superaquecedor) pode ser movido após o SNCR. O volume do SNCR pode ser reduzido, porque o SNCR começa no incinerador.

Na FIG. 6, esta concepção é semelhante à da FIG. 5 fato do incinerador de gás residual (TGB)/secadores de gás de combustão (DF) serem usados para controlar a temperatura no incinerador em vez de gás de combustão reciclado da caldeira e SNCR. Uma fonte contendo oxigênio pode ser introduzida no incinerador para assegurar completa ou quase completa combustão do gás residual. A introdução dos secadores de gás de combustão como diluentes no incinerador modera a temperatura de incineração para aproximadamente 950 °C a 1100 °C nesta ilustração, enquanto o SNCR é operado a cerca de 850 °C a 1100 °C. Este arranjo pode usar um terceiro ponto de injeção de gás de combustão. Por exemplo, o ponto de injeção "B" pode ser utilizado para reduzir a temperatura do incinerador tão baixo quanto possivel, de forma segura, e o ponto de injeção "A" pode ser usado para reduzir a temperatura do incinerador para a temperatura do SNCR e com a injeção da ureia, e o ponto de injeção "C" pode ser usado para injetar qualquer excesso de gás de combustão (FG) restante. O gás de TGB/DF pode ter NOX total mais elevado e/ou NPCs do que RGC (caldeira) , através do favorecimento das reações indicadas (7) e (8) para a destruição do NOX. Uma possivel recuperação de um adicional de 15 % da energia a partir de uma usina de produção de negro de carbono de forno, por exemplo, pode ser obtida usando este esquema. O arranjo da FIG. 6 pode ser combinado com a da FIG. 5, em que uma porção do efluente de SNCR é reciclada de volta para o incinerador em adição à introdução de secador de gás de combustão. Tal como indicado, a quantidade e os tipos de diluentes introduzidos no incinerador podem ser selecionados e implementados para moderar a temperatura para niveis de redução de NOX, tal como na presença de NPCs.

Além disso, no que diz respeito ao arranjo da fig. 6, o gás de combustão dos secadores é enviado para o combustor, SNCR, ou ambos, do centro de energia, em vez de, ou em adição a, a reciclagem de gás de combustão. A utilização do gás de combustão a partir dos secadores para aumentar ou substituir o gás de combustão reciclado da caldeira permite que um certo número de benefícios adicionais sejam realizados. A eficiência aumentada de recuperação de energia é tornada possivel como gás de efluente secante pode ser superior a 500 °C, na produção de negro de carbono de forno. Anteriormente, este calor residual não foi capturado, ou pelo menos não na forma do presente invento. Se o fluxo de gás de combustão secante for enviado ao incinerador, a maior parte do calor sensivel pode ser recuperado, pois o efluente da caldeira pode estar a aproximadamente 230 °C, ou outra temperatura mais baixas. 0 uso de efluente secador no combustor pode ativar o controle de NOX no TGB / secador sem a necessidade de re- projetar o TGB / secador. Qualquer NOX criado nos incineradores de gás residual para secadores podem ser destruídos no SNCR. Os incineradores / secadores de gás residual podem não ter redução de NOx. Instalação de SNCR na caldeira de gás residual pode aumentar significativamente a complexidade e custo. Enviando o efluente secador do incinerador pode reduzir ou evitar o custo. NOX gerado nos incineradores de gás residual pode remover HCN e NH3, na principal corrente de gás residual para a caldeira. Se o efluente secador for combinado com o gás residual antes de entrar no combustor ou incinerador, NOX, HCN e NH3 podem estar presentes em conjunto. Isto permitiria as reações (7) e (8) indicadas para ocorrer no incinerador. Efetivamente, isso funciona como SCNR in situ para reduzir NOX sem a injeção de agente de redução.

Como detalhes adicionais sobre o sistema de incinerador e SNCR do arranjo de comparação mostrado na FIG. 3, um combustor para a combustão de materiais combustíveis pode ser fornecido como um incinerador, que pode compreender uma câmara de combustão verticalmente orientada que compreende uma parte superior, uma inferior, uma parede lateral substancialmente cilíndrica ligando as partes superior e inferior, e pelo menos uma entrada de gás para a introdução de gás residual (GR) e pelo menos uma saída de gás de exaustão pode ser proporcionada na parede lateral. Um incinerador superior pode estar localizado dentro do topo da câmara, o qual está adaptado para receber combustível a partir de uma fonte de combustível externa. Uma ou mais entradas de ar podem ser fornecidas para a câmera de combustão. A saída do gás de exaustão do combustor pode ser alimentada em um SNCR. O gás tratado na região do SNCR pode, então, fluir através de uma caldeira. Água de alimentação da caldeira pode ser alimentada a um tambor de vapor e condensado pode ser enviado à caldeira para vaporizar para produzir vapor que flui de volta para o tambor de vapor. O gás de combustão pode sair da caldeira para proporcionar a ventilação e correntes de RGC*. O sistema SNCR (por exemplo, SNCR e caldeira) produz um efluente de gás que pode ser ventilado, ou reciclado (RGC* ou RGC) para o incinerador.

Num arranjo, uma caldeira de vapor pode ser equipada com um dispositivo de SNCR para redução de NOX no gás de combustão final. Agente redutor pode ser adicionado ao SNCR utilizando bicos de pulverização. O SNCR pode ter uma pluralidade de bicos de pulverização (por exemplo, de um a seis ou mais), que podem ser dispostos verticalmente em três para um lado (superior e inferior) pulverizando em um espaço a jusante do escudo radiante, que separa a câmera de combustão a partir dos tubos de geração de vapor. 0 SNCR pode operar por pulverização de uma solução de ureia e/ou outro agente de redução de NOx na corrente de gases de combustão provenientes do incinerador. A temperatura de funcionamento ótima da SNCR pode variar de cerca de 850 °C a 1000 °C, ou de 950 °C a 1000 °C. A colocação dos bocais de SNCR atrás da blindagem radiante segue a partir de um projeto pressuposto que o incinerador irá operar a uma temperatura acima da faixa adequada para a reação do SNCR.

Uma linha de processo identificada como RGC (uma linha de recirculação de gases de combustão) pode ser usada. A linha de RGC pode ramificar no incinerador, e o gás de combustão reciclado pode ser alimentado no combustor próximo do topo (por exemplo, no interior dos 33 % da porção superior da altura do recipiente), ou perto do fundo (por exemplo, dentro dos 33 % inferiores da altura do recipiente), ou ambos. Reciclagem de gás de combustão pode aumentar a eficiência da caldeira, e reduzir a temperatura no combustor. Se a temperatura na câmera de combustão for reduzida através de reciclagem de um gás de combustão (porta de entrada superior) até o ponto de estar na faixa, tais como 850 °C a 1000 °C, ele pode não ser desejável para situar o SNCR atrás do escudo radiante, que pode reduzir a temperatura em aproximadamente um adicional de 100 °C.

Nesta ilustração, como indicado, a solução de ureia e/ou outro agente de redução pode ser injetado na linha de reciclagem de gás de combustão que alimenta a parte inferior do combustor. A linha pode ter um medidor de fluxo de orifício Venturi perto da entrada do combustor. Se a solução de ureia e/ou outro agente redutor for injetado no ponto estreito do venturi do medidor de fluxo, a alta velocidade do gás de combustão reciclado pode dispersar a solução. A porção inferior do combustor pode agora funcionar como o tempo de residência adicional para que a reação de SNCR ocorra. Este projeto tem a vantagem adicional de simplificação da adição de solução de ureia e / ou de outro agente de redução de NOx, tal como um pulverizador de anel único pode ser usado em vez de bicos múltiplos separados, cujos fluxos devem ser modulados individualmente. RGC pode ser realizado por recirculação superior a 25 % (de preferência superior a 40 %, ou mais preferivelmente superior a 50 %) do efluente descarregado a partir do sistema de SNCR de volta para o incinerador como fluxo de gás recirculado RGC.

Sistemas e Métodos de pós-tratamento do gás residual da presente invenção podem ter uma ou mais das características a seguir.

A redução de NOZ no gás de combustão, por exemplo, de pelo menos cerca de 10 %, ou pelo menos cerca de 15 %, ou pelo menos, cerca de 20 %, ou pelo menos cerca de 30 %, ou pelo menos cerca de 40 %, ou pelo menos cerca de 50 %, ou de cerca de 10 % a cerca de 50 %, numa base de taxa gravimétrica, pode ser obtida em relação ao NOX no gás de combustão obtido com o combustor operado a uma temperatura de cerca de 1200 °C.

0 diluente introduzido no incinerador ou combustor pode controlar a temperatura do combustor a uma temperatura de, por exemplo, cerca de 950 °C a cerca de 1100 °C, ou de cerca de 975 °C a cerca de 1100 °C, ou de cerca de 990 °C a cerca de 1075 °C, ou de cerca de 1000 °C a cerca de 1050 °C, ou de cerca de 1010 °C a cerca de 1030 °C, ou outras faixas de temperatura. O gás residual pode ter um tempo de residência no combustor, por exemplo, de cerca de 0,2 segundos a cerca de 5 segundos ou mais, ou de cerca de 0,5 segundos a cerca de 4 segundos, ou de cerca de 1 segundo a cerca de 3 segundos, ou de cerca de 1,5 segundos a cerca de 2,5 segundos, ou em outros intervalos de residência. O diluente introduzido no incinerador pode compreendem, por exemplo, 25 % ou mais, ou 30 % ou mais, ou 40 % ou mais, ou 50 % ou mais, ou 60 % ou mais, numa base de taxa gravimétrica, do total do gás de combustão descarregado a partir de pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva. O diluente pode compreender pelo menos uma porção do gás de combustão de, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva, e pelo menos uma porção do agente de redução de NOx é introduzida no combustor. O diluente pode compreender, pelo menos, em parte, gás de combustão a partir do secador de negro de carbono. Quando o gás de combustão de um secador de negro de carbono é utilizado como diluente no incinerador, o gás de combustão secador pode ter uma temperatura, por exemplo, superior a 200 °C, ou de cerca de 225 °C a cerca de 650 °C, ou de cerca de 400 °C a cerca de 600 °C, ou de cerca de 450 °C a cerca de 550 C. O gás de combustão secador pode conter NOX, NOX em nada menos do que 5 mg/Nm3, ou mais do que 50 mg/Nm3, ou mais do que 100 mg/Nm3. 0 teor de NOX do gás de combustão secador também pode ser reduzido pelos regimes de pós-tratamento indicados na presente invenção.

O efluente do combustor pode ser conduzido para pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva tendo uma temperatura, por exemplo, de cerca de 850 °C a cerca de 1100 °C, ou de cerca de 900 °C a cerca de 1050 °C, ou de cerca de 900 °C até cerca de 1000 °C, ou entre cerca de 925 °C e cerca de 1000 °C, ou entre cerca de 950 °C e cerca de 1000 °C, ou outros valores de temperatura. A razão do volume de SNC para volume da caldeira pode ser, por exemplo, de cerca de 0,1 a cerca de 10, ou cerca de 0,2 a cerca de 5, ou entre cerca de 0,4 e cerca de 3, ou de cerca de 0,5 a cerca de 2.

A presente invenção também se refere a um método para reduzir as emissões de NOx na incineração dos gases residuais compreendendo controle da relação de ar-para- combustivel no combustor no qual o gás residual é introduzido, enquanto controla a temperatura da chama do combustor através de injeções de diluente. A concentração de oxigênio do efluente do combustor pode ser reduzida sem aumentar a temperatura de combustão. O efluente pode ser conduzido a partir do combustor para, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva, em que a concentração de O2 no gás de combustão descarregado a partir da unidade de redução não-catalitica seletiva é inferior a cerca de 8 % em volume, ou menos do que cerca de 5 % em volume, ou menos do que cerca de 3 % em volume, nesta configuração com a razão de ar-para-combustivel controlada no combustor.

0 efluente pode ser conduzido a partir do combustor para, pelo menos, uma unidade de redução seletiva não- catalitica sem qualquer intervenção do escudo radiante reduzindo a temperatura do efluente mais do que cerca de 10 °C, antes da introdução do efluente em, pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva.

Pelo menos uma agente de redução de NOx pode ser introduzido em, pelo menos, uma unidade de redução não- catalitica seletiva localizada a jusante do combustor, para o combustor, ou ambos, em que o agente de redução de NOx ou produtos de decomposição destes ou ambos reagem com o NOX para produzir nitrogênio incluido com gás de combustão descarregado a partir de pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva. 0 agente de redução de NOx pode ser ureia ((NHsHCO), amónia (NH3) , ácido isociânico (HNCO) , ou suas combinações, e/ou outros agentes redutores de NOX. O Agente de redução de NOx pode compreender, por exemplo, uma solução aquosa de ureia, uma solução aquosa de amónia, ou suas combinações. Os agentes redutores podem compreender, por exemplo, uma solução aquosa diluida contendo ureia, amónia, ou ambas, em água na faixa de cerca de 1 % a cerca de 25 %, em peso, com base no agente ativo, ou em outras concentrações. A introdução de agente(s) redutor(es) pode ser feito num único ponto de introdução ou como experimentado usando um ou mais bicos de injeção posicionados ao longo do caminho de fluxo da reciclagem do gás de combustão (RGC) . NH3 pode ser gerado de forma incremental, por exemplo, através de decomposição ou vaporização dos agentes redutores, os quais são injetados no RGC ou diretamente no combustor, como apropriados, tai como sólidos, líquidos de fundição, emulsões, suspensões ou soluções. Alguns sais de amónio, tais como carbonato de amónio ((NH4)2CO3), e bicarbonato de amónio ((NH4)HCO3), podem decompor-se essencialmente completamente em gases, tal como através da liberação de NH3 e CO3, quando aquecido, e o carbonato também pode gerar água.

As composições de gás residual que podem ser tratadas pelos métodos e aparelhos da presente invenção para reduzir os niveis de NOX nas mesmas não são particularmente limitadas. O gás residual introduzido no incinerador pode ter um valor liquido de aquecimento, por exemplo, de cerca de 40 a cerca de 120 BTU por pé cúbico padrão (scf - Ipé3 = 0,03m3), ou de cerca de 45 a cerca de 110 BTU por pé cúbico padrão (scf - Ipé3 = 0,03m3), ou de cerca de 50 a cerca de 80 BTU por pé cúbico padrão (scf - Ipé3 = 0,03m3) . Um combustível ou fonte de combustível, com exceção do gás residual ou de outro gás residual, pode ser introduzido no combustor (incinerador).

A Tabela 1 na seção de exemplos aqui indica algumas composições não limitativas de gás residual exemplares que podem ser tratados para reduzir NOX utilizando a presente invenção. Sem pretender estar limitado por qualquer teoria em particular, crê-se também que certas características da composição do gás residual podem auxiliar na utilização de combustão de baixa temperatura através de inertização por agentes externos (por exemplo, a recirculação do gás de combustão) . Em primeiro lugar, muitos combustíveis incineradores (por exemplo, óleo, carvão, gás natural) têm valores extremamente altos de aquecimento e queimam de forma extremamente rápida. A combustão é completada, e as temperaturas de chama adiabáticas de pico são alcançadas muito rapidamente, e o tempo de mistura para o diluente é frequentemente muito elevado para evitar as temperaturas elevadas observadas nestas chamas. A utilização de um combustível que contém quantidades elevadas de hidrogênio, o qual é facilmente inflamado, pode manter-se estável, mesmo quando a temperatura de combustão é reduzida. Por outro lado, petróleo e gás natural, e carvão podem ser mais dificeis de acender, exigindo mais energia térmica, e chama de baixa temperatura não pode sustentar-se, por isso, mesmo se fosse possivel a pré-diluição do combustível com o diluente para resolver o primeiro problema (acima), a redução das temperaturas adiabáticas no incinerador pode conduzir a instabilidades.

Como indicado, o controle de emissão de NOX com a incineração de gás residual fornecido pelo presente invento pode ser utilizado, por exemplo, para os gases residuais de reatores de negro de carbono do forno, com adaptações e modificações tal como aqui relacionado. A presente invenção pode ser usada, por exemplo, para o tratamento de gases residuais gerados em reatores de negro de carbono, tais como aqueles em uma configuração modular, também designado como "de etapas", do reator de negro de carbono do forno. Reatores de forno em etapas que podem receber tratamento de gás residual de acordo com a presente invenção são mostrados, por exemplo, nas Patentes dos EUA Nos 3.922,3351; 4.383,973; 5,190,739; 5.877.250; 5,904.762; 6.153,684; 6.156,837, 6.403.695, e 6.485.693 Bl, todas as quais estão incorporadas aqui em sua totalidade por referência.

As condições do processo e as matérias-primas utilizadas nos reatores de negro de carbono, que geram o gás residual que pode ser tratado de acordo com a presente invenção, não são particularmente limitadas. A Fig. 2 mostra uma porção de um tipo de reator de negro de carbono de forno 2 que pode ser utilizado num processo da presente invenção para produzir os negros de carbono. Diâmetros e comprimentos úteis das várias zonas no reator que podem ser utilizados podem ser selecionados com referência às patentes acima indicadas incorporadas aqui por referência. Entre os combustíveis adequados para serem utilizados na reação com a corrente de oxidante (ar) na zona de combustão 18 para gerar os gases de combustão quentes, estão qualquer uma das correntes de gás, vapor ou liquido facilmente inflamáveis, tais como gás natural, hidrogênio, monóxido de carbono, metano, acetileno, alcoóis, ou querosene, ou outros combustíveis. É geralmente preferido, contudo, a utilização de combustíveis com um teor elevado de componentes contendo carbono e, em particular, de hidrocarbonetos. A proporção de ar para gás natural utilizada para produzir os negros de carbono pode ser de cerca de 1:1 (relação estequiométrica) a infinito. Para facilitar a geração de gases de combustão quentes, a corrente de oxidante pode ser pré-aquecida. Conforme indicado, a corrente de gases de combustão quentes flui para jusante da zona de estreitamento do reator onde a matéria-prima que gera negro de carbono pode ser introduzida, e / ou em outros pontos de introdução da matéria-prima no reator. A matéria-prima pode ser introduzida, por exemplo, quer através de uma sonda (axial ou radialmente), radialmente para o interior através de uma pluralidade de aberturas posicionadas na parede do reator, ou uma combinação dos dois. Adequados para utilização aqui como os tipos de matéria-prima de hidrocarbonetos que gera negro de carbono, que pode ser prontamente volatilizada sob as condições da reação, incluem aqueles descritos nas patentes incorporadas acima indicadas. A matéria-prima pode ser pré-aquecido antes de ser introduzida no reator. Após a introdução, a matéria-prima se combina com a corrente de gás aquecido para formar uma corrente de reação na qual o negro de carbono é formado no reator.

Aditivos, tais como os convencionalmente utilizados na produção de negro de carbono, podem ser introduzidos no reator. Os aditivos que podem modificar a estrutura do negro de carbono, por exemplo, tais como os Grupos de ions de metais alcalino-terrosos / alcalinos I e / ou II, podem ser utilizados como aditivos. Estes aditivos podem ser adicionados, por exemplo, numa quantidade tal como 200 ppm ou mais do elemento e/ou ions do Grupo IA ou elemento do Grupo IIA (ou ions destes) estão presentes no produto de negro de carbono, finalmente formado. O(s) aditivo(s) pode(m) ser adicionado(s) de qualquer forma, incluindo quaisquer meios convencionais. Em outras palavras, a substância pode ser adicionada da mesma maneira que uma matéria-prima que gera negro de carbono é introduzida. A substância pode ser adicionada como um gás, liquido ou sólido, ou qualquer combinação destes. A substância pode ser adicionada em um ponto ou em vários pontos e pode ser adicionada como uma corrente única ou uma pluralidade de correntes.

A corrente de reação dentro do reator pode ter uma temperatura de extinção, por exemplo, de cerca de 600 °C a cerca de 2000 °C, ou de cerca de 800 °C até cerca de 1800 °C, ou de cerca 1000 °C a cerca de 1500 °C, ou outras altas temperaturas elevadas que reflitam uma reação exotérmica extrema que é gerada no reator de forno. O negro de carbono na corrente de reação pode ser extinto com uma ou mais zonas. Por exemplo, tal como indicado na FIG. 2, na posição de extinção 15, fluido de extinção é injetado, o qual pode ser água, o qual pode ser utilizado para parar completamente ou praticamente parar completamente a pirólise da matéria-prima que gera negro de carbono, ou apenas arrefecer parcialmente a matéria-prima, sem parar a pirólise seguida por uma extinção secundária 21, que pode estar a jusante de um trocador de calor 3, utilizado para parar a pirólise da matéria-prima que gera negro de carbono. Após a mistura de gases de combustão quentes e matéria-prima que gera negro de carbono é extinta, os gases arrefecidos passam a jusante para os meios de separação, que podem ser de tipo convencional, em que o negro de carbono é recuperado e gás residual é transportado para um ISS ou o presente invento.

A presente invenção inclui os seguintes aspectos / modalidades / características, em qualquer ordem e / ou em qualquer combinação:

1. A presente invenção refere-se a um método para reduzir as emissões de NOx na incineração de gás residual, compreendendo: a introdução do gás residual a um incinerador que tem uma temperatura de combustor, em que o gás residual compreende NOX, Precursores de NOx, ou ambos, e X é um valor positivo; e a introdução de diluente no combustor para controlar a temperatura do combustor a uma temperatura de cerca de 950°C até cerca de 1100°C.

2. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o referido gás residual é originado a partir de, pelo menos, um forno de negro de carbono.

3. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o referido gás residual tem um tempo de residência no referido combustor de cerca de 0,2 segundos a cerca de 5 segundos.

4. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, que compreende ainda a condução de efluente proveniente do combustor para, pelo menos, uma unidade de redução não-catalítica seletiva que tem uma temperatura de cerca de 850 °C até cerca de 1100 °C.

5. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, que compreende ainda a introdução de, pelo menos, um Agente de redução de NOx em, pelo menos, uma unidade de redução não-catalítica seletiva localizada a jusante do referido combustor, no combustor, ou em ambos, em que o Agente de redução de NOx ou produtos de decomposição destes ou ambos reagem com o NOX para produzir nitrogênio incluído com gás de combustão descarregado a partir da pelo menos uma unidade de redução não-catalítica seletiva.

6. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o diluente compreende 25 % ou mais, numa base de taxa gravimétrica de gás de combustão total descarregado a partir de, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva, e pelo menos uma porção do agente redutor de NOX é introduzida diretamente em, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva.

7. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o gás residual introduzido no combustor compreende menos do que ou o mesmo que cerca de 4 % em peso de água e o diluente compreende 30 % ou mais numa base de taxa gravimétrica do gás de combustão total descarregado a partir de, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva, e pelo menos uma porção do agente redutor de NOX é introduzida diretamente em pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva.

8. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o gás de combustão é reciclado para o combustor a partir de uma mesma unidade de redução não-catalitica seletiva para que o Agente de redução de NOx seja introduzido diretamente.

9. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o diluente compreende, pelo menos, uma porção do gás de combustão de pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva, e pelo menos uma porção do agente redutor do NOX é introduzida no incinerador.

10. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o diluente compreende gás de combustão a partir de uma fonte de combustão, e, opcionalmente, pelo menos uma porção do Agente de redução de NOx é introduzida no combustor.

11. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o diluente compreende gás de combustão a partir de um secador de negro de carbono, e, opcionalmente, pelo menos uma porção do agente redutor de NOX é introduzida no combustor.

12. 0 método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o diluente compreende um gás de combustão a partir de um secador de negro de carbono que tem uma temperatura superior a 200 °C.

13. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, que compreende ainda a introdução de um combustível, exceto o referido gás residual ou outro gás residual, dentro do referido combustor.

14. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o efluente é conduzido a partir do combustor para, pelo menos, uma unidade de redução seletiva não-catalítica sem qualquer intervenção de escudo radiante reduzindo a temperatura do efluente mais do que cerca de 10 °C antes da introdução do efluente em pelo menos uma unidade de redução não- catalítica seletiva.

15. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o agente de redução de NOx é a ureia, amónia, ou ambas.

16. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o agente de redução de NOx compreende uma solução aquosa de ureia.

17. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que, pelo menos, uma redução de 10 %, numa base de taxa gravimétrico, na presença de NOX nos gases de combustão, é obtida em relação ao NOX presente nos gases de combustão obtidos com o combustor operado a uma temperatura de cerca de 1200 °C.

18. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o gás residual introduzido no incinerador tem um valor liquido de aquecimento de cerca de 40 até cerca de 120 BTU por pé cúbico padrão (scf - Ipé3 = 0,03m3).

19. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o NOx térmico é uma reação minoritária que ocorre na incineração do gás residual.

20. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que a incineração dos gases residuais ocorre na ausência substancial de NOx térmico.

21. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que a incineração dos gases residuais ocorre sem a formação de NOX térmico.

22. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, em que o volume de SNCR para o volume da caldeira está numa razão de cerca de 0,1 a cerca de 10.

23. O método de redução de emissões de NOX em gás residual de combustão, compreendendo: a introdução de gás residual a partir da combustão de pelo menos um hidrocarboneto em um combustor que tem uma temperatura de incineração, em que o gás residual compreende NOX e Precursores de NOX, e x é um valor positivo; introdução de diluente no incinerador para controlar a temperatura do incinerador para uma temperatura de cerca de 950 °C até cerca de 1100 °C; condução do efluente a partir do incinerador para pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva possuindo uma temperatura de cerca de 850 °C até cerca de 1100 °C; introdução de pelo menos um agente de redução de NOX em pelo menos uma unidade não-seletiva redução catalitica, no incinerador, ou ambos, em que o Agente de redução de N0x ou produtos de decomposição do mesmo ou ambos reagem com o NOX para produzir nitrogênio incluido com o gás de combustão descarregado a partir de pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva.

24. Um método de redução de emissões de NOX na incineração de gás residual compreendendo o controle da proporção de ar-para-combustivel no combustor em que o gás residual é introduzido, enquanto se controla a temperatura da chama do combustor por meio de injeções de diluente, em que o gás residual compreende NOX, precursores de NOX, ou ambos, e x é um valor positivo, e a concentração de oxigênio de efluente do combustor é reduzido sem aumentar a temperatura do combustor.

25. O método de qualquer modalidade / recurso / aspecto anterior ou posterior, que compreende ainda a realização de efluente proveniente do combustor, pelo menos, uma unidade não-catalitica seletiva de redução, em que a concentração de Cç do gás de combustão descarregado a partir da unidade de redução não-catalitica seletiva é inferior a cerca de 8 % em vol.

26. Uma unidade de caldeira de incineração do gás residual, compreendendo: (i) incinerador operável para receber: (a) gás residual compreendendo NOX, precursores de NOX, ou ambos, e (b) diluente de tipo(s) e quantidade(s) para controlar a temperatura de combustão a partir de cerca de 950 °C até cerca de 1100 °C, e (ii) pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva que compreende, pelo menos, um dispositivo de redução não-catalitica seletiva e uma caldeira, a referida unidade de redução operável para receber efluentes descarregados a partir do combustor e, pelo menos, um agente de redução de NOX ou produtos de decomposição da mesma ou ambos, legivel tanto com o NOX para produzir nitrogênio incluido com gás de combustão descarregado a partir de pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva.

27. Um aparelho para a produção de negro de carbono que compreende um reator de negro de carbono de forno para a produção de negro de carbono e gás residual, um filtro para a separação do negro de carbono do gás residual, e uma unidade de caldeira para a incineração do gás residual de acordo com o item anterior.

A presente invenção pode incluir qualquer combinação destas várias características ou modalidades acima e/ou abaixo conforme definido nas frases e/ou parágrafos. Qualquer combinação de características aqui divulgadas é considerada parte da presente invenção e nenhuma limitação é pretendida no que diz respeito às características combináveis.

A presente invenção será adicionalmente clarificada pelos exemplos seguintes, que se destinam a serem ilustrativos do presente invento.

EXEMPLOS

A presente invenção foi demonstrada em uma caldeira a vapor alimentada a gás residual comercial. A configuração da caldeira é ilustrada na FIG. 7. O desenho não está em escala.

Na fig. 7, o combustor de gás residual é composto das seções A e B. Correntes e zonas / recipientes são destacados com números e letras, respectivamente. Ao longo desta discussão, os parênteses são usados ao se fazer referência a correntes (#) e zonas / recipientes (abc). A chama queima de cima para baixo. Combustível de gás residual alimentado no incinerador (120) através da entrada (105) . O ar de combustão fornecido na linha (101) é dividido em três correntes, onde a corrente (102) é enviada ao combustor a partir do topo como abastecimento de ar piloto do incinerador. Correntes (103) e (104) são injetadas no combustor em duas elevações. As correntes de ar são injetadas através de uma placa perfurada na direção radial para o combustor para obter uma distribuição uniforme. 0 escalonamento do ar de combustão resulta em duas zonas de combustão no combustor, com a proporção de ar para combustível em cada uma das zonas de combustão ajustável através da taxa de fluxo das correntes (103) e (104).

Gás residual queimado é enviado para a caldeira (E) por meio de super-aquecedor a vapor (D). Depois da transferência de calor na caldeira (E), o gás de combustão sai da caldeira como corrente (109). A Corrente (109) pode ser dividida em correntes (109A) e uma porção do gás de combustão (108) a partir da saida da caldeira é reciclada de volta para o combustor (120) por meio de um ventilador (não mostrado). O gás de combustão reciclado (108) é dividido em duas correntes (106) e (107), as quais são injetadas em locais diferentes do combustor. A Corrente (106) é utilizada principalmente para controlar a temperatura no combustor, e a corrente (107) é usada para ajustar a temperatura SNCR (mostrado como zona (C) ) . Injeção de ureia, usada como um reagente de redução de NOX, é fornecida através de (113).

Água de alimentação da caldeira é alimentada ao tambor de vapor (F) e condensado (111), é enviado para a caldeira (E) para vaporizar para a produção de vapor (112). Produto de vapor final (115) deixa a unidade para utilização. Uma fração do vapor que sai do tambor de vapor é enviada para o super-aquecedor a vapor (D) para produzir vapor superaquecido. Enquanto isso, super aquecimento (D) atua como escudo radiante para proteger os tubos da caldeira de serem super aquecidos. Como o estudo foi feito durante a produção de vapor, a demanda de vapor ditou a quantidade de gás residual processado, então os fluxos variaram ao longo do tempo. Os volumes das zonas importantes para a reação foram os seguintes: Zona de combustão superior (A): 58,3 m3. Zona de combustão inferior (B) : 258,7 m3. Zona de reação SNCR (°C): 101,4 m3.

O fluxo de gás de combustão médio no incinerador (incluindo a reciclagem, (109A) + (108)) foi calculado como sendo igual 96,081 Nm3/h (com base no equilíbrio de massa e assumindo a combustão completa). Por conseguinte, a velocidade espacial normal média (definida como Nm3/h fluxo de gás de combustão por m3 de volume) foi conforme mostrado abaixo: Zona de combustão superior (A): 2280 h-1. Zona de combustão inferior (B): 514 h-1. Zona de reação de SNCR (C) : 1311 h'1.

O gás residual para a composição média é dado na Tabela 1. NPCs foram medidos durante todo o teste, de modo que este valor é baseado em medições. Os componentes restantes são estimados com base em equilíbrio termodinâmico e de massa. A Tabela 1 contém também faixas não limitativas de composições de gás residual que podem ser usadas para diversas condições de produção e várias matérias-primas utilizadas nos métodos da presente invenção.

A Tabela 2 resume a faixa de variáveis testadas durante o teste de demonstração. Dois estudos foram realizados simultaneamente. O primeiro estudo investigou o desempenho da caldeira somente (com o SNCR desligado). O segundo estudo investigou o desempenho do SNCR, através simplesmente da ativação do SNCR durante cada uma das condições do primeiro estudo e medição da eficácia do sistema SNCR na destruição do NOX. Assim, para cada condição, o estudo foi capaz de medir o quão bem o controle operacional sozinho poderia reduzir o NOX, e como o SNCR poderia, então, reduzir o NOX após a combustão. Como SNCR consome os reagentes, é preferível evitar NOX durante operações de caldeira em vez de ter de remediar usando ureia ou amónia em um SNCR.

Ar piloto (102) foi mantido constante durante todo o teste. O gás natural foi desligado durante o conjunto de dados descrito aqui.

A emissão de N0x da caldeira foi monitorada continuamente com um analisador NOX instalado on-line na pilha. A concentração de NOX foi convertida em base seca, em 3 % de 02 seguindo o padrão industrial.

Para uma operação sem SNCR, duas correlações lineares empíricas foram desenvolvidas com base nas variáveis significativas na concepção do experimento (DOE) (ver Tabela 2) . Como FGR e a temperatura do incinerador estão intimamente relacionadas, pode-se desenvolver uma boa correlação linear usando uma das duas destas variáveis, mas não ambas. A Tabela 3 mostra a correlação com base na temperatura de incineração, o oxigênio de saída, e o fluxo de gás de combustão de suspiro. A FIG. 8 mostra uma correlação entre a emissão de NOX e a temperatura do combustor, com o oxigênio do gás de combustão constante. A FIG. 8 mostra graficamente a correlação para um fluxo de gás de combustão de suspiro constante de 125.000 Nm3/h. A faixa final superior do DOE é representada, pois ilustra o regime desafiador mais desafiante para a diminuição de NOX. A Tabela 4 mostra uma correlação alternativa baseada no oxigênio que sai da fração de recirculação de gás de combustão. A FIG. 9 mostra uma correlação entre a proporção de emissão de NOX e reciclagem de gases de combustão com a constante de oxigênio do gás de combustão. A FIG. 9 representa graficamente a correlação de um fluxo de gás de combustão de suspiro constante 125.000 Nm3/h.

A FIG. 8 mostra que quando a temperatura do combustor diminui o nível de emissão de NO3 diminui. Por exemplo, a uma concentração de oxigênio do gás de combustão de 2 % em volume, quando a temperatura do combustor diminuiu de 1200 °C até cerca de 950 °C, a correlação empírica prediz uma emissão de NOX, que diminui de 550 mg/Nm3 a 300 mg/Nm3 com a temperatura. As parcelas também são rotulados como "% de Precursores de NOx convertidos em NOX nos gases de combustão", que é definido como a proporção de fluxo molar de NOX no gás de combustão versus o fluxo molar do NFCs total no gás residual alimentado na caldeira. Conforme a emissão de NOX diminui, a "% de precursores de NOX convertidos em NOX nos gases de combustão" também diminuiu.

O efeito da proporção de ar para combustível, ou seja, a concentração de oxigênio do gás de combustão nas emissões de NOX é claramente demonstrado durante as linhas paralelas na FIG. 8. Em temperatura de chama constante, menor concentração de oxigênio resulta em redução de NOX menor.

Resultados semelhantes podem ser vistos na FIG. 9, que mostra que à medida que a taxa de reciclagem de gases de combustão é aumentada, a emissão de NOX foi diminuída. A proporção de reciclagem de gases de combustão e proporção de ar para combustível demonstraram ser duas maneiras eficazes para minimizar a redução de NOX.

Os exemplos não-limitantes seguintes ilustram adicionalmente a presente invenção. Os resultados são resumidos na Tabela 5.

EXEMPLO COMPARATIVO IA

Este exemplo ilustra uma condição tipica de operação da caldeira. 0 gás residual entrou no combustor do sistema de caldeira na entrada (105), e o fluxo total de ar para a 5 linha (101) foi controlado de tal modo que o teor de oxigênio de saida da caldeira foi de 5,9 %. Os resultados são apresentados na Tabela 3. Se todos os NPCs no gás residual fossem convertidos em NOX na caldeira, 1455 mg/Nm3 (base seca) de N02 no gás de combustão seriam obtidos. No 10 entanto, mesmo nesta configuração não otimizada, apenas 35,9 % dos NPCs são convertidos a NO2, e 522 mgN/m3 de NO2, base seca, foram medidos na saida da caldeira. Nenhuma ureia foi alimentada ao SNCR de forma que nenhuma destruição adicional de NO2 ocorreu.

EXEMPLO COMPARATIVO 1B

Nas mesmas condições de operação da caldeira que o Exemplo Comparativo 1A, o SNCR foi ligado. Fluxo de ureia foi aumentado até uma quantidade mínima de emissões de NO2 foi obtida. Nesta condição, 36,4 % do N02 alimentado ao 20 SNCR foi destruído. No entanto, as perdas de calor em todo o escudo de radiação reduziu a temperatura de entrada do SNCR para 882 °C a partir de 935 °C na saída do incinerador. Isto é conhecido por ser uma temperatura muito baixa para operação de SNCR. Operação de SNCR é geralmente 25 otimizada entre 900 e 1000 °C (por exemplo, Duo el al. Can, J. Chem. Eng. 70, 1014 (1992).

Em consequência, a conversão da ureia é pobre. SNCRs geralmente convertem cerca de 50% (em peso) da ureia alimentada (por exemplo, Duo et al. Can J. Chem. Eng. 70, 30 1014 (1992); http://www.flek.com/pdfs/TPP-522.pdf). No entanto, neste exemplo, estimou-se que apenas uma conversão de 12% de ureia (em peso) foi direcionada à reação de redução de N0x. Conversão de ureia pobre não é desejada, ela aumenta o consumo de RMC e produz emissões de amónia na abertura, que é também frequentemente regulada como um poluente do ar.

EXEMPLO COMPARATIVO 2A

Neste exemplo, a redução de NO2 foi tentada primeiramente através da redução da concentração de oxigênio de saida. Nenhum SNCR é usado. Oxigênio inferior deve reduzir as emissões de NOX porque a cinética da reação de formação de N0x depende da concentração de oxigênio. No entanto, neste exemplo, apenas um mínimo de recirculação do gás de combustão é fornecido (< 7 % em peso da alimentação total de gás fresco) . Isso não é suficiente para manter a temperatura mais baixa no Exemplo Comparativo IA. O resultado é que a mistura de gases é mais próxima da razão estequiométrica de ar para queima, de modo que a temperatura é mais elevada. Temperatura mais elevada favorece a formação de NOX, de modo que este compensa os benefícios da redução de oxigênio. Há uma certa melhoria de NOX (44,6 % em peso a menos de rendimento de NOX a partir de NPCs contra Exemplo Comparativo IA).

EXEMPLO COMPARATIVO 2B

Nas mesmas condições de operação da caldeira, como o Exemplo Comparativo 2a, o SNCR foi ligado. Fluxo de ureia foi aumentado até que uma quantidade mínima de emissões de NO2 foi obtida. Nesta condição, 60 % em peso do NO2 alimentado ao SNCR foram destruídos. No entanto, as perdas de calor em todo o escudo de radiação diminuíram a temperatura de entrada do SNCR para 850 °C a partir de 1008 °C na saída do incinerador. Tal como no exemplo IB, as perdas através do escudo radiante fizeram com que o SNCR operasse abaixo das temperaturas aceitáveis. Conversão de NO? foi melhor só porque as taxas de fluxo neste exemplo foram mais baixas do que no Exemplo Comparativo 1B.

EXEMPLO 3A

Tal como no Exemplo Comparativo 2A, redução de NO2 foi tentada em primeiro lugar através da redução da concentração do oxigênio de saída, ao contrário do exemplo 2A, a reciclagem de gás de combustão é utilizada em quantidades elevadas (39 % em peso da alimentação de gás fresco) para reduzir a temperatura do incinerador para 905 °C. Nenhum SNCR é usado. Redução de oxigênio de saída, mantendo o incinerador em temperaturas mais baixas mostrou redução notáveis de emissões de NOX. As emissões de NOX foram reduzidas em 61,2 % em relação ao exemplo comparativo IA (conforme medido pelas % de NPCs convertidos em NOX) , e uma redução adicional de 16,6 % em NPC transformado em N0x do exemplo 2A (onde foi usado apenas oxigênio inferior) . Este exemplo mostra que as elevadas taxas de recirculação de gás de combustão podem ser utilizadas para reduzir substancialmente a temperatura de incineração e, consequentemente, as emissões de NOX, especialmente quando combinadas com a redução de oxigênio de saída.

A redução da temperatura no incinerador, e consequentes emissões de NOX poderiam, em princípio, ser realizadas com qualquer agente de diluição inerte, tal como água, vapor de água, nitrogênio, dióxido de carbono, ou outra fonte de gás de combustão. No entanto, a recirculação dos gases de combustão tem a vantagem de que não reduz a eficiência de recuperação de energia.

EXEMPLO 3B

Nas mesmas condições de operação da caldeira do exemplo 3A, SNCR foi ligado. Fluxo de ureia foi aumentado até que uma quantidade minima de emissões de NO2 foi obtida. Nestas condições, apenas 19 % do NO2 alimentado ao SNCR foram destruídos, e apenas 2 % da ureia alimentada foram consumidos. A combustão em baixa temperatura e as perdas de calor ao longo do escudo de calor radiante geraram uma temperatura extremamente baixa de operação de SNCR igual a 817 °C, bem abaixo da temperatura aceitável para a operação do SNCR. Este exemplo ilustra o paradoxo de combustão de baixa temperatura: quando a temperatura de combustão é reduzida, NOX inerente no incinerador é reduzido, mas a temperatura mais baixa faz com que os sistemas de redução de SNCR tradicionalmente concebidos sejam ineficazes.

EXEMPLO 4A (PROFÉTICO)

Exemplo 4A ilustra um uso benéfico de um diluente externo em vez de utilizar a recirculação do gás de combustão interna para controlar a temperatura no incinerador. Neste exemplo, a temperatura, e a taxa de oxigênio de saida são mantidas as mesmas que do Exemplo 3A, mas a temperatura é controlada pelo gás de combustão de uma fonte de combustão externa. Neste exemplo, um efluente secador de negro de carbono é utilizado com uma composição semelhante ao gás de combustão do Exemplo Comparativo IA, contendo 522 mg/m3 de NOX (base seca) . Este gás entra na caldeira a 500 °C. O desempenho é melhorado ao longo do Exemplo 3A de duas maneiras:

Primeira, mais NOX é diminuido, tanto numa base de % de NPCs alimentado e numa base de massa absoluta. A redução absoluta de NOX é um resultado do simples fato de que o secador é executado de forma semelhante ao Exemplo IA não otimizado e tem N0xmais elevado. Simplesmente, através da adição dele à corrente de gás e requeima do mesmo com bom controle da temperatura, o NOX é reduzido. Simplismente, 40 % a mais de gás está sendo processado com rendimentos mais baixos para NOX. Além disso, o NOX neste gás de combustão vai realmente reagir com as NPCs vindo do gás residual, e executa um SNCR in situna entrada do incinerador. Isto resulta na produção de NPCs para NOX reduzindo de 13,9 % no Exemplo 3a para 11,8 % no Exemplo 4A.

Segunda, como o gás de combustão está a 500 °C, o desvio deste gás para a caldeira permite que a caldeira recupere este calor que normalmente seria desperdiçado. A produção de vapor subiria de 34,6 toneladas métricas/ hora no Exemplo 3A para 39,8 toneladas métricas / hora no Exemplo 4A.

EXEMPLO 4B (PROFÉTICO)

Exemplo 4B resolve o paradoxo descrito no Exemplo 3B. A operação é idêntica à do Exemplo 3B com uma mudança maior. Em vez de injetar a solução de ureia na corrente (113), a solução de ureia é coinjetada com uma pequena quantidade de RGC (ou outro gás) para atomização na corrente (107). Na operação normal do incinerador (sem RGC ou outro diluente adicionado na corrente (106), isso não seria eficaz, porque a temperatura na zona (B) seria muito elevada para o funcionamento do SNCR. No entanto, neste exemplo, RGC na corrente (106) reduz a temperatura na zona (B) , para 907 °C, no lado da temperatura baixa, mas no interior da janela de operação aceitável para o SNCR. Além disso, a baixa temperatura é compensada pelo volume muito 5 maior da zona (B) do que a cavidade do SNCR. A zona (B) é cerca de 2,5 vezes a zona (C), em volume e, consequentemente, o tempo de residência também é de 2,5 vezes o da zona (C) . Como resultado, as eficiências mais típicas para conversão de ureia (50 %) e conversão de NOX 10 (60 %) seriam observadas. Este exemplo utiliza otimização de caldeira e SNCR na melhor configuração, resultando numa menor concentração de N0x de todos os exemplos, 84,9 % a menos do que a base do Exemplo 1A.

Tabela 1 Composição do gás residual média para teste e composições de gás residual típicas do processamento de negro de carbon

Tabela 2 Projeto de faixas de condições de experiment

Tabela 3 Correlação com base na temperatura do incinerador,oxigênio de saída e fluxo de gás de combustão de suspiro. 0 grau de confiança é dado por 100% - o valor na coluna final Equação para correlação: 2 6 NPCs convertidos a NO2 = b +* ml*GCvent + m2* 02 de saída+ m3*Tincinerador

Tabela 4 Correlação com base na reciclagem de gás de combustão, oxigênio de saída e fluxo de gás de combustão de suspiro. O grau de confiança é dado em 100% - o valor na coluna final

Equação para correlação: NPCs convertidos a NO2 = b + ml*RGC/fluxo de gás para a caldeira + m2*GCvent + m3*02 de saída

FIG. 10 mostra a Tabela 5, que é um resumo dos resultados para estes exemplos. No exemplo comparativo 4A, a relação de fluxo de RGC para alimentação de gás fresco total é calculada como se segue: o fluxo de RGC refere-se aos gáses de combustão a partir de um invólucro de negro de carbono de secador, e a alimentação de gás fresco inclui apenas gás residual e ar. Não há nenhuma recirculação de gases de combustão interna, neste exemplo, mas o gás de combustão de negro de carbono secador é tratado como RGC e nenhuma alimentação de gás "fresco".

Os requerentes incorporam especificamente em sua totalidade o conteúdo de todas as referências citadas nesta divulgação. Além disso, quando uma quantidade, concentração, ou outro valor ou parâmetro é dado como um intervalo, a faixa preferida, ou uma lista de valores superiores preferidos e valores inferiores preferidos, isto é para ser entendido como especificamente divulgando todas as faixas formadas a partir de qualquer par de qualquer faixa de limite superior ou valor preferido e qualquer faixa de limite inferior da faixa ou valor preferido, independentemente do fato dos intervalos serem descritos separadamente. Quando uma faixa de valores numéricos é aqui citada, a menos que indicado de outra forma, a faixa é 5 intendida como incluindo os pontos finais do mesmo, e todos os inteiros e frações dentro do intervalo. Não se pretende que o âmbito da invenção seja limitado aos valores específicos recitados na definição de uma faixa.

Outras modalidades da presente invenção serão 10 evidentes para os peritos na arte a partir da consideração do presente relatório descritivo e prática da presente invenção aqui apresentada. Pretende-se que o presente relatório descritivo e exemplos sejam considerados como exemplares apenas, com o verdadeiro âmbito e conceito 15 inventivo do invento sendo indicados pelas seguintes reivindicações e seus equivalentes.

Claims

1. Método para reduzir as emissões de N0x na incineração de gás residual caracterizadopelo fato de que compreende: a introdução do gás residual em um combustor possuindo uma temperatura de combustão, em que o gás residual compreende NOX, precursores de NOX, ou ambos, e x é um valor positivo; e a introdução de diluente no combustor para controlar a temperatura do combustor para uma temperatura de cerca de 950 °C até cerca de 1100 °C, em que o diluente é introduzido nos 33 % superiores de altura do combustor, e em que o diluente compreende, pelo menos, um dentre (i) 25 % ou mais de uma base de taxa gravimétrica do gás de combustão total descarregado a partir de pelo menos uma unidade de processamento localizada à jusante do referido combustor, ou (ii) gás de combustão de uma fonte de combustão externa para o referido combustor.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende o referido gás residual é gerado a partir de, pelo menos, um forno de negro de carbono.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que o referido gás residual tem um tempo de residência no referido combustor de cerca de 0,2 segundos a cerca de 5 segundos.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizadopelo fato de que compreende ainda a condução do efluente proveniente do combustor para, pelo menos, uma unidade de redução não- catalitica seletiva que tem uma temperatura de cerca de 850 °C até cerca de 1100 °C.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizadopelo fato de que compreende ainda a introdução de, pelo menos, um agente de redução de NOX em, pelo menos, uma unidade de redução não- catalitica seletiva localizada a jusante do referido combustor, o combustor, ou ambos, em que o agente de redução de N0x ou produtos de decomposição do mesmo, ou ambos, reagem com o NOX para produzir nitrogênio incluído com gás de combustão descarregado a partir de pelo menos uma unidade de redução não-catalítica seletiva.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizadopelo fato de que o diluente compreende 25 % ou mais, numa base de taxa gravimétrica de gás de combustão total descarregado a partir de, pelo menos, uma unidade de redução não- catalítica seletiva, e pelo menos uma porção do agente de redução de NOX é introduzida díretamente em pelo menos uma unidade de redução não-catalítica seletiva.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizadopelo fato de que o gás residual introduzido no combustor compreende menos do que ou igual a cerca de 4 % em peso de água, e o diluente compreende 30 % ou mais, numa base de taxa gravimétrica do gás de combustão total descarregado a partir do pelo menos uma unidade de redução não-catalítica seletiva, e pelo menos uma porção do agente de redução de NOZ é introduzida diretamente na unidade de redução não- catalítica seletiva.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizadopelo fato de que o gás de combustão é reciclado para o combustor a partir de uma mesma unidade de redução não-catalítica seletiva à qual o agente de redução de NOX é introduzida diretamente.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizadopelo fato de que o diluente compreende pelo menos uma porção do gás de combustão de pelo menos uma unidade de redução não- catalítica seletiva, e pelo menos uma porção do agente de redução de NOX é introduzida no combustor.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o diluente compreende gás de combustão proveniente de uma fonte de combustão externa para o referido combustor, e, opcionalmente, pelo menos uma porção do agente de redução de NOX é introduzida no combustor.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizadopelo fato de que o diluente compreende gás de combustão de um secador de negro de carbono, e, opcionalmente, pelo menos uma porção do agente de redução de NOX é introduzida no combustor.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizadopelo fato de que o diluente compreende um gás de combustão de um secador de negro de carbono que tem uma temperatura superior a 200 °C.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracterizadopelo fato de que compreende ainda a introdução de um combustível, outro além do referido gás residual ou outro gás residual, no referido combustor.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caracterizadopelo fato de que o efluente é conduzido a partir do combustor para, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva sem qualquer intervenção de escudo radiante reduzindo a temperatura do efluente mais do que cerca de 10 °C antes da introdução do efluente na unidade de redução não-catalitica seletiva.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ou 14, caracterizadopelo fato de que o agente de redução de NOX é ureia, amónia, ou ambas.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15, caracterizadopelo fato de que o agente de redução de NOX compreende uma solução aquosa de ureia.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma redução de 10 % de NOX, em uma base de taxa gravimétrica, nos gases de combustão é obtida em relação ao NOX no gás de combustão obtido com o combustor operado a uma temperatura de cerca de 1200 °C.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ou 17, caracterizadopelo fato de que o gás residual, como introduzido ao incinerador tem um valor liquido de aquecimento de cerca de 40 até cerca de 120 BTU por pé cúbico padrão (sef, Isef = 28,32dm3).

19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 ou 18, caracterizadopelo fato de que NOX térmico é uma reação minoritária que ocorre na incineração do gás residual.

20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 ou 19, caracterizadopelo fato de que a incineração do gás residual ocorre na ausência substancial de NOX térmico.

21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 ou 20, caracterizadopelo fato de que a incineração dos gases residuais ocorre sem a formação de NOX térmico.

22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 ou 21, caracterizadopelo fato de que a razão do volume de SNCR para volume de caldeira é uma razão de cerca de 0,1 a cerca de 10.

23. Método para reduzir as emissões de NOX no gás residual de combustão, caracterizadopelo fato de que compreende: a introdução do gás residual da combustão de pelo menos um hidrocarboneto em um incinerador que tem uma temperatura de incineração, em que o gás residual compreende N0x e precursores de NOX, e x é um valor positivo; a introdução de diluente ao incinerador para controlar a temperatura do incinerador até uma temperatura de cerca de 950° C a cerca de 1100 °C, em que o diluente é introduzido nos 33 % superiores da altura do combustor, e em que o diluente compreende, pelo menos um dentre (i) 25 % ou mais numa base de taxa gravimétrica do gás de combustão total descarregado a partir de uma unidade de processamento localizada á jusante do referido combustor, ou (ii) gás de combustão a partir de uma fonte de combustão externa para o referido combustor; a condução do efluente do incinerador para uma unidade de redução não-catalitica seletiva tendo uma temperatura de cerca de 850 °C até cerca de 1100 °C: a introdução de pelo menos um agente de redução de NOX em, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva, o incinerador, ou ambos, em que o agente de redução de NOX ou produtos de decomposição destes, ou ambos, reagem com N0x para produzir nitrogênio incluido com gás de combustão descarregado a partir de pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva.

24. Método para reduzir as emissões de NOX na incineração de gases residuais caracterizadopelo fato de que compreende controlar a razão de ar-para-combustivel num combustor no qual o gás residual é introduzido, enquanto se controla a temperatura da chama do combustor através de injeções de diluente, em que o gás residual compreende NOX, precursores de N0x, ou ambos, e x é um valor positivo, e a concentração de oxigênio do efluente do combustor é reduzida sem aumentar a temperatura do combustor.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que compreende ainda a condução do efluente proveniente do combustor para, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva, em que a concentração de Ct do gás de combustão descarregado a partir da unidade de redução não-catalitica seletiva é inferior a cerca de 8% em volume.

26. Unidade de caldeira para incineração de gás residual, caracterizadapelo fato de que compreende: (i) combustor operável para receber: (a) gás residual compreendendo NOX, precursores de NOX, ou ambos, e (b) diluente de tipo(s) e quantidade(s) para controlar a temperatura de combustão a partir de cerca de 950 °C até cerca de 1100 °C; em que o diluente é introduzido nos 33 % superiores da altura do combustor, e em que o diluente compreende, pelo menos um dentre (i) 25 % ou mais numa base de taxa gravimétrica do gás de combustão total descarregado a partir de uma unidade de processamento localizada á jusante do referido combustor, ou (ii) gás de combustão a partir de uma fonte de combustão externa para o referido combustor; e (ii) pelo menos uma unidade de redução não-catalitica seletiva que compreende, pelo menos, um dispositivo de redução não-catalitica seletiva e uma caldeira, a referida unidade de redução operável para receber efluente descarregado a partir do combustor, e pelo menos um agente de redução de NOX ou produtos de decomposição do mesmo, ou ambos, reagem com o NOX para produzir nitrogênio incluido com gás de combustão descarregado a partir de, pelo menos, uma unidade de redução não-catalitica seletiva.

27. Aparelho para a produção de negro de fumo caracterizadopelo fato de que compreende um reator de 5 fornalha de negro de carbono para a produção de negro de carbono e de gás residual, um filtro para a separação do negro de carbono do gás residual, e uma unidade de caldeira para a incineração do gás residual da reivindicação 26.