BRPI0316545B1 - Método para tratamento de emissões - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA TRATAMENTO DE EMISSÕES".

Antecedentes da Invenção A presente invenção refere-se, de forma geral, a processos e aparelhos para a remoção de óxidos de nitrogênio ou "NOx" (principalmente óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2)) dos gases de exaustão e semelhantes. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a processos e aparelhos para a redução de NOx seletivamente dos gases de exaustão produzidos durante a refinação de petróleo, produção petroquímica e também a processos industriais que produzem gases de exaustão contendo NOx.

Combustíveis carbonados são queimados em motores de combustão interna e em uma ampla variedade de processos industriais (isto é caldeiras, fornalhas, aquecedores e incineradores, refinação de petróleo, produção petroquímica e semelhantes). Ar excessivo frequentemente é usado para completar a oxidação dos subprodutos de combustão tais como 0 monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos e fuligem. Os radicais livres do nitrogênio (N2) e oxigênio (02) combinam quimicamente para formar NOx, principalmente NO, em altas temperaturas de combustão. Esse NOx térmico tende a formar pares quando 0 nitrogênio não está presente no combustível. As modificações de combustão que diminuem a formação do NOx térmico geralmente são limitadas pela geração de subprodutos censuráveis ou deterioração das propriedades de chama.

Quando descarregadas para 0 ar, as emissões de NO oxidam para formar N02, que na presença da luz solar reage com os compostos orgânicos voláteis para formar ozônio no nível do solo, irritantes para os olhos e poluição fotoquímica. A despeito dos avanços na tecnologia de combustível e combustão, as concentrações de ozônio no nível do solo ainda excedem as orientações federais em muitas regiões urbanas. Sob 0 Ato de Ar Limpo e suas emendas, essas áreas de não obtenção de ozônio devem implementar regulamentações de emissões de NOx severas. Tais regulamentações exigem baixos níveis de emissões de NOx que são atingidas somente pelo pós-tratamento da exaustão. Quando um sistema de pós-tratamento de exaustão é aplicado em uma refinaria ou instalação petroquímica, é particularmente importante minimizar qualquer impacto sobre a operação do processo essencial de refinação ou petroquímico.

As técnicas de pós-tratamento da exaustão tendem a reduzir o NOx usando vários métodos químicos ou catalíticos. Tais métodos são conhecidos na técnica e envolvem a redução catalítica não seletiva (NSCR), redução catalítica seletiva (SCR) ou redução não catalítica seletiva (SNCR). Altemativamente, o NO pode ser oxidado para NO2 para remoção pelos purificadores a úmido. Tais métodos pós-tratamento tipicamente requerem algum tipo de reagente para a remoção das emissões de NOx. A purificação a úmido do N02 produz soluções residuais que representam fontes potenciais de poluição da água. Os purificadores a úmido primaríamente são usados para emissões de NOx de instalações de ácido nítrico ou para remoção simultânea de N02 com dióxido de enxofre (S02). Altos custos e complexidade geralmente limitam a tecnologia do purificador a tais aplicações especiais. O método NSCR tipicamente usa hidrocarbonetos não queimados e CO para reduzir as emissões de NOx na ausência de 02. As razões de combustível/ar devem ser controladas cuidadosamente para garantir pouco 02 excessivo. Ambos os catalisadores de redução e oxidação são necessários para remover as emissões de CO e hidrocarbonetos enquanto também reduzindo 0 NOx. O custo da remoção do 02 excessivo impede aplicações práticas dos métodos NSCR para muitos gases de exaustão que contém 02.

As reações químicas em uma superfície de catalisador sólido de sistemas SCR comerciais convertem NOx para N2. Esses catalisadores sólidos são seletivos para remoção de NOx e não reduzem as emissões de CO e hidrocarbonetos não queimados. Grandes volumes de catalisadores são normalmente necessários para produzir baixos níveis de NOx. A atividade do catalisador depende da temperatura e diminui com 0 uso. Variações normais na atividade do catalisador são acomodadas somente pela ampliação do volume do catalisador ou limitação da faixa da operação da combustão. Ca- talisadores podem requerer substituição prematuramente devido à sinteriza-ção ou envenenamento quando expostos a altos níveis de temperatura ou contaminantes de exaustão.

Sistemas SCR comerciais primariamente usam amônia (NH3) como 0 redutor. A NH3 excessiva necessária para atingir baixos níveis de NO* tende a resultar na ruptura da NH3 como uma emissão de subproduto. Mesmo sob condições de operação normais, os sistemas SCR requerem uma distribuição uniforme de NH3 em relação ao NOx no gás de exaustão. As emissões de NOx, entretanto, são frequentemente distribuídas de maneira não uniforme, então baixos níveis de ruptura de ambos NOx e NH3 podem ser atingidos somente pelo controle da distribuição da NH3 injetada ou mistura da exaustão em um nível de NOx uniforme.

Sumário da Invenção Brevemente declarada, a invenção em uma forma preferida é um método para a remoção de poluentes do gás de combustão gerado por uma instalação tendo um ou mais queimadores localizados em uma extremidade de entrada de uma chaminé verticalmente estendida, 0 gás de combustão sendo descarregado através de uma extremidade de saída da chaminé. Os poluentes são removidos por um sistema de tratamento de emissão que inclui um módulo de componente principal e dutos de entrada e saída provendo comunicações de fluido entre a chaminé e 0 módulo do componente principal. O módulo do componente principal inclui um segmento SCR, um segmento de trocador de calor e um ventilador de ID, 0 segmento SCR tendo ao menos uma unidade de catalisador composta de materiais para seletivamente catalisar ao menos um poluente. O método compreende as etapas de extrair 0 gás de combustão da chaminé e através do módulo do componente principal com 0 ventilador de ID, remover 0 poluente do gás de combustão com 0 segmento SCR para produzir um gás de combustão limpo e descarregar 0 gás de combustão limpo para a chaminé com 0 ventilador de ID.

Quando 0 poluente a ser removido é NOx, 0 sistema de tratamento de emissão também inclui um subsistema de adição de amônia que está em comunicação de fluido com 0 duto de entrada, e pelo menos uma unidade de catalisador é composta de materiais para seletivamente catalisar o NOx. Além do que, o método também compreende a etapa de misturar vapor de amônia com o gás de combustão a montante do segmento SCR. O vapor de amônia é misturado com o gás de combustão pela injeção do vapor de amônia dentro do duto de entrada e mistura do vapor de amônia com o gás de combustão por todo o comprimento do duto de entrada. A mistura é facilitada pela criação de turbulência no gás de combustão pela mudança da direção do fluxo do gás de combustão de uma direção vertical na chaminé para uma direção horizontal no duto de entrada. O subsistema de adição de amônia inclui uma fonte de vapor de amônia, uma grelha de injeção de amônia disposta no duto de entrada, um cano de vapor de amônia provendo a comunicação de fluido entre a fonte do vapor de amônia e a grelha de injeção de amônia e uma válvula de estrangulamento disposta no cano do vapor de amônia. A taxa de adição de amônia é controlada pela regulação da válvula de estrangulamento com um controlador de adição de amônia. Em um primeiro esquema de controle, a válvula de estrangulamento é regulada com base na taxa de fluxo do gás de combustão e no nível de NO* que entra e sai do sistema de tratamento de emissão. Em um segundo esquema de controle, a válvula de estrangulamento é regulada com base no transporte da amônia. Em um terceiro esquema de controle, a válvula de estrangulamento é regulada com base na taxa de fluxo do combustível e na composição do combustível. A taxa de fluxo do gás de combustão através do módulo do componente principal é controlada pela regulação da diminuição de pressão através do ventilador de ID com um controlador. Um registro de tiragem controlando a diminuição da pressão através do ventilador de ID é regulado com base no abastecimento do ventilador de ID e pressões de descarga e nas pressões diferenciais através do SCR e segmentos de troca de calor. A instalação também tem uma caldeira e uma bomba de alimentação circulando a água de alimentação para a caldeira, o fluxo da água de alimentação através do segmento de troca de calor é controlado pela regulação da velocidade da bomba de alimentação com um controlador de veloci- dade de bomba. A bomba de alimentação é regulada com base na temperatura e pressão da água de alimentação nas linhas de alimentação e retomo. É um objetivo da invenção prover um método para remover poluentes do gás de combustão que é facilmente adaptado à remoção de muitos poluentes. É também um objetivo da invenção prover um método de remoção de poluentes do gás de combustão que é relativamente simples de executar.

Outros objetivos e vantagens da invenção se tomarão evidentes a partir dos desenhos e relatório descritivo.

Breve Descrição dos Desenhos A presente invenção pode ser melhor entendida e seus numerosos objetivos e vantagens se tornarão evidentes para aqueles versados na técnica com referência aos desenhos acompanhantes nos quais: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um sistema de tratamento de emissão de acordo com a invenção; A Figura 2 é uma vista esquemática simplificada, parcialmente em seção transversal, do sistema da Figura 1 instalado em um aquecedor de etileno; A Figura 3 é uma vista em seção transversal esquemática ampliada do segmento de redução catalítica seletiva da Figura 2; A Figura 4 é uma vista em seção transversal esquemática ampliada da Área IV da Figura 2; A Figura 5 é um diagrama de fluxo do método para instalação do sistema de tratamento de emissão da Figura 1; A Figura 6 é um diagrama de fluxo das subetapas de preparação do método da Figura 5;

As Figuras 7a e 7b são um diagrama de fluxo das subetapas de instalação iniciais do método da Figura 5; A Figura 8 é um diagrama de fluxo das subetapas de falta relacionada do método da Figura 5; A Figura 9 é uma vista esquemática simplificada do subsistema de adição de amônia; A Figura 10 é uma vista esquemática simplificada do sistema de controle de ventilador e A Figura 11 é uma vista esquemática simplificada do sistema de controle de líquido refrigerante do trocador de calor.

Descrição Detalhada da Modalidade Preferida Como o interesse com relação ao ambiente aumenta, maiores esforços estão sendo empreendidos para reduzir as emissões de poluentes conhecidos, tais como matéria particulada, NOx, SOx, mercúrio, etc, pela promulgação de exigências de controle mais rigorosas. Para as indústrias de refinaria e petroquímicas, a primeira dessas exigências mais rigorosas focaliza na redução de NO*.

Com referência aos desenhos onde numerais semelhantes representam partes semelhantes por todas as várias vistas, um sistema de tratamento de emissão 10 de acordo com a presente invenção reduz NOx pela tecnologia SCR, provê o controle de emissões futuras de outros poluentes e é um sistema autônomo que pode ser instalado no solo ao longo do equipamento existente, ou em elementos ao longo do equipamento existente, ou em cima do equipamento existente, dessa maneira reduzindo o tempo parado do equipamento de produção de refinaria ou petroquímico. O sistema de tratamento de emissão 10 pode ser utilizado com a maior parte dos sistemas de produção de refinaria e petroquímicos. Entretanto, com finalidades descritivas, o sistema 10 é descrito aqui, instalado com uma fornalha de destilação fracionada com etileno 12 (Figura 2). O combustível é inflamado por queimadores 14 localizados no fundo ou lado da fornalha 12 que gera um gás em alta temperatura e NOx. A "destilação fracionada” das moléculas de hidrocarboneto para moléculas mais simples ocorre em uma bobina 16 na sua zona de temperatura mais alta. Quando os gases da fornalha passam para cima através da fornalha, o calor é recuperado do gás de combustão por uma série de bobinas adicionais 18 que contêm um estoque de abastecimento de destilação fracionada para preaqueci-mento ou água/vapor para uso nesse processo ou outros processos. Tipica- mente, as fornalhas de destilação fracionada com etileno 12 têm um ou mais ventiladores de corrente induzida (ID) 20 localizados em cima do aquecedor conectado por uma chaminé vertical 22. As fornalhas de destilação fracionada com etileno 12 tipicamente funcionam por muitos anos entre faltas significativas e são um provedor chave de estoque de abastecimento para outros processos dentro da instalação de refinaria ou petroquímica. Portanto, o tempo parado para instalar um SCR é rigorosamente limitado e oneroso para o proprietário.

Processos de remoção de NO* do SCR são tipicamente mais eficientes em temperaturas de 260 - 400°C (500 - 750°F). Os gases nessa temperatura são tipicamente encontrados quase a montante da bobina de aquecimento da água de alimentação da caldeira da fornalha de destilação fracionada com etileno 24 e do ventilador de ID 20. Um modo convencional para um retroajuste do SCR é paralisar a fornalha 12, cortar na chaminé 22 na localização apropriada, suspender as seções a jusante e instalar o SCR. Essa é uma solução muito demorada para ser economicamente atrativa. O sistema de tratamento de emissão exposto 10 inclui um módulo de componente principal modular autônomo 26, tipicamente no nível do solo, que inclui um segmento de SCR 28, um segmento de troca de calor da água de alimentação da caldeira 30 e um ventilador de ID 32. Pelo "abandono" do ventilador de ID da chaminé 20 e da bobina de aquecimento da água de alimentação da caldeira da fornalha de destilação fracionada com etileno 24 instalada na chaminé 22, o sistema de tratamento de emissão 10 é instalado sem requerer quaisquer modificações principais na fornalha de destilação fracionada com etileno 12. Isso permite a instalação do sistema de tratamento de emissão 10 sem significativamente interromper o uso da fornalha de destilação fracionada com etileno 12. O módulo do componente principal 26 pode também ser colocado em elementos acima do solo, ou até mesmo em cima da fornalha existente 12, conforme as circunstâncias de aplicação individuais possam requerer. O novo ventilador de ID do sistema 32 é dimensionado para prover as exigências de maior corrente do sistema de tratamento de emissão 10, principalmente para o segmento de SCR 28. O segmento de troca de calor da água de alimentação da caldeira 30 pode ter maior eficiência de recuperação de calor do que a bobina de aquecimento da água de alimentação da caldeira da chaminé 24, dependendo do projeto e materiais da bobina de aquecimento da água de alimentação da caldeira da chaminé 24, provendo uma melhora na eficiência geral do ciclo e/ou custos de combustível reduzidos. A natureza autônoma do sistema 10 permite a modificação liitura do segmento de SCR 28 ou a adição de segmentos adicionais para controle das emissões de outros poluentes.

Com referência adicional à Figura 2, o sistema de tratamento de emissão 10 também inclui um elemento de supressão 34 ou batedor de desvio 34’ montado dentro da chaminé vertical 22, quase a montante da bobina de aquecimento da água de alimentação da caldeira da fornalha de destilação fracionada com etileno 24. O elemento de supressão 34 é instalado a-través da chaminé 22 para permanentemente interromper todo o fluxo através da bobina de aquecimento da água de alimentação da caldeira da fornalha de destilação fracionada com etileno 24 e o ventilador de ID da chaminé 20. O batedor de desvio 34' é instalado através da chaminé 22 para seletivamente interromper todo o fluxo através da bobina de aquecimento da água de alimentação da caldeira da fornalha de destilação fracionada com etileno 24 e o ventilador de ID da chaminé 20. As aberturas de retirada e retomo do gás de combustão 36,38 são formadas na chaminé 22 quase a montante do elemento de supressão/batedor de desvio 34,34' e quase a jusante do ventilador de ID da chaminé 20, respectivamente. O duto de entrada 40 conectado na abertura de retirada do gás de combustão 36 e uma peça de transição da entrada 42 na porção da extremidade superior do módulo do componente principal 26 e duto de saída 44 conectado na abertura de retorno do gás de combustão 38 e na saída do ventilador de ID do sistema 32 provêem a comunicação de fluido entre a chaminé 22 e o módulo do componente principal 26. O duto de entrada 40 inclui um percurso horizontal 46 e um percurso vertical 48, cada um tendo um comprimento nominal de 9 m (trinta (30) pés). Pás dinâmicas 50 podem ser posicionadas no canto 52 entre o percurso horizontal 46 e o percurso vertical 48 para reduzir a queda de pressão através do canto (Figura 4).

Aplicações de caldeira de utilidade convencional tendo sistemas SCR geralmente usam amônia (NH3) como um redutor e incluem um sistema de adição de amônia que provê uma mistura de amônia diluída com ar ou gás de combustão para distribuir uniformemente a amônia através da face do catalisador de SCR, que fica localizado a uma distância relativamente curta a jusante do injetor. Dessa maneira, um sistema de adição de amônia convencional consiste em um sistema de controle, uma fonte de vapor de amônia (NH3), um misturador estático, ao menos uma ventoinha e um injetor que inclui múltiplas linhas de pulverização, cada uma tendo múltiplos bicos de pulverização. A fonte do vapor de amônia injeta vapor de amônia no misturador estático. O ar de diluição é soprado pela(s) ventoinha(s) para dentro do misturador estático para diluir 0 vapor de amônia e prapelir 0 vapor de amônia diluído para fora do subsistema de adição de amônia via os bicos do injetor. O sistema de tratamento de emissão exposto 10 inclui um sub-sistema de adição de amônia 54 que tira vantagem dos comprimentos relativamente longos dos percursos horizontal e vertical 46,48 para prover a mistura apropriada do vapor de amônia na corrente do gás de combustão. O subsistema de adição de amônia 54 não inclui ventoinhas de ar de diluição, controles de ventoinha e os dutos de amônia diluída de diâmetro maior. O subsistema de adição de amônia 54 consiste somente em três componentes principais, um controlador 56, uma fonte de vapor de amônia 58 e uma grelha de injeção de amônia (AIG) 60. Somente um cano de vapor de amônia de diâmetro pequeno 62 é necessário. Como discutido em mais detalhes abaixo, a AIG 60 é preferencialmente instalada em 3 m (dez (10) pés) da chaminé 22. Um misturador estático/difusor 64 pode ser posicionado no percurso horizontal 46 na eventualidade que a AIG 60 deva ficar localizada em uma distância significativa da chaminé 22 ou simplesmente para prover a garantia adicional da mistura completa do vapor de amônia e do gás de combustão. A peça de transição da entrada 42 na entrada para 0 módulo dos componentes principais 26 distribui a mistura do vapor de amônia/gás de combustão igualmente através da entrada para 0 segmento de SCR a jusante 28.

Além do que, a AIG 60 é muito mais simples do que os injetares dos sistemas convencionais, tendo um número muito reduzido de linhas de pulverização e sem bicos, o vapor de amônia sendo pulverizado através de aberturas na parede lateral da linha de pulverização. O número exato de linhas de pulverização e aberturas é dependente dos parâmetros específicos da instalação, tais como a taxa de fluxo do gás de combustão e a taxa requerida de adição de amônia. A AIG 60 fica preferencialmente localizada dentro de 3 m (dez pés) da chaminé 22 para tirar vantagem da turbulência dentro do vapor do gás de combustão criada pela "curva" formada pelo elemento de supressão/batedor de desvio 34,34' e abertura 36. A turbulência também garante que o vapor de amônia seja completamente misturado com o gás de combustão. A análise mostrou que mistura suficiente de amô-nía/gás de combustão ocorre mesmo se a AIG 60 está localizada no percurso horizontal 46 dentro de 3 m (dez (10) pés) da chaminé 22. É possível que a análise adicional mostrasse que mistura suficiente também ocorrería em distâncias maiores da chaminé 22. A força motriz para injetar o vapor da amônia para dentro da corrente do gás de combustão pode ser provida pela pressão de vapor da amônia na fonte de amônia 58. Como mostrado na Tabela 1, a pressão do vapor de amônia é suficiente sobre uma faixa total de temperaturas ambientes esperadas para prover a força motriz requerida.

Com referência à Figura 3, o segmento de SCR 28 contém unidades de catalisador 66 que removem NOx. As unidades de catalisador 66 são unidades convencionais, cada uma tendo dimensões nominais de três pés - 0,915 mm x 1,829 mm (três polegadas por seis pés - seis polegadas (3,25’ x 6,5’)). Como mostrado na Figura 3, grupos superior e inferior 68,70 das unidades do catalisador 66, cada um incluindo uma a oito unidades 66, podem ser posicionados dentro do alojamento do segmento de SCR 72. Tri- Ihos de suporte intermediários 74 transportam o peso do grupo superior 68 das unidades do catalisador 66, enquanto permitindo que a mistura do gás de combustão/vapor de amônia acesse todas as unidades de catalisador 66 contidas dentro do alojamento do segmento de SCR 72. Se somente três unidades de catalisador 66 são requeridas para remover o NOx, um mecanismo de supressão 76 pode ser incluído no segmento de SCR 28 para seletivamente bloquear metade das unidades de catalisador 66. Um tal mecanismo de supressão 76 pode compreender um ou mais batedores 77,77', os quais cada um tem uma borda de lado único articuladamente montada em superfícies internas opostas do alojamento 72. Inicialmente, o batedor 77 está na posição aberta vertical (permitindo fluxo através das unidades de catalisador 66 dispostas sob o batedor 77) e o batedor 77' está na posição fechada horizontal (impedindo o fluxo através das unidades de catalisador dispostas sob o batedor 77'). À medida que as unidades de catalisador 66 dispostas sob o batedor 77 ficam vazias, o batedor 77’ é reposicionado para a posição aberta vertical (permitindo o fluxo através das unidades de catalisador 66 dispostas sob o batedor 77'). O batedor 77 pode ser posicionado para a posição fechada. Altemativamente, o batedor 77 pode permanecer na posição aberta, para permitir o uso de qualquer capacidade de remoção de ΝΟχ residual das unidades de catalisador 66 dispostas sob ele. É esperado que o batedor 77 nunca seja posicionado na posição fechada, somente o batedor 77' precisa ser instalado.

Altemativamente, o segmento do SCR 28 pode conter grupos superior e inferior 68,70 das duas unidades de catalisador 66 ou uma única camada de uma a oito unidades de catalisador 66, dependendo da quantidade de NOx que deve ser removida e outras considerações específicas da aplicação. Se o espaço permite, e se outros poluentes (por exemplo, CO, hidrocarbonetos, etc.) devem ser removidos do gás de combustão, unidades de catalisador 78 com o alvo em tais outros poluentes ou unidades de catalisador 80 removendo NOx mais tais outros poluentes podem ser incluídos no segmento do SCR 28. Alternativamente, o alojamento 82 localizado acima do segmento do SCR 28 pode ser convertido em um segundo segmento de SCR para provera remoção de NOx adicional e/ou outros poluentes.

Como mencionado acima, o sistema de tratamento de emissão 10 pode ser instalado sem significativamente interromper o uso da fornalha de destilação fracionada com etileno 12 pela eliminação da necessidade de fazer modificações principais na chaminé 22. O impacto na instalação é também reduzido pela construção modular do módulo do componente principal 26, O módulo do componente principal 26 inclui submódulos superior, intermediário e inferior 84,85,86. O submódulo inferior 86 inclui o ventilador de ID 32, uma peça de transição de saída 88 e caixas de força e controles (não-mostradas), todos os quais são montados em uma placa básica 90. O submódulo intermediário 85 inclui o segmento de troca de calor 30. O submódulo superior 84 inclui o segmento do SCR 28 e a peça de transição de entrada 42. Cada um dos submódulos 84,85,86 é dimensionado para se a-justar em um reboque de trator de leito plano convencional.

Com referência às Figuras 5-8, a instalação do sistema de tratamento de emissão 10 é um processo relativamente simples, provendo um pequeno tempo de construção no local e mínima interrupção das atividades de refinaria normais. Uma série de atividades precisa acontecer na preparação 92 para a chegada do módulo do componente principal 26. O local de instalação do módulo do componente principal 26 deve ser selecionado 94 e uma fundação apropriada instalada 96 em tal local de instalação. A localização das aberturas de retirada e retorno do gás de combustão 36,38 deve ser determinada 98. A retirada e retorno do trocador de calor devem ser identificadas 100. Fontes para o vapor de amônia, força elétrica e ar de controle (se necessário) devem ser identificadas 102,104,106. Finalmente, todas as interfaces dc sistema de controle devem ser identificadas 108. Deve ser verificado que a maioria dessas tarefas pode ser conduzida em paralelo. A instalação inicial 110 começa pelo assentamento 112 do submódulo inferior 86 na fundação com um guindaste e fixação 114 da placa básica 90 na fundação com cavilhas de fixação (não-mostradas). O guindaste é então usado para assentar 115 o submódulo intermediário 85 em cima do submódulo inferior 86, assentar 116o submódulo superior 84 em cima do submódulo intermediário 85 e os três submódulos 84,86 são soldados 118. O guindaste é então usado para assentar 120 os dutos de entrada e saída 40.44 no lugar, junto com sua estrutura de suporte apropriada, e os dutos 40.44 são conectados na peça de transição de entrada 42 e peça de transição de saída, respectivamente. A grelha de injeção de amônia (AIG) 60 é instalada 121, incluindo a conexão na fonte do vapor de amônia 58. Flanges de conexão 122 são soldados 124 na chaminé 22 na localização onde as aberturas de retirada e retomo do gás de combustão 36,38 serão cortadas, mas as aberturas 36 e 38 não são cortadas nesse momento. A canalização de interligação 126 é passada 128 entre o novo segmento do trocador de calor 30 e a retirada e retorno do trocador de calor e conectada no segmento do trocador de calor 30. Usando o guindaste novamente, plataformas e escadas 130 são montadas 132 no módulo dos componentes principais 26. A instrumentação é instalada e as conexões da alimentação do vapor de amônia, força elétrica, controle e instrumentação são instaladas 134 com os dispositivos do sistema correspondente. As unidades de catalisador 66 são carregadas 136 no segmento do SCR 28. Procedimentos de autorização e de pré-partida são conduzidos 138. Durante uma falta relacionada programada 140, as aberturas de retirada e retomo do gás de combustão 36,38 são cortadas 142, a supressão/registro de tiragem 34,34’ é instalada 144 dentro da chaminé 22 e as linhas de alimentação e retorno do trocador de calor 126 são conectadas 146 no segmento do trocador de calor 30 e na retirada e no retomo. Finalmente, a fornalha de destilação ffacionada com etileno 12 e o sistema de tratamento de emissão 10 são iniciados 150.

Como discutido acima, a força motriz para injetar o vapor de a-mônia dentro da corrente do gás de combustão é provida pela pressão do vapor da amônia na fonte de amônia 58. Com referência à Figura 9, uma válvula de estrangulamento 152 no cano do vapor de amônia 62 controla o fluxo do vapor de amônia para dentro da AIG 60. De preferência, a válvula 152 é controlada pelo controlador 56 com base na taxa de fluxo do gás de combustão, na quantidade de NOx que entra no sistema de tratamento de emissão 10 e na quantidade de NO* que sai do sistema de tratamento de emissão 10. Um sensor de fluxo 154 posicionado a montante da AIG 60 e detectores de NO* 156,158 localizados a montante da AÍG 60 e na saída do ventilador 32, respectivamente, proveem as entradas necessárias para o controlador 56 para controlar a adição de amônia dessa maneira. Alternativamente, a adição da amônia pode ser controlada com base no transporte ou declínio da amônia. Para controle dessa maneira, um sensor de amônia 160 pode ser posicionado na saída do ventilador 32. Em ainda uma outra alternativa, a adição da amônia pode ser controlada com base no fluxo do combustível para os queimadores Mea composição de tal combustível. As interligações 162 podem ser providas entre o controlador 56 e o controle de combustível 164 da fornalha 12 para controle dessa maneira. O fluxo do vapor de amônia pode ser monitorado por detectores de pressão, temperatura e fluxo 166,168,170 dispostos no cano de vapor de amônia 62.

Com referência à Figura 10, o fluxo apropriado do gás de combustão através do sistema de tratamento de emissão 10 é mantido por um controlador 172 que controla a posição de um registro de tiragem 173 na entrada do ventilador 32 com base na pressão de suprimento do ventilador, na pressão de descarga do ventilador, na pressão diferencial através do SCR 28 e na pressão diferencial através do trocador de calor 30. Detectores de pressão 174,176 na entrada e saída do ventilador 32, respectivamente, e detectores de pressão diferencial 178,180 no SCR 28 e trocador de calor 30, respectivamente, provêem entradas necessárias para o controlador 172. A temperatura da corrente do gás de combustão pode ser monitorada por um detector de temperatura 182 posicionado a montante da AIG 60 (Figura 9).

Com referência à Figura 11, uma bomba de alimentação 184 nas linhas de alimentação e retomo do trocador de calor 126 controla o fluxo da água de alimentação da caldeira através do trocador de calor 30. A velocidade da bomba 184 é controlada por um controlador 186 com base na pressão e temperatura da água de alimentação da caldeira. Sensores de pressão 188 e sensores de temperatura 190 posicionados na entrada e saída da á-gua de alimentação da caldeira do trocador de calor 30 provêem as entradas necessárias para o controlador 56 para o fluxo da água de alimentação des- sa maneira. Detectores de temperatura 192,194 na corrente do gás de combustão a montante e a jusante do trocador de calor 30, respectivamente, permitem que a eficiência do trocador de calor 30 seja controlada. O sistema de tratamento de emissão 10 descrito acima é planejado para uso no tratamento do gás de combustão tendo pouco ou nenhum enxofre. Se enxofre está presente ou espera-se estar presente no gás de combustão, tal enxofre deve ser removido antes do gás de combustão entrar no segmento do SCR 28. O módulo dos componentes principais 26 é também descrito acima como um sistema vertical. O benefício de um tal sistema vertical é que ele reduz o tamanho da área requerida para instalar o módulo 26. Entretanto, se o tamanho da área não é uma preocupação, o módulo dos componentes principais 26 pode ser instalado como um sistema horizontal, dessa maneira provendo acesso mais fácil para os segmentos do SCR e de troca de calor 28,30.

Muitas fornalhas de destilação fracionada com etileno 12 contavam com queimadores com pouco IMOx da "primeira geração" para reduzir as emissões de NOx para níveis que eram aceitáveis sob os antigos padrões de emissão. Entretanto, os queimadores com pouco NOx da "segunda geração" mais recentes devem ser usados para atingir níveis que são aceitáveis sob os novos padrões de emissões. Os queimadores com pouco NOx da segunda geração afetam adversamente a eficiência da fornalha 12 devido à forma de chama e à distribuição de calor diferentes produzidas por tais queimadores, comparados com os queimadores com pouco NOx da primeira geração. Deve ser verificado que o uso do sistema de tratamento de emissão 10 permite o uso continuado dos queimadores com pouco NOx da primeira geração, dessa maneira mantendo a fornalha de destilação fracionada com etileno 12 na eficiência máxima. Além do que, os sistemas de controle do queimador podem ser usados que otimizam a eficiência do queimador.

Embora modalidades preferidas tenham sido mostradas e descritas, várias modificações e substituições podem ser feitas a ela sem se afastar do espírito e escopo da invenção. Dessa maneira, é para ser entendido que a presente invenção foi descrita por meio de ilustração e não limitação.

Claims (18)

1. Método para a remoção de poluentes do gás de combustão com um sistema de tratamento de emissão (10) caracterizado por, o gás de combustão sendo gerado por uma instalação tendo um ou mais queimadores (14) localizados em uma extremidade de entrada de uma chaminé verticalmente estendida (22), a chaminé incluindo um primeiro ventilador de ID (20) nela disposto, o gás de combustão sendo descarregado através de uma extremidade de saída da chaminé, o sistema de tratamento de emissão (10) incluindo um módulo de componente principal (26), duto de entrada preso à chaminé em uma primeira posição intermediária entre a extremidade de entrada da chaminé e o primeiro ventilador de ID (20), e duto de saída preso à chaminé em uma segunda posição intermediária entre o primeiro ventilador de ID (20) e a saída da chaminé, o módulo do componente principal (26) tendo um segmento SCR (28), um segmento de trocador de calor (30) e um segundo ventilador de ID (32), o segmento SCR tendo ao menos uma unidade de catalisador composta de materiais para seletivamente catalisar ao menos um poluente, os dutos de entrada e saída provendo comunicações de fluido entre a chaminé e o módulo do componente principal, o método compreendendo as etapas seguintes: fechar a chaminé em uma terceira posição intermediária entre a primeira e segunda posições para impedir o fluxo de gás de combustão através do primeiro ventilador de ID (20), extrair o gás de combustão da chaminé através do duto de entrada e através do módulo do componente principal (26) com o segundo ventilador de ID (32), remover o poluente do gás de combustão com o segmento SCR (28) do módulo do componente principal (26) para produzir um gás de combustão limpo, e descarregar o gás de combustão limpo através do duto de saída para a chaminé com o segundo ventilador de ID (32).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender a etapa de controlar a taxa de fluxo do gás de combustão através do módulo do componente principal (26) pela regulação da diminuição de pressão através do segundo ventilador de ID (32) com um controlador do registro de tiragem.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de controlar a taxa de fluxo do gás de combustão compreende as subetapas de: monitorar a pressão de abastecimento do segundo ventilador de ID (32) com o controlador; monitorar a pressão de descarga do segundo ventilador de ID (32) com o controlador; monitorar a pressão diferencial através do segmento SCR (28) com o controlador; monitorar a pressão diferencial através do segmento de troca de calor com o controlador; e regular a posição de um registro de tiragem a montante do segundo ventilador de ID com base nas pressões de abastecimento e descarga do segundo ventilador de ID e nas pressões diferenciais através dos segmentos SCR e de troca de calor.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de controlar a taxa de fluxo do gás de combustão compreende a subetapa de monitorar a temperatura do gás de combustão no duto de entrada.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o poluente a ser removido é NOx, o sistema de tratamento de emissão (10) também inclui um subsistema de adição de amônia em comunicação de fluido com o duto de entrada, e pelo menos uma unidade de catalisador é composta de materiais para seletivamente catalisar o NOx, o método também compreendendo a etapa de misturar vapor de amônia com o gás de combustão a montante do segmento SCR (28).

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de misturar o vapor de amônia inclui: injetar vapor de amônia no duto de entrada; e misturar o vapor de amônia com o gás de combustão ao longo do comprimento do duto de entrada.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de misturar vapor de amônia também inclui criar turbulência no gás de combustão pela mudança da direção do fluxo do gás de combustão de uma direção vertical na chaminé (22) para uma direção horizontal no duto de entrada.

8. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o subsistema de adição de amônia inclui uma fonte de vapor de amônia, uma grelha de injeção de amônia disposta no duto de entrada, um cano de vapor de amônia provendo comunicação de fluido entre a fonte do vapor de amônia e a grelha de injeção de amônia e uma válvula de estrangulamento disposta no cano do vapor de amônia, a etapa de mistura do vapor de amônia também incluindo controlar a taxa de adição da amônia pela regulação da válvula de estrangulamento com um controlador de adição de amônia.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de mistura do vapor de amônia também inclui orientar o vapor de amônia para dentro da corrente do gás de combustão com a pressão do vapor da amônia na fonte da amônia.

10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de controlar a taxa de adição de amônia inclui: monitorar a taxa de fluxo do gás de combustão com o controlador de adição de amônia; monitorar o nível de NOx que entra no sistema de tratamento de emissão (10) com o controlador de adição de amônia; monitorar o nível de NOx que sai do sistema de tratamento de emissão (10) com o controlador de adição de amônia; e regular a válvula de estrangulamento com base na taxa de fluxo do gás de combustão e no nível de NOx que entra e sai do sistema de tratamento de emissão (10).

11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de controlar a taxa de adição de amônia inclui: monitorar o nível de amônia que sai do segundo ventilador de ID (32); e regular a válvula de estrangulamento com base no transporte de amônia.

12. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de controlar a taxa de adição de amônia inclui: monitorar a taxa de fluxo do combustível para os queimadores (14) com o controlador de adição de amônia; monitorar a composição do combustível com o controlador de a-dição de amônia; e regular a válvula de estrangulamento com base na taxa de fluxo do combustível e na composição do combustível.

13. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de controlar a taxa de adição de amônia inclui monitorar a pressão, temperatura e taxa de fluxo do fluxo do vapor de amônia no cano do vapor de amônia.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a instalação também tem uma caldeira e uma bomba de alimentação circulando a água de alimentação para a caldeira, e o segmento do trocador de calor (30) inclui as linhas de alimentação e retorno da água de alimentação, onde a etapa de fechamento da chaminé impede o fluxo de gás de combustão através da serpentina de aquecimento da água de alimentação (24), e o método também compreende a etapa de controlar o fluxo da água de alimentação através do segmento de troca de calor pela regulação da velocidade da bomba de alimentação com um controlador de velocidade de bomba.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a etapa de controlar o fluxo da água de alimentação compreende as subetapas de: monitorar a pressão da água de alimentação na linha de alimentação com o controlador de velocidade da bomba; monitorar a temperatura da água de alimentação na linha de alimentação com o controlador de velocidade da bomba; monitorar a pressão da água de alimentação na linha de retorno com o controlador de velocidade da bomba; monitorar a temperatura da água de alimentação na linha de retorno com o controlador de velocidade da bomba; e regular a bomba de alimentação com base na temperatura e pressão da água de alimentação nas linhas de alimentação e retomo.

16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender a etapa de monitorar a temperatura do gás de combustão no segmento SCR (28) e no segundo ventilador de ID (32).

17. Método para remover NOx do gás de combustão com um sistema de tratamento de emissão (10) caracterizado por, o gás de combustão sendo gerado por uma instalação tendo um ou mais queimadores (14) localizados em uma extremidade de entrada de uma chaminé verticalmente estendida (22), a chaminé incluindo um primeiro ventilador de ID (20) nela disposto, o gás de combustão sendo descarregado através de uma extremidade de saída da chaminé, o sistema de tratamento de emissão (10) incluindo um módulo de componente principal, duto de entrada, duto de saída e um subsistema de adição de amônia, o módulo do componente principal (26) tendo um segmento SCR (28), um segmento de trocador de calor (30) e um segundo ventilador de ID (32), o segmento SCR tendo pelo menos uma unidade de catalisador composta de materiais para seletivamente catalisar o NOx, os dutos de entrada e saída provendo comunicações de fluido entre a chaminé e o módulo do componente principal, o subsistema de adição de amônia estando em comunicação de fluido com o duto de entrada, o método compreendendo as etapas seguintes: prender o duto de entrada à chaminé em uma primeira posição intermediária entre a extremidade de entrada da chaminé e o primeiro ventilador de ID (20); prender o duto de saída à chaminé em uma segunda posição intermediária entre o primeiro ventilador de ID (20) e a saída da chaminé; fechar a chaminé em uma terceira posição intermediária entre a primeira e segunda posições para impedir o fluxo de gás de combustão através do primeiro ventilador de ID (20); puxar o gás de combustão da chaminé através do duto de entrada e através do módulo do componente principal com o segundo ventilador de ID; injetar vapor de amônia dentro do duto de entrada com o subsis-tema de adição de amônia; remover o NOx do gás de combustão com o segmento SCR do módulo do componente principal para produzir um gás de combustão limpo; e descarregar o gás de combustão limpo através do duto de saída para a chaminé com o segundo ventilador de ID.

18. Método para remover NOx do gás de combustão com um sistema de tratamento de emissão (10) caracterizado por, o gás de combustão sendo gerado por uma instalação tendo um ou mais queimadores (14) localizados em uma extremidade de entrada de uma chaminé verticalmente estendida (22), a chaminé incluindo um primeiro ventilador de ID (20) e uma serpentina de aquecimento de água de alimentação (24) nela dispostos, o gás de combustão sendo descarregado através de uma extremidade de saída da chaminé, a instalação também tendo uma caldeira e uma bomba de alimentação circulando água de alimentação para a caldeira, o sistema de tratamento de emissão (10) incluindo um módulo de componente principal, duto de entrada, duto de saída e um subsistema de adição de amônia, o módulo do componente principal tendo um segmento SCR (28), um segmento do trocador de calor (30) e um segundo ventilador de ID (32), o segmento SCR tendo pelo menos uma unidade de catalisador composta de materiais para seletivamente catalisar o NOx, o segmento do trocador de calor (30) tendo linhas de alimentação e retorno da água de alimentação, os dutos de entrada e saída provendo comunicações de fluido entre a chaminé e o módulo do componente principal, o subsistema de adição de amônia tendo uma fonte de vapor de amônia, uma grelha de injeção de amônia disposta no du- to de entrada, um cano de vapor de amônia provendo comunicação de fluido entre a fonte de vapor de amônia e a grelha de injeção de amônia, e uma válvula de estrangulamento disposta no cano do vapor de amônia, o método compreendendo as etapas seguintes: prender o duto de entrada à chaminé em uma primeira posição intermediária entre a extremidade de entrada da chaminé e o primeiro ventilador de ID (20); prender o duto de saída à chaminé em uma segunda posição intermediária entre o primeiro ventilador de ID (20) e a saída da chaminé; fechar a chaminé em uma terceira posição intermediária entre a primeira e segunda posições para impedir o fluxo de gás de combustão através do primeiro ventilador de ID (20) e da serpentina de aquecimento de á-gua de alimentação (24); puxar o gás de combustão da chaminé através do duto de entrada e através do módulo do componente principal com o segundo ventilador de ID; injetar vapor de amônia dentro do duto de entrada com o subsis-tema de adição de amônia; remover o NOx do gás de combustão com o segmento SCR do módulo do componente principal para produzir um gás de combustão limpo; descarregar o gás de combustão limpo através do duto de saída para a chaminé com o segundo ventilador de ID (32); controlar a taxa de fluxo do gás de combustão através do módulo do componente principal pela regulação da diminuição de pressão através do segundo ventilador de ID; controlar a taxa de adição da amônia pela regulação da válvula de estrangulamento; e controlar o fluxo da água de alimentação através do segmento de troca de calor pela regulação da velocidade da bomba de alimentação.