MXPA06012429A - Metodo para la combustion de residuos de refinacion. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a un metodo para quemar residuos de refinacion de petroleo crudo en una caldera, que incluye un horno (2) e inyectores (5, 6, 30), caracterizado porque el gas que contiene oxigeno enfriado (50) se inyecta en el horno en la porcion mas caliente (20) del mismo para originar el craqueo del alquitran o hidrocarburos aromaticos policiclicos y la conversion de los mismos en materiales basicos que se queman facilmente y por consiguiente contaminan menos.

Description

MÉTODO PARA LA COMBUSTIÓN DE RESIDUOS DE REFINACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método y un dispositivo para quemar los residuos de refinación de petróleo con mínima emisión de óxidos de nitrógeno y polvos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Estos residuos, incluyendo alquitrán, asfalto y bitumen, son de bajo valor comercial e incluyen en particular productos que son sólidos a temperatura ambiente y tienen una viscosidad en exceso de 500 centistokes a 100°C. Usualmente se queman por refinerías para uso propio. La producción de combustible diesel ligero para automóviles en Europa conduce a la producción de estos residuos, por ejemplo. Su chimenea en calderas convencionales es nociva al ambiente, y nuevos estándares en la emisión de óxidos de azufre en Europa, y en Francia en particular, hacen esta solución imposible. Estas restricciones también se aplicarán a polvo, hidrocarburos aromáticos policíclicos y compuestos orgánicos volátiles. En lugar de quemar estos residuos, es posible usar otras formas de tratamiento que son menos nocivas al ambiente pero más complejas y más costosas. Por consiguiente, la gasificación se puede usar, ya sea integrada en un ciclo Ref. 176880 combinado o tomando la forma de un proceso de conversión profunda que convierte los residuos a un residuo final económicamente viable tal como coque de petróleo, por ejemplo . La producción incrementada de los residuos (alquitrán) de "fondo del barril" así llamados, en particular en Europa, los cuales en la actualidad se queman por refinerías en calderas convencionales, también conducirá a la modificación del tratamiento de estos residuos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objeto de la presente invención es proponer un método para la chimenea de los residuos previamente citados y un dispositivo de inyección, ambos de los cuales se pueden usar en instalaciones existentes, en particular en calderas de calentamiento tangencial, y los cuales reducen significativamente la emisión de contaminantes, principalmente óxidos de nitrógeno y polvo de carbono no quemado . El método de acuerdo con la invención para la chimenea de residuos de la refinación de petróleo en una caldera que comprende un hogar e inyectores se caracteriza porque el gas que contiene oxígeno se inyecta en la región más caliente del hogar y en esta los gases de chimenea recirculados se inyectan simultáneamente en la región más caliente del hogar. Esta región, situada en la cercanía inmediata del quemador, es una de flujo ciclónico, es decir una en la cual se origina que los gases de chimenea giren alrededor de un eje vertical para asegurar que están totalmente convertidos, no dejando sustancias no quemadas. La inyección en la región muy caliente del hogar asegura el craqueo a alta temperatura de los residuos y su conversión en compuestos básicos (CO, H2, CH4, C02) que son fácilmente combustibles y por lo tanto menos contaminantes, debido a la reducción del polvo de carbón no quemado. El método se aplica, en particular, a calderas de calentamiento tangencial. La inyección simultánea de los gases de chimenea recirculados imparte movimiento al chorro de gas que contiene oxígeno incitando la penetración del gas en el hogar y en particular en la región más caliente ciclónica. La inyección de los gases de chimenea recirculados también facilita la homogenización de los productos de chimenea que resultan del craqueo de los residuos en el hogar, y por lo cual previene los picos de temperatura en los gases de chimenea en la cercanía de los intercambiadores de calor colocados sobre la región de chimenea. La producción incrementada de óxidos de nitrógeno (NOx) en la región caliente se compensa por la baja producción de óxido de nitrógeno que resulta de la chimenea por etapas usando ya sea etapa de aire o etapa de combustible. De acuerdo con una característica particular, la inyección se efectúa por inyectores colocados en las esquinas del hogar. La posición de inyección será determinada como una función de la naturaleza del residuo a ser quemado. Uno o más niveles de inyección se pueden proporcionar como una función del pico de temperatura en el hogar enfrentado al arreglo en forma de barcaza del inyector de combustible y como una función de la reducción esperada de óxidos de nitrógeno que resulta de la chimenea en etapas creada de esta forma combinando la inyección de aire y combustible e inyección de gases de chimenea recirculados, oxígeno y residuo. De acuerdo con una segunda disposición, la inyección se efectúa por los inyectores en las paredes laterales del hogar. De acuerdo con una característica particular de la segunda disposición, los inyectores están en el medio de cada una de las paredes laterales del hogar. En una variante de la segunda disposición, los inyectores están en las cuatro paredes. En otra variante de la segunda disposición, los inyectores están en dos paredes enfrentadas . El dispositivo de conformidad con la invención para inyección de gas en un hogar de caldera se caracteriza porque se instala en el enlazamiento de recirculación de gas de chimenea y comprende tubos de inyección de gas concéntrico. La combinación de dos inyecciones crea una región de conversión caliente. Estos dispositivos se pueden instalar en diversas ubicaciones en el hogar de la caldera. De acuerdo con una característica particular, el dispositivo es sustancialmente perpendicular a las paredes del hogar en un plano horizontal. La ubicación, inclinación y desviación en el plano horizontal del dispositivo se adaptan como una función de la arquitectura de la caldera para incitar la penetración en la región de vórtice de chimenea caliente. El enlazamiento de alimentación de gas de chimenea recirculado por lo tanto puede ser curvado, lo cual induce la rotación sustancialmente horizontal, adicional del flujo entrante y por lo tanto crea o incrementa el flujo giratorio alrededor de un eje sustancialmente vertical de los gases de chimenea recirculados en el hogar. De acuerdo con otra característica particular, el dispositivo es sustancialmente inclinado verticalmente hacia el fondo del hogar. El ángulo de inclinación es preferiblemente menor que 45°. De acuerdo ' con una segunda característica particular, el dispositivo comprende un circuito de enfriamiento. La temperatura en la punta del dispositivo de inyección es tal que es necesario enfriarla. De acuerdo con una tercera característica, el dispositivo se limpia por un gas para prevenir que llegue a bloquearse por el polvo que llega del hogar. De acuerdo con una cuarta característica, el dispositivo es retraíble. Por lo tanto es posible realizar el mantenimiento sin que la caldera esté en operación. De acuerdo con una quinta característica, el dispositivo comprende una llama de encendido de gas la cual incita la auto-ignición del residuo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención será mejor entendida de la siguiente descripción, la cual se da por vía de ejemplo solamente y con referencia a las figuras anexas, en las cuales: - la figura 1 es una vista en sección vertical de una caldera de acuerdo con la invención, - la figura 2 es una vista en sección de la caldera de acuerdo con la invención, - la figura 3 es una vista en sección detallada de un inyector de acuerdo con la invención en una posición de inyección, - la figura 4 es una vista en sección detallada del inyector de la figura 3 en una posición retraída, y la figura 5 es una vista en sección detallada de la tubería de inyector.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la figura 1, la caldera comprende un hogar 2 al cual se alimenta combustible 3 rodeado por aire caliente 4. Los inyectores 5 inyectan oxígeno o gas que contiene oxígeno 50, el residuo 51, y (donde sea aplicable) gases de chimenea recirculados 52. Un líquido refrigerante 53 tal como agua fluye en los inyectores 5 para enfriarlos . Los inyectores 5 se colocan a la altura de la región más caliente 20 del hogar 2. Se inyecta aire adicional vía el inyector 6 para originar la chimenea por etapas, para reducir la emisión de óxidos de nitrógeno, los inyectores 6 se ubican arriba de los inyectores 5 de modo que los gases de chimenea permanecen entre los dos niveles de inyección 5 y 6 por un período de 0.2 segundos a 5 segundos. La figura 2 muestra la caldera 1 de la figura 1 desde arriba, a la altura de la región caliente 20. El combustible 3 y el aire caliente 4 se inyectan en las esquinas de la caldera 1. En esta variante los inyectores 5 se colocan en la mitad de las paredes laterales 21 del hogar 2, pero podrán ser colocados en las esquinas. La inyección del combustible 3 en las esquinas crea un vórtice de eje vertical 200 al cual el residuo 51 y el gas 50 se encaminan. El inyector 5 mostrado con detalle en la figura 3 comprende una tubería de alimentación 500 para oxígeno (o un gas que contiene oxígeno) 50, una tubería 510 para el residuo 51, una tubería de alimentación 530 para el líquido refrigerante 53 y una tubería de retorno 531 para el líquido 53. Los gases de chimenea recirculados 52 llegan vía una tubería 520. El inyector 5 se inclina hacia abajo a un ángulo de menos de 45° para incitar la penetración del residuo 51 en la región caliente 20. Por debajo de una región 22 para gasificación del residuo 51 está una región de chimenea 23 y arriba está una región de post-chimenea 24. La tubería de inyección 54 que descarga en el hogar 2 se muestra en la figura 5 y se integra de cuatro cilindros concéntricos; el residuo 51 fluye en el cilindro central 540, el gas 50 enriquecido con oxígeno fluye entre el cilindro 540 y el siguiente cilindro 541, y el líquido refrigerante 53 fluye entre los cilindros 541, 542 y 543, haciendo un recorrido de retorno en la tubería 54 con el flujo hacia fuera entre los cilindros más externos 542 y 543 para facilitar el enfriamiento y el retorno de flujo entre los cilindros más internos 541 y 542. Los gases de chimenea 52 llegan vía la tubería 520 y entran a la tubería 521 del inyector 5 desde el cual se dirigen en el hogar 2 (véase figura 3) . La figura 4 muestra el inyector 5 en una posición retraída, el montaje comprende la tubería 54 y las tuberías 530, 531, 510 y 500 siendo retraídas en la tubería de alimentación 521 para los gases de chimenea 52 de modo que este montaje del inyector 5 se puede mantener en servicio. La ejecución del método se describe después. El combustible 3 y el aire caliente 4 se inyectan en la porción inferior 23 del hogar 2. La chimenea se desarrolla y la región 20 anterior del quemador 30 es la región más caliente. Los residuos 51 y el gas 50 enriquecidos con oxígeno son inyectados en esta región 20, en la cual los residuos 51 se craquean y reducen a compuestos básicos combustibles. La inyección concéntrica simultánea de gases de chimenea recirculados 52 vía los inyectores 5 imparte el movimiento al chorro de oxígeno (o gas enriquecido con oxígeno) 50 y al residuo 51 incitando la penetración del residuo 51 y el gas 50 en la región de flujo ciclónico de eje vertical 200 del hogar 2 y crea una región de conversión caliente que incita la chimenea del residuo 51. El número de inyectores 5 a ser instalados en el hogar 2 se decide como una función de las propiedades del residuo 51 a ser quemado. Los inyectores podrán ser colocados en uno o más niveles como una función del flujo de calor permitido por las paredes 21 y el requerimiento para calmar los picos de temperatura en los gases de chimenea donde chocan en los haces de intercambiador 7. La inclinación de los inyectores 5 y su desviación en la dirección vertical es menos de 45°. El sistema de inyección 5 comprende una llama de encendido de gas para incitar la auto-ignición del residuo 51. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Método para la chimenea de residuos de refinación de petróleo en una caldera que comprende un hogar e inyectores, caracterizado porque el gas que contiene oxígeno se inyecta en el hogar en la región más caliente del hogar y porque los gases de chimenea recirculados se inyectan simultáneamente en la región más caliente del hogar.

2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la inyección se efectúa por los inyectores colocados en las esquinas del hogar.

3. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la inyección se efectúa por los inyectores colocados en las paredes laterales del hogar.

4. Método de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizado porque los inyectores se colocan en la mitad de cada pared lateral del hogar.

5. Método de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizado porque los inyectores se colocan en las cuatro paredes .

6. Método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque los inyectores se colocan en dos paredes enfrentadas .

7. Dispositivo para inyectar gas en un hogar de una caldera de calentamiento tangencial para la implementación del proceso de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se instala en el enlazamiento para recircular gases de chimenea y comprende tubos de inyección de gas concéntrica.

8. Dispositivo de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizado porque se coloca sustancialmente perpendicular a las paredes del hogar en un plano horizontal.

9. Dispositivo de conformidad con la reivindicación precedente, caracterizado porque se inclina sustancialmente hacia el fondo del hogar.

10. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 7 o reivindicación 8, caracterizado porque comprende un circuito de enfriamiento.

11. Dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque se limpia por gases .

12. Dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque es retraíble.

13. Dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque comprende una llama de encendido de gas.