FR2924623A1 - Procede de reduction catalytique selective d'oxydes d'azote dans des fumees de combustion et installation pour sa mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement d'une charge dans un four alimenté en chaleur dans la zone de radiation par la combustion de combustible liquide ou gazeux en présence d'air préchauffé par au moins un circuit de préchauffe d'air, cette étape conduisant à l'émission de fumées de combustion contenant des oxydes d'azote, procédé dans lequel les fumées sont évacuées à travers la zone de convection située en aval de la zone de radiation dudit four ; il comprend en outre une étape de réduction catalytique sélective desdits oxydes d'azote avec injection dans le conduit de fumées au niveau de la zone de convection, en amont d'un catalyseur, d'un mélange d'air chaud et de produit ammoniaqué, dans lequel l'air chaud alimentant ledit mélange est directement prélevé sur le circuit de préchauffe d'air de combustion lequel circuit utilise la chaleur des fumées de combustion.L'invention trouve une première application dans le préchauffage/chauffage/vaporisation/ surchauffe de fluides dans un four de procédé pétrochimique, elle s'applique aussi au reformage d'une charge hydrocarbonée en présence de vapeur d'eau dans un four de reformage à la vapeur.
Description
Procédé de réduction catalytique sélective d'oxydes d'azote dans des fumées de combustion et installation pour sa mise en œuvre.
La présente invention concerne la limitation des émissions d'oxydes d'azote dans l'environnement. En particulier, la présente invention concerne un procédé amélioré pour la réduction catalytique d'oxydes d'azote en azote.
Les oxydes d'azote, ou NOx, regroupent principalement le monoxyde d'azote (NO) et le dioxyde d'azote (NO2). Dans l'atmosphère, les NOx peuvent s'associer à l'eau et produire de l'acide nitrique HNO3, lequel contribue notamment aux pluies acides, aux brouillards photochimiques, et peut être responsable de certaines maladies respiratoires, telles l'asthme. Pour ces raisons, la réduction des émissions de NOx dans l'atmosphère est devenue un enjeu majeur ces dernières années et fait l'objet de réglementations toujours plus contraignantes pour les industriels Les NOx sont notamment produits lors de la combustion de combustibles liquides ou gazeux, tels par exemple les hydrocarbures, le gaz naturel, le gaz de raffinerie, l'hydrogène, ou encore leurs mélanges, et s'échappent alors dans l'atmosphère par les fumées de combustion. De telles combustions sont notamment utilisées pour chauffer, reformer, craquer des fluides, hydrocarbonés ou non, dans des fours de procédés pétrochimiques. Par chauffer des fluides, on entend préchauffer et/ou chauffer et/ou vaporiser et/ou surchauffer des fluides. Parmi les fluides considérés, on citera en particulier les hydrocarbures liquides et/ou gazeux, des fluides caloporteurs pour procédés chimiques ou pétrochimiques, ainsi parfois que de l'eau (préchauffe d'eau déminéralisée ou d'eau d'alimentation de chaudière, génération de vapeur, surchauffe de vapeur). De telles combustions sont aussi utilisées pour atteindre les hautes températures nécessaires aux réactions de reformage à la vapeur ou vaporeformage, de charges hydrocarbonées (SMR, ou steam methane reforming en anglais). Le vaporeformage consiste en la dissociation de molécules hydrocarbonées (notamment méthane CH4) en présence de vapeur d'eau et de chaleur (plusieurs centaines de degrés), et est principalement utilisé dans l'industrie pour la fabrication d'hydrogène (H2) à pureté élevée. Un tel procédé est notamment décrit par Michael D. Briscoe dans US 6,749,829. Le procédé de vaporeformage est réalisé dans un four de reformage à la vapeur, alimenté d'une part en charge hydrocarbonée et en vapeur, et d'autre part en chaleur. Lorsque le four est chaud, la charge hydrocarbonée est alors injectée, en mélange avec de la vapeur d'eau, dans des tubes contenant du catalyseur et traversant le four. La haute température du four, plusieurs centaines de degrés, maintenue grâce à la combustion, permet alors, dans les tubes, la réaction de dissociation des molécules de la charge hydrocarbonée et la production de gaz de synthèse (syngas) qui sera ensuite traité. Des exemples de charges hydrocarbonées selon l'invention sont les hydrocarbures, les huiles et les gaz naturels. Préférentiellement, la charge hydrocarbonée est choisie parmi les hydrocarbures vaporisables en dessous de 250°C d'origines diverses, notamment fossiles et végétales. Des charges hydrocarbonées préférées sont le gaz naturel, le naphta, le GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié), le butane, le propane, le biodiesel, le bioéthanol, les gaz résiduaires de raffinerie, et tous les gaz résiduaires en général. Pour ces deux types de four, la chaleur est généralement fournie par la combustion de combustibles divers avec de l'air. Cette combustion est réalisée dans la zone de radiation (radiant section en anglais), parfois également appelée chambre de combustion, grâce à des brûleurs, disposés dans le haut et/ou dans le bas et/ou sur les parois latérales de la zone de radiation. Les fumées, produits de combustion issus des combustibles brûlés, sont quant à elles évacuées en sortie de la zone de radiation, par au moins un conduit de fumées, à travers la zone de convection (convection section en anglais), où elles sont refroidies avant leur rejet dans l'atmosphère. Fréquemment, pour diminuer les besoins en combustibles destinés à être brûlés dans le four, un système de préchauffage de l'air de combustion est mis en place en amont des brûleurs. Ainsi, afin d'améliorer le rendement thermique du four, l'air de combustion est préchauffé en récupérant une partie de la chaleur disponible dans les fumées traversant la zone de convection, ceci par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur, de type échangeur à plaques ou échangeur tubulaire par exemple, ces échangeurs sont aussi appelés des préchauffeurs d'air. Cependant, ainsi que mentionné précédemment, ces procédés génèrent des NOx dans les fumées de combustion en sortie de la zone de convection. Produits lors de la combustion des combustibles en présence d'air, ils sont rejetés dans l'atmosphère avec les fumées de combustion. De plus, l'utilisation d'air de combustion préchauffé a pour conséquence l'augmentation de la concentration en NOx des fumées en raison de l'augmentation de la température de flamme. Plusieurs procédés ont été développés pour réduire la concentration des NOx présents dans les fumées de combustion. Ainsi, on peut notamment avoir recours à un procédé de réduction catalytique sélective (Selective Catalytic Reduction ou SCR en anglais) de la teneur en NOx dans les fumées. Dans un tel procédé, un Mélange Air chaud Ammoniaque, (mélange appelé aussi MAA) est injecté, via un injecteur, dans la zone de convection. Par ammoniaque, il convient de comprendre dans ce contexte des produits aqueux contenant de l'ammoniaque; il pourra s'agir par exemple de carbamide ou d'urée. Le mélange constitué par les fumées de combustion et le MAA est alors mis au contact d'un catalyseur, dans une plage de température adaptée, de 200°C à 600°C, permettant de transformer les NOx en azote (N2) et ainsi de réduire la concentration en NOx des fumées rejetées dans l'atmosphère. De tels procédés sont notamment décrits dans US 5,612,010, US 5,401,478 et US 6,361,754.
Dans les procédés connus de réduction catalytique sélective, de l'air chaud est mélangé à de l'ammoniaque aqueux pour former le MAA. De façon connue, cet air chaud provient d'air frais qui passe par un ventilateur et est ensuite chauffé, via un préchauffeur externe à la zone de convection et au conduit de fumées ; une autre solution connue, mais moins utilisée consiste à remplacer l'air chaud par des fumées de combustion prélevées directement dans le conduit de fumées de la zone de convection, via un ventilateur dédié, en aval du SCR. Le MAA est alors injecté via une grille d'injection dans la zone de convection, en amont du catalyseur du SCR. Cependant, l'efficacité de ce procédé de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote est obtenue moyennant une consommation en énergie, notamment électrique ou vapeur, supplémentaire, nécessaire principalement pour chauffer l'air frais, ou dans une moindre mesure les fumées, utilisé pour réaliser le mélange MAA, ainsi que pour l'alimentation du ventilateur d'air frais ou de fumées.
Cette surconsommation énergétique représente un coût important pour les industriels. Il existe donc un besoin pour un procédé amélioré de réduction catalytique sélective peu consommateur en énergie, permettant la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote présents dans des fumées de combustion. Le procédé de réduction d'oxydes d'azote (appelé aussi procédé PNOX dans la suite du descriptif de l'invention) est applicable en particulier aux fours pour la mise en oeuvre de procédés pétrochimiques et aux fours mettant en oeuvre un procédé de reformage à la vapeur. Dans la suite du descriptif, le terme procédé PI représentera indifféremment (sauf cas particuliers évidents à la lecture du texte) un procédé de reformage mis en oeuvre dans un four de reformage à la vapeur ou un procédé mis en oeuvre dans un four de procédés pétrochimiques. La présente invention répond au problème identifié ci-dessus grâce à la mise en oeuvre d'un procédé PNOX amélioré, notamment moins consommateur en énergie et ayant un coût d'investissement plus faible que les procédés connus pour la réduction de la concentration en NOx des fumées de combustion d'un four de procédé PI, ceci pour une efficacité comparable.
L'invention a pour objet un procédé PI pour le traitement d'une charge dans un four, procédé comprenant au moins . - une étape de libération de chaleur par la combustion de combustible liquide ou gazeux en présence d'air préchauffé par au moins un circuit de préchauffe d'air, cette étape conduisant à la création d'oxydes d'azote dans les fumées, lesquelles fumées sont évacuées dans un conduit de fumées à travers la zone de convection située en aval de la zone de radiation (chambre de combustion) dudit four, et - une étape de réduction catalytique sélective desdits oxydes d'azote des fumées, comprenant l'injection, dans la zone de convection dans laquelle est présent au moins un catalyseur, d'un mélange d'air chaud et d'ammoniaque, caractérisé en ce que l'air chaud dudit mélange est directement prélevé sur ledit au moins un circuit de préchauffe d'air servant à alimenter le four en air préchauffé. Selon une variante préférée de l'invention, le procédé PI est un traitement de préchauffage et/ou de chauffage et/ou de vaporisation et/ou de surchauffe de fluides hydrocarbonés ou non, dans un four de procédé pétrochimique. Selon une autre variante préférée de l'invention, celle-ci concerne un procédé PI de reformage d'une charge hydrocarbonée en présence de vapeur d'eau dans un four de reformage à la vapeur.
Le four pour la mise en oeuvre du procédé PI selon la présente invention peut correspondre à n'importe quel four utilisé dans la pratique par l'homme du métier. Le four est alimenté par tout moyen disponible en combustible et en air chaud. Généralement, le four est associé à un système de tuyauteries permettant d'amener chaque fluide et chaque réactif en son sein. La chaleur apportée au four (SMR ou pétrochimique) pour fonctionner est de préférence obtenue grâce à des brûleurs, situés notamment contre les parois du four, en particulier contre les parois latérales du four, et/ou sur le plancher et/ou sur le plafond du four. Ces brûleurs permettent de brûler un combustible en présence d'air pour d'atteindre les températures élevées nécessaires aux diverses opérations.
Par combustible au sens de l'invention, on entend tout combustible liquide ou gazeux, notamment les combustibles fossiles, les hydrocarbures, les gaz résiduels de procédés pétrochimiques (ou off-gas), pouvant comprendre les gaz tels que le méthane et les autres hydrocarbures gazeux, mais également le monoxyde de carbone et l'hydrogène, ainsi que tous les mélanges de ces combustibles en présence d'autres fluides combustibles ou non (H20, CO2r N2, etc.).
Le four utilisé dans la présente invention peut correspondre à n'importe quel four utilisé dans la pratique par l'homme de l'art. Le four est alimenté par tout moyen disponible en charge (hydrocarbonée ou autre), en vapeur d'eau et en chaleur (air chaud).
Afin de diminuer la consommation d'énergie, l'air de combustion qui alimente les brûleurs du four est préchauffé, avant son arrivée dans le four, via au moins un circuit de préchauffe d'air, parfois deux, voire trois ou plus. Il s'agit de préférence de conduits situés au contact de la zone de combustion, le long de la zone de convection, et susceptibles de traverser ladite zone de convection, au moins une fois, de préférence plusieurs fois. Les circuits de préchauffe d'air sont de préférence alimentés en air dit frais par des ventilateurs qui prélèvent de l'air à l'extérieur de l'installation et l'injectent dans le conduit de préchauffe. Ainsi, l'air frais circule dans le conduit au niveau des préchauffeurs d'air, un échange thermique se produit entre l'air et les fumées de combustion chaudes sortant de la zone de radiation du four. Lors de chaque traversée de la zone de convection, l'air se trouve préchauffé tandis que les fumées de combustion sont refroidies. Les échanges thermiques seront d'autant plus importants que le circuit de préchauffe d'air traverse la zone de convection des fumées de combustion un nombre élevé de fois. L'invention concerne également un procédé PI tel que décrit précédemment, dans lequel le au moins un circuit de préchauffe d'air de combustion est alimenté en air frais à l'aide d'au moins un ventilateur. Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de l'invention est caractérisé en ce que le au moins un circuit de préchauffe d'air de combustion traverse la zone de convection au moins une fois, de préférence au moins deux fois (à travers un préchauffeur d'air pour y être préchauffé et pour refroidir les fumées). Dans d'autres modes de réalisation, le au moins un circuit de préchauffe d'air peut traverser la zone de convection des fumées à trois reprises, quatre reprises voire cinq reprises, l'homme du métier étant à même d'adapter le procédé en fonction du préchauffage nécessaire et de la taille de l'installation utilisée. Des préchauffeurs peuvent traverser la zone de convection des fumées en aval ou en amont du lieu d'injection du mélange MAA d'air chaud et de produit ammoniaqué Le procédé selon l'invention prévoit une étape de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote contenus dans les fumées, afin de réduire, voire de supprimer, leur présence dans les fumées rejetées dans l'air. Par réduction catalytique sélective au sens de l'invention on entend une réaction entre un produit à base d'ammoniaque, de préférence aqueux, et les NOx, en présence de chaleur et d'un catalyseur, aboutissant à la formation d'azote N2 inoffensif, rejeté dans l'atmosphère. Le catalyseur utilisé peut être n'importe quel catalyseur jugé adapté par l'homme du métier. Ainsi, selon le procédé de l'invention, on effectue un mélange d'un produit à base d'ammoniaque aqueux et d'air chaud provenant du au moins un circuit de préchauffe selon l'invention, ce mélange MAA selon l'invention étant injecté directement dans la zone de convection. Le mélange ainsi injecté, rentre en contact avec le catalyseur présent dans la zone de convection; la réduction catalytique sélective des NOx présents dans les fumées se produit alors. Le procédé selon l'invention permet de réduire de façon importante la consommation énergétique du four, il permet en outre de réduire le nombre d'équipements nécessaires à la fourniture d'air chaud au mélangeur. En effet, grâce au ventilateur injectant l'air frais dans les conduits en début de circuit de préchauffe, et assurant la circulation de l'air le long du circuit, l'air circulant dans les circuits de préchauffe est à une pression supérieure à celle du four, que ce soit dans la zone de radiation ou dans la zone de convection, ceci afin de compenser la perte de charge dans les brûleurs.
Par conséquent, la fraction d'air préchauffé des conduits de préchauffe prélevée pour former le MAA arrive directement jusqu'au mélangeur, la solution de l'invention permet non seulement de supprimer le ventilateur d'air nécessaire pour alimenter le mélangeur en air chaud mais également de supprimer le préchauffeur d'air frais dédié. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé tel que décrit précédemment est caractérisé en ce que l'injection du mélange d'air chaud et d'ammoniaque (plus généralement de composé ammoniaqué) se fait dans au moins un emplacement dans la zone de convection des fumées, en amont du catalyseur, lequel est maintenu en place dans la zone de convection par un support approprié.
Dans d'autres modes de réalisation conformes à l'invention, l'injection du MAA peut se faire dans plusieurs emplacements de la zone de convection, en amont du catalyseur, le nombre d'emplacements d'injection étant directement relié à la taille de l'installation utilisée. L'emplacement d'injection du MAA peut en particulier être situé entre deux préchauffeurs d'air traversant la zone de convection. Dans un mode de réalisation particulier, le procédé PI tel que décrit précédemment est caractérisé en ce que le four est alimenté en air préchauffé par un seul circuit de préchauffe d'air, et en ce que l'air chaud utilisé lors de l'étape de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote est prélevé directement sur ledit un seul circuit de préchauffe d'air. Dans un autre mode de réalisation particulier, le procédé tel que décrit précédemment est caractérisé en ce que le four est alimenté en air préchauffé par deux circuits de préchauffe d'air, et que l'air chaud utilisé lors de l'étape de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote est prélevé directement sur au moins un desdits deux circuits de préchauffe d'air. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé PI est caractérisé en ce que lorsque le ou les circuit(s) de préchauffe d'air traverse(nt) la zone de convection des fumées au moins une fois, de préférence au moins deux fois, le circuit de préchauffe d'air comprend un, deux, voire plus de préchauffeurs d'air, situés dans la zone de convection des fumées. Ainsi, l'air chaud utilisé lors de l'étape de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote est prélevé directement sur le ou les circuit(s) de préchauffe d'air, soit en sortie du premier passage dudit au moins un circuit de préchauffe d'air dans la zone de convection des fumées, soit en sortie du deuxième passage dudit au moins un circuit de préchauffe d'air dans la zone de convection des fumées, soit en sortie à la fois du premier et du deuxième passage dudit au moins un circuit de préchauffe d'air dans la zone de convection des fumées. Selon un second aspect de la présente invention, celle-ci concerne également une installation de traitement d'une charge dans un four de procédé comprenant au moins : - un four de procédé PI permettant le traitement d'une charge, comprenant des moyens d'alimentation en combustible, et en air, - un circuit de préchauffe de l'air destiné à l'alimentation du four en air préchauffé, - une zone de convection conduisant les fumées de combustion produites lors de la combustion des combustibles dans le four de procédé, dans lequel est présent au moins un catalyseur pour la réduction sélective d'oxydes d'azote de préférence maintenu dans ladite zone à l'aide d'un moyen de support, - un mélangeur d'air chaud et de produit ammoniaqué alimenté en air chaud par ledit au moins un circuit de préchauffe d'air, ledit mélangeur étant associé à au moins un injecteur permettant l'injection dudit mélange d'air chaud et produit ammoniaqué dans ledit conduit des fumées de combustion, de préférence en amont du catalyseur, soit en amont direct du catalyseur ou plus en amont du catalyseur. Selon l'invention, on entend par moyen d'alimentation , tout système de tuyauteries, conduits, vannes, registres, permettant d'alimenter en combustible et en air préchauffé le four de procédé (appelé aussi le four).
Selon l'invention, les moyens d'alimentation du four en air préchauffé peuvent consister en un, deux, trois ou plus circuits de préchauffe d'air. Ainsi, l'air chaud alimentant le au moins un mélangeur air chaud/produit ammoniaqué (appelé aussi le mélangeur) peut être prélevé sur un, deux, trois ou plus circuits de préchauffe d'air, selon l'installation utilisée. Les circuits de préchauffe d'air selon l'invention sont alimentés en air frais par au moins un ventilateur. De cette manière, comme indiqué précédemment, on réalise l'économie de ventilateurs d'air nécessaires dans les installations connues pour entraîner l'air chaud vers le au moins un mélangeur, c'est-à-dire une économie en énergie, en coût de l'installation, et un gain de place.
L'invention concerne donc également une installation telle que décrite précédemment, caractérisée en ce que le au moins un circuit de préchauffe d'air est alimenté en air frais à l'aide d'au moins un ventilateur. Toujours selon l'invention, dans la zone de convection du four est présent au moins un catalyseur. Le rôle de ce catalyseur est d'accélérer la réduction catalytique sélective des NOx contenus dans les fumées de combustion. Ce catalyseur est disposé à l'intérieur du conduit des fumées, de préférence maintenu à l'aide d'un support, et occupant préférentiellement toute la section du conduit, de sorte que la totalité des fumées de combustion le traverse. De préférence, le catalyseur est placé dans la zone de convection afin d'avoir des préchauffeurs d'air placés en amont et en aval, l'homme du métier étant qualifié pour adapter cette disposition de manière à obtenir une température des fumées de combustion propice à la réaction de réduction catalytique sélective.
Par ailleurs, selon l'invention, le conduit des fumées transférant les fumées de la zone de radiation vers la zone de convection peut être connecté au four à n'importe quel niveau, c'est-à-dire en haut, en bas, au milieu ou à tout autre niveau de la zone de radiation du four, voire à plusieurs endroits de la zone de radiation du four notamment par le biais de plusieurs conduits de fumées pouvant ensuite se rejoindre en un seul et même conduit, de sorte que les fumées puissent être prélevées de la manière la plus efficace possible. L'homme du métier est compétent pour adapter l'architecture du four et en particulier le lieu de connexion du ou des conduit(s) de fumées où il souhaite que les fumées soient prélevées. Dans une installation particulière selon l'invention, l'alimentation en air préchauffé du four est réalisée par un seul circuit de préchauffe d'air. Dans ce mode de réalisation, l'air chaud alimentant le au moins un mélangeur est prélevé directement sur ledit un seul circuit de préchauffe d'air.
Dans une autre installation particulière selon l'invention, l'alimentation en air préchauffé du four est réalisée par deux circuits de préchauffe d'air. Dans ce mode de réalisation, l'air chaud alimentant le au moins un mélangeur air chaud/ammoniaque est prélevé directement sur au moins un desdits deux circuits de préchauffe d'air. Dans une installation particulière selon l'invention, ledit air chaud est prélevé sur un seul des deux circuits de préchauffe d'air. Dans une autre installation particulière selon l'invention, ledit air chaud est prélevé sur les deux circuits de préchauffe d'air. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'installation est caractérisée en ce que le au moins un circuit de préchauffe d'air traverse le conduit de fumées dans la zone de convection au moins une fois, de préférence au moins deux fois. Dans ce mode de réalisation, l'alimentation en air chaud du au moins un mélangeur air chaud/ammoniaque se fait par un prélèvement sur au moins un circuit de préchauffe d'air soit en sortie du premier passage du circuit de préchauffe dans la zone de convection des fumées, soit en sortie du deuxième passage du circuit de préchauffe dans la zone de convection, soit à la fois en sortie du premier et du deuxième passage du circuit de préchauffe dans la zone de convection. Par mélangeur au sens de l'invention, on entend tout dispositif permettant de mélanger de façon homogène l'air chaud au produit ammoniaqué. Un tel dispositif peut consister en un équipement statique (notamment buse d'injection, chicane) ou dynamique (notamment hélice, rotor, pale) L'homme du métier est à même d'adapter le nombre de mélangeurs dont il a besoin à la taille de l'installation et à la quantité de fumées produites. Ainsi, de petites installations comprendront uniquement un mélangeur, tandis que de plus importantes en comprendront deux, trois, quatre, voire plus, chacun des mélangeurs étant alimenté en air chaud comme décrit précédemment. De même, dans les installations selon l'invention, le nombre d'injecteurs de mélange air chaud/ammoniaque, peut lui aussi varier en fonction de la taille de l'installation et du nombre de mélangeurs que celle-ci utilise. Dans un mode de réalisation particulier, l'injecteur peut consister en une grille d'injection, permettant une injection homogène du MAA dans le conduit de convection. De préférence, l'injecteur est disposé en amont du catalyseur dans la zone de convection. Dans la section de la zone de convection située entre l'injecteur et le catalyseur, l'homme du métier peut prévoir de faire passer, ou non, un circuit de préchauffe d'eau ou d'air, ou tout autre conduit permettant la circulation d'un fluide caloporteur. Dans un tel mode de réalisation, le MAA injecté dans la zone de convection peut ainsi à son tour participer à un préchauffage. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le mélange est réalisé à partir d'ammoniaque stockée dans des cuves à l'écart de l'installation, et envoyée vers le mélangeur via un moyen d'entraînement, notamment par au moins une pompe. Optionnellement, l'ammoniaque peut être vaporisée avant son arrivée dans le mélangeur de manière à faciliter son mélange avec l'air chaud. De façon optionnelle, l'installation selon l'invention comprend en outre un moyen d'extraction des fumées de combustion refroidies et purifiées en oxydes d'azote. Un tel moyen d'extraction peut notamment consister en un ventilateur, situé en toute fin de la zone de convection, et permettant d'évacuer les fumées dans une cheminée, ouverte sur l'atmosphère. Les fumées en fin de la zone de convection peuvent également être dirigées directement dans la cheminée, la cheminée se situant dans ce cas d'une manière avantageuse au dessus de la zone de convection.
Selon une variante préférée de l'invention, celle-ci concerne une installation dans laquelle le four est un four de procédé pétrochimique apte à préchauffer et/ou chauffer et/ou vaporiser et/ou surchauffer des fluides de procédé pétrochimique.
Selon une autre variante de l'invention, celle-ci concerne une installation dans laquelle le four est un four de reformage à la vapeur apte à reformer une charge hydrocarbonée.
Parmi les avantages présentés par l'invention par rapport aux procédés et installations connus, on citera les points suivants. - L'air prélevé étant déjà préchauffé et sous pression grâce au ventilateur d'air frais alimentant le circuit de préchauffe d'air, il peut ainsi directement rejoindre le mélangeur sans fourniture d'énergie supplémentaire, l'invention permet donc l'économie d'un système de chauffage d'air pour alimenter le au moins un mélangeur air chaud/ammoniaque ainsi que des ventilateurs alimentant les préchauffeurs en air frais ; cette économie représente à la fois un gain en énergie et un gain de place. -L'utilisation d'air chaud prélevé sur le circuit de préchauffe d'air de combustion évite le prélèvement de fumées chaudes directement dans le conduit de convection des fumées, ces dernières étant susceptibles de contenir du dioxyde de soufre, et donc de polluer et / ou corroder le ou les mélangeur(s). La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif, et illustrés à l'aide des figures 1 à 7 sur lesquelles: - la figure 1 et la figure 2 représentent des schémas 25 d'installations de l'art antérieur, - les figures 3 à 7 représentent des schémas d'installations selon l'invention. Le type de procédé mis en oeuvre dans le four n'est pas précisé, il pourra s'agir d'un procédé de reformage ou 30 d'un procédé pétrochimique. Le conduit des fumées tel que représenté sur l'ensemble des figures 1 à 7 est connecté au four au milieu de la zone de radiation, il pourra l'être à n'importe quel niveau ; l'homme du métier est compétent pour adapter l'architecture du four.
La figure 1 décrit une installation telle qu'utilisée dans l'état de l'art, comprenant un four 1 permettant le traitement d'une charge 2 et l'obtention d'un produit 3, alimenté en combustible 5 et en air préchauffé 6 par un circuit de préchauffe d'air 7, alimenté en air frais 8 par un ventilateur 9. Dans ce type d'installation, la zone de radiation ou chambre de combustion 4 est reliée à une zone de convection 10 permettant l'évacuation des fumées de combustion 11 produites dans la zone de radiation 4 lors de la combustion, lesdites fumées de combustion 11 comprenant entre autres des oxydes d'azote. L'air frais 8, est injecté grâce au ventilateur 9 dans le circuit de préchauffe d'air 7, lequel traverse la zone de convection 10 à deux reprises avec les échangeurs (préchauffeurs d'air) 24, 26. Ainsi, l'air frais 8 est chauffé au fur et à mesure de son avancement dans le circuit de préchauffe 7, tandis que les fumées de combustion 11 circulant dans la zone de convection 10 sont refroidies. L'installation comprend en outre un mélangeur 12 d'air chaud 13 et d'ammoniaque 14. D'une part, l'ammoniaque est stockée dans un réservoir 15 relié à une pompe 16 alimentant le mélangeur 12 en ammoniaque 14. D'autre part, l'air chaud 13 provient d'un réchauffeur 17 alimenté en air frais 8 par un ventilateur 18. Ledit mélangeur 12 est associé à une grille d'injection 19 permettant l'injection dudit mélange d'air chaud 13 et d'ammoniaque 14 dans les fumées de combustion 11 au niveau de ladite au moins une zone de convection 10 comprenant au moins un catalyseur 20. Dans ce mode de réalisation, la grille d'injection 19 est placée dans la zone de convection 10 en amont du catalyseur 20. Enfin, les fumées de combustion refroidies et purifiées en oxydes d'azote sont expulsées dans une cheminée 22 ouverte sur l'atmosphère, avec l'aide éventuelle d'un ventilateur extracteur de fumées 21.
La figure 2 décrit également une installation selon l'art antérieur, identique en tout point à la figure 1, à la différence que l'air chaud 13 alimentant le mélangeur 12 est remplacé par des fumées de combustion 11 prélevées dans la zone de convection 10, à l'aide d'un ventilateur 23 et après le catalyseur 20. La figure 3 décrit une installation conforme à l'invention, dans laquelle les références sont identiques à celles de la figure 1, à la différence que l'air chaud 13 alimentant le mélangeur 12 est directement prélevé sur le circuit de préchauffe d'air 7, en sortie du premier préchauffeur d'air 24, par un conduit 25 reliant directement ledit circuit de préchauffe 7 audit mélangeur 12. Dans ce mode de réalisation particulier, la température de l'air prélevé en sortie du premier préchauffeur d'air est généralement comprise entre 100 et 400°C. La figure 4 décrit une installation conforme à l'invention, dans laquelle les références sont identiques à celles de la figure 1, à la différence que l'air chaud 13 alimentant le mélangeur 12 est directement prélevé sur le circuit de préchauffe d'air 7, en sortie du préchauffeur d'air 26, par un conduit 27 reliant directement ledit circuit de préchauffe 7 audit mélangeur 12. Dans ce mode de réalisation particulier, la température de l'air prélevé en sortie du deuxième préchauffeur d'air est généralement comprise entre 250 et 600°C. La figure 5 décrit une installation conforme à l'invention, dans laquelle les références sont identiques à celles de la figure 1, à la différence que l'air chaud 13 alimentant le mélangeur 12 est directement prélevé sur le circuit de préchauffe d'air 7, à la fois en sortie du premier préchauffeur d'air 24, et en sortie du deuxième préchauffeur d'air 26. La figure 6 décrit une installation conforme à l'invention, identique à l'installation de la figure 4, à la différence que l'injecteur 19 est placé en aval d'un échangeur 28 (couramment appelé faisceau de convection) dont le but est le préchauffage et/ou le chauffage et/ou la vaporisation et/ou la surchauffe d'un fluide autre que l'air de combustion, plus précisément l'injecteur 19 est placé entre l'échangeur 28 et le catalyseur 20. La figure 7 décrit une installation identique à l'installation de la figure 4, à la différence que l'injecteur 19 est placé en amont d'un échangeur (faisceau de convection) 28.
L'homme du métier peut selon une autre alternative(non représentée) supprimer le ventilateur d'air frais 18 pour le procédé de réduction catalytique sélective de NOx quand l'air de combustion utilisé pour la combustion dans la zone de radiation n'est pas préchauffé à travers la zone convection et utiliser le ventilateur 9 aussi bien pour amener de l'air frais vers la zone de radiation (comme air de combustion) et vers le mélangeur 12 du procédé de réduction catalytique sélective de NOx. Dans ce cas, il utilisera préférentiellement un préchauffeur sur le conduit d'air utilisé pour la réduction catalytique sélective.
Claims (17)
1. Procédé de traitement d'une charge dans un four comprenant au moins ù une étape de libération de chaleur par la combustion de combustible liquide ou gazeux en présence d'air préchauffé par au moins un circuit de préchauffe d'air, cette étape conduisant à la création d'oxydes d'azote dans les fumées, lesquelles fumées sont évacuées dans un conduit de fumées à travers la zone de convection située en aval de la zone de radiation dudit four, et ù une étape de réduction catalytique sélective desdits oxydes d'azote des fumées, comprenant l'injection, dans la zone de convection dans laquelle est présent au moins un catalyseur, d'un mélange d'air chaud et d'ammoniaque, caractérisé en ce que l'air chaud dudit mélange est directement prélevé sur ledit au moins un circuit de préchauffe d'air servant à alimenter en air préchauffé le four.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le four est alimenté en air préchauffé par un seul circuit de préchauffe d'air, et que l'air chaud utilisé lors de l'étape de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote est prélevé directement sur ledit un seul circuit de préchauffe d'air.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le four est alimenté en air préchauffé par deux circuits de préchauffe d'air, et que l'air chaud utilisé lors de l'étape de réduction catalytique sélective des oxydesd'azote est prélevé directement sur au moins un desdits deux circuits de préchauffe d'air.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un circuit de préchauffe d'air traverse la zone de convection des fumées au moins une fois, de préférence au moins deux fois.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'air chaud utilisé lors de l'étape de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote est prélevé directement sur le au moins un circuit de préchauffe d'air, soit en sortie du premier passage dudit au moins un circuit de préchauffe d'air dans la zone de convection, soit en sortie du deuxième passage dudit au moins un circuit de préchauffe d'air dans la zone de convection des fumées, soit en sortie à la fois du premier et du deuxième passage dudit au moins un circuit de préchauffe d'air dans la zone de convection.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection du mélange d'air chaud et d'ammoniaque se fait dans au moins un emplacement de la zone de convection, en amont du catalyseur, lequel est maintenu dans le conduit des fumées de combustion par un support.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un circuit de préchauffe d'air est alimenté en air frais à l'aide d'au moins un ventilateur.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le traitement de la charge est un traitement de préchauffage et/ou de chauffage et/ou de vaporisation et/ou de surchauffe de fluides dans un four de procédé pétrochimique.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel le traitement de la charge est un traitement de reformage d'une charge hydrocarbonée en présence de vapeur d'eau dans un four de reformage à la vapeur.
10. Installation de traitement d'une charge dans un four de procédé comprenant au moins un four de procédé permettant le traitement d'une 15 charge, comprenant des moyens d'alimentation en combustible, et en air préchauffé, un circuit de préchauffe d'air alimentant le four en air de combustion préchauffé, une zone de convection conduisant les fumées 20 produites lors de la combustion des combustibles dans la zone de radiation du four de procédé, dans lequel est présent au moins un catalyseur pour la réduction sélective d'oxydes d'azote de préférence maintenu dans ledit conduit à l'aide d'un moyen de support, 25 un mélangeur d'air chaud et d'ammoniaque alimenté en air chaud par ledit au moins un circuit de préchauffe d'air, ledit mélangeur étant associé à au moins un injecteur permettant l'injection dudit mélange d'air chaud et d'ammoniaque dans les fumées dans ladite 30 zone de convection, de préférence en amont du catalyseur.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'alimentation du four de procédé en air préchauffé est réalisée par un seul circuit de préchauffe d'air, et que l'air chaud alimentant le au moins un mélangeur air chaud/ammoniaque est prélevé directement sur ledit un seul circuit de préchauffe d'air.
12. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'alimentation du four de procédé en air préchauffé est réalisée par deux circuits de préchauffe d'air, et que l'air chaud alimentant le au moins un mélangeur air chaud/ammoniaque est prélevé directement sur au moins un desdits deux circuits de préchauffe d'air.
13. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le au moins un circuit de préchauffe d'air traverse la zone de convection au moins une fois, de préférence au moins deux fois.
14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'alimentation en air chaud du au moins un mélangeur air chaud/ammoniaque se fait par un prélèvement sur le ou les circuits de préchauffe d'air, soit en sortie du premier passage du circuit de préchauffe dans la zone de convection, soit en sortie du deuxième passage du circuit de préchauffe dans la zone de convection des fumées, soit à la fois en sortie du premier et du deuxième passage du circuit de préchauffe dans la zone de convection.
15. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que le au moins un circuit de préchauffe d'air est alimenté en air frais à l'aide d'au moins un ventilateur.
16. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 15 dans laquelle le four est un four de procédé pétrochimique apte à préchauffer et/ou chauffer et/ou vaporiser et/ou surchauffer des fluides de procédé pétrochimique.
17. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 15 dans laquelle le four est un four de reformage à 10 la vapeur apte à reformer une charge hydrocarbonée.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20140829 |