FR2967360A1 - Procede et dispositif pour reduire les emissions de nox durant l'incineration de gaz d'echappement - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé pour contrôler l'émission de NO lors de l'incinération d'un gaz de queue, dans lequel un gaz de queue, qui comprend des NO et/ou des précurseurs de NO , est introduit dans une chambre de combustion, et dans lequel un diluant est introduit dans la chambre de combustion pour contrôler la température de la chambre de combustion à une valeur d'environ 950°C à environ 1100°C. L'invention concerne également un procédé pour réduire les émissions de NO par contrôle du rapport air/combustible dans une chambre de combustion de gaz de queue tout en contrôlant la température de flamme de la chambre de combustion au moyen d'injections de diluant. L'invention concerne aussi une unité de chaudière pour la mise en œuvre de ces procédés. On met aussi à disposition un système pour la production de noir de carbone utilisant l'unité de chaudière. L'invention trouve application dans le domaine de l'incinération de gaz de queue.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR REDUIRE LES EMISSIONS DE NO, LORS DE L'INCINERATION DE GAZ DE QUEUE

La présente invention concerne des procédés pour réduire les émissions de NO, lors de l'incinération de gaz de queue. La présente invention concerne aussi un dispositif pour réduire les émissions de NO, lors de l'incinération de gaz de queue. Les combustibles carbonés et d'autres matériaux organiques sont brûlés lors de la mise en oeuvre de divers procédés industriels. Les réacteurs de four, les moteurs à combustion, les chambres de combustion, les chaudières, les fours, les réchauffeurs, les générateurs de gaz chaud, les brûleurs, les incinérateurs de déchets, et analogues, sont utilisés pour brûler des combustibles carbonés. Cet équipement de combustion peut être utilisé pour produire de l'énergie, des déchets d'incinération et/ou des matériaux sous-produits. Durant un procédé de combustion typique à l'intérieur d'un four ou d'une chaudière, par exemple, une charge ou un combustible carboné est brûlé en présence d'oxygène, et un flux d'un gaz d'échappement de combustion est produit. Les combustibles carbonés peuvent être amenés à être brûlés plus complètement, avec des émissions réduites de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbures imbrûlés, quand de l'air en excès est utilisé. L'utilisation d'air en excès peut permettre des températures de flamme plus élevées. Malheureusement, une combustion à des températures élevées peut générer des oxydes d'azote (souvent appelés NO,). Les radicaux libres de l'azote et de l'oxygène de l'air peuvent réagir à de telles températures élevées de combustion, pour former des NO, thermiques. Les NO, peuvent aussi se former en résultat de l'oxydation d'espèces azotées dans le combustible, telles que celles que l'on peut trouver dans le mazout lourd, les déchets ménagers, et le charbon. Les émissions de NO, sont régulées par des lois, des directives, des réglementations et analogues en de nombreux emplacements de fonctionnement d'équipements de combustion dans le monde entier. Un post-traitement des effluents gazeux peut être requis pour un équipement de combustion en un emplacement donné pour que soient atteints des niveaux d'émission de NO, conformes réduits. Les techniques antérieures de post-traitement d'effluents gazeux tendent à réduire les NO, en utilisant divers procédés chimiques ou catalytiques. Ces procédés comprennent par exemple une réduction catalytique non sélective (dont l'acronyme anglais est NSCR, une réduction catalytique sélective (dont l'acronyme anglais est SCR), et une réduction non catalytique sélective (dont l'acronyme anglais est SNCR). Ces procédés de post-traitement requièrent typiquement un certain type de réactif pour l'élimination des émissions des NO,. Le procédé NSCR peut impliquer l'utilisation d'hydrocarbures imbrûlés et de CO pour réduire les émissions de NO, en l'absence d'02. Les rapports combustible/air doivent être contrôlés pour assurer un faible excès d'02. Des catalyseurs tant de réduction que d'oxydation sont nécessaires pour éliminer les émissions de CO et d'hydrocarbures tout en réduisant aussi les NO,. Les effluents gazeux de combustion contenant de 1'02 en excès requièrent généralement un ou plusieurs réducteurs chimiques pour l'élimination des NO,. Parmi les procédés sélectifs, les procédés SCR peuvent impliquer le passage d'un effluent chargé d'oxydes d'azote sur un lit de catalyseur en présence d'ammoniac, pour réaliser des réductions des NO,. En ce qui concerne le SCR, les coûts d'installation et de fonctionnement du système catalyseur peuvent ne pas être économiques. Les procédés NSCR peuvent impliquer l'introduction d'agents de traitement réduisant les NO, dans l'effluent en l'absence de catalyseur et une température élevée pour réaliser des réductions des NO,. En ce qui concerne le SCNR précédent, des inquiétudes sont apparues concernant des problèmes de percée de NH3 et d'émission de CO sous-produit.

Dans certaines industries, comme dans la production de noir de carbone, les opérations en raffinerie, ou les opérations pétrochimiques, par exemple, les gaz d'échappement générés dans les unités de traitement primaire sont convoyés vers des brûleurs ou des chaudières pour une production d'énergie, une récupération de chaleur, ou une incinération. Ces opérations peuvent générer des émissions, qui peuvent être sujettes à de quelconques contrôles ou exigences applicables de qualité de l'air. Un procédé produisant du noir de carbone, par exemple, emploie typiquement un réacteur de four ayant un brûleur ou une chambre de combustion, suivi d'un réacteur. Un courant d'introduction de gaz de combustion, typiquement un courant de gaz hydrocarboné tel que le gaz naturel, ou analogue, est brûlé dans la partie de brûleur conjointement avec un courant de gaz de charge oxydant tel que l'air ou l'oxygène, pour produire des gaz de combustion chauds qui ensuite passent dans la partie de réacteur du four. Dans le réacteur, la charge d'hydrocarbures est exposée aux gaz de combustion chauds.

Une partie de la charge est brûlée, tandis que le reste est décomposé pour former du noir de carbone, de l'hydrogène, et d'autres produits gazeux. Les produits réactionnels sont typiquement trempés, et le noir de carbone résultant et le mélange de gaz d'échappement ou gaz de queue sont convoyés vers un collecteur en sac ou un autre système de filtre, après quoi la teneur en noir de carbone est séparée du gaz de queue. Le noir de carbone récupéré est typiquement fini en un produit commercialisable, par exemple par pulvérisation et pastillage à l'état humide. L'eau du pastillage est typiquement évacuée avec un sécheur, qui peut être chauffé au gaz, chauffé au pétrole, chauffé par un gaz de traitement tel qu'un gaz de queue, ou leurs combinaisons. Les pastilles séchées peuvent ensuite être convoyées depuis le sécheur vers un stockage en vrac ou un autre lieu de manipulation. Le sécheur peut aussi générer des émissions de gaz. La source principale d'émissions dans le procédé utilisant un four de fabrication de noir de carbone provient typiquement du gaz de queue. Autrement que par une ventilation directe, les émissions de gaz de queue sont évacuées en les brûlant. Le gaz de queue peut contenir des composants gazeux combustibles. La composition du gaz de queue après séparation du noir de carbone et avant tout post-traitement peut varier en fonction de la qualité du noir de carbone qui est produite et d'autres paramètres du procédé. Le gaz de queue non traité provenant de la fabrication du carbone peut typiquement contenir des combinaisons de matières particulaires, de monoxyde de carbone (CO), d'oxydes d'azote thermiques, de composés soufrés, de matières organiques polycycliques, d'oligo-éléments, et d'autres composants. Les présents inventeurs ont reconnu que des gaz contenant des sous-produits azotés de combustion, dans certaines applications, peuvent contenir des précurseurs de NOX qui peuvent aussi poser un problème pour le contrôle de l'émission des NO,. Les présents inventeurs ont reconnu qu'un courant de gaz de queue provenant d'un procédé de production de noir de carbone, par exemple, peut contenir des précurseurs de NOX dérivés du combustible, problème potentiel qui n'avait jusqu'à présent pas été posé ni ou résolu. En outre, les présents inventeurs pensent que des procédés et systèmes pour contrôler globalement les oxydes d'azote ainsi que les précurseurs d'oxyde d'azote dans des effluents de combustion n'ont jusqu'à présent pas été développés, et également n'ont pas les avantages éventuels de tels procédés et systèmes antérieurement entièrement réalisés ou réalisables, avant le développement des présents procédés et dispositions.

L'un des buts de la présente invention consiste à réduire les émissions de NO, lors de l'incinération de gaz de queue.

Une autre caractéristique de la présente invention consiste à réduire les émissions de NO, lors de l'incinération de gaz de queue produits à partir d'un procédé comprenant une combustion. Une caractéristique additionnelle de la présente invention consiste à réduire les émissions de NO, lors de l'incinération de gaz de queue provenant de la production de noir de carbone. Des caractéristiques et avantages supplémentaires de la présente invention seront présentés dans la description qui suit, et apparaîtront de façon évidente à partir de la description, ou peuvent être appris par la mise en pratique de la présente invention. Les objectifs et autres avantages de la présente invention seront réalisés et atteints au moyen des éléments et combinaisons particulièrement mis en avant dans la description et les revendications annexées. Pour atteindre ces avantages, ainsi que d'autres, et conformément aux objectifs de la présente invention, telle qu'elle est représentée et décrite ici de façon non- exhaustive, la présente invention concerne, en partie, un procédé pour réduire les émissions de NO, lors de l'incinération de gaz de queue, comprenant une étape d'introduction de gaz de queue dans une chambre de combustion ou foyer ayant une certaine température de combustion, le gaz de queue comprenant du NOX, des précurseurs de NOX, ou les deux, où x est une valeur positive, et une étape d'introduction de diluant dans le foyer pour contrôler la température du foyer à une température allant d'environ 9500C à environ 1100°C. La source du gaz de queue peut être n'importe quel procédé qui comprend la combustion d'un matériau combustible dans de l'air ou une autre source d'oxygène. La présente invention concerne en outre le procédé indiqué pour réduire les émissions de NO,, qui comprend en outre l'opération consistant à conduire l'effluent depuis le foyer vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective ayant une température d'environ 850°C à environ 1100°C pour une réduction supplémentaire des émissions de NOX.

La présente invention concerne aussi le procédé indiqué pour réduire les émissions de NOX, qui comprend en outre l'introduction d'au moins un agent réduisant les NOX dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, et/ou le foyer, dans lequel l'agent réduisant les NO, ou ses produits de décomposition ou les deux réagissent avec les NOX pour produire de l'azote incorporé avec le gaz d'effluent évacué hors de ladite au moins une unité de réduction non catalytique sélective. La présente invention concerne en outre le procédé indiqué pour réduire les émissions de NO,, dans lequel le diluant comprend 25 % ou plus, en pourcentage gravimétrique, de gaz d'effluent total évacué hors de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. Au moins une portion d'un agent réduisant les NO, peut être introduite directement dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective en combinaison avec un tel taux de recirculation de gaz d'effluent vers le foyer. La présente invention concerne en outre le procédé indiqué pour réduire les émissions de NOX, dans lequel le diluant peut comprendre le gaz d'effluent provenant d'un sécheur de noir de carbone. Au moins une portion de l'agent réduisant les NO, peut être introduite dans le foyer en combinaison avec cette introduction de gaz d'effluent de sécheur.

La présente invention concerne en outre le procédé indiqué pour réduire les émissions de NOX, dans lequel une réduction d'au moins environ 10 %, sur la base du taux gravimétrique, des NO, dans le gaz d'effluent peut être atteinte par rapport aux NO, dans le gaz d'effluent obtenu avec le foyer fonctionnant à une température d'environ 1200°C. La présente invention concerne aussi des procédés pour réduire les émissions de NO, en contrôlant le rapport air/combustible dans un foyer pour gaz de queue tout en contrôlant la température de flamme du foyer par l'intermédiaire d'injections de diluant, les concentrations d'oxygène dans le gaz d'effluent étant inférieures à environ 8 % en volume, ou inférieures à environ 5 % en volume, ou inférieures à environ 3 % en volume. La présente invention concerne aussi un dispositif pour mettre en oeuvre des procédés pour l'incinération de gaz de queue, comme décrit ci-dessus, comprenant (i) un foyer pouvant fonctionner de manière à recevoir : (a) un gaz de queue comprenant des NOX, et/ou des précurseurs de NOX, et (b) un diluant d'un ou plusieurs types et en une ou plusieurs quantités pour contrôler la température de combustion à une valeur d'environ 950°C à environ 1100°C ; et (ii) au moins une unité de réduction non catalytique sélective pouvant fonctionner de manière à recevoir l'effluent déchargé hors du foyer et au moins un agent réduisant les NO, et/ou des produits de décomposition de celui-ci, pouvant réagir avec les NO, pour produire de l'azote incorporé avec le gaz d'effluent déchargé hors de l'au moins une unité de réduction non catalytique 2967360 s sélective. Le dispositif peut être utilisé pour l'incinération de gaz de queue provenant de la production de noir de carbone ou d'un autre traitement impliquant la combustion de combustibles ou d'autres matériaux 5 combustibles. Pour les propos de la présente invention, le "gaz de queue" peut se référer globalement à l'échappement ou l'effluent gazeux de n'importe quel équipement ou unité de traitement utilisé pour l'incinération de matériaux 10 hydrocarbonés, sauf mention contraire. Une "incinération" peut se référer à un brûlage, une combustion, une pyrolyse, une carbonisation, ou l'une quelconque de leurs combinaisons, sauf mention contraire. Un "contrôle", en rapport avec l'incinération 15 associée au gaz de queue, se réfère à au moins la réduction du taux de NO, qui apparaît sinon sans la ou les étapes préventives. On doit comprendre que tant la description générale qui précède que la description détaillée qui suit sont 20 exemplaires et explicatives uniquement et sont destinées à présenter une explication supplémentaires de la présente invention, telle que revendiquée. Les dessins joints, qui sont incorporés dans cette demande et en constituent une partie, illustrent certains 25 des modes de réalisation de la présente invention et, conjointement avec la description, servent à expliquer les principes de la présente invention. Des références numériques similaires utilisées dans les figures se réfèrent à des caractéristiques similaires. 30 Brève Description des Dessins La Figure 1 est un organigramme montrant un procédé généralisé pour le post-traitement de gaz de queue provenant d'un équipement de combustion pour réduire les oxydes d'azote dans le gaz de queue conformément à un 35 exemple de la présente invention.

La Figure 2 est un schéma de procédé montrant un procédé pour la production de noir de fourneau comprenant un système de post-traitement de gaz de queue pour réduire les émissions d'oxydes d'azote conformément à un exemple de la présente invention. La Figure 3 est un schéma de procédé montrant un système de post-traitement de gaz de queue comparatif comprenant un incinérateur et un système SNCR. La Figure 4 est un schéma de procédé montrant un système de post-traitement de gaz de queue comprenant un incinérateur et un système SNCR conformément à un exemple de la présente invention. La Figure 5 est un schéma de procédé montrant un système de post-traitement de gaz de queue comprenant un incinérateur et un système SNCR conformément à un exemple de la présente invention. La Figure 6 est un schéma de procédé montrant un système de post-traitement de gaz de queue comprenant un incinérateur et un système SNCR conformément à un exemple de la présente invention. La Figure 7 est un schéma de procédé montrant un système de post-traitement de gaz de queue comprenant un incinérateur et un système SNCR conformément à un exemple de la présente invention. Ce système de post-traitement est utilisé dans les exemples, mais est uniquement illustratif des systèmes qui peuvent être utilisés dans la présente invention. La Figure 8 est un tracé montrant une prédiction modèle des NOX en fonction de la température d'incinérateur (T) aux débits maximaux testés (125 000 Nm3/h de gaz d'effluent total cumulé) pour un système de post-traitement utilisé dans les exemples. La Figure 9 est un tracé montrant une prédiction modèle des NO, en fonction de la proportion de recyclage de gaz d'effluent (FGR) aux débits maximaux testés (125 000 Nm3/h de gaz d'effluent total cumulé) pour un système de post-traitement utilisé dans les exemples. La Figure 10 montre le Tableau 5 qui est un résumé des résultats des exemples décrits ici.

Description Détaillée de la Présente Invention La présente invention concerne la réduction des NOX lors de l'incinération de gaz de queue, où un diluant est introduit pour modérer la température d'incinération et contrôler la production de NO,. Les émissions d'oxydes d'azote ne proviennent pas des seuls NO, thermiques, et même si elles en proviennent principalement dans certains gaz de queue ayant une importance commerciale produits par des opérations de combustion. La production de gaz de queue à partir de la production de noir de carbone, par exemple, peut transporter de l'azote de combustible sous la forme d'un mélange de précurseurs de NO, (par exemple ammoniac, HCN, etc.), appelés ici "NPC". Les NPC peuvent être oxydés en NO, dans des incinérateurs, à moins d'être réduits par les procédés de la présente invention. Les procédés de la présente invention peuvent contrôler des opérations d'incinération de gaz de queue efficaces pour réduire les émissions de NO, attribuables à un ou plusieurs quelconques NPC, oxydes thermiques, et NO, ayant d'autres origines. Les NO, thermiques, par exemple, peuvent constituer une source ou réaction minoritaire des NO, apparaissant lors de l'incinération d'un gaz de queue qui est réduit dans les procédés de la présente invention. Les NPC peuvent constituer la source prédominante de production de NO, lors de l'incinération d'un gaz de queue qui est réduit dans les procédés de la présente invention. L'incinération du gaz de queue dans les procédés de la présente invention peut se dérouler pratiquement en l'absence de NO, thermiques (par exemple les NO,{ thermiques représentant moins d'environ 10 %, ou moins d'environ 5 %, ou moins d'environ 1 %, en poids, des NO, totaux) ou complètement en l'absence de NO,{ thermiques. Les NO, thermiques peuvent constituer la forme prédominante (c'est-à-dire 50 % ou plus) des NO, qui sont contrôlés lors de l'incinération d'un gaz de queue dans un procédé de la présente invention. Le traitement de gaz de queue de combustion pour réduire les émissions de NO, peut être effectué avec l'incinérateur (également appelé ici "foyer") seul ou avec des agencements combinant un incinérateur et au moins un réacteur non catalytique sélectif (SNCR). L'incinérateur a généralement au moins une source oxygénée introduite dans l'incinérateur pour la combustion du gaz de queue. Un diluant est introduit dans l'incinérateur de gaz de queue et est adéquat pour réduire ou contrôler la température de l'incinérateur à une valeur d'environ 950°C à environ 1100°C. Dans cette plage de température, par exemple, on a trouvé que les émissions de NO,{ à partir des gaz de queue provenant de la production de noir de carbone et d'autres traitements associés à une combustion peuvent être réduites. En outre, ces réductions de température dans le foyer peuvent être contrôlées à des valeurs par exemple qui sont aussi utiles pour un fonctionnement efficace au niveau du SNCR. Le diluant est typiquement gazeux ou est un matériau (par exemple une suspension liquide) pouvant être converti dans un état de type gazeux lorsqu'il est introduit à des températures élevées à l'intérieur d'un incinérateur, mais le diluant n'est pas limité à ces types. La source du diluant peut être par exemple un gaz de procédé ou des additifs de procédé disponibles à une température inférieure à la température d'incinération, ou sinon pouvant agir, par exemple, comme un dissipateur thermique à l'intérieur de l'incinérateur. En outre, l'utilisation à la fois d'une réduction de la température du foyer et d'un SNCR peut réduire les émissions de NOX à partir de gaz de queue. En général, un SNCR fonctionne en pulvérisant une solution d'agent réducteur dans un courant de gaz provenant du foyer. Un ou plusieurs réseaux de buses, disposés dans le SNCR, peuvent être utilisés pour cette pulvérisation. Typiquement, mais pas nécessairement dans tous les cas, le SNCR a une température de fonctionnement idéale pour l'élimination des NO, dans un gaz de queue qui peut tendre à se trouver dans une plage inférieure à la plage idéale de température pour une incinération dans l'incinérateur pour le contrôle des NO,. Le recyclage du gaz d'effluent déchargé hors du SNCR à une température plus faible, vers l'incinérateur, constitue une approche efficace pour introduire un diluant modérateur de température dans l'incinérateur. En plus ou en variante, du gaz d'effluent provenant d'autres unités de traitement, telles qu'un séchoir de pastilles dans une usine de production de noir de carbone, peut être utilisé en tant que source de diluant pour une introduction dans l'incinérateur de gaz de queue. En outre, l'introduction de diluant dans l'incinérateur peut être effectuée conjointement avec l'introduction d'agent réduisant les NO, (par exemple urée, solution d'ammoniac) dans un SNCR, s'il est utilisé en combinaison avec l'incinérateur, ou dans l'incinérateur, ou dans les deux, pour réduire encore les émissions de NO,. Des réductions de la température d'incinérateur par introduction du diluant dans l'incinérateur peuvent rendre possible l'introduction d'agent réducteur dans l'incinérateur, directement ou via un gaz d'effluent recyclé vers celui-ci.

La Figure 1 montre un exemple d'un procédé généralisé 1 de la présente invention pour le post-traitement de gaz de queue provenant d'un équipement de combustion dans un incinérateur et un système SNCR ("ISS") pour réduire les oxydes d'azote et les précurseurs de ceux-ci dans le gaz de queue. Dans le cadre 1A, un combustible est brûlé dans un équipement de combustion (ou un équipement d'oxydation partielle, de gazéification, ou de pyrolyse) dans des conditions tendant à former du NOX, des précurseurs de NOX, ou les deux. Dans le cadre 1B, le gaz de queue sortant de l'équipement de combustion (par exemple un réacteur de noir de carbone et analogue) est introduit dans un système de post-traitement comprenant un incinérateur et un SNCR. Un diluant est introduit dans l'incinérateur de l'ISS pour réduire la température d'incinérateur à une température efficace pour réduire les NO, dans le gaz de queue (par exemple d'environ 950°C à environ 1100°C). Le diluant peut être par exemple un gaz de queue traité recyclé ou un diluant apporté depuis l'extérieur de l'ISS. Le réducteur d'oxydes d'azote peut être introduit dans l'ISS pour l'élimination des NOX, des précurseurs de NO, ou des deux, de manière à apporter un gaz d'aération traité ayant un taux réduit de NO,. De l'air ou une autre source d'oxygène (par exemple oxygène, oxydant) peut être introduit dans l'incinérateur en un ou plusieurs points quelconques, par exemple, en une quantité suffisante pour une combustion au moins complète ou presque complète du gaz de queue. Bien que l'utilisation d'un SNCR, comme le montre la Figure 1, puisse de préférence être incorporée pour augmenter les réductions de NO, déjà obtenues dans l'incinérateur par les procédés de la présente invention, cet usage combiné n'est pas nécessairement requis pour que soient satisfaits les besoins particuliers en réduction des NO, pour chaque situation. Par exemple, on présente ici des exemples de la présente invention où un diluant pour l'incinérateur peut avoir une origine autre que le gaz d'effluent en recirculation sortant d'un SNCR. Le type d'équipement de combustion auquel peut être appliqué le post-traitement de contrôle des NO, de la présente invention n'est pas nécessairement limité, et peut englober tout dispositif ou unité de traitement qui brûle un matériau en présence d'air ou d'une autre source d'oxygène pour produire au moins un produit gazeux qui est un NO, ou un précurseur de celui-ci. L'équipement de combustion peut être par exemple un réacteur à four, une unité de traitement pétrochimique, une chaudière, un four, un brûleur, un incinérateur de déchets, un moteur à combustion interne, une chambre de combustion pour une application marine, un générateur de gaz chaud, et analogue. L'équipement de combustion peut être utilisé par exemple pour une ou plusieurs réactions chimiques, la génération d'électricité, la génération de chaleur, la génération d'énergie, la génération d'un travail mécanique, et d'autres applications. Les dispositifs et unités de combustion sont typiquement utilisés pour brûler un matériau hydrocarboné, tel qu'un combustible hydrocarboné (par exemple pétrole, gaz, et/ou formes solides), mais sans s'y limiter. Un combustible de combustion peut être par exemple constitué de gaz tels que le méthane, le propane, le butane, l'acétylène de liquides tels que le mazout, l'essence, le diesel ; ou de solides tels que le charbon, ou d'autres combustibles. Les déchets solides organiques, tels que les produits en papier, peuvent être utilisés en tant que matériau combustible. Sans vouloir être lié par une théorie particulière, on peut davantage comprendre les effets réduisant les NO, des procédés et systèmes de la présente invention au vu des discussions qui suivent concernant la formation de NO, dans le traitement du noir de carbone, à titre d'exemple, et leur manipulation pour les propos de la présente invention. Pour les présents propos, le terme NO, est un terme générique désignant tous les oxydes d'azote. La nature exacte des NO, peut varier en fonction des conditions ambiantes et du taux d'oxygène. Normalement, les NO, sont formés de NO mais, une fois dans l'atmosphère, la majorité des NO, sont convertis en NO2. En raison de cela, la plupart des autorités environnementales vont utiliser des concentrations équivalentes de NO2 comme indication. Cette convention est suivie ici. Sans vouloir être lié par la théorie, on pense qu'il y a au moins trois mécanismes de formation de NO, potentiellement associés à la production de noir de carbone. 1) Les NO, thermiques. A des températures élevées (> 1500°C), l'azote et l'oxygène de l'air vont réagir pour former des NO,. Les combustibles ayant des pouvoirs calorifiques élevés, tels que le gaz naturel, peuvent créer des températures de flamme qui dépassent ces températures. Ainsi, par exemple, les brûleurs de noir de carbone fonctionnant au gaz naturel produisent des NO, thermiques. Toutefois, le gaz de queue, tel qu'exemplifié dans les présents exemples, a un faible pouvoir calorifique ; sa température de flamme adiabatique est inférieure à 1400°C, si bien que les NO, ne sont pas un problème avec les incinérateurs de gaz de queue, les séchoirs, ou les torches (du moment qu'aucun gaz naturel n'est co-introduit). 2) Les NO, de combustible. Ils peuvent constituer la source prédominante de NOX dans les usines de traitement de noir de fourneau, par exemple, comme exemplifié dans les présents exemples. Les NO, de combustible proviennent de l'azote dans la charge. Dans la combustion normale d'un combustible (par exemple du charbon), le mécanisme est simple : N dans la charge est oxydé directement en NO,. Dans la production de noir de carbone, il y a une étape additionnelle. Comme la production de noir de carbone est un mélange d'oxydation de charge, de pyrolyse, et d'hydrolyse, la réaction de noir de carbone libère des espèces azotées réduites telles que HCN et NH3 en plus des NOx. Ainsi, le gaz de queue dans la production de noir de fourneau, comme exemplifié ici, porte l'azote du combustible sous la forme d'un mélange de précurseurs de NOx ("NPC"). Ces NPC sont ensuite oxydés en NOx dans le ou les incinérateurs de gaz de queue. 3) NOx prompts. Ceux-ci se forment quand les radicaux libres hydrocarbonés formés lors de la combustion réagissent avec l'azote. On pense généralement qu'ils sont des contributeurs peu significatifs par rapport aux NOx de combustible et thermique. Ceci est particulièrement le cas pour un gaz de queue provenant d'un procédé de noir de carbone, puisqu'il contient une quantité négligeable d'hydrocarbures. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie particulière, la formation de NOx dans une usine de noir de fourneau peut se produire par exemple en deux étapes distinctes.

Etape 1 : Réacteur et brûleur de noir de carbone. Les NOx thermiques provenant d'une réaction de noir de carbone et de l'azote de la charge, FSN, peuvent être convertis dans un réacteur de noir de carbone pour former HCN, NH3 et NOx, et une petite quantité de N2. L'azote dans les précurseurs dans un courant de gaz de queue peut affecter directement les émissions de NOx provenant de la combustion du gaz de queue. Il est nécessaire de quantifier la teneur en précurseurs d'azote dans un courant de gaz de queue. Cette quantification peut être exprimée comme suit : Y1 = (FN,NPC) ( FN, charge + FNOx, P) (1) OÙ FN,NPC représente le flux massique ou molaire des NPC (NH3, HCN, NOx) dans le gaz de queue, FN,charge représente le flux massique ou molaire des atomes N dans la charge, FNox,P représente le flux molaire des NOx dans le brûleur. La quantité de NOx formés dans le réacteur, c'est-à-dire à partir des NOx thermiques du brûleur ou des NOx de combustible, peut ne pas être toujours connue. Les NOx supplémentaires ou thermiques provenant du brûleur de noir de carbone peuvent rendre Y1 supérieur à 100 %. Il peut suffire de savoir quelle est la charge d'entrée de NPC pour comprendre l'impact qu'a l'incinération sur le résultat final du taux de NOx dans l'étape 2.

Etape 2 . incinération de gaz de queue. Dans cette étape, les NPC sont oxydés en NOx. Toutefois, les NOx peuvent ensuite encore réagir avec les NPC pour former du N2. C'est cette deuxième réaction qu'il est souhaitable de favoriser dans l'incinérateur, afin de minimiser le rendement de formation des NOx dans la deuxième étape : FN, NOx Yi = (2) FN,NPC où FN,Nox est le flux massique ou molaire de N dans les NOx du gaz d'effluent. En connaissant de manière détaillée les deux étapes ainsi que l'effet des conditions de fonctionnement sur Y1 et Y2, on peut prédire avec précision les émissions de NOx en fonction de l'azote de la charge, en utilisant l'équation combinée : FN,NOx = Y1 - Y2 - ( FN, charge + FNOx, P) (3) Une carte fonctionnelle de Y2 en fonction des conditions de fonctionnement d'un incinérateur de gaz de queue peut être développée. Pour ce faire, on peut mesurer les NPC, par exemple, avec ou sans modélisation ou analyse de Y1 en fonction du fonctionnement du réacteur de noir de carbone.

Quand on mesure les concentrations et flux de NO2, comme dans les présents exemples, le reste de N peut être exprimé en termes de taux équivalents de NO2. Ainsi, au lieu d'exprimer les NPC dans le gaz de queue et la teneur en azote de la charge en moles ou kg de N, on peut calculer les taux maximaux théoriques de NO2 comme si tout le N dans FS ou TG était converti en NO2 dans le gaz d'effluent (c'est-à-dire Y1 = Y2 = 1), et comme cela est effectué dans les présents exemples. Dans la présente invention, la réduction des NO, peut être accomplie de manière préventive, par utilisation de meilleures techniques de combustion, ou de manière corrective, par utilisation soit d'urée soit d'ammoniac en tant qu'agent réduisant les NOX, ou encore une combinaison des deux. Dans l'un ou l'autre cas de prévention ou de correction, les mêmes réactions peuvent être optimisées pour minimiser la formation de NO,, et pour maximiser la destruction de NO,. Les réactions clés peuvent être les suivantes. Une réaction de formation de NOX thermiques, qui typiquement n'est pas significative à des températures d'incinération de gaz de queue telles que 950°C à 1100°C : N2 + O2 --> 2NO (4) Réactions de formation de NOX thermiques : NH3 + 5/4 O2 -+ NO + 3/2 H2O (5) HCN + 7/4 O2 --> NO + 1/2 H2O + CO2 (6) et Réactions de destruction de NO, : NH3 + NO + 1/4 O2 -> N2 + 3/2 H2O (7) HCN + NO + 3/4 O2 --> N2 + 1/2 H2O + CO2 (8) CO + NO --> 1/2 N2 + CO2 (9) En ce qui concerne la correction par réduction catalytique sélective (SCR) et réduction non catalytique sélective (SNCR), dans la SCR et la SNCR, soit de l'ammoniac soit de l'urée peut être injecté dans un courant contenant des NOX. Si on utilise de l'urée, celle-ci est décomposée in situ en ammoniac, si bien que, dans l'un ou l'autre cas, les NOX sont réduits via la réaction (7) ci-dessus. De l'oxygène est requis pour cette réaction. Les taux d'oxygène normaux présents dans le gaz d'effluent sont suffisants, parce qu'il est présent en excès par rapport aux NOX normalement observés dans le gaz d'effluent. En compétition avec la réaction de réduction souhaitée, il y a la réaction d'oxydation indiquée (5). Cette réaction forme du NO au lieu de la détruire. A des températures supérieures à 1000°C, la réaction d'oxydation d'ammoniac devient plus rapide. Ceci peut limiter les températures opérationnelles à moins de 1000°C. Pour une SNCR, ceci peut toutefois poser un problème, parce que lorsque les températures sont réduites dans l'incinérateur, la cinétique devient rapidement trop lente pour qu'une quelconque réaction se déroule dans le réacteur SNCR, et le réacteur ne peut détruire ni les NO, ni le NH3, si bien que les NOX ne sont pas éliminés, et le NH3 n'ayant pas réagi "glisse" hors du réacteur. Ceci peut effectivement créer une fenêtre étroite de fonctionnement pour un SNCR, entre environ 850°C et 1000°C. Ceci peut aussi limiter l'efficacité d'un SNCR. En pratique, les vendeurs de SNCR ne garantissent typiquement pas plus que 70 % de destruction des NO, et, pour des concentrations plus faibles de NO, « 150 mg/m3), souvent ne garantissent que 35 à 40 %. Afin d'améliorer la réduction des NO, au- delà de 70 %, un SCR peut être nécessaire. Un SCR utilise un catalyseur pour accélérer la cinétique. Le SCR fonctionne typiquement à des températures bien inférieures (200-400°C), si bien qu'il n'y a pas le problème lié à la limite de température élevée, qui existe avec les SNCR. Le SCR peut être plus coûteux que le SNCR, si bien que l'on préfère une correction pouvant utiliser un SNCR. Une autre variable de procédé importante affectant la formation des NOX peut être le rapport air/combustible dans le foyer. Un excès d'02 plus important dans la flamme favorise les réactions de formation de NOX (4) et (5) plus qu'il ne le fait pour les réactions SNCR (7) et (8). Les rapports air/combustible affectent également la température de combustion, laquelle, à son tour, affecte la formation de NO,. La présente invention découple ces deux facteurs et minimise la réduction des NO,. Bien que l'on ne souhaite pas être limité par une théorie particulière, étant donné que la formation de NO, à partir de l'incinération de gaz de queue est dominée par les NO, de combustible dans la production de noir de carbone, par exemple, les présents inventeurs ont trouvé que l'on peut utiliser la même cinétique et la même stratégie d'optimisation que celles utilisées dans une SNCR pour empêcher la génération de NO, à partir des NPC au niveau de l'incinérateur. Par exemple, si le temps de séjour dans l'incinérateur est suffisant, et les températures dans la chambre de combustion sont maintenues inférieures à 1100°C, les émissions de NO, peuvent être réduites. On peut utiliser des gaz de dilution en tant que diluant pour modérer la température de l'incinérateur à ce propos. Un bon mélange dans le foyer peut aider à prévenir les points chauds à l'intérieur de l'incinérateur. En tant que sources de ces gaz de dilution, on peut utiliser, mais sans s'y limiter, les gaz de dilution provenant de la recirculation de gaz de carneau, les gaz de carneau de séchoirs de noir de carbone, ou les deux, pour modérer la température de l'incinérateur. Un excès d'air peut ne pas être préféré en tant que diluant pour plusieurs raisons. Premièrement, il peut réduire le rendement de la chaudière parce que l'air doit être chauffé au moyen soit de l'énergie de combustion soit de la chaleur du gaz de queue, qui devrait normalement produire de la vapeur. Deuxièmement, un excès d'air peut accélérer l'oxydation de CO, et ceci peut réduire ou stopper la cinétique de la réaction (9) indiquée, qui est une voie additionnelle importante pour la réduction des NO,. Par conséquent, un procédé préféré pour réduire la température dans un foyer de gaz de queue (incinérateur) est la recirculation de gaz de carneau, par exemple à partir d'une unité SNCB ou de gaz de carneau d'un séchoir de noir de carbone, ou d'autres gaz de carneau de procédé. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie particulière, on pense aussi que la séparation des étages d'air et de combustible peut encore améliorer la réduction des NOX, par exemple par l'opération consistant à équiper un incinérateur de multiples points d'injection d'air, par exemple de points primaires et secondaires. Ceci peut être effectué de façon que le NH3 et le HCN soient en partie oxydés pour former des NO, dans le premier étage afin de créer un mélange équilibré de NH3/HCN et de NOX, lequel peut réagir, via les réactions (5) et (6) indiquées, dans le deuxième étage d'oxydation, pour produire du N2. Comme indiqué, la source du gaz de queue devant être traité pour la réduction des NO, selon la présente invention peut être une ou plusieurs unités de traitement utilisées pour une ou plusieurs réactions chimiques, avec implication d'au moins une certaine combustion, comme la production de noir de carbone. Sur la Figure 2, par exemple, le numéro de référence 100 désigne globalement un dispositif ou système pour produire du noir de carbone qui comprend un système de post-traitement 9. Le dispositif 100 peut comprendre, par exemple, un réacteur de type four 2 qui peut être d'un type connu dans la technique, un filtre 5 pour séparer le noir de carbone 11 du gaz de dégagement ou du gaz de queue 7 provenant de la fumée du réacteur noyé 6, une pastilleuse 10, un séchoir par calcination au four 14 pour former des pastilles de noir de carbone séchées 27, et un système d'incinérateur et de SNCR ("ISS") 9 pour le post-traitement du gaz de queue 7 servant à réduire les émissions de NO, provenant du dispositif. L'ISS 9 est utilisé pour réduire les émissions d'oxyde d'azote dans le gaz de queue 7 avant aération vers l'atmosphère sous la forme d'émissions gazeuses 24. Comme indiqué, l'ISS 9 permet le traitement du gaz de queue avec un diluant introduit au niveau de l'incinérateur et l'introduction d'agent réduisant les NOX dans l'agencement comprenant aussi un SNCR efficace pour réduire les émissions de NO,. Comme indiquent les options représentées par des lignes de tirets, une partie 22 ou la totalité du gaz de carneau brûlé du séchoir 14 peut être déviée vers l'ISS 9, et une partie 23 du gaz de queue 7 peut être déviée vers un four 13 pour le séchoir 14. En ce qui concerne en outre d'autres composants représentés pour le dispositif 100, le réacteur 2 a la sortie de celui-ci qui est connectée à des moyens de refroidissement 3 par une conduite 4, les moyens de refroidissement (par exemple un échangeur de chaleur) 3 étant connectés à des moyens de filtre en aval 5 par une conduite 6, et le filtre 5 est doté d'une aération 17 pour la libération du gaz de queue 7. Le filtre 5 est aussi connecté à une pastilleuse en aval 10 par une conduite 11 dans laquelle passe le noir de carbone récupéré. Comme représenté, les pastilles qui sont produites dans la pastilleuse 10 peuvent être amenées, via une conduite 12, au séchoir 14 qui peut être d'un type connu dans la technique. La vapeur et la poussière de noir de carbone peuvent aussi être évacuées du séchoir 14 via une conduite 25 vers un moyen de filtration, tel qu'un collecteur de vapeur à sac ou "VBC" (non représenté) connu.

Le réacteur 2 peut être d'un type connu dans la technique et est constitué d'une zone de précombustion 18 dans laquelle de l'air et du combustible sont introduits pour une combustion, ou dans laquelle des gaz de combustion chauds sont chargés, la zone de précombustion 18 communiquant avec la zone de réaction 16. Une partie en étranglement ayant un diamètre convergent ou venturi 19 peut être disposée dans la zone de réaction 16. Dans le type de réacteur décrit, un hydrocarbure formant du noir de carbone est pyrolysé par contact avec les gaz de combustion chauds, la charge d'hydrocarbure étant introduite par des moyens d'injection 20. Comme l'indique la figure, un ou plusieurs types d'additifs peuvent éventuellement être introduits conjointement avec la charge dans le réacteur. Dans le réacteur décrit, la fumée produite par les gaz de combustion chauds et l'hydrocarbure pyrolysé circulent le long de la zone de réaction 16. La fumée chaude contient des particules de noir de carbone solides, et il est souhaitable de refroidir la fumée chaude à une température suffisamment basse pour stopper la réaction de production de noir de carbone à un stade prédéterminé. Une entrée 15 communique avec le réacteur 2 pour fournir une entrée pour l'introduction d'un fluide de trempage dans une zone de réaction 16 du réacteur 2. La localisation/zone d'injection 15 est indiquée en une position en aval du venturi de réacteur 19. La localisation d'injection 15 permet un pré-trempage de la fumée chaude pour stopper ou retarder le procédé de formation de noir de carbone. La zone de réaction 16 communique avec la conduite 4, si bien que la fumée trempée, qui contient des particules de noir de carbone solides en suspension, est évacuée de la zone de réaction vers la conduite 4. Un refroidissement supplémentaire avant filtration peut être effectué par la zone/le dispositif de refroidissement 3. La zone/le dispositif de refroidissement 3 peut être de n'importe quel type convenable, y compris ceux connus et utilisés dans la technique pour cette fonction. Un refroidissement final additionnel quelconque peut être effectué par injection d'eau de trempage additionnelle au moyen de la conduite 21 dans la fumée dans la conduite 6 entre la zone/le dispositif de refroidissement 3 et le filtre 5. Le filtre 5 peut être, par exemple, un filtre à sac de collecte ou un autre filtre, ou un cyclone, un précipitateur, ou une autre unité de séparation connue dans la technique. Toutefois, on doit comprendre que l'on peut utiliser n'importe quel type de filtre ou de séparateur gaz-solide convenable. Comme indiqué, la fonction du filtre 5 est de séparer les particules de noir de carbone d'avec les parties constitutives restantes de la fumée chaude, le noir de carbone étant ensuite amené à la pastilleuse 10, qui peut être d'un type connu dans la technique, et les parties constitutives restantes de la fumée sont évacuées par l'intermédiaire de l'aération 7. Le séchoir 14 peut être par exemple un séchoir de pastilles de noir de carbone connu dans la technique. La chaleur du séchoir peut être fournie par exemple par le four 13 qui brûle du combustible (par exemple méthane, mazout, etc.), du gaz de queue, ou les deux. Comme indiqué, une partie du gaz de queue 7 peut servir de gaz combustible pour le séchoir à four 13. Des aspects et caractéristiques supplémentaires que l'on peut utiliser avec l'ISS 9 représenté sur la Figure 2 sont discutés ici en référence aux figures qui suivent. En référence aux Figures 3 à 6, un système de post- traitement pour gaz de queue comprenant un système d'incinérateur et de SNCR est illustré sur la Figure 3 à des fins de comparaison avec plusieurs agencements de post-traitement pour gaz de queue comprenant un système d'incinérateur et de SNCR selon la présente invention, tels qu'illustrés sur les Figures 4 à 6. Ces systèmes d'incinérateur et de SNCR peuvent être utilisés en tant que "ISS", comme le montre le dispositif de production de noir de carbone de la Figure 2, mais sans s'y limiter, et peuvent avoir une large application au traitement de gaz de queue ou d'échappement de gaz de combustion.

Dans les agencements représentés sur les Figures 3 à 6, du gaz de queue (TG) est introduit près de la partie supérieure d'un incinérateur et circule globalement vers le bas dans une direction de haut en bas à travers l'unité avant d'être évacué près du fond de l'unité. Sur les Figures 3 à 6, une ou plusieurs entrées d'air et un brûleur supérieur de l'incinérateur, et d'autres accessoires et composants d'incinérateur et de SNCR utilisables ne sont pas représentés pour simplifier les dessins dans un but de discussion. Sur la Figure 3, est illustrée une conception basique d'une chaudière à faible émission de NOX, où du gaz de queue (TG) est incinéré, par exemple, à environ 1200°C, tandis qu'un SNCR fonctionne, par exemple, entre 850°C et 1100°C dans cet agencement et un recyclage de gaz de carneau (FGR*) est utilisé principalement pour contrôler la température du SNCR à l'entrée "A" située près du fond de l'incinérateur (par exemple dans les 33 % inférieurs de la hauteur du récipient). Une source contenant de l'oxygène peut être introduite dans l'incinérateur pour assurer une combustion complète ou presque complète du gaz de queue. Un agent réduisant les NOX, l'urée, est introduit au niveau du SNCR. Le "surchauffeur" indiqué est un blindage radiant placé avant le SNCR pour réduire encore la température dans l'unité de traitement. Après le transfert (élimination) de chaleur dans une chaudière qui peut être utilisée avec le système SNCR, le gaz de carneau quitte la chaudière pour constituer les courants d'aération et de FGR* du gaz de carneau. Dans cet agencement comparatif, moins de 25 % (en volume) du gaz de carneau total sont recyclés, indiqués par le courant de recirculation FGR*, vers la position "B" près du haut de l'incinérateur (par exemple dans les 33 % supérieurs de la hauteur du récipient), si bien que toute modération de la température du foyer va être limitée. En comparaison avec l'agencement de la Figure 3, on a trouvé que l'on peut obtenir une meilleure réduction des NO, en utilisant les différents agencements, tels que ceux représentés par exemple sur les Figures 4 à 6.

Sur la Figure 4, est représenté un agencement de chaudière à faible émission de NOX, dans lequel un FGR est utilisé pour réduire sensiblement la température de l'incinérateur. Ceci est effectué par recirculation de plus de 25 % (en volume) (de préférence plus de 40 %, ou mieux encore plus de 50 %) de l'effluent évacué du SNCR revenant vers l'incinérateur sous forme de courant de gaz en recirculation FGR. Egalement, quand le gaz de queue (TG) contient environ 4 % d'eau ou moins, par exemple dans un état de "gaz de queue sec", la recirculation de gaz de carneau augmente typiquement par rapport à ces plages, tous les autres facteurs étant identiques, par exemple par recirculation de plus de 30 % (en volume) (ou plus de 40 %, de préférence plus de 50 %, ou mieux encore plus de 60 %) de l'effluent évacué du SNCR revenant vers l'incinérateur. Dans l'agencement représenté sur la Figure 4, plus de 25 % (en volume) du gaz de carneau total est recyclé vers la position "B" près du haut de l'incinérateur (par exemple dans les 33 % supérieurs de la hauteur du récipient), si bien que la modération de la température du foyer peut être significative. Ces pourcentages de recyclage peuvent être sur une base de vitesse gravimétrique (par exemple en tonnes/heure, etc.). Une source contenant de l'oxygène peut être introduite dans l'incinérateur pour assurer une combustion complète ou presque complète du gaz de queue. L'introduction du FGR en tant que diluant dans l'incinérateur modère la température de l'incinérateur à environ 950°C à 1100°C dans cette illustration, tandis que le SNCR fonctionne entre environ 850°C et 1100°C. De l'urée ou un autre agent réducteur peut toujours être introduit dans le SNCR dans cet exemple. Aucune injection de gaz de carneau n'est nécessaire à l'entrée "A" de l'incinérateur parce que l'incinérateur est déjà à une température appropriée pour une réaction SNCR. Tant l'utilisation d'une SNCR que la réduction de la température du foyer réduisent les émissions des NOX, et l'utilisation d'un recyclage du gaz de carneau pour contrôler les températures s'avère être une façon très avantageuse de réaliser cela pour maintenir le rendement de la chaudière.

Sur la Figure 5, le gaz de carneau est recyclé vers la position "B" en haut de l'incinérateur (par exemple dans les 33 % supérieurs de la hauteur du récipient), et l'agent réduisant les NOX, par exemple l'urée, est injecté dans l'orifice "A" seul ou avec un peu de FGR (par exemple typiquement d'environ 5 % à environ 10 % mais si l'écoulement de "B" est faible, il peut atteindre 40 %) (par exemple près du fond de l'incinérateur, comme dans les 33 % inférieurs de la hauteur du récipient). Une source contenant de l'oxygène peut être introduite dans l'incinérateur pour assurer une combustion complète ou presque complète du gaz de queue. L'introduction du FGR en tant que diluant dans l'incinérateur modère aussi la température de l'incinérateur à environ 950°C à 11000C dans cette illustration, tandis que le SNCR fonctionne entre environ 8500C et 1100°C. Le taux de recyclage de FGR à partir du SNCR qui est introduit à la position "B" de l'incinérateur peut être similaire à celui indiqué pour l'agencement de la Figure 4, ou peut être plus faible. L'agent réducteur (urée) peut être injecté dans l'incinérateur dans cet agencement, par exemple à la position "A", parce que l'incinérateur est déjà à une température appropriée pour une SNCR. Pour la même raison, le blindage radiant (surchauffeur) peut être déplacé après la SNCR. Le volume de SNCR peut être réduit parce que la SNCR commence dans l'incinérateur.

La conception de la Figure 6 est similaire à celle de la Figure 5, sauf que le gaz de brûleur de gaz de queue (TGB)/de carneau des séchoirs (DF) sert à contrôler la température au niveau de l'incinérateur au lieu de recycler le gaz de carneau à partir de la chaudière et du SNCR. Une source contenant de l'oxygène peut être introduite dans l'incinérateur pour assurer une combustion complète ou presque complète du gaz de queue. L'introduction du gaz de carneau des séchoirs en tant que diluant dans l'incinérateur modère la température de l'incinérateur à environ 9500C à 11000C dans cette illustration, tandis que le SNCR fonctionne entre environ 8500C et 1100°C. Cet agencement peut utiliser un troisième point d'injection de gaz de carneau. Par exemple, le point d'injection "B" peut être utilisé pour réduire la température de l'incinérateur autant que cela est possible sans danger, et le point d'injection "A" peut être utilisé pour réduire la température de l'incinérateur à la température du SNCR et avec injection d'urée, et le point d'injection "C" peut être utilisé pour injecter tout gaz de carneau (FG) en excès restant. Le gaz de TGB/DF peut avoir une teneur totale en NO, et/ou NPC supérieure à celle du FGR (chaudière) en favorisant les réactions (7) et (8) indiquées pour la destruction des NO,{. Une récupération possible de 15 % d'énergie supplémentaires provenant d'un équipement de production de noir de carbone au four, par exemple, peut être obtenue si l'on utilise ce schéma. L'agencement de la Figure 6 peut être combiné à celui de la Figure 5, où une partie de l'effluent de SNCR est recyclé en retour vers l'incinérateur, en plus de l'introduction de gaz de carneau de séchoir. Comme indiqué, la quantité et les types des diluants introduits dans l'incinérateur peuvent être sélectionnés et utilisés pour modérer la température à des valeurs réduisant les NO,, comme cela est le cas en présence de NPC.

En outre, en ce qui concerne l'agencement de la Figure 6, le gaz de carneau provenant des séchoirs est envoyé dans le foyer, le SNCR, ou les deux, du centre d'énergie, à la place ou en plus du recyclage de gaz de carneau. L'utilisation du gaz de carneau provenant des séchoirs pour augmenter ou remplacer le gaz de carneau recyclé depuis la chaudière permet d'obtenir un certain nombre d'avantages supplémentaires. Un meilleur rendement de récupération d'énergie devient possible puisque le gaz d'effluent du séchoir peut être à plus de 500°C, dans la production de noir de carbone de four. Antérieurement, cette chaleur de rebut n'était pas capturée, ou tout au moins pas à la manière de la présente invention. Si le courant de gaz de carneau de séchoir est envoyé vers l'incinérateur, une grande partie de la chaleur sensible peut être récupérée parce que l'effluent de chaudière peut être à environ 230°C ou à une autre température plus basse. L'utilisation d'effluent de séchoir dans le foyer peut permettre de contrôler les NO, dans le TGB/séchoir sans qu'il soit nécessaire de reconcevoir le TGB/séchoir. Tout NO, créé dans les brûleurs de gaz de queue pour les séchoirs peut être détruit dans le SNCR. Les brûleurs/ séchoirs de gaz de queue peuvent n'avoir aucune réduction des NO,. L'installation d'un SNCR dans la chaudière de gaz de queue peut fortement augmenter la complexité et le coût. L'envoi de l'effluent de séchoir vers l'incinérateur peut réduire ou éviter ce coût. Les NO, générés dans les brûleurs de gaz de queue peuvent éliminer le HCN et le NH3 dans le courant de gaz de queue principal vers la chaudière. Si l'effluent du séchoir est combiné avec le gaz de queue avant d'entrer dans le foyer ou l'incinérateur, les NOX, le HCN et le NH3 peuvent être présents ensemble. Ceci devrait permettre aux réactions (7) et (8) indiquées de se dérouler dans le foyer.

Effectivement, ceci agit comme une réaction SNCR in situ pour réduire les NO, sans injection d'agent réducteur. En tant que détails supplémentaires concernant le système d'incinérateur et de SNCR de l'agencement comparatif représenté sur la Figure 3, un foyer pour brûler des matériaux combustibles peut être présent à titre d'incinérateur, et peut comprendre une chambre de combustion orientée verticalement comprenant une partie supérieure, un fond, une paroi latérale sensiblement cylindrique connectant la partie supérieure et le fond, et au moins une entrée de gaz de queue pour l'introduction de gaz de queue (TG) et au moins une sortie de gaz d'échappement peuvent être disposées dans la paroi latérale. Un brûleur supérieur peut être localisé à l'intérieur en haut de la chambre, et est adapté pour recevoir du combustible à partir d'une source combustible externe. La chambre de combustion peut être dotée d'une ou plusieurs entrées d'air. La sortie de gaz d'échappement du foyer peut être introduite dans un SNCB. Le gaz traité dans la région de SNCR peut ensuite circuler dans une chaudière. L'eau d'alimentation de la chaudière peut être délivrée à un bidon de vapeur et le condensat peut être envoyé à la chaudière pour être vaporisé et produire de la vapeur revenant dans le bidon de vapeur. Le gaz de carneau peut quitter la chaudière pour former les courants d'aération et de FGR*. Le système SNCR (par exemple SNCR et chaudière) produit un effluent de gaz qui peut être aéré, ou recyclé (FGR* ou FGR) vers le foyer. Dans un agencement, une chaudière à vapeur peut être équipée d'un dispositif SNCR pour la réduction des NOX dans le gaz de carneau final. Un agent réducteur peut être ajouté au SNCR au moyen de buses de pulvérisation. Le SNCR peut avoir une pluralité de buses de pulvérisation (par exemple une à six ou plus), qui peuvent être agencées verticalement, trois par côté (en haut et en bas), en pulvérisant dans un espace en aval du blindage radiant, qui sépare la chambre de combustion des tuyaux de génération de vapeur. Le SNCR peut fonctionner en pulvérisant une solution d'urée et/ou d'un autre agent réduisant les NO, dans le courant de gaz de carneau provenant du foyer. La température de fonctionnement optimale du SNCR peut aller d'environ 850°C à 1000°C ou de 9500C à 10000C. Le placement des buses de SNCR derrière le blindage radiant découle d'une supposition de conception selon laquelle le foyer va fonctionner à une température supérieure à la plage appropriée pour la réaction SNCR. On peut utiliser une ligne de traitement identifiée par FGR (une ligne de recirculation de gaz de carneau). La ligne FGR peut se ramifier au niveau du foyer, et le gaz de carneau recyclé peut être introduit dans le foyer près du haut (par exemple dans les 33 % supérieurs de la hauteur du récipient) ou près du fond (par exemple dans les 33 % inférieurs de la hauteur du récipient), ou les deux. Le recyclage du gaz de carneau peut augmenter le rendement de la chaudière, et réduire la température dans la chambre de combustion. Si la température dans la chambre de combustion est réduite via un recyclage de gaz de carneau (orifice d'entrée supérieur) jusqu'à un point où elle est située dans une plage telle que 850°C à 1100°C, il peut ne plus être souhaitable de placer le SNCR derrière le blindage radiant, qui peut faire chuter la température d'environ 100°C supplémentaires. Dans cette illustration, comme indiqué, la solution d'urée et/ou un autre agent réducteur peut être injecté dans la ligne de recyclage de gaz de carneau qui va au fond du foyer. La ligne peut avoir un débitmètre à orifice venturi près de l'entrée du foyer. Si la solution d'urée et/ou un autre agent réducteur est injecté au point étroit du venturi du débitmètre, la grande vitesse du gaz de carneau recyclé peut disperser la solution. La partie de fond du brûleur peut maintenant agir comme un temps de séjour additionnel afin qu'ait lieu la réaction SNCR. Cette conception a pour avantage supplémentaire de simplifier l'addition de solution d'urée et/ou d'un autre agent réduisant les NOX, puisqu'on peut utiliser une seule pulvérisation annulaire à la place de multiples buses séparées, dont les flux doivent être modulés individuellement. La réaction FGR peut être effectuée par recirculation de plus de 25 % (de préférence plus de 40 %, ou mieux encore plus de 50 %) de l'effluent évacué du système SNCR vers l'incinérateur sous la forme de courant de gaz en recirculation FGR. Les procédés et systèmes de post-traitement de gaz de queue de la présente invention peuvent avoir une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Une réduction des NO, dans le gaz de carneau, par exemple d'au moins environ 10 %, ou d'au moins environ 15 %, ou d'au moins environ 20 %, ou d'au moins environ 30 %, ou d'au moins environ 40 %, ou d'au moins environ 50 %, ou d'environ 10 % à environ 50 %, sur la base du taux gravimétrique, peut être obtenue, par rapport aux NO, dans le gaz de carneau obtenu avec le foyer fonctionnant à une température d'environ 1200°C. Le diluant introduit dans l'incinérateur ou le foyer peut contrôler la température du foyer à une valeur, par exemple, d'environ 9500C à environ 1100°C, ou d'environ 975°C à environ 1100°C, ou d'environ 990°C à environ 1075°C, ou d'environ 10000C à environ 1050°C, ou d'environ 1010°C à environ 1030°C, ou d'autres plages de température. Le gaz de queue peut avoir un temps de séjour dans le foyer, par exemple, d'environ 0,2 seconde à environ 5 secondes ou plus, ou d'environ 0,5 seconde à environ 4 secondes, ou d'environ 1 seconde à environ 3 secondes, ou d'environ 1,5 seconde à environ 2,5 secondes, ou d'autres périodes. Le diluant introduit dans l'incinérateur peut comprendre, par exemple, 25 % ou plus, ou 30 % ou plus, ou 40 % ou plus, ou 50 % ou plus, ou 60 % ou plus, sur la base du taux gravimétrique, de gaz de carneau total, évacué à partir de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. Le diluant peut comprendre au moins une partie du gaz de carneau de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, et au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite dans le foyer. Le diluant peut comprendre au moins en partie du gaz de carneau provenant d'un séchoir de noir de carbone. Lorsque du gaz de carneau provenant d'un séchoir de noir de carbone est utilisé en tant que diluant dans l'incinérateur, le gaz de carneau de séchoir peut avoir une température par exemple supérieure à 2000C, ou d'environ 2250C à environ 6500C, ou d'environ 4000C à environ 6000C, ou d'environ 4500C à environ 5500C. Le gaz de carneau de séchoir peut contenir des NOX à raison d'au moins 5 mg/Nm3, ou plus de 50 mg/Nm3, ou plus de 100 mg/Nm3. La teneur en NOX du gaz de carneau de séchoir peut aussi être réduite par les agencements de post-traitement indiqués de la présente invention.

L'effluent provenant du foyer peut être envoyé vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective ayant une température d'environ 8500C à environ 11000C, ou d'environ 9000C à environ 10500C, ou d'environ 9000C à environ 10000C, ou d'environ 9250C à environ 10000C, ou d'environ 9500C à environ 10000C, ou d'autres valeurs de température. Le rapport du volume du SNCR au volume de la chaudière peut être par exemple d'environ 0,1 à environ 10, ou d'environ 0,2 à environ 5, ou d'environ 0,4 à environ 3, ou d'environ 0,5 à environ 2.

La présente invention concerne aussi un procédé pour réduire les émissions de NOX dans l'incinération de gaz de queue, comprenant le contrôle du rapport air/combustible dans le foyer dans lequel le gaz de queue est introduit, cependant que la température de flamme du foyer est contrôlée par des injections de diluant. La concentration d'oxygène dans l'effluent du foyer peut être réduite sans que la température du foyer soit augmentée. L'effluent peut être conduit du foyer vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective, dans laquelle la concentration d'02 dans le gaz de carneau évacué de l'unité de réduction non catalytique sélective est inférieure à environ 8 % en volume, ou inférieure à environ 5 % en volume, ou inférieure à environ 3 % en volume, dans cette configuration avec un rapport air/ combustible contrôlé au niveau du foyer. L'effluent peut être conduit du foyer à l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective sans qu'aucun blindage radiant soit interposé, en réduisant la température d'effluent de plus d'environ 10°C avant introduction de l'effluent dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. Au moins un agent réduisant les NO, peut être introduit dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective localisée en aval du foyer, dans le foyer, ou dans les deux, où l'agent réduisant les NOX ou ses produits de décomposition ou les deux réagissent avec les NO, pour produire de l'azote incorporé dans le gaz de carneau évacué de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. L'agent réduisant les NO, peut être l'urée ( (NH2) 2CO) , l'ammoniac (NH3), l'acide isocyanique (HNCO) ou leurs combinaisons, et/ou d'autres agents réducteurs pour NOX. L'agent réduisant les NOX peut comprendre, par exemple, une solution aqueuse d'urée, de l'ammoniaque, ou leurs combinaisons. Les agents réducteurs peuvent comprendre, par exemple, une solution aqueuse diluée contenant de l'urée, de l'ammoniac, ou les deux, dans de l'eau à raison d'environ 1 % à environ 25 % en poids d'agent actif, ou d'autres concentrations. L'introduction du ou des agents réducteurs peut être effectuée en un seul point d'introduction ou sous forme étagée par utilisation d'une ou plusieurs buses d'injection positionnées le long du trajet de recyclage de gaz de carneau (FGR). Le NH3 peut être généré par incréments, par exemple, par la décomposition ou la vaporisation d'agents réducteurs qui sont injectés dans le FGR ou directement dans le foyer, le cas échéant, sous la forme de solides, de masses fondues liquides, d'émulsions, de bouillies, ou de solutions. Certains sels d'ammonium, tels que le carbonate d'ammonium ( (NH4) 2CO3 ) et le bicarbonate d'ammonium ((NH4)HCO3), peuvent se décomposer presque complètement en gaz, par exemple en libérant du NH3 et du CO2 quand ils sont chauffés, et le carbonate peut aussi générer de l'eau. Les compositions de gaz de queue qui peuvent être traitées par les procédés et dispositifs de la présente invention pour réduire les taux de NO, dans la présente ne sont pas particulièrement limitées. Le gaz de queue introduit dans l'incinérateur peut avoir un pouvoir calorifique net, par exemple, d'environ 40 à environ 120 BTU par normo-pied cube (scf), ou d'environ 45 à environ 110 BTU par normo-pied cube (scf), ou d'environ 50 à environ 80 BTU par normo-pied cube (scf). Un combustible ou une source de combustible, autre que le gaz de queue ou un autre gaz de queue, peut être introduit dans le foyer (incinérateur). Le Tableau 1 dans la présente section des exemples indique certains exemples non limitatifs de compositions de gaz de queue qui peuvent être traitées pour une réduction des NO, par utilisation de la présente invention. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie particulière, on pense aussi que certaines caractéristiques de composition du gaz de queue peuvent faciliter l'utilisation d'une combustion à basse température par l'intermédiaire d'un inertage par des agents externes (tels qu'une recirculation de gaz de carneau). Premièrement, de nombreux combustibles pour incinérateurs (par exemple pétrole, charbon, gaz naturel) ont des pouvoirs calorifiques extrêmement élevés et brûlent très rapidement. La combustion est terminée, et les températures de flamme adiabatiques maximales sont atteintes trop rapidement, et le temps de mélange pour le diluant est souvent trop important pour éviter les températures élevées observées dans ces flammes. L'utilisation d'un combustible qui contient de grandes quantités d'hydrogène, qui s'enflamme facilement, peut rester stable même quand la température de combustion est réduite. A l'inverse, le pétrole et le gaz naturel, ainsi que le charbon, peuvent être plus difficiles à enflammer, en nécessitant davantage d'énergie thermique, et la flamme à basse température ne peut pas s'auto-entretenir, et donc même si on pouvait pré-diluer le combustible avec le diluant pour résoudre le premier problème (ci-dessus), la réduction des températures adiabatiques dans l'incinérateur conduirait à des instabilités.

Comme indiqué, le contrôle de l'émission de NOX avec une incinération de gaz de queue, mis à disposition par la présente invention, peut être utilisé par exemple pour des gaz de queue de réacteurs de noir de carbone de fourneau, avec des adaptations et modifications telles qu'indiquées ici. La présente invention peut être utilisée, par exemple, pour traiter des gaz de queue générées dans des réacteurs de noir de carbone tels que ceux ayant une configuration de réacteur de noir de carbone de fourneau modulaire, également appelée "étagée". Des réacteurs à four étagés, qui peuvent recevoir un traitement de gaz de queue selon la présente invention, sont présentés par exemple dans les brevets US N° 3 922 3351 ; 4 383 973 ; 5 190 739 5 877 250 5 904 762 6 153 684 ; 6 156 837 ; 6 403 695 ; et 6 485 693 B1, tous incorporés ici à titre de référence dans leur totalité.

Les conditions de traitement et les matières premières utilisées dans les réacteurs de noir de carbone qui génèrent du gaz de queue qui peut être traité conformément à la présente invention ne sont pas particulièrement limitées. La Figure 2 montre une partie d'un type de réacteur de noir de carbone de fourneau 2 qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone. Des diamètres et longueurs utiles des diverses zones dans le réacteur que l'on peut utiliser peuvent être sélectionnés en référence aux brevets sus-indiqués, incorporés à titre de référence. Parmi les combustibles utilisables dans la réaction avec le courant d'oxydant (air) dans la zone de combustion 18 pour générer les gaz de combustion chauds, on peut citer n'importe lesquels des courants de gaz, de vapeur ou de liquide facilement combustibles, tels que le gaz naturel, l'hydrogène, le monoxyde de carbone, le méthane, l'acétylène, les alcools, ou le kérosène, ou d'autres combustibles On préfère toutefois généralement utiliser des combustibles ayant une forte teneur en composants carbonés et, en particulier, en hydrocarbures. Le rapport air/gaz naturel utilisé pour produire les noirs de carbone peut aller d'environ 1/1 (rapport stoechiométrique) à l'infini. Pour faciliter la génération de gaz de combustion chauds, le courant d'oxydant peut être préchauffé. Comme indiqué, le courant de gaz de combustion chaud circule en aval vers la zone d'étranglement du réacteur où la charge engendrant du noir de carbone peut être introduite, et/ou en d'autres points d'introduction de charge dans le réacteur. La charge peut être introduite, par exemple, par l'intermédiaire d'une sonde (axialement ou radialement), radialement vers l'intérieur par l'intermédiaire d'une pluralité d'ouvertures positionnées dans la paroi du réacteur, ou une combinaison des deux. En tant que types de charges hydrocarbonées engendrant du noir de carbone, qui peuvent être facilement volatilisables dans les conditions de la réaction, sont utilisables celles décrites dans les brevets incorporés sus-indiqués. La charge peut être préchauffée avant d'être introduite dans le réacteur. Lors de l'introduction, la charge se combine avec le courant de gaz chauffé pour former un courant réactionnel dans lequel du noir de carbone est formé dans le réacteur. Des additifs, tels que ceux classiquement utilisés dans la production de noir de carbone, peuvent être introduits dans le réacteur. En tant qu'additifs, on peut utiliser des additifs qui peuvent modifier la structure du noir de carbone, par exemple tels que les ions alcalins/de métal alcalin des groupes I et/ou II. Ces additifs peuvent être ajoutés, par exemple, en une quantité telle que 200 ppm ou plus de l'élément ou ion du Groupe IA et/ou de l'élément du Groupe IIA (ou son ion) soient présentes dans le produit de noir de carbone formé au final. Le ou les additifs peuvent être ajoutés de n'importe quelle manière, y compris par n'importe quels moyens conventionnels. En d'autres termes, la substance peut être ajoutée de la même manière qu'une charge engendrant du noir de carbone est introduite. La substance peut être ajoutée sous la forme d'un gaz, d'un liquide ou d'un solide, ou l'une quelconque de leurs combinaisons. La substance peut être ajoutée en un seul point ou plusieurs points, et peut être ajoutée sous la forme d'un seul courant ou d'une pluralité de courants. Le courant de réaction à l'intérieur du réacteur peut avoir une température lors du trempage par exemple d'environ 600°C à environ 2000°C, ou d'environ 800°C à environ 18000C, ou d'environ 1000°C à environ 1500°C, ou d'autres températures élevées reflétant une réaction exothermique extrême qui est générée dans le réacteur à four. Le noir de carbone dans le courant de réaction peut être trempé dans une ou plusieurs zones. Par exemple, comme l'indique la Figure 2, à l'emplacement de trempage 15, un fluide de trempage est injecté, lequel peut être de l'eau, qui peut être utilisé pour stopper complètement ou presque complètement la pyrolyse de la charge engendrant du noir de carbone, ou refroidir seulement partiellement la charge sans stopper la pyrolyse, et est suivi d'un trempage secondaire 21, qui peut être en aval d'un échangeur de chaleur 3, servant à stopper la pyrolyse de la charge engendrant du noir de carbone. Après que le mélange de gaz de combustion chaud et de charge engendrant du noir de carbone a été trempé, les gaz refroidis passent en aval dans des moyens de séparation, qui peuvent être conventionnels, grâce à quoi le noir de carbone est récupéré et le gaz de queue est convoyé vers un ISS de la présente invention. La présente invention comprend les aspects/modes de réalisation/caractéristiques suivants, dans un ordre quelconque et/ou en n'importe quelle combinaison : 1. La présente invention concerne un procédé pour réduire les émissions de NO, lors de l'incinération de gaz de queue, comprenant : l'introduction de gaz de queue dans un foyer ayant une température de combustion, le gaz de queue comprenant des NOX, des précurseurs de NOX, ou les deux, où x est une valeur positive ; et l'introduction de diluant dans le foyer pour contrôler la température du foyer à une température allant d'environ 9500C à environ 1100°C. 2. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel ledit gaz de queue provient d'au moins un four de noir de carbone. 3. Le procédé selon l'un quelconque des modes de 35 réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel ledit gaz de queue a un temps de séjour dans ledit foyer d'environ 0,2 seconde à environ 5 secondes. 4. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, comprenant en outre l'opération consistant à conduire l'effluent depuis le foyer vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective ayant une température d'environ 850°C à environ 1100°C. 5. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, comprenant en outre l'introduction d'au moins un agent réduisant les NO, dans au moins une unité de réduction non catalytique sélective localisée en aval dudit foyer, dans le foyer, ou dans les deux, dans lequel l'agent réduisant les NO, ou ses produits de décomposition ou les deux réagissent avec les NO, pour produire de l'azote incorporé dans le gaz de carneau déchargé depuis l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. 6. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le diluant comprend 25 % ou plus, sur la base du taux gravimétrique, du gaz de carneau total évacué de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, et au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite directement dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. 7. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le gaz de queue introduit dans le foyer comprend environ 4 % en poids ou moins d'eau et le diluant comprend 30 % ou plus, sur la base du taux gravimétrique, du gaz de carneau total évacué de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, et au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite directement dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. 8. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le gaz de carneau est recyclé vers le foyer à partir de la même unité de réduction non catalytique sélective dans laquelle l'agent réduisant les NO, est introduit directement. 9. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le diluant comprend au moins une partie du gaz de carneau de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, et au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduit dans le foyer. 10. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le diluant comprend du gaz de carneau provenant d'une source de combustion et, éventuellement, au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite dans le foyer. 11. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le diluant comprend du gaz de carneau provenant d'un séchoir de noir de carbone et, éventuellement, au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite dans le foyer. 12. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le diluant comprend un gaz de carneau provenant d'un séchoir de noir de carbone ayant une température supérieure à 200°C. 13. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, comprenant en outre l'introduction d'un combustible, autre que ledit gaz de queue ou un autre gaz de queue, dans ledit foyer. 14. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel l'effluent est conduit du foyer à au moins une unité de réduction non catalytique sélective exempte de tout blindage radiant interposé réduisant la température de l'effluent de plus d'environ 10°C avant l'introduction de l'effluent dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. 15. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel l'agent réduisant les NO,{ est l'urée, l'ammoniac, ou les deux. 16. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel l'agent réduisant les NO, comprend une solution aqueuse d'urée. 17. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel une réduction d'au moins 10 %, sur la base du taux gravimétrique, des NO, dans le gaz de carneau est obtenue par rapport aux NOX dans le gaz de carneau obtenu avec le foyer fonctionnant à une température d'environ 12000C. 18. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le gaz de queue, tel qu'introduit dans l'incinérateur, a un pouvoir calorifique net d'environ 40 à environ 120 BTU par normo-pied cube (scf). 19. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel les NO, thermique représentent une réaction minoritaire se produisant lors de l'incinération du gaz de queue. 20. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel l'incinération du gaz de queue a lieu pratiquement en l'absence de NO, thermique. 21. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel l'incinération du gaz de queue a lieu sans formation de NO, thermique. 22. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, dans lequel le rapport du volume du SNCB au volume de la chaudière est d'environ 0,1 à environ 10. 23. Un procédé pour réduire les émissions de NO, dans un gaz de queue de combustion, comprenant : l'introduction de gaz de queue issu de la combustion d'au moins un hydrocarbure dans un incinérateur ayant une température d'incinérateur, le gaz de queue comprenant des NO,{ et des précurseurs de NO,, où x est une valeur positive ; l'introduction de diluant dans l'incinérateur pour contrôler la température de l'incinérateur à une température allant d'environ 950°C à environ 11000C ; l'opération consistant à conduire l'effluent depuis l'incinérateur vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective ayant une température d'environ 850°C à environ 11000C ; l'introduction d'au moins un agent réduisant les NO, dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, l'incinérateur, ou les deux, où l'agent réduisant les NO,{ ou ses produits de décomposition ou les deux réagissent avec les NO, pour produire de l'azote incorporé dans le gaz de carneau déchargé de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. 24. Un procédé pour réduire les émissions de NO, lors de l'incinération de gaz de queue, comprenant le contrôle du rapport air/combustible dans un foyer dans lequel du gaz de queue est introduit, cependant que la température de flamme du foyer est contrôlée par des injections de diluant, dans lequel le gaz de queue comprend des NOX, des précurseurs de NOX, ou les deux, et x est une valeur positive, et la concentration d'oxygène dans l'effluent du foyer est réduite sans que la température du foyer soit augmentée. 25. Le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation/caractéristiques/aspects précédents ou suivants, comprenant en outre l'opération consistant à conduire l'effluent depuis le foyer vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective, dans lequel la concentration d'02 dans le gaz de carneau évacué de l'unité de réduction non catalytique sélective est inférieure à environ 8 % en volume. 26. Une unité de chaudière pour l'incinération de gaz de queue, comprenant : (i) un foyer pouvant fonctionner de manière à recevoir : (a) du gaz de queue comprenant des NO,, des précurseurs de NOX, ou les deux, et (b) des diluants d'un ou plusieurs types et en une ou plusieurs quantités pour contrôler la température du foyer entre environ 950°C et environ 1100°C ; et (ii) au moins une unité de réduction non catalytique sélective comprenant au moins un dispositif de réduction non catalytique sélective et une chaudière, ladite unité de réduction pouvant fonctionner de manière à recevoir l'effluent évacué du foyer et au moins un agent réduisant les NOX ou ses produits de décomposition ou les deux pouvant réagir avec les NO, pour produire de l'azote incorporé avec le gaz de carneau évacué de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective. 27. Un dispositif pour la production de noir de carbone, comprenant un réacteur à four de noir de carbone pour produire du noir de carbone et du gaz de queue, un filtre pour séparer le noir de carbone du gaz de queue, et une unité de chaudière pour l'incinération du gaz de queue conformément à la revendication précédente. La présente invention peut comprendre n'importe quelle combinaison de ces divers caractéristiques et modes de réalisation ci-dessus et/ou ci-dessous tels qu'indiqués dans les phrases et/ou paragraphes. Toute combinaison de caractéristiques décrites ici est considérée comme faisant partie de la présente invention, et aucune limitation n'est prévue en ce qui concerne des caractéristiques combinables.

La présente invention va être davantage expliquée par les exemples qui suivent, lesquels sont destinés à être exemplaires de la présente invention.

Exemples La présente invention a été démontrée avec une chaudière à vapeur alimentée par du gaz de queue du commerce. La configuration de la chaudière est illustrée sur la Figure 7. Le dessin n'est pas à l'échelle. Sur la Figure 7, le foyer de gaz de queue est composé de sections A et B. Les courants et les zones/récipients sont mis en évidence par des nombres et des lettres respectivement. Dans toute cette discussion, on utilise des parenthèses pour se référer à des courants (#) et des zones/récipients (abc). La flamme brûle de haut en bas. Le combustible gaz de queue rentre dans le foyer (120) par l'intermédiaire de l'entrée (105). De l'air de combustion délivré dans la ligne (101) est séparé en trois courants, où le courant (102) est envoyé au foyer depuis le dessus à titre d'apport d'air de brûleur pilote. Les courants (103) et (104) sont injectés dans le foyer à deux hauteurs. Les courants d'air sont injectés à travers une plaque perforée dans la direction radiale vers le brûleur pour permettre une distribution uniforme. L'étagement de l'air de combustion a pour résultat deux zones de combustion dans le foyer, le rapport air/combustible dans chacune des zones de combustion étant ajustable via le débit des courants (103) et (104). Le gaz de queue de combustion est envoyé à la chaudière (E) par l'intermédiaire du surchauffeur de vapeur (D). Après transfert de chaleur dans la chaudière (E), le gaz de carneau quitte la chaudière sous la forme d'un courant (109). Le courant (109) peut être divisé en un courant (109A) et une partie du gaz de carneau (108) provenant de la sortie de la chaudière est recyclée en retour vers le foyer (120) par l'intermédiaire d'une soufflante (non représentée). Le gaz de carneau recyclé (108) est divisé en deux courants (106) et (107), qui sont injectés en des emplacements différents du foyer. Le courant (106) sert principalement à contrôler la température dans le foyer et le courant (107) sert à ajuster finement la température de SNCR (représentée par la zone (C)). L'injection d'urée, servant de réactif réduisant les NOX, est effectuée via (113). De l'eau d'alimentation de chaudière est délivrée au bidon de vapeur (F) et le condensat (111) est envoyé à la chaudière (E) pour qu'il se vaporise et produise de la vapeur (112). Le produit final sous forme de vapeur (115) quitte l'unité pour être utilisé. Une fraction de la vapeur sortant du bidon de vapeur est envoyée au surchauffeur de vapeur (D) pour produire de la vapeur surchauffée. Par ailleurs, le surchauffeur (D) agit comme un blindage radiant pour protéger les tubes de chaudière vis-à-vis d'une surchauffe. Comme l'essai a été effectué durant la production de vapeur, la demande en vapeur a dicté la quantité de gaz de queue traité, si bien que les flux ont varié pendant tout l'essai. Les volumes des zones clés pour la réaction étaient les suivants : Zone de combustion supérieure (A) : 58,3 m3. Zone de combustion inférieure (B) : 258,7 m3.

Zone de réaction SNCR (C) : 101,4 m3. On calcule que le courant de gaz de carneau moyen dans l'incinérateur (y compris le recyclage (109A)+(108)) est de 96 081 Nm3/h (sur la base de l'équilibre des masses, et en supposant une combustion complète). Par conséquent, les vitesses spatiales normales moyennes (définies en Nm3/h de courant de gaz de carneau par m3 de volume) sont les suivantes : Zone de combustion supérieure (A) : 2280 h-1. Zone de combustion inférieure (B) : 514 h-1.

Zone de réaction SNCR (C) : 1311 h-1. La composition moyenne du gaz de queue est présentée dans le Tableau 1. Les NPC ont été mesurés pendant tout l'essai, si bien que cette valeur se base sur des mesures. Les composants restants sont estimés sur la base de la thermodynamique et de l'équilibre des masses. Le Tableau 1 contient aussi des plages non limitatives de compositions de gaz de queue utilisables pour diverses conditions de production et diverses matières premières utilisées dans les procédés de la présente invention.

Le Tableau 2 résume la gamme de variables testées durant l'essai de démonstration. Deux études ont été effectuées simultanément. La première étude étudiait la performance de la chaudière uniquement (avec le SNCR hors service). La deuxième étude étudiait la performance du SNCR par simple mise en service du SNCR durant chacune des conditions de la première étude, et mesure de l'efficacité du système SNCR pour détruire les NO,. Ainsi, pour chaque condition, l'étude était capable de mesurer comment le contrôle opérationnel seul pouvait réduire les NO,, et comment le SNCR pouvait ensuite réduire la postcombustion des NO,. Comme le SNCR consomme des réactifs, il est préférable de prévenir les NO, pendant les opérations de la chaudière plutôt que devoir y remédier en utilisant de l'urée ou de l'ammoniac dans un SNCR.

L'air pilote (102) a été maintenu constant pendant tout l'essai. Le gaz naturel a été interrompu au cours des ensembles de données décrites ici. L'émission de NO, par la chaudière a été surveillée en continu avec un analyseur de NO, en ligne installé sur l'empilement. La concentration de NO, a été convertie en base sèche, dans 3 % d'02, conformément aux normes industrielles. Pour le fonctionnement sans SNCR, deux corrélations linéaires empiriques ont été développées sur la base des variables significatives dans la conception de l'expérience (DOE) (voir le Tableau 2). Comme la température de FGR et celle de l'incinérateur sont étroitement liées, on peut développer une bonne corrélation linéaire en utilisant l'une ou l'autre de ces variables, mais pas les deux. Le Tableau 3 montre la corrélation basée sur la température de l'incinérateur, l'oxygène à la sortie, et le courant de gaz de carneau aéré. La Figure 8 montre une corrélation entre l'émission de NO, et la température de brûleur, l'oxygène du gaz de carneau étant constant. La Figure 8 décrit graphiquement la corrélation pour un courant de gaz de carneau d'aération constant de 125 000 Nm3/h. La plage du côté haut de la DOE est indiquée parce qu'elle illustre le régime le plus ambitieux pour la réduction des NO,{. Le Tableau 4 montre une corrélation alternative basée sur l'oxygène de sortie de fraction de recirculation de gaz de carneau, et le courant de gaz de carneau d'aération. La Figure 9 montre une corrélation entre l'émission de NO,{ et le taux de recyclage de gaz de carneau, l'oxygène du gaz de carneau étant maintenu constant. La Figure 9 décrit graphiquement la corrélation pour un courant de gaz de carneau d'aération constant de 125 000 Nm3/h. La Figure 8 montre que, lorsque la température du foyer diminue, le taux d'émission de NOX diminue. Par exemple, à une concentration d'oxygène dans le gaz de carneau de 2 % en volume, quand la température du foyer diminue de 12000C aux alentours de 950°C, la corrélation empirique prédit une émission de NOX qui diminue de 550 mg/Nm3 à 300 mg/Nm3 avec la température. Les tracés sont également indiqués par "% de précurseurs de NO, convertis en NOX dans le gaz de carneau", qui est défini par le rapport de l'écoulement en moles de NO, dans le gaz de carneau à l'écoulement en mole des NPC totaux dans le gaz de queue alimentant la chaudière. Quand l'émission de NOX diminue, le "% de précurseurs de NO, convertis en NO, dans le gaz de carneau" diminue également. L'effet du rapport air/combustible, c'est-à-dire de la concentration d'oxygène de gaz de carneau, sur l'émission de NOX, est clairement démontré par les lignes parallèles de la Figure 8. A une température de flamme constante, une concentration d'oxygène réduite a pour résultat une plus faible réduction des NO,. On peut observer des résultats similaires sur la Figure 9, qui montre que, lorsque le taux de recyclage de gaz de carneau augmente, les émissions de NOX sont réduites. Le taux de recyclage du gaz de carneau et le rapport air/combustible se sont avérés être deux moyens efficaces pour minimiser la réduction des NOX. Les exemples non limitatifs suivants illustrent 30 davantage la présente invention. Les résultats sont résumés dans le Tableau 5.

Exemple Comparatif 1A Cet exemple illustre une condition de fonctionnement 35 de chaudière typique. Le gaz de queue entre dans le foyer du système de chaudière à l'entrée (105), et le courant total de l'air vers la ligne (101) est contrôlé de façon que la teneur en oxygène à la sortie de la chaudière soit de 5,9 %. Les résultats sont présentés dans le Tableau 3.

Si tous les NPC dans le gaz de queue étaient convertis en NO, dans la chaudière, on mesurerait 1455 mg/Nm3 (base sèche) de NO2 dans le gaz de carneau. Toutefois, même dans cette configuration non optimisée, seulement 35,9 % des NPC sont convertis en NO2, et on mesure 522 mg/Nm3 de NO2, sur une base sèche, à la sortie de la chaudière. Aucune urée n'est introduite dans le SNCR, si bien qu'il ne se produit aucune destruction supplémentaire de NO2. Exemple Comparatif 1B Dans les mêmes conditions de fonctionnement de chaudière que dans l'Exemple Comparatif 1A, on met en service le SNCR. On augmente le courant d'urée jusqu'à obtenir une quantité minimale d'émissions de NO2. Dans cette condition, 36,4 % du NO2 introduit dans le SNCR sont détruits. Toutefois, les pertes de chaleur sur le blindage radiant réduisent la température d'entrée du SNCR à 882°C, par rapport aux 935°C à la sortie de l'incinérateur. On sait que cette température est trop basse pour le fonctionnement du SNCR. Le fonctionnement du SNCR est généralement optimisé entre 900 et 1000°C (par exemple Duo et al. Can. J. Chem. Eng. 70, 1014 (1992)) . En résultat, la conversion de l'urée est médiocre. Les SNCR convertissent généralement environ 50 % (en poids) de la charge d'urée (par exemple Duo et al. Can. J. Chem. Eng. 70, 1014 (1992) ; http://www.ftek.com/pdfs/TPP- 522.pdf). Toutefois, dans cet exemple, on estime qu'une conversion de seulement 12 % (en poids) de l'urée conduit à une réaction de réduction des NO,. Une médiocre conversion de l'urée n'est pas souhaitable ; elle augmente la consommation de RMC et conduit à des émissions d'ammoniac dans l'aération, qui est souvent également réglementé comme étant un polluant atmosphérique. Exemple Comparatif 2A Dans cet exemple, on tente de réduire le NO2 principalement en réduisant la concentration d'oxygène à la sortie. On n'utilise pas de SNCB. Une diminution de l'oxygène devrait réduire les émissions de NO, parce que la cinétique de la réaction de formation de NOX repose sur la concentration d'oxygène. Toutefois, dans cet exemple, on ne fournit qu'une recirculation minimale du gaz de carneau « 7 % en poids de la charge de gaz fraîche totale). Ceci n'est pas adéquat pour maintenir la température plus basse dans l'Exemple Comparatif 1A. Le résultat est que le mélange de gaz est plus proche du rapport air/combustible stoechiométrique, si bien que la température est plus élevée. Une température plus élevée favorise la formation de NOX, et donc ceci contrebalance les avantages d'une diminution de l'oxygène. Il y a une certaine amélioration des NOX (44,6 % en poids en moins de rendement en NOX provenant des NPC par rapport à l'Exemple Comparatif 1A). Exemple Comparatif 2B Dans les mêmes conditions de fonctionnement de chaudière que dans l'Exemple Comparatif 2A, on met en service le SNCR. On augmente le courant d'urée jusqu'à obtenir une quantité minimale d'émissions de NO2. Dans cette condition, 60 % du NO2 introduit dans le SNCR sont détruits. Toutefois, les pertes de chaleur sur le blindage radiant réduisent la température d'entrée du SNCR à 850°C, par rapport aux 1008°C à la sortie de l'incinérateur. Tout comme dans l'Exemple 1B, les pertes sur le blindage radiant engendrent un fonctionnement du SNCR à des températures inférieures à des valeurs acceptables. La conversion du NO2 est meilleure uniquement parce que les débits dans cet exemple sont inférieurs à ceux de l'Exemple Comparatif 1B.

Exemple 3A Tout comme dans l'Exemple Comparatif 2A, on tente de réduire le NO2 d'abord en réduisant la concentration d'oxygène à la sortie, mais, contrairement à l'Exemple 2A, on utilise un recyclage du gaz de carneau en grande quantité (39 % en poids de charge de gaz fraîche) pour abaisser la température de l'incinérateur à 905°C. On n'utilise pas de SNCR. Une réduction de l'oxygène de sortie, avec maintien de l'incinérateur à des températures plus basses, conduit à une réduction remarquable des émissions de NO,. Les émissions de NOX sont réduites de 61,2 % par rapport à l'Exemple Comparatif lA (telles que mesurées par le % de NPC convertis en N0x), avec une réduction supplémentaire de 16,6 % du rendement de conversion des NPC en NOX par rapport à l'Exemple 2A (où on utilise uniquement une diminution de l'oxygène). Cet exemple montre que l'on peut utiliser des taux élevés de recirculation de gaz de carneau pour réduire sensiblement la température de l'incinérateur et, par conséquent, les émissions de NOX, en particulier quand ils sont combinés à une diminution de l'oxygène à la sortie. La réduction de température dans l'incinérateur, et par conséquent des émissions de NOX peut en principe être accomplie avec n'importe quel agent de dilution inerte, tel que l'eau, la vapeur, l'azote, le dioxyde de carbone, ou une autre source de gaz de carneau. Toutefois, la recirculation du gaz de carneau a pour avantage de ne pas réduire le rendement de récupération d'énergie. Exemple 3B Dans les mêmes conditions de fonctionnement de chaudière que dans l'Exemple 3A, on met en service le SNCR. On augmente le courant d'urée jusqu'à obtenir une quantité minimale d'émissions de NO2. Dans cette condition, seulement 19 % du NO2 introduit dans le SNCR sont détruits, et seulement 2 % de la charge d'urée sont consommés. La combustion à basse température et les pertes de chaleur sur le blindage radiant conduisent à une température de fonctionnement du SNCR extrêmement basse, de 817°C, bien inférieure à la température acceptable pour le fonctionnement du SNCR. Cet exemple illustre le paradoxe d'une combustion à basse température : lorsque la température de combustion est réduite, les NOX inhérents dans l'incinérateur sont réduits, mais la température plus basse rend traditionnellement inefficaces les systèmes de réduction conçus avec un SNCR. Exemple 4A (prophétique) L'Exemple 4A illustre l'usage avantageux d'un diluant externe au lieu de l'usage d'une recirculation de gaz de carneau interne pour contrôler la température dans l'incinérateur. Dans cet exemple, la température et le taux d'oxygène à la sortie sont maintenus identiques à ceux de l'Exemple 3A, mais la température est contrôlée par le gaz de carneau provenant d'une source de combustion externe. Dans cet exemple, on utilise un effluent de séchoir de noir de carbone, ayant une composition similaire à celle du gaz de carneau de l'Exemple Comparatif 1A, contenant 522 mg/m3 de NO, (base sèche). Ce gaz entre dans la chaudière à 500°C. La performance est améliorée par rapport à l'Exemple 3A de deux façons : Premièrement, davantage de NO, sont réduits, sur la base tant du % en poids de NPC introduits que de la masse absolue. La réduction absolue des NO, est le résultat du simple fait que le séchoir fonctionne d'une manière similaire à l'Exemple 1A non optimisé et a davantage de NO,. Par simplement addition au courant de gaz, et rebrûlage avec un bon contrôle de température, les NO, sont réduits. Dit plus simplement, 40 % de gaz en plus sont traités avec des rendements plus faibles en NO,. De plus, les NO, dans ce gaz de carneau vont en fait réagir avec les NPC entrant dans le gaz de queue, et effectuer une réaction SNCR in situ au niveau de l'entrée de l'incinérateur. Ceci a pour résultat un rendement de conversion des NPC en NO, qui diminue de 13,9 % dans l'Exemple 3A à 11,8 % dans l'Exemple 4A.

Deuxièmement, comme le gaz de carneau est à 500°C, le fait de dévier ce gaz vers la chaudière permet à la chaudière de récupérer cette chaleur qui serait normalement perdue. La production de vapeur devrait augmenter de 34,6 tonnes métriques par heure dans l'Exemple 3A à 39,8 tonnes métriques par heure dans l'Exemple 4A. Exemple 4B (prophétique) L'Exemple 4B résout le paradoxe décrit dans l'Exemple 3B. Le fonctionnement est identique à celui de l'Exemple 3B, avec un changement majeur. Au lieu d'injecter la solution d'urée dans le courant (113), la solution d'urée est co-injectée avec une petite quantité de FGR (ou d'un autre gaz) pour être atomisée dans le courant (107). Avec un fonctionnement normal de l'incinérateur (sans addition de FGR ou d'autre diluant dans le courant (106)), ceci serait inefficace parce que la température dans la zone (B) serait trop élevée pour le fonctionnement du SNCR. Toutefois, dans cet exemple, le FGR dans le courant (106) abaisse la température dans la zone (B) à 907°C, du côté des basses températures mais toujours dans la fenêtre de fonctionnement acceptable pour le SNCR. De plus, la basse température est compensée par le volume de la zone (B), bien plus important que celui de la cavité du SNCR. La zone (B) fait en gros 2,5 fois en volume la zone (C) et, par conséquent, le temps de séjour est également de 2,5 fois celui dans la zone (C). En résultat, on devrait observer des rendements plus typiques pour la conversion de l'urée (50 %) et la conversion des NO, (60 %). Cet exemple utilise une optimisation de chaudière et un SCNR dans la meilleure configuration, avec pour résultat le plus petit taux de NOX parmi tous les exemples, inférieur de 84,9 % à celui de l'exemple lA de base. Tableau 1 Composition de gaz de queue moyenne pour l'essai, et compositions de gaz de queue typiques d'un traitement de noir de carbone Composition moyenne de gaz Plages de gaz de queue de queue pour DOE de noir de carbone Composants majeurs, % vol (base humide) H2 12% 5%à30% CO 12% 5%à30% CO2 0% 1 %à5% H20 42% 2%à50% Hydrocarbures < 2 % < 2 % N2 Le reste Le reste Composants en traces, ppmv (base sèche) NPC (HCN + NH3 + NOX) 1758 100 à 10000 Espèces soufrées (par exemple 280 100 à 14000 H2S, CS2, COS, S02) Tableau 2 Conception de plages de conditions expérimentales Variables étudiées dans la DOE de chaudière (pas de SNCR) Variable de contrôle (tous les Min Max Corrélation significative avec la points entre parenthèses se formation de NOX dans la réfèrent à la Figure 9) chaudière ? (test F > 95 % de confiance) % vol d'oxygène à la sortie 2,50 % 6 % Oui Quantité d'air pilote, Nm3/h (2) 11 700 11 700 Variable fixe Distribution d'air supplémentaire Toutes à Toutes à Non 1° air (3) 2° air (4) Gaz de carneau en recirculation 0 0,39 Oui (FGR/charge de gaz fraîche totale dans la chaudière)* Température de sortie 854 1044 Oui d'incinérateur (B) Gaz de carneau total dans 59 170 124 001 Oui l'aération, Nm3/h (9) Etudes SNCR Variable/ condition de contrôle Min Max Température d'entrée de SNCR 808 901 [entrée dans C] SNCR Hors En service service Taux d'injection d'urée, kg par kg 0 6,06 de NO2 introduit dans le SNCR * la charge de gaz fraîche est le gaz de queue (5) + la charge d'air totale (1)

Tableau 3 Corrélation basée sur la température de l'incinérateur, l'oxygène à la sortie, et le courant de gaz de carneau d'aération. Le degré de confiance est donné par 100 % - la valeur dans la colonne finale.

Equation pour la corrélation : % NPC convertis en NO2 = b + m1 * FG aération + m2 * 02 à la sortie + m3 * T incinérateur Coefficient de corrélation (ou intersection) Coefficient Erreur type Rapport t Prob > Intersection = b -0,6325468 0,153402 -4,123458 0,030% Gaz de carneau d'aération total à [9] = m1 9,52E-07 3,33E-07 2,862067 0,788 % °Io vol d'oxygène à la sortie = m2 3,84786618 0,447951 8,589932 0,000% Température d'incinérateur, °C = m3 6,75E-04 1,49E-04 4,530917 0,010% Tableau 4 Corrélation basée sur le recyclage de gaz de carneau, l'oxygène à la sortie, et le courant de gaz de carneau d'aération. Le degré de confiance est donné par 100 % - la valeur dans la colonne finale. Equation pour la corrélation : % NPC convertis en NO2 = b + m1 * courant de FGWgaz vers la chaudière + m2 * FG aération + m3 * 02 à la sortie Terme Estimation Erreur Rapport t Prob > type Intersection 0,05541533 0,029655 1,8686665 8,13E-02 Courant de FGR [8] / courant de gaz vers la -2,29E-01 4,46E-02 -5,1420078 1,20E-04 chaudière [1] + [5] = m1 1,42E-06 3,49E-07 4,08252652 9,80E-04 Gaz de carneau d'aération total à [9] = m2 % vol d'oxygène à la sortie = m3 1,85E+00 4,12E-01 4,49855511 4,25E-04 La Figure 10 présente le Tableau 5, qui est un résumé 15 des résultats pour ces exemples. Dans l'Exemple Comparatif 4A, le rapport du courant de FGR à la charge de gaz fraîche totale est calculé comme suit : le courant de FGR se réfère au gaz de carneau provenant d'une enceinte de séchoir de noir de carbone, et la charge de gaz fraîche 20 comprend seulement du gaz de queue et de l'eau. Il n'y a pas de recirculation de gaz de carneau interne dans cet exemple, mais le gaz de carneau du séchoir de noir de carbone est traité comme un FGR sans charge de gaz 10 "fraîche". Les demandeurs incorporent spécifiquement la totalité des contenus de toutes les références citées dans cette description. En outre, quand une quantité, une concentration ou une autre valeur ou un autre paramètre est indiqué sous la forme d'une plage, d'une plage préférée, ou d'une liste de valeurs préférables supérieures et de valeurs préférables inférieures, ceci doit être compris comme décrivant spécifiquement toutes les plages formées de n'importe quelle paire de n'importe quelle limite de plage ou valeur préférée supérieure et de n'importe quelle limite de plage ou valeur préférée inférieure, que ces plages soient ou non séparément décrites. Lorsqu'une plage de valeurs numériques est indiquée ici, sauf mention contraire, cette plage est destinée à englober ses limites, et tous les entiers et fractions à l'intérieur de la plage. Il n'est pas prévu que le cadre de l'invention soit limité aux valeurs spécifiques indiquées lors de la définition d'une plage.

D'autres modes de réalisation de la présente invention apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier prenant en considération la présente description et la mise en pratique de la présente invention décrite ici. 11 est prévu que la présente description et les exemples soient considérés comme exemplaires uniquement, la portée et l'esprit véritables de l'invention étant indiqués par les revendications qui suivent et leurs équivalents.

Claims (27)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour réduire les émissions de NO, lors de l'incinération d'un gaz de queue, comprenant : une étape d'introduction du gaz de queue dans une chambre de combustion ayant une température de combustion, le gaz de queue comprenant des NO, et/ou, des précurseurs de NO,, où x est une valeur positive ; et une étape d'introduction d'un diluant dans le foyer 10 pour contrôler la température de combustion à une température allant d'environ 950°C à environ 1100°C.
2. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit gaz de queue provient d'au moins un four de 15 fabrication de noir de carbone.
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit gaz de queue a un temps de séjour dans ladite chambre de combustion 20 d'environ 0,2 seconde à environ 5 secondes.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une opération consistant à conduire l'effluent de la chambre 25 de combustion depuis la chambre de combustion vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective ayant une température d'environ 850°C à environ 1100°C.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes, comprenant en outre l'introduction d'au moins un agent réduisant les NO, et/ou leurs produits de décomposition dans la chambre de combustion et/ou dans au moins une unité de réduction non catalytique sélective localisée en aval de chambre de 35 combustion, dans lequel l'agent réduisant les NO, et/ouleurs produits de décomposition réagissent avec les NO, pour produire de l'azote incorporé dans les gaz de combustion rejetés par l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le diluant comprend 25 % ou plus, en pourcentage gravimétrique, de la totalité du gaz de combustion rejeté par l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, et en ce qu'au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite directement dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective.
7. 7. Procédé selon les revendications 5 ou 6, dans lequel le gaz de queue introduit dans la chambre de combustion comprend environ 4 % en poids ou moins d'eau, en ce que le diluant comprend 30 % ou plus, en pourcentage gravimétrique, du gaz rejeté par l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, et en ce qu'au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite directement dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le gaz rejeté est recyclé vers la chambre de combustion depuis la même unité de réduction non catalytique sélective dans laquelle l'agent réduisant les NO, est introduit directement.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel le diluant comprend au moins une partie du gaz rejeté par l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective, et en ce qu'au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite dans la chambre de combustion.
10. 10. Procédé selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel le diluant comprend un gaz provenant d'une source de combustion et, en ce qu'éventuellement, au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite dans la chambre de combustion.
11. 11. Procédé selon l'une des revendications 5 à 10, dans lequel le diluant comprend un gaz provenant d'un sécheur de noir de carbone et, éventuellement, au moins une partie de l'agent réduisant les NO, est introduite dans la chambre à combustion.
12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diluant comprend un gaz provenant d'un sécheur de noir de carbone ayant une température supérieure à 200°C.
13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre l'introduction d'un combustible, autre que ledit gaz de queue ou un autre gaz de queue, dans ladite chambre de combustion.
14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'effluent de la chambre de combustion est conduit de la chambre de combustion à au moins une unité de réduction non catalytique sélective exempte de tout blindage radiant susceptible de réduire la température de l'effluent de plus d'environ 10°C avant l'introduction de l'effluent dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective.
15. 15. Procédé selon l'une des revendications 5 à 11,dans lequel l'agent réduisant les NO, est l'urée et/ou l'ammoniac.
16. 16. Procédé selon l'une des revendications 5 à 11, 5 dans lequel l'agent réduisant les NO, comprend une solution aqueuse d'urée.
17. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une réduction d'au 10 moins 10 %, sur la base du taux gravimétrique, des NOX dans le gaz de carneau est obtenue par rapport aux NO,{ dans le gaz de carneau obtenu avec le foyer fonctionnant à une température d'environ 1200°C. 15
18. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz de queue, tel qu'introduit dans la chambre de combustion, a un pouvoir calorifique net d'environ 40 à environ 120 BTU par normo-pied cube (scf). 20
19. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les NO, thermiques représentent une réaction minoritaire se produisant lors de l'incinération du gaz de queue.
20. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'incinération du gaz de queue a lieu pratiquement en l'absence de NO, thermiques. 30
21. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'incinération du gaz de queue a lieu sans formation de NOX thermiques. 35
22. 22. Procédé selon l'une quelconque des 25revendications précédentes, dans lequel le rapport du volume du SNCR au volume de la chaudière est d'environ 0,1 à environ 10.
23. 23. Procédé pour réduire les émissions de NO, au sein d'un gaz de queue de combustion, comprenant : une étape d'introduction d'un gaz de queue issu de la combustion d'au moins un hydrocarbure dans un incinérateur ayant une température d'incinérateur, le gaz de queue comprenant des NO, et des précurseurs de NO,, où x est une valeur positive ; une étape d'introduction d'un diluant dans l'incinérateur pour contrôler la température de l'incinérateur à une valeur allant d'environ 950°C à environ 1100°C ; une étape consistant à conduire l'effluent provenant de l'incinérateur depuis l'incinérateur vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective ayant une température d'environ 850°C à environ 1100°C ; une étape d'introduction d'au moins un agent réduisant les NOX dans l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective et/ou dans l'incinérateur, où l'agent réduisant les NOX et/ou leurs produits de décomposition réagissent avec les NO,, pour produire de l'azote incorporé dans le gaz de carneau déchargé de l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective.
24. 24. Procédé pour réduire les émissions de NOX lors de l'incinération d'un gaz de queue, comprenant le contrôle du rapport air/combustible dans une chambre de combustion dans lequel du gaz de queue est introduit, tout en contrôlant la température de flamme du foyer de la chambre de combustion est contrôlée par des injections de diluant, dans lequel le gaz de queue comprend des NO, et/ou, des précurseurs de NOX, et x est une valeurpositive, et la concentration d'oxygène dans l'effluent de la chambre de combustion est réduite sans que la température de la chambre de combustion soit augmentée.
25. 25. Procédé selon la revendication 24, comprenant en outre l'opération consistant à conduire l'effluent depuis la chambre de combustion vers au moins une unité de réduction non catalytique sélective, dans lequel la concentration d'02 dans le gaz évacué par l'unité de réduction non catalytique sélective est inférieure à environ 8 % en volume.
26. 26. Unité de chaudière pour l'incinération d'un gaz de queue, comprenant : (i) une chambre de combustion pouvant fonctionner de manière à recevoir : (a) un gaz de queue comprenant des NO, et/ou des précurseurs de NOX, et (b) des diluants d'un ou plusieurs types et en une ou plusieurs quantités pour contrôler la température du foyer entre environ 950°C et environ 1100°C ; et (ii) au moins une unité de réduction non catalytique sélective comprenant au moins un dispositif de réduction non catalytique sélective et une chaudière, ladite unité de réduction pouvant fonctionner de manière à recevoir l'effluent évacué par la chambre de combustion et au moins un agent réduisant les NOX et/ou ses produits de décomposition pouvant réagir avec les NOX pour produire de l'azote incorporé avec le gaz évacué par l'au moins une unité de réduction non catalytique sélective.
27. 27. Dispositif pour la production de noir de carbone, comprenant un réacteur de four de fabrication de noir de carbone pour produire du noir de carbone et un gaz de queue, un filtre pour séparer le noir de carbone du gazde queue, et une unité de chaudière pour l'incinération du gaz de queue conformément à la revendication précédente.