Wasserbestimmung in Wasserstoff-Recyclegas mit TDLAS
Kein direkter Kontakt
Eine der technischen Herausforderungen beim Betrieb von Semi Regenerative Catalytic Reformer Einheiten (SRR) ist die genaue Messung und Regelung des Wassergehalts. Im Normalbetrieb wird dieser im Reaktor-Feedstock auf einem niedrigen Wert gehalten (5 bis 50ppmv). Allzu hohe Gehalte sind zu vermeiden, da sie zu einer Ablösung von Chlorid von den Katalysatorflächen führen, was eine eingeschränkte Katalysatoraktivität und die Bildung von korrosivem HCl zur Folge hat.
Bild: Spectrasensors Inc
Absorptionsspektroskopie mit durchstimmbaren Laserdioden
Analysatoren auf Basis der Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Laserdioden (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS) sind eigens für die Messung von Wasser und anderer Analyten wie H2S, C2H2, NH3 oder CO2 in Prozessgasströmen konzipiert. Im Betrieb wird die TFLAS Probenzelle des Analysators von Prozessgas durchströmt. Ein Laser mit durchstimmbarer Diode strahlt ein Licht im Nah-Infrarotbereich (NIR) aus, dessen Wellenlänge spezifisch für den Zielanalyten gewählt wird. In der Probenzelle, die das Gas durchströmt, wird der Lichtstrahl von einem Spiegel auf einen elektronischen Detektor reflektiert. Die Laserquelle und die Komponenten des elektronischen Detektors sind durch ein Fenster von den Prozessgasen getrennt. Diese Anordnung ermöglicht Messungen vollständig ohne Kontakt zwischen Prozessgas (einschließlich mitgeführter Verunreinigungen) und kritischen Komponenten des Analysators. Moleküle des Analyten in der Gasprobe absorbieren Licht und senken die Lichtintensität in direkt proportionalem Verhältnis zu ihrer Konzentration gemäß dem Lambert-beerschen Gesetz. Die Differenz der Lichtintensität wird vom elektronischen Detektor gemessen, und das Signal verarbeitet, um die Konzentration im Prozessgas zu berechnen. Für Wassermessungen im Wasserstoff-Recyclegas eines SRR werden die TDLAS-Analysatoren für die Messung in zwei spezifischen Bereichen konfiguriert und kalibriert: 0 bis 50ppmv und 50 bis 1.000ppmv. Der erste Bereich wird zur Prozessüberwachung und -regelung im Normalbetrieb verwendet. Der höhere Bereich dient zur Trendüberwachung bei der Vor-Ort-Regenerierung und Trocknung des Katalysators. Der Analysator ist so programmiert, dass er bei Überschreiten einer Wasserkonzentration von 50ppmv in den Trendmodus umschaltet.
Fazit
Die korrosiven Bedingungen im Wasserstoff-Recyclegasstrom des SRR führen bei elektrochemischen Al2O3 Sensoren und QCM Systemen zu einer Verringerung des On-Stream-Faktors. Bei TDLAS-Analysatoren hingegen sind Laser und Detektorkomponenten vor direktem Kontakt mit dem HCl geschützt, was einen On-Stream-Faktor von über 95 Prozent gemäß den Richtlinien ANSI/API 555-2001 (Abschnitt 1.3.c) erlaubt. Das schnelle Ansprechen von TDLAS-Analysatoren auf Veränderungen der Wasserkonzentration erweist sich als vorteilhaft für die Prozessüberwachung und -regelung im Normalbetrieb und bei der Überwachung der Katalysatortrocknung nach einer Vor-Ort-Regenerierung. Die Leistungsmerkmale von TDLAS-Analysatoren ermöglichen es Raffinerien, den Endpunkt der Katalysatortrocknung besser zu erkennen und den SRR einen oder mehrere Tage früher wieder zu starten, als es mit anderen Messeinrichtungen möglich wäre.
Eine der technischen Herausforderungen beim Betrieb von Semi Regenerative Catalytic Reformer Einheiten (SRR) ist die genaue Messung und Regelung des Wassergehalts. Im Normalbetrieb wird dieser im Reaktor-Feedstock auf einem niedrigen Wert gehalten (5 bis 50ppmv). Allzu hohe Gehalte sind zu vermeiden, da sie zu einer Ablösung von Chlorid von den Katalysatorflächen führen, was eine eingeschränkte Katalysatoraktivität und die Bildung von korrosivem HCl zur Folge hat.
Bild: Spectrasensors Inc
Absorptionsspektroskopie mit durchstimmbaren Laserdioden
Analysatoren auf Basis der Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Laserdioden (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS) sind eigens für die Messung von Wasser und anderer Analyten wie H2S, C2H2, NH3 oder CO2 in Prozessgasströmen konzipiert. Im Betrieb wird die TFLAS Probenzelle des Analysators von Prozessgas durchströmt. Ein Laser mit durchstimmbarer Diode strahlt ein Licht im Nah-Infrarotbereich (NIR) aus, dessen Wellenlänge spezifisch für den Zielanalyten gewählt wird. In der Probenzelle, die das Gas durchströmt, wird der Lichtstrahl von einem Spiegel auf einen elektronischen Detektor reflektiert. Die Laserquelle und die Komponenten des elektronischen Detektors sind durch ein Fenster von den Prozessgasen getrennt. Diese Anordnung ermöglicht Messungen vollständig ohne Kontakt zwischen Prozessgas (einschließlich mitgeführter Verunreinigungen) und kritischen Komponenten des Analysators. Moleküle des Analyten in der Gasprobe absorbieren Licht und senken die Lichtintensität in direkt proportionalem Verhältnis zu ihrer Konzentration gemäß dem Lambert-beerschen Gesetz. Die Differenz der Lichtintensität wird vom elektronischen Detektor gemessen, und das Signal verarbeitet, um die Konzentration im Prozessgas zu berechnen. Für Wassermessungen im Wasserstoff-Recyclegas eines SRR werden die TDLAS-Analysatoren für die Messung in zwei spezifischen Bereichen konfiguriert und kalibriert: 0 bis 50ppmv und 50 bis 1.000ppmv. Der erste Bereich wird zur Prozessüberwachung und -regelung im Normalbetrieb verwendet. Der höhere Bereich dient zur Trendüberwachung bei der Vor-Ort-Regenerierung und Trocknung des Katalysators. Der Analysator ist so programmiert, dass er bei Überschreiten einer Wasserkonzentration von 50ppmv in den Trendmodus umschaltet.
Endress+Hauser Messtechnik GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN Process Automation 2017 - 17.04.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
