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Energieffizienter Messgaskühler minimiert Auswascheffekte in der Gasanalyse

|   Analysentechnik

Produktion, Fertigungsqualität und Anlagensicherheit sind in der chemischen Industrie, der Petrochemie, der Biochemie sowie vielen anderen Industriezweigen von der zeitnahen und exakten Überwachung der Betriebs- und Prozessparameter abhängig.

In einer großen Zahl dieser Applikationen ist die Analyse der in den Prozessen entstehenden Gase der Schlüssel zur sicheren und effizienten Beherrschung von Prozessabläufen, dem Umweltschutz und der Qualitätssicherung. Sie ist auch ein Baustein zur Referenzbildung für die Implementierung einer vorausschauenden Wartung (predictive maintenance). Dies gilt ebenso für die Kontrolle der Rauchgasemissionen in Kraftwerken oder die Abgasanalyse im Automobilbau, hilft bei der effizienten Steuerung von Luftzerlegern, von modernen Lagertechnologien oder der keimfreien Produktion und Verpackung in der Lebensmittelindustrie.

Viele der in den genannten Bereichen eingesetzten Analyseverfahren erfordern die Extraktion des Messgases aus dem Prozessstrom. Dabei werden zwangsläufig auch prozessbedingte Begleitstoffe wie Partikel oder Feuchte mit dem Messgas entnommen. Diese wiederum können die Messergebnisse beeinflussen und/oder die Messzellen der hochwertigen Analysatoren beschädigen. Das Messgas muss daher vor Eintritt in den Analysator aufbereitet werden. Diese Aufbereitung erfolgt je nach Komplexität der Applikation in verschiedenen Stufen, Sie beginnt an der Entnahmestelle des Messgases und endet mit der Freisetzung oder Rückführung des Gases nach erfolgter Analyse.

Zur Vermeidung jedweder Abfälschung der Zusammensetzung des Messgases wird es von der Entnahmestelle bis zum Aufbereitungssystem durch beheizte Leitungen geführt. Bedingt durch eine häufig toxische, fast immer korrosive Natur des Messgases verbietet sich in den Aufbereitungssystemen die Verwendung handelsüblicher Standard Komponenten der allgemeinen Mess-und Regeltechnik. Zuverlässige Analysensysteme erfordern spezifisch für diesen Einsatzbereich entwickelte Geräte und Komponenten.

In einer wichtigen Stufe des Aufbereitungssystems wird vor dem Eintritt des Messgases in den Analysator dem Gas die Feuchte entzogen. Dies geschieht in speziellen Gaskühlern. Dabei kommt es physikalisch/ chemisch bedingt zur Reaktion von Gaskomponenten mit dem sich bildenden Kondensat und in der Folge zu mehr oder weniger ausgeprägten Auswascheffekten, welche das Ergebnis der Analyse beeinflussen bzw. abfälschen können. In bestimmten Bereichen, wie der Emissionsüberwachung will man aber gerade diese wasserlöslichen Komponenten erfassen.

Der Grad des Auswascheffektes wird von verschiedenen Parametern bestimmt, unter anderem von der Konstruktion der eingesetzten Wärmetauscher und von der Steuerung des Kühlsystems. Diese beiden Faktoren müssen berücksichtigen, dass sich der Energiegehalt des sich abkühlenden Messgases verändert was den Verlauf der Kondensatbildungsphase beeinflusst.

In der neu entwickelten Gaskühler Baureihe TC-Double+ kommt nun eine Technologie zum Einsatz, die den Kondensationsprozess so beeinflusst, dass die Auswascheffekte, z. B. von SO2, auf ein gemäß EN 15267 Teil 3 tolerables Minimum reduziert werden können.  Dies Verfahren nutzt in effizienter Weise zum einen die im Messgas enthaltene Wärmeenergie und zum anderen von außen zugeführte elektrische Energie, um in zwei voneinander getrennten Wärmetauschern  durch reduzieren des Taupunktes die Feuchte schonend in Kondensat zu wandeln. Die beiden Wärmetauscher, durch die das Messgas kaskadierend geführt wird, sind in je einen unabhängigen Kühlblock eingesteckt.  Beide Kühlblöcke werden von Halbeiter (Peltier) Kühlelementen gekühlt.

Der Kühler ist sehr kompakt aufgebaut und ist in einem korrosionsfesten Gehäuse aus Edelstahl untergebracht. Die Wärmetauscher sind in den Werkstoffen PVDF und Glas erhältlich und können damit einem großen Anwendungsspektrum angepasst werden.  Sie sind ohne Demontage des Kühlers äußerst wartungsfreundlich zugänglich. Der Gaskühler ist optional mit Zusatzgeräten wie Feuchtefühler, Partikelfilter und Kondensatpumpe ausrüstbar.

Die Kühlleistung beträgt bei einem maximalen Durchfluss von 250 Nl/h bis zu 140 kJ/h. Der Ausgangstaupunkt ist werksseitig auf 5°C eingestellt und wird auf 0,1°C stabilisiert. Die zulässige Umgebungstemperatur von 60°C erlaubt den Einsatz der Messgaskühler in fast allen Klimazonen. Das Display zeigt die Blocktemperatur in °C oder °F und auf Abfrage den Status an. Im Steuergerät lassen sich Alarmschwellen und Taupunkt bei Bedarf individuell programmieren. Über den Statusausgang kann bei Erreichen der Betriebstemperatur die Messgasförderpumpe geschaltet werden.

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