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Gasanalyse

Energieffizienter Messgaskühler minimiert Auswascheffekte in der Gasanalyse

| Autor / Redakteur: Gerd R. Biller / Dr. Jörg Kempf

Messgaskühler mit optimiertem Auswascheffekt
Messgaskühler mit optimiertem Auswascheffekt (Bild: Bühler Technologies)

Genauigkeit und Zuverlässigkeit einer Gasanalyse hängen entscheidend von der Messgasentnahmeeinrichtung und der -aufbereitung ab. Verschiedenste Faktoren wie die Feuchte im Messgas beeinflussen das Messergebnis und müssen entfernt werden. Lesen Sie, wie Sie dabei unerwünschte Auswascheffekte vermeiden.

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. Bei vielen 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 zudem ein Baustein zur Referenzbildung für die Implementierung einer vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance). Dies gilt auch für die Kontrolle der Rauchgasemissionen in Kraftwerken, hilft bei der effizienten Steuerung von Luftzerlegern, bei modernen Lagertechniken 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 Verfälschung 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.

Problem Auswaschung

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. verfälschen können. In bestimmten Bereichen, z.B. der Emissionsüberwachung, will man aber gerade diese wasserlöslichen Komponenten erfassen.

Der Grad des Auswascheffektes wird von verschiedenen Parametern bestimmt, u.a. 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.

Energie geschickt genutzt

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 Schwefeldioxid (SO2), auf ein gemäß EN 15267 Teil 3 tolerables Minimum reduziert werden können. Das 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 Halbleiter (Peltier)-Kühlelementen gekühlt.

Der Kühler ist kompakt aufgebaut und in einem korrosionsfesten Gehäuse aus Edelstahl untergebracht. Die Wärmetauscher sind in den Werkstoffen PVDF sowie Glas erhältlich und können damit einem großen Anwendungsspektrum angepasst werden. Sie sind ohne Demontage des Kühlers wartungsfreundlich zugänglich. Optional stehen Zusatzgeräte wie Feuchtefühler, Partikelfilter, Gas- und Kondensatpumpe zur Verfügung.

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

* Der Autor arbeitet als Berater für Bühler Technologies, Ratingen.

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