DE102007061050A1

DE102007061050A1 - Verfahren zum Betrieb einer Gasanalyseeinrichtung

Info

Publication number: DE102007061050A1
Application number: DE102007061050A
Authority: DE
Inventors: Roger Dr. Ingemey; Andreas Hess
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-07-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasanalyseeinrichtung, bei welcher mehrere Gaskomponenten simultan gemessen werden, sowie eine Einrichtung hierzu. Um hierbei zu erreichen, dass eine Mehrzahl von Gaskomponenten simultan bestimmbar sind und gleichzeitig die obigen Nachteile vermieden werden, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass aus einer Prozessleitung das zu analysierende Gas entnommen und einer in etwa auf Prozessgastemperatur thermostatisiert beheizten Gasleitung zugeführt wird und dass innerhalb einer Messanordnung mindestens ein Gasanalysemodul mit heißem Prozessgas beschickt und mindestens ein weiteres Gasanalysemodul mit einer parallelen gekühlten Messgasleitung mit abgekühltem Prozessgas beschickt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasmesseinrichtung bei welcher mehrere Gaskomponenten simultan gemessen werden, sowie eine Gasanalyseeinrichtung gemäß Oberbegriff des Patentansprüche 1 und 5.
Bei Gasanalyseverfahren besteht oft die Messaufgabe, mehrere Gaskomponenten zu bestimmen. Die kann entweder sehr aufwändig mit einem Massenspektrometer erfolgen, oder aber man richtet bekannte und bewährte Methoden wie die nichtdispersive Infrarot-Spektroskopie so ein, dass ein mehrkanaliges Messen möglich wird, wie aus der US 5 650 624 bekannt.
Ein weiterer Aspekt ist, auch Gaskomponenten bestimmen zu können, die in heissen Prozessgasen vorliegen. Hierbei werden oftmals die Gase in abgekühlter Form gemessen, so dass Kondensationseffekte chemische Reaktionen anschieben können, die das Messergebnis drastisch verfälschen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung dieser Art dahingehend zu verbessern, dass ein Mehrzahl von Gaskomponenten simultan bestimmbar ist und gleichzeitig die obigen Nachteile vermieden werden.
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 5 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Kern der Erfindung ist hierbei, dass aus einer Prozessleitung das zu analysierende Gas entnommen und einer in etwa auf Prozessgastemperatur thermostatisiert beheizten Gasleitung zugeführt wird, und dass innerhalb einer Messanordnung mindestens ein Gasanalysemodul mit heissen Prozessgas beschickt, und mindestens ein weiteres Gasanalysemodul mit einer parallelen gekühlten Messgasleitung mit abgekühltem Prozessgas beschickt wird. Dabei ist darauf zu achten, dass bei einer weiteren Beheizung des entnommenen Gases die Temperatur oberhalb des Taupunktes der jeweiligen zu messenden Gaskomponenten gehalten wird.
Auf diese Weise können innerhalb einer Messanordnung sowohl Gasanalysemessungen mit heissem Prozessgas durchgeführt werden, als auch zeitgleich, d. h. parallel Messungen bei abgekühltem Prozessgas. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass heisses Prozessgas Gaskomponenten enthält deren Konzentration nur im bis ins Messmodul hinein geführten Zustand wirklich der des heissen Prozessgases entspricht. Gaskomponenten im heissen Prozessgas wie NH₃ verändern ihre Konzentration durch Kondensation ganz erheblich. Um dieses zu vermeiden und wirklich die NH₃-Konzentration des heissen Prozessgases unverändert zu messen, muss die Kondensation verhindert werden. Dies gilt auch für Komponenten wie NO, NO₂ und CH₄ und viele andere mehr.
Gleichzeitig sollen aber diejenigen Gaskomponenten die im kalten Zustand eine unveränderte Konzentration im Prozessgas darstellen, wie CO im Kaltbereich der Messanordnung parallel, also zeitsynchron messbar sein. Dies wird durch die Erfindung in einfacher Weise ermöglicht.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das aufgeheizte Gas gleichzeitig parallel einem photometrischen nichtdispersiven UV-Analysator, sowie einem Flammionisationsdetektor FID zugeführt wird, während in einer weiteren parallelen Leitung das Gas gekühlt und sodann in einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator analysiert wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass in der Leitung zum NDIR das Prozessgas geregelt gekühlt wird.
Weiterhin ist ausgestaltet, dass im Heisgasleitungsbereich über einen dort angeordneten Einspeisungspunkt Kalibriergas während Kalibrierphasen eingespeist werden kann, welches in dem nachfolgenden Leitungsabschnitt auch auf die jeweils aktuelle Haltetemperatur aufgeheizt wird.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art besteht der Kern der Erfindung darin, dass an einer Entnahmestelle aus einer Prozessgasleitung ein Temperaturfühler angeordnet ist, über welchen die aktuelle Prozessgastemperatur ermittelbar ist, aus einer Prozessleitung das zu analysierende Prozessgas über einen ersten mit Thermostat beheizbaren Leitungsabschnitt mindestens einer ersten Gasanalyseeinrichtung zuführbar ist, und ein paralleler zweiter Leitungsabschnitt kühlbar ist, so dass dort das Prozessgas gekühlt mindestens einer weiteren Gasanalyseeinrichtung zuführbar ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung hierzu ist angegeben, dass das aufgeheizte Gas gleichzeitig parallel einem photometrischen nichtdispersiven UV-Analysator, sowie einem Flammionisationsdetektor FID zuführbar ist, während in einer weiteren parallelen Leitung das Gas über einen Gaskühler kühlbar und sodann einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator über einen Kaltgasleitungsabschnitt zuführbar und dort analysierbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass im Heisgasleitungsbereich ein Einspeisungspunkt für Kalibriergas angeordnet ist, welche in den Kalibrierphasen in dem nachfolgenden Leitungsabschnitt auch auf die jeweils aktuelle Haltetemperatur aufheizbar ist.
Weiterhin ist angeben, dass die Gasanalyseeinrichtungen als Module ausgebildet sind, welche in einem Gerätegehäuse austauschbar angeordnet sind, und dass die Gasleitungen in einem thermisch abgeschirmten Bereich angeordnet sind, oder dass das Gerätegehäuse thermisch abgeschottete isolierte Gehäusebereiche aufweist, in denen sowohl die beheizbaren Gasleitungabschnitte als auch die mit heissem Prozessgas beschickten Gasynalysemodule angeordnet sind.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Einrichtung ortsnah an einer Prozessgasentnahmestelle angeordnet ist, und dass die Prozessgasentnahmestelle aus einem um einen Entnahmeflansch an der Prozessgasleitung angeordneten, thermisch isolierten Gehäuse besteht, in welchem ein Entnahmeventil samt Leitung mittels eines thermostatisierten Heizelementes heizbar ist.
In letzter vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Gasverbindungsleitung zwischen Prozessgasentnahmestelle und Analyseeinrichtung mit einem thermostatisierten Heizelement versehen ist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der Messanordnung, d. h. der Einrichtung. Ferner sind auch die Merkmale des Verfahrens daran verdeutlicht. Aus einer Prozessgasleitung 1 mit etwa 220°C heissem Prozessgas wird an der Entnahmestelle, welche mit einem thermisch isolierten Gehäuse 2 versehen ist Prozessgas entnommen. Hierzu ist dort ein Ventil platziert, welches samt Entnahmeleitung mit einem ersten Heizelement 4 auf derjenigen Temperatur gehalten wird, die zuvor in der Prozessgasleitung an der Entnahmestelle direkt am Prozessgas gemessen wurde. Mittels einer Verbindungsleitung 20, die ebenfalls mit einem Heizelement versehen ist, wird das entnommene Gas weitestgehend auf der Entnahmestellentemperatur gehalten. Sodann tritt das Gas in eine Leitung innerhalb des Gehäuses 5 einer Messeinrichtung bestehend aus mehreren Gasanalysemodulen 10, 11 und 12 ein. Der Leitungsabschnitt 6 ist ebenfalls mit einem Heizelement verbunden. Vorbei an einer Ventileinrichtung für die Kalibration 7 wird das entnommene heiße Messgas nun zwei ebenfalls beheizten Gasleitungen 8 und 9 zugeführt, und von dort in das Gasanalysemodul 10 (UV-Fotometer) und parallel dazu in den Flammionisationsdetektor 11 geleitet. Im UV-Spektrometer 10 wird auf die Gaskomponenten NO, NO₂ und NH₃ untersucht, während im FID 11 auf CH₄ untersucht wird.
Parallel zu den Leitungen 8 und 9 wird das Messgas nun über eine nicht beheizte Gasleitung 13 nunmehr einem Kühler 14 zugeleitet. Dieser kühlt das entnommene Prozessgas nun ab und führt es einem NDIR-Spektrometer 12 zur Analyse von CO zu.
Auf diese Weise können in einer kombinierten Einrichtung sowohl Gaskomponenten, deren Kondensation zu vermeiden ist, sowie Gaskomponenten, bei denen die Kondensation unerheblich ist gleichzeitig, und außerdem mit den jeweils höchst sensitiven Methoden gemessen werden.
Aufgrund der modularen Gestaltung der einzelnen Analyseeinrichtungen können unterschiedliche und auf die Komponenten jeweils optimierte Gasanalysemodule eingesetzt und kombiniert werden.

1: Prozessgasleitung
2: Entnahmestelle mit Gehäuse
3: Entnahmeventil
4: Heizelement, thermostatisiert
5: Messmodulgehäuse
6: Gasleitung mit Heizelemeten
7: Ventileinrichtung für die Kalibration
8: Gasleitung mit Heizelemeten
9: Gasleitung mit Heizelemeten
10: UV-Fotometer
11: Flammionisationsdetektor FID
12: Nichtdispersives Infrarot-Spektrometer NDIR
13: Parallele Gasleitung
14: Kühler
20: beheizte Verbindungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5650624 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Gasmesseinrichtung bei welcher mehrere Gaskomponenten simultan gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Prozessleitung das zu analysierende Gas entnommen und einer in etwa auf Prozessgastemperatur thermostatisiert beheizten Gasleitung zugeführt wird, und dass innerhalb einer Messanordnung mindestens ein Gasanalysemodul mit heissen Prozessgas beschickt, und mindestens ein weiteres Gasanalysemodul mit einer parallelen gekühlten Messgasleitung mit abgekühltem Prozessgas beschickt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgeheizte Gas gleichzeitig parallel einem photometrischen nichtdispersiven UV-Analysator, sowie einem Flammionisationsdetektor FID zugeführt wird, während in einer weiteren parallelen Leitung das Gas gekühlt und sodann in einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung zum NDIR das Prozessgas geregelt gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Heisgasleitungsbereich über einen dort angeordneten Einspeisungspunkt Kalibriergas während Kalibrierphasen eingespeist werden kann, welches in dem nachfolgenden Leitungsabschnitt auch auf die jeweils aktuelle Haltetemperatur aufgeheizt wird.
Gasanalyseinrichtung zur Messung einer Mehrzahl von Gaskomponenten aus einem stetig entnommenen Prozessgas, dadurch gekennzeichnt, dass an einer Entnahmestelle (2) aus einer Prozessgasleitung (1) ein Temperaturfühler angeordnet ist, über welchen die aktuelle Haltetemperatur ermittelbar ist, aus einer Prozessleitung das zu analysierende Prozessgas über einen ersten mit Thermostat beheizbaren Leitungsabschnitt (4) mindestens einer ersten Gasanalyseeinrichtung (10, 11) zuführbar ist, und ein paraller zweiter Leitungsabschnitt kühlbar ist, so dass dort das Prozessgas gekühlt mindestens einer weiteren Gasanalyseeinrichtung (12) zuführbar ist.
Gasanalyseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgeheizte Gas gleichzeitig parallel einem photometrischen nichtdispersiven UV-Analysator 10, sowie einem Flammionisationsdetektor FID (11) zuführbar ist, während in einer weiteren parallelen Leitung (13) das Gas über einen Gaskühler (14) kühlbar und sodann einem nichtdispersiven Infrarot-Gasanalysator (12) über einen Kaltgasleitungsabschnitt zuführbar und dort analysierbar ist.
Gasanalyseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Heisgasleitungsbereich ein Einspeisungspunkt für Kalibriergas (7) angeordnet ist, welches in den Kalibrierphasen in dem nachfolgenden Leitungsabschnitt auch auf die jeweils aktuelle Haltetemperatur aufheizbar ist.
Gasanalyseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasanalyseeinrichtungen (10, 11, 12) als Module ausgebildet sind, welche in einem Gerätegehäuse (5) austauschbar angeordnet sind, und dass die Gasleitungen (6, 8, 9) in einem thermisch abgeschirmten Bereich angeordnet sind, und/oder dass das Gerätegehäuse (5) thermisch abgeschottete isolierte Gehäusebereiche aufweist, in denen sowohl die beheizbaren Gasleitungabschnitte als auch die mit heissem Prozessgas beschickten Gasanalysemodule angeordnet sind.
Gasanalyseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ortnah an einer Prozessgasentnahmestelle (2) angeordnet ist, und dass die Prozessgasentnahmestelle aus einem um einen Entnahmeflansch an der Prozessgasleitung angeordneten, thermisch isolierten Gehäuse (2) besteht, in welchem das Entnahmeventil (3) samt Leitung mittels eines thermostatisierten Heizelementes (4) heizbar ist.
Gasanalyseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasverbindungsleitung (20) zwischen Prozessgasentnahmestelle (2) und Analyseeinrichtung mit einem thermostatisierten Heizelement versehen ist.