Komplexe Raffinerieemissionen, aggressive Rauchgase und anspruchsvolle Compliance-Anforderungen können die Wartung von Emissionsmesssystemen erschweren. Ein korrekt ausgelegtes System liefert zuverlässige Emissionsdaten ohne ständige Fehlersuche.

A Kontinuierliches Emissionsüberwachungssystem (CEMS) Ein CEMS misst und protokolliert kontinuierlich Schadstoffe aus stationären Emissionsquellen. In Öl- und Gasverarbeitungsanlagen kann es SO₂, NOx, CO, CO₂, O₂ und andere Gase überwachen und gleichzeitig den Durchfluss und wichtige Abgasparameter erfassen.

Die Emissionsüberwachung in Raffinerien ist jedoch selten standardisiert. Prozessöfen, Kessel, katalytische Crackanlagen, Schwefelrückgewinnungsanlagen oder Fackeln können sehr unterschiedliche Gasströme erzeugen. Daher beginnt ein geeignetes Emissionsüberwachungssystem mit der Emissionsquelle, den relevanten Schadstoffen und den tatsächlichen Betriebsbedingungen.

Welche Schadstoffe sollte ein CEMS in Öl- und Gasverarbeitungsanlagen messen?

Die erforderlichen CEMS-Parameter hängen von der Emissionsquelle, den Prozessbedingungen und den geltenden Vorschriften ab. Bei vielen Verbrennungsquellen in Raffinerien bilden SO₂, NOx, CO, CO₂ und O₂ die Kernmessgruppe. Für spezifische Anwendungen können zusätzliche Gase und Prozessparameter erforderlich sein.

Die Konfiguration des CEMS sollte sich nach der Emissionsquelle und den geltenden Überwachungsanforderungen richten. Ein Prozessheizer benötigt möglicherweise primär NOx, CO, CO₂ und O₂. Bei einem schwefelhaltigen Prozess liegt der Schwerpunkt unter Umständen auf SO₂. Komplexere Anwendungen erfordern möglicherweise zusätzliche Gase wie HCl, HF, NH₃ oder H₂O.

Diese Unterscheidung ist beim Kauf eines CEMS wichtig. Anstatt nur zu fragen: „Wie viele Gase kann dieses Gasanalysegerät messen?“, sollten Käufer zunächst fragen: „Welche Gase muss diese Emissionsquelle tatsächlich messen?“ Sobald die Zielschadstoffe definiert sind, besteht die nächste Herausforderung darin, eine CEMS-Technologie auszuwählen, die mit den heißen, feuchten und potenziell korrosiven Rauchgasen der Raffinerie umgehen kann.

Welche CEMS-Messtechnologien eignen sich für Öl- und Gasverarbeitungsanlagen?

Öl- und Gasverarbeitungsanlagen benötigen nicht für jedes Gas die gleiche Messtechnik. Ein besserer Ansatz ist es, das Detektionsprinzip auf den Zielschadstoff, den Konzentrationsbereich, die Gasmatrix und die erforderliche Messgenauigkeit abzustimmen.

NDIR wird häufig für die Messung wichtiger Verbrennungsgase wie CO und CO₂ eingesetzt. UV-DOAS misst SO₂, NO und NO₂, während TDLAS spezifische Gase mit starken Absorptionslinien erfasst. FTIR ist besonders geeignet, wenn ein System ein breiteres Spektrum an Komponenten überwachen soll. ESEGAS nutzt diese Technologien in seinen CEMS-Lösungen je nach Gasart und Messanforderungen.

Bei regulierten Anwendungen sollte die Technologieauswahl jedoch über einen einfachen Vergleich der Sensorprinzipien hinausgehen. Die jeweilige Verordnung kann Leistungsspezifikationen, Referenzmethoden und Anforderungen an die Qualitätssicherung und -kontrolle festlegen. Die US-Umweltschutzbehörde (EPA) beispielsweise führt separate Leistungsspezifikationen für SO₂/NOx, O₂/CO₂, CO, Durchfluss, H₂S, VOCs und FTIR-basierte CEMS auf.

Wie bewältigt ein komplettes CEMS heiße, feuchte und staubige Raffinerieabgase?

Der Gasanalysator ist nur ein Bestandteil eines CEMS (Critical Energy Management System). In einer Raffinerie muss das Gas zunächst vom Kamin zur Messzelle gelangen, ohne dass wichtige Komponenten verloren gehen oder sich verändern. Ein typisches extraktives CEMS folgt diesem Pfad:

Kamin → Beheizte Probenahmesonde → Filtration → Beheizte Probenleitung → Gasaufbereitung → Gasanalysator → Datenerfassung

Heißes Rauchgas kann Wasserdampf und kondensierbare Verbindungen enthalten. Eine beheizte Sonde und eine beheizte Probenleitung tragen dazu bei, die Probe während des Transports über dem relevanten Taupunkt zu halten.

Staub kann Filter verstopfen und den Probenfluss behindern. Feuchtigkeit kann Kondensation verursachen, während korrosive oder kondensierbare Verbindungen nachgeschaltete Komponenten verunreinigen können. Das Filtrations- und Gasaufbereitungssystem kann dieses Problem lösen.

Der entscheidende Punkt ist einfach: Ein hochwertiges Gasanalysegerät kann eine mangelhafte Probe nicht korrigieren. Probenahmesystem und Gasanalysegerät müssen als eine Messkette zusammenarbeiten, beispielsweise in einem CEMS-System.

Was unterscheidet Raffinerie-CEMS von Standard-Industrie-CEMS?

Ein CEMS in einer Raffinerie steht oft vor einem komplexeren Betriebsumfeld als ein einfacher Verbrennungskamin. Eine Anlage kann Kessel, Prozessheizungen, Öfen, FCC-Anlagen, schwefelbezogene Prozesse und Fackeln umfassen, die jeweils unterschiedliche Gasströme erzeugen.

Die Zusammensetzung von Raffinerieabgasen kann hinsichtlich Temperatur, Feuchtigkeit, Gaszusammensetzung, Schadstoffkonzentration, Durchflussrate, korrosiver Bestandteile und Kohlenwasserstoffgehalt stark variieren. Daher ist eine einheitliche CEMS-Konfiguration möglicherweise nicht für jeden Schornstein geeignet. Beispielsweise kann ein Prozessheizer auf die Überwachung von NOx, CO, CO₂ und O₂ fokussiert sein, während ein anderer Prozess SO₂ oder weitere Gase erfordert. Manche Anwendungen benötigen zusätzlich die Überwachung von H₂O, HCl, HF, NH₃ oder Kohlenwasserstoffen.

Die Emissionsüberwachung in Raffinerien ist keine einmalige Messung pro Tag. CEMS-Systeme müssen über lange Betriebszeiten stabile Daten liefern und dabei Kalibrierung, Probenfluss, Temperaturänderungen und Wartungsvorgänge berücksichtigen.

Die EPA definiert CEMS als die gesamte Ausrüstung, die zur Bestimmung der Gas- oder Partikelkonzentration bzw. der Emissionsrate benötigt wird, nicht nur das Gasanalysegerät selbst. Anwendbare Vorschriften können zudem spezifische Leistungs- und Qualitätssicherungsverfahren vorschreiben, wenn CEMS-Daten zur Einhaltung von Vorschriften verwendet werden.

Diese Unterscheidung ist beim Kauf eines Systems wichtig. Raffinerie-CEMS sollten als vollständige Überwachungslösung – Gasanalysegerät, Probenahmesystem, Aufbereitung, Kalibrierung, Datenerfassung und Wartung – und nicht als eigenständiges Gasanalysegerät bewertet werden.

Nachdem die Messtechnik und die Probenahmearchitektur etabliert sind, besteht der nächste Schritt darin, ein CEMS zu entwerfen, das auf die spezifische Emissionsquelle und die Betriebsbedingungen der Öl- und Gasverarbeitungsanlage zugeschnitten ist.

Wie entwirft ESEGAS CEMS für Öl- und Gasverarbeitungsanlagen?

A Raffinerie CEMS Die Anforderungen sollten sich nach der Emissionsquelle richten, nicht umgekehrt. ESEGAS beginnt daher mit der Analyse des Anlagenprozesses, der Zielschadstoffe, der Abgasbedingungen und der geltenden Überwachungsanforderungen, bevor das Gasanalysegerät und die Probenahmearchitektur ausgewählt werden.

Zunächst ermittelt ESEGAS die Emissionsquelle und legt fest, was die Anlage messen muss.

Anschließend prüft das Team die Anforderungen an SO₂, NOx, CO, CO₂, O₂, H₂O, Durchfluss, Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit. Dies ist wichtig, da die EPA-Leistungsspezifikationen verschiedene CEMS-Parameter umfassen, darunter SO₂/NOx, O₂/CO₂, CO, Durchflussrate, H₂S, VOCs und FTIR-Anwendungen.

Anschließend wählt ESEGAS das Messprinzip entsprechend dem Zielgas und der Anwendung aus. Zum Beispiel:

Das LX-4000 CEMS kann SO₂, NO, NO₂, O₂, CO, CO₂, HCl, HF und H₂O überwachen und gleichzeitig Durchfluss, Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit messen.

Dieser Ansatz mit mehreren Parametern ist dann sinnvoll, wenn eine Raffinerie über mehrere Emissionsquellen mit unterschiedlichen Überwachungsanforderungen verfügt.

Fazit

Für Öl- und Gasverarbeitungsanlagen wandelt ein zuverlässiges CEMS kontinuierliche Gasmessungen in nutzbare Emissionsdaten um. Das System überwacht wichtige Schadstoffe, verfolgt veränderliche Prozessbedingungen und unterstützt die Einhaltung geltender Vorschriften. Die Leistungsfähigkeit hängt jedoch vom Gesamtsystem ab – nicht nur vom Gasanalysegerät. ESEGAS vereint Gasanalyse, Probenahme, Aufbereitung, Kalibrierung und Datenverarbeitung in anwendungsspezifischen CEMS-Lösungen.

Wenn Ihre Raffinerie ein CEMS für SO₂, NOx, CO, CO₂, O₂ oder andere Emissionsparameter benötigt, wenden Sie sich an ESEGAS, um die passende Überwachungsarchitektur für Ihre Emissionsquelle zu besprechen.