Заводы по производству азотной кислоты могут производить быстро меняющиеся объемы выбросов закиси азота, особенно при изменении производственной нагрузки или эффективности мер по сокращению выбросов. Если система мониторинга не может фиксировать эти изменения, ежегодные отчеты о выбросах парниковых газов могут занижать показатели важных периодов работы или основываться на данных, которые трудно обосновать. Поэтому комплексная система мониторинга должна измерять как концентрацию, так и количество газа, необходимое для расчета выбросов.
Для установок, подпадающих под действие законодательства ЕС, при производстве азотной кислоты необходимо использовать непрерывный мониторинг выбросов N₂O. Система должна определять репрезентативную концентрацию N₂O после любого соответствующего оборудования для снижения выбросов, сопоставлять ее с расходом дымовых газов, охватывать как условия снижения выбросов, так и условия без снижения выбросов, а также предоставлять проверенные данные о массовых выбросах для отчетности.
Это означает, что выбор анализатора N₂O — лишь одна часть проекта. Место отбора проб, выбор диапазона измерений, обработка влаги, определение газового потока, обеспечение качества и обработка данных — все это влияет на полноту представляемых годовых результатов.
Какие источники должны быть включены в зону мониторинга?
Измерение выбросов только на обычном выходе одной производственной линии может не учитывать обходные пути, параллельные линии или выбросы, связанные с контрольным оборудованием. Эти упущения становятся существенными при расчете годовых сумм. Инвентаризация источников выбросов предотвращает превращение, казалось бы, небольших пробелов в недостатки отчетности.
Регламент ЕС о мониторинге и отчетности в рамках системы торговли выбросами определяет выбросы, возникающие в процессе производства, в результате:
- Каталитическое окисление аммиака.
- Установки для снижения выбросов NOₓ или N₂O.
- Каждый соответствующий производственный участок или источник выбросов.
- Периоды проведения работ по снижению загрязнения.
- Периоды, когда выбросы не прекращаются или наблюдаются изменения в работе системы управления.
Рассматриваемые здесь положения касаются технологического N₂O, образующегося в результате перечисленной деятельности по производству химической продукции, а не N₂O, образующегося при сжигании обычного топлива.
Для каждого источника необходимо задокументировать его режим работы, расположение воздуховодов, оборудование для очистки, ожидаемый диапазон концентраций, метод определения расхода и подключение к системе отчетности предприятия.
Где следует измерять содержание N₂O?
Удобный порт для отбора проб может не обеспечить репрезентативный результат. Плохое перемешивание, попадание воздуха или отбор проб до заключительного этапа снижения концентрации могут исказить измеренную концентрацию и ослабить связь между данными и фактическим выбросом в атмосферу.
Для каждого источника загрязнения методология, основанная на измерениях, должна использовать репрезентативную точку отбора проб после проведения работ по удалению загрязнения, в месте установки оборудования. При оценке участка следует учитывать:
- Геометрия воздуховода и возмущения, возникающие выше по потоку.
- Однородность концентрации и скорости.
- Расстояние от мест ввода реагентов или каталитических ступеней.
- Возможное разбавление из-за утечки или продувочного воздуха.
- Температура, давление и влажность.
- Доступ для калибровки и проведения эталонных испытаний.
- Длина строки образца и время отклика.
- Безопасное техническое обслуживание в условиях эксплуатации оборудования.
Для подтверждения того, что местоположение соответствует всему газовому потоку, может потребоваться оценка траверса или профиля потока. Если поток неоднороден, подход к мониторингу и оценка неопределенности должны учитывать это.
Какая технология анализатора подходит для N₂O?
Анализатор, выбранный только на основе номинального списка газов, может столкнуться с помехами, насыщением или нестабильными условиями отбора проб. Отходящие газы азотной кислоты могут содержать водяной пар, NOₓ, кислород и изменяющиеся концентрации N₂O, поэтому аналитический метод должен быть валидирован в реальной матрице.
Возможные методы измерения включают:
- ИК-Фурье: Измеряет концентрацию множества газов, активных в инфракрасном диапазоне, и может включать N₂O, NO, NO₂, водяной пар и другие заданные компоненты.
- Специализированный инфракрасный анализ: Обеспечивает непрерывное измерение N₂O при условии надлежащего учета диапазона измерений, помех и влияния влажности.
- Референтные лабораторные или периодические методы: Они полезны для проверки, но не заменяют непрерывные измерения там, где это необходимо.
Наша система ESEGAS FTIR CEMS может быть сконфигурирована для N₂O и других соответствующих газов, активных в инфракрасном диапазоне. Перед предложением конфигурации мы анализируем ожидаемые минимальные и максимальные концентрации, мешающие вещества, влажность, температуру отбора проб и необходимую процедуру валидации. Включение анализатора в список газов само по себе никогда не должно рассматриваться как доказательство его соответствия конкретному плану мониторинга.
Почему одного лишь измерения концентрации недостаточно?
При увеличении объемов производства и расхода выхлопных газов концентрация может снижаться, в то время как общая масса выбросов возрастает. Поэтому представление данных о концентрации без учета расхода дает неполную картину и может искажать влияние изменений нагрузки предприятия.
Ежечасные выбросы N2O рассчитываются на основе концентрации и соответствующего объема газа. Следовательно, система мониторинга должна соответствовать следующим требованиям:
| Параметр | Цель мониторинга |
|---|---|
| концентрация N₂O | Определяет долю N₂O в выхлопных газах. |
| Поток дымовых газов | Преобразует концентрацию в скорость выброса |
| Концентрация кислорода | Поддерживает косвенное определение потока там, где это применимо. |
| Влажность | Обеспечивает равномерную коррекцию от влажного состояния к сухому. |
| Температура и давление | Поддерживает нормализацию потока. |
| Рабочее состояние | Различает периоды производства, простоя и нештатные ситуации. |
| Дебит | Поддерживает проверку достоверности и анализ производительности. |
В отношении производства азотной кислоты регламент предусматривает метод определения расхода по поступающему воздуху и допускает альтернативный подход в тех случаях, когда предписанный метод технически нецелесообразен и одобрен компетентным органом. Таким образом, непрерывное измерение расхода дымовых газов может быть частью утвержденного альтернативного метода, а не автоматическим выбором для каждого предприятия.
Для всех подключенных параметров необходимо использовать совместимые метки времени, эталонные условия и периоды усреднения.
Как следует регулировать влажность и контрольные параметры окружающей среды?
Смешивание данных о концентрации влаги и сухих веществ может привести к систематической ошибке в отчетности, которая остается скрытой в течение всего года. Риск возрастает, когда влажность изменяется в зависимости от нагрузки на растение или когда разные приборы применяют корректировки независимо друг от друга.
При необходимости измерения следует корректировать с учетом сухого газа и последовательно представлять в отчетах. Предприятия должны документировать следующее:
- Независимо от того, измеряется ли содержание N₂O по влажному или сухому весу.
- Как измеряется или удаляется водяной пар.
- Место измерения влажности.
- Заданные значения температуры и давления.
- Уравнения коррекции, используемые системой обработки данных.
- Обработка конденсата в экстрактивных системах.
- Возможно ли, что растворимые или реакционноспособные газы, измеряемые совместно, могут теряться в процессе сушки.
В конфигурации ИК-спектрометра с горячей и влажной средой вода удерживается в образце, и его можно измерять наряду с другими газами. В конфигурации с холодной и сухой средой влага удаляется перед анализом, но требуется документально подтвержденная коррекция и подтверждение того, что целевое измерение остается репрезентативным.
Как одна система может охватывать как устранённые, так и неустранённые нарушения?
Диапазон, выбранный для нормальной работы катализатора, может насыщаться во время запуска, обхода или отказа системы снижения выбросов. Высокий диапазон, выбранный только для аварийных ситуаций, может обеспечить низкую разрешающую способность во время стабильной работы. Любое из этих несоответствий может создавать разрывы именно тогда, когда выбросы изменяются наиболее сильно.
Система должна быть способна измерять все соответствующие источники как в режиме снижения выбросов, так и в режиме непрерывной работы. В зависимости от области применения это может потребовать:
- Несколько аналитических диапазонов.
- Автоматическое переключение диапазонов с использованием документированной логики.
- Контролируемое разведение.
- Отдельные каналы для разных точек выброса.
- Проверка при низких и повышенных концентрациях.
- Обработка сигналов тревоги при выходе за пределы допустимого диапазона.
- Тестирование времени отклика на всем пути прохождения образца.
- Запись данных об обходе катализатора и состоянии работы установки.
Переходы между диапазонами следует включать в проверку качества, а не оценивать только после возникновения нештатной ситуации.
Как следует контролировать качество данных и наличие пропущенных периодов?
Даже год интенсивной эксплуатации анализатора может содержать некорректные результаты, если дрейф, сбои калибровки или ошибки связи не были правильно выявлены. Четкие правила позволяют отличить подлинные изменения выбросов от проблем в измерительной системе.
План мониторинга должен содержать следующие положения:
- Проверки на нулевое значение и контрольные точки.
- Графики калибровки и эталонных испытаний.
- Критерии приемлемости дрейфа и диапазона.
- Периоды технического обслуживания и выхода из-под контроля.
- Индикаторы состояния анализатора, потока и кислорода.
- Процедуры в случае неудачной калибровки.
- Правила замены данных для отсутствующих значений концентрации или вспомогательных параметров.
- Сохранение исходных сигналов и результатов расчетов.
- Оценка неопределенности.
- Контроль доступа и журналы аудита.
Система сбора данных должна рассчитывать и сохранять почасовые значения, используемые для расчета годового итога. Операторы также должны сравнивать тенденции изменения концентрации N₂O с темпами производства, поступлением аммиака и состоянием мер по снижению выбросов, чтобы выявлять неправдоподобные результаты.
Что необходимо подтвердить перед настройкой системы непрерывного мониторинга качества (CEMS)?
Начиная с типовой спецификации прибора, можно оставить без внимания важные решения по плану мониторинга. Краткий анализ конструкции помогает согласовать аналитический пакет как с условиями процесса, так и с задачами отчетности.
Перед выбором системы подтвердите следующее:
- Включая каждый производственный блок и источник выбросов.
- Необходимо наличие соответствующего разрешения и утвержденного плана мониторинга.
- Ожидаемые диапазоны снижения и сохранения концентрации N₂O.
- Газовая матрица, влажность и температура.
- Место отбора проб и профиль потока.
- Метод определения расхода.
- Необходимые эталонные условия.
- Дополнительные измерения, такие как O₂ или H₂O.
- Процедуры калибровки и проверки.
- Интерфейсы данных, вычисления и хранение записей.
Для получения достоверных данных о содержании N₂O требуется скоординированная цепочка измерений, а не автономный анализатор. В ESEGAS мы подходим к анализу азотной кислоты, подбирая анализатор, нагреваемый путь отбора проб, вспомогательные измерения расхода и содержания кислорода, а также систему обработки данных в соответствии с утвержденным методом мониторинга. Это помогает предприятиям получать непрерывные результаты, которые остаются репрезентативными как при стабильном производстве, так и при изменении режимов снижения выбросов и в периоды нештатной работы.
