Недавно один европейский стекольный завод ввел в эксплуатацию компактный система анализа газов, улавливающих углерод для проекта по улавливанию углерода. Проект был сосредоточен на двух целях. Во-первых, заказчик хотел понять динамическое поведение процесса плавления стекла. Во-вторых, предприятию требовался стабильный онлайн-мониторинг чистоты CO₂ перед последующей обработкой для улавливания углерода.
Полная система улавливания углерода обычно включает три основных компонента:
- улавливание CO₂
- транспортировка CO₂
- использование или хранение CO₂
Среди них этап улавливания является наиболее чувствительной частью всего процесса. Именно здесь система анализа газов, улавливающих углерод, играет решающую роль.
Вместо того чтобы рассматривать улавливание углерода исключительно с теоретической точки зрения, в этой статье будет представлена реальная специализированная система анализа газов, улавливающих углерод, используемая на промышленном стекольном заводе.
Зачем стекольной промышленности нужна система анализа газов, улавливающих углерод?
Мы разрабатываем система анализа газов, улавливающих углерод в виде интегрированной системы онлайн-мониторинга. Более того, она может непрерывно измерять состав дымовых газов до, во время и после процесса улавливания углерода. Это помогает операторам стекольных заводов понимать условия процесса в режиме реального времени внутри потока дымовых газов и поддерживать стабильную производительность улавливания CO₂ при изменяющихся промышленных нагрузках.
Производство стекла приводит к образованию высокотемпературных дымовых газов с колеблющейся концентрацией газов. Температура печи, качество топлива, эффективность сгорания, расход воздуха и производительность — все это может влиять на состояние дымовых газов. Без непрерывного мониторинга газов операторы не могут точно оценить эффективность улавливания, эффективность растворителей или чистоту CO₂. Традиционный ручной отбор проб не обеспечивает непрерывной видимости процесса. Операторы часто упускают из виду быстрые изменения концентрации в потоке дымовых газов. Специализированная система онлайн-анализа газов решает эту проблему за счет непрерывного измерения и автоматизированного отбора проб.
В практической промышленной эксплуатации система онлайн-анализа газов делает гораздо больше, чем просто измеряет CO₂. Кроме того, она помогает операторам:
- оптимизация условий сгорания
- уменьшить деградацию растворителя
- обнаружение нестабильности процесса
- защита оборудования для очистки на последующих этапах процесса
- повысить эффективность улавливания углерода
- поддерживать долговременную надежность системы
Какие газовые компоненты требуют непрерывного мониторинга в системе анализа газов, улавливающих углерод?
Различные газовые компоненты напрямую влияют на стабильность и эффективность процесса улавливания углерода. Для каждого газа требуется соответствующая технология измерения, основанная на диапазоне концентраций, условиях процесса и устойчивости к помехам. В качестве примера можно привести стекловаренные печи, которые в процессе сжигания выделяют большие объемы CO₂, CO, SO₂ и NOx. Эти газы напрямую влияют на эффективность улавливания углерода и качество последующей очистки.
Система анализа газов, улавливающих углерод Измеряемые компоненты и технологии
| Компонент газа | Диапазон измерения | Технология | Почему это имеет значение |
| О₂ | 0–1000 XNUMX частей на миллион | ECD | Определяет эффективность захвата и чистоту. |
| CO₂ | на 0–100% | NDIR | Измеряет концентрацию и чистоту CO₂ |
| CO | 0–100 XNUMX частей на миллион | NDIR | Отражает неполное сгорание |
| SO₂ | 0–50 XNUMX частей на миллион | УФ-ДОАС | Может повредить растворители для улавливания углерода. |
| НЕТ₂ | 0–100 XNUMX частей на миллион | УФ-ДОАС | Влияние на системы очистки на последующих этапах процесса |
Технология NDIR широко используется для измерения CO₂ и CO₂ благодаря своей высокой стабильности и устойчивости к промышленным помехам. При этом она особенно хорошо работает в условиях высокой влажности и высокой концентрации CO₂.
Технология UV-DOAS обеспечивает превосходную возможность обнаружения низких концентраций SO₂ и NO₂. Кроме того, она гарантирует высокую устойчивость к воздействию пыли и влаги в дымовых газах.
Для измерения сверхнизких концентраций кислорода система использует технологию ECD для мониторинга условий горения и баланса процесса с высокой чувствительностью.
В совокупности эти технологии создают стабильную систему анализа газов, улавливающих углерод, для длительной эксплуатации системы улавливания углерода.
Каковы основные компоненты системы анализа газов, улавливающих углерод?
Индивидуальные система анализа газов, улавливающих углерод Используемая на стекольном заводе, эта секция состоит из четырех основных секций. Каждая секция выполняет определенную задачу, обеспечивая стабильный онлайн-мониторинг газа в сложных промышленных условиях.
1. Единица отбора проб
Блок отбора проб является отправной точкой всей системы.
Она включает в себя:
- предварительно вваренная секция трубы для отбора проб
- шаровой кран
- клеммные фитинги
- конвейер транспортировки образцов
Одна сторона секции отбора проб приварена непосредственно к трубопроводу дымовых газов. Другая сторона соединяется с нагреваемой линией отбора проб, ведущей к шкафу анализатора.
С одной стороны, такая конструкция помогает поддерживать репрезентативность отбора проб газа, минимизируя при этом риск утечек и потери образцов во время транспортировки. С другой стороны, в высокотемпературных установках улавливания углерода стабильность отбора проб имеет решающее значение, поскольку состояние дымовых газов может быстро меняться во время работы печи.
2. Блок подготовки пробного газа
Неочищенные дымовые газы непригодны для прямого измерения с помощью анализатора.
Для обеспечения стабильного онлайн-мониторинга система включает в себя:
- двухступенчатая система конденсатора
- блок газовой фильтрации
- Насос для отбора проб Бюлера
Сначала проба газа поступает в конденсаторы, где удаляются влага и конденсат. Затем газ проходит через несколько ступеней фильтрации для удаления твердых частиц, прежде чем попасть в газоанализаторы.
Этот процесс подготовки защищает чувствительные оптические компоненты и повышает стабильность газоанализатора при длительной эксплуатации. Без надлежащей подготовки газа такие проблемы, как конденсация, загрязнение пылью и засорение оптической камеры, могут быстро повлиять на точность измерений.
3. Блок автоматического управления
Вся система газоанализа работает в автоматическом режиме с помощью платформы управления на базе ПЛК.
Ключевые компоненты включают:
- Система управления ПЛК Сименс
- промежуточные реле
- Электромагнитные клапаны установлены в каждой точке контроля газа
ПЛК автоматически управляет отбором проб газа, переключением клапанов, контролем состояния системы и передачей сигналов.
Такая автоматизированная конструкция сокращает объем ручного управления и повышает общую стабильность системы. Кроме того, она упрощает интеграцию в современные системы промышленного управления и централизованные платформы мониторинга. Для крупных промышленных предприятий автоматизированный режим работы помогает поддерживать стабильную производительность измерений круглосуточно.
4. Блок анализа газов и вывода данных.
Центральным элементом системы анализа газов, улавливающих углерод, является секция анализа газов и вывода данных. Система использует три онлайн-анализатора дымовых газов, обладающих: высокой стабильностью, низкими требованиями к техническому обслуживанию, возможностью непрерывного онлайн-измерения и удобным пользовательским интерфейсом.
Газоанализаторы непрерывно контролируют основные газовые компоненты в потоке дымовых газов стеклодувной печи и передают данные измерений в систему управления установки в режиме реального времени.
Газоанализаторы оснащены следующими устройствами:
- Аналоговый выход 4–20 мА
- Последовательная связь RS485
- Интерфейс связи RS232
- ЖК-дисплей и полностью сенсорный экран
По экранированным сигнальным кабелям данные о концентрации газа могут передаваться непосредственно в центральную диспетчерскую заказчика для: централизованного мониторинга, оптимизации процесса, анализа тенденций, управления аварийными сигналами и записи исторических данных. Это позволяет операторам быстро реагировать на изменения в процессе и поддерживать стабильную работу системы улавливания углерода в течение длительных производственных циклов.
Как работает система анализа газов, улавливающих углерод?
| № | Символ | Имя | Функция |
| 1 | SV1 | Двухходовой электромагнитный клапан (нормально закрытый) | Сливной фильтр |
| 2 | SV2 | Двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан | Электромагнитный клапан защиты/вентиляции |
| 3 | SV3 | Двухходовой электромагнитный клапан (нормально закрытый) | Электромагнитный клапан атмосферной связи |
| 4 | V1 | Ручной двухпозиционный трехходовой клапан | Переключение между режимами отбора проб и калибровки |
| 5 | FT1 | Первичный фильтр | Фильтр первого уровня |
| 6 | FT2 | Прецизионный фильтр | Вторичный фильтр |
| 7 | ВБЖ | Сигнализация влажности | Сигнализация влажности |
| 8 | ГПМ | Насос для отбора проб | Извлечение пробного газа |
| 9 | P | Перистальтический насос | Слив конденсатора |
| 10 | LJ | Расходомер | Обходное короткое замыкание |
| 11 | CG | Конденсатор | Конденсация образца газа |
| 12 | TS | Силиконовая баночка, меняющая цвет | Удалите воду из пробы газа. |
| 13 | ПСЖ | водосточная труба | Дренаж |
| 14 | ПКВГ | Выхлопная труба | Исчерпывать |
| 15 | SV11 | Двухходовой электромагнитный клапан (нормально закрытый) | Пропуск через сжатый воздух |
| 16 | SV12 | Двухходовой электромагнитный клапан (нормально закрытый) | Отбор проб |
Принцип работы система анализа газов, улавливающих углерод Начинается все с надежной системы отбора проб дымовых газов. Пробоотборный зонд, установленный непосредственно на технологическом трубопроводе, непрерывно отбирает дымовые газы из печи или дымовой трубы. Затем газ проходит по нагретой линии отбора проб в камеру газоанализатора. Однако неочищенные дымовые газы не могут напрямую попадать в газоанализаторы. Промышленные дымовые газы обычно содержат большое количество влаги, конденсата, пыли, мелких частиц и коррозионных компонентов.
Эти загрязнения могут повредить датчики, загрязнить оптические камеры и снизить стабильность измерений. Для решения этой проблемы система выполняет несколько этапов подготовки газа перед анализом.
Внутри анализаторного шкафа газ проходит следующий процесс:
1. Двухступенчатая конденсация
На первом этапе из пробы газа удаляются влага и жидкий конденсат. Этот этап защищает компоненты, расположенные ниже по потоку, и стабилизирует газовую среду.
2. Первичная фильтрация
Для предотвращения загрязнения внутри газового тракта удаляются более крупные частицы пыли и примеси.
3. Откачка пробы газа
Пробоотборный насос Bühler обеспечивает стабильную подачу газа и поддерживает постоянный поток пробы к анализаторам.
4. Прецизионная фильтрация
Высокоточный фильтр удаляет частицы размером более 1 мкм до того, как газ попадет в анализаторы.
5. Онлайн-анализ газа
Полностью подготовленный газ в конечном итоге поступает в онлайн-анализаторы дымовых газов для непрерывного измерения.
Этот комплексный процесс подготовки значительно повышает надежность измерений в долгосрочной перспективе, одновременно снижая частоту технического обслуживания в суровых промышленных условиях.
В реальных проектах по улавливанию углерода стабильная подготовка проб зачастую так же важна, как и сам газоанализатор. Многие нестабильные показания вызваны не неисправностью датчика, а влагой, скоплением пыли или неправильной обработкой газа внутри системы отбора проб.
Заключение
Индивидуальные система анализа газов, улавливающих углерод Представленная в этой статье информация показывает, как онлайн-анализ газа может поддерживать проекты по улавливанию углерода в суровых промышленных условиях, включая высокие температуры, влажность и запыленность дымовых газов. От отбора и подготовки газа до NDIR, UV-DOAS, ECD, автоматизации с помощью ПЛК и централизованного вывода данных — каждая часть системы напрямую влияет на точность измерений и надежность процесса.
Если вы планируете проект по улавливанию углерода или модернизацию существующей установки CCUS, сейчас самое время оценить ваши текущие возможности по мониторингу газов. Устаревшие газоанализаторы, нестабильные системы отбора проб или неполные измерения газов могут ограничивать общую эффективность улавливания.
Более точный анализ газа приводит к лучшим результатам улавливания углерода.
Часто задаваемые вопросы:
1: Что такое система анализа газов, улавливающих углерод?
A система анализа газов, улавливающих углерод Это система онлайн-мониторинга, используемая для непрерывного измерения состава дымовых газов в процессе улавливания углерода. Обычно она анализирует такие газы, как CO₂, O₂, CO, SO₂ и NOx, чтобы помочь операторам контролировать эффективность улавливания, оптимизировать условия процесса и обеспечить стабильную работу системы. Система обычно включает в себя блоки отбора проб газа, подготовки проб, анализаторы, ПЛК-управление и блоки передачи данных.
2: Почему мониторинг чистоты CO₂ важен при улавливании углерода?
Чистота CO₂ напрямую влияет на безопасность трубопроводов, эффективность растворителей, их использование на последующих этапах и соответствие нормативным требованиям. Примеси, такие как SOx, NOx, влага, углеводороды или кислород, могут вызывать коррозию, снижать качество хранения и повреждать оборудование. Непрерывный мониторинг чистоты CO₂ помогает операторам поддерживать стабильную эффективность улавливания и соответствовать требованиям к транспортировке или хранению.
3: Какие технологии газоанализаторов используются в системах улавливания углерода?
В системах улавливания углерода широко используются несколько технологий анализаторов:
- NDIR для измерения CO₂ и CO
- UV-DOAS для мониторинга SO₂ и NO₂
- Электрохромный детектор для анализа низких концентраций O₂
- ИК-спектроскопия для мониторинга многокомпонентных примесей
- Газовая хроматография (ГХ) для детального анализа состава газа.
Выбор технологии зависит от состава газа, диапазона измерений, времени отклика и условий процесса.
4: Какие газы следует контролировать в системах улавливания углерода?
К наиболее часто контролируемым газам относятся:
- CO₂ для повышения эффективности улавливания и чистоты
- O₂ для оптимизации процесса горения и обнаружения утечек
- CO для эффективности сгорания
- SO₂ и NOx для защиты от растворителей и контроля выбросов
- Влага и следовые примеси для обеспечения безопасности трубопроводов и предотвращения коррозии.
В зависимости от конструкции технологического процесса, в различных отраслях промышленности также может проводиться мониторинг CH₄, H₂S, NH₃ или углеводородов.
5. Могут ли системы анализа газов с улавливанием углерода работать в условиях высоких температур?
Да. Промышленный системы анализа газов, улавливающих углерод Эти системы разработаны для работы в жестких условиях, включая высокотемпературные дымовые газы. Обычно в системе используются нагреваемые пробоотборные зонды, конденсаторы, фильтры и блоки подготовки проб для снижения температуры газа и удаления влаги или пыли до того, как газ попадет в анализатор. Правильная подготовка проб имеет решающее значение для стабильных долговременных измерений.
6: Почему мониторинг SO₂ и NO₂ важен в процессах улавливания углерода?
SO₂ и NO₂ могут существенно влиять на эффективность улавливания углерода. Эти кислые газы могут вступать в реакцию с растворителями, используемыми для улавливания, повышать риск коррозии, снижать производительность абсорбера и загрязнять потоки уловленного CO₂. Непрерывный мониторинг помогает операторам защищать оборудование, расположенное ниже по потоку, поддерживать стабильность растворителей и повышать общую надежность процесса.
