Anwendungsbereiche des Wärmeleitfähigkeitsmessgeräts
Luftzerlegungsanlage
Luftzerlegungsanlagen trennen Luft in der Regel in Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂) und Argon (Ar) auf; einige Anlagen können darüber hinaus Edelgase wie Neon (Ne), Krypton (Kr) und Xenon (Xe) abtrennen. Im Produktionsprozess müssen Feuchtigkeit (H₂O), Kohlendioxid (CO₂) und Kohlenwasserstoffe (CmHn) aus der Luft entfernt werden, um eine sichere Produktion zu gewährleisten, den Energieverbrauch und die Produktionsenergiekosten zu senken sowie die Reinheit des Produktgases zu kontrollieren. Luftzerlegungsanlagen können je nach Faktoren wie Produktqualität und -menge zwischen den folgenden drei Verfahren wählen: kryogene Trennung (Tiefkühlverfahren), Druckwechseladsorption (PSA) oder Vakuum-Druckwechseladsorption (VPSA) sowie Membrantrennung. Kryogene Trenntechnologien nutzen in der Regel Kompression, Kühlung und Expansion, gefolgt von selektiver Destillation und Vergasung der Flüssigkeit, um verschiedene Produkte herzustellen.
SMART-TCD (wärmeleitend) kann zur Messung der prozentualen O₂-Konzentration im Niederdruck-Turmzulauf, im Rohargon-Turmzulauf, im Rohargon-Turmprodukt und im Sauerstoffprodukt verwendet werden. Außerdem kann SMART-TCD (Wärmeleitfähigkeit) zur Messung von Argon (Ar) im Zulauf und im Produkt der Rohargon-Kolonne, von Wasserstoff (H₂) nach der Entgasungseinheit sowie zur Reinheitsmessung von Edelgasen wie Neon, Krypton und Xenon.
Kohleverarbeitende Industrie
Die Kohlechemie beginnt in der Regel mit der Kohlevergasung, bei der Kohle in ein Synthesegasgemisch aus brennbarem Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H₂) umgewandelt wird, das anschließend zur Herstellung synthetischer aromatischer organischer Verbindungen wie Wasserstoff (H₂), Ammoniak (NH₃), Methanol (CH₃OH), Methan (CH₄), Propan (C₃H₈), Butan (C₄H₁₀), Benzin und Diesel.
SMART-TCD (Wärmeleitfähigkeit) wird zur Messung von 0 bis 2/5/25/100 % Sauerstoff (O₂) und 0 bis 5/20/50/100 % Wasserstoff (H₂) verwendet.
Wasserstoffgekühlte Generatoren
Da Wasserstoff eine geringe Dichte, eine hohe spezifische Wärme und die höchste Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann er aufgrund seiner effizienten Kühleigenschaften als Kühlmittel in großen Generatoren eingesetzt werden. Auch Helium ist ein Kühlmittel und nicht brennbar, doch seine hohen Kosten behindern seinen Einsatz. Die Überwachung der Kühleffizienz zur Maximierung der Produktivität und zur Verringerung von Reibungsverlusten sowie als Sicherheitsmaßnahme zur Vermeidung explosiver Gasgemische erfordert eine Überwachung des Kühlmittels in wasserstoffgekühlten Generatoren.
In der Anlaufphase ersetzen wasserstoffgekühlte Generatoren die Luft durch ein Inertgas wie Kohlendioxid (CO₂) oder Argon (Ar), woraufhin das Inertgas durch Wasserstoff (H₂) ersetzt wird. In der Abschaltphase werden diese beiden Schritte in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt, um die Bildung explosiver Gasgemische zu verhindern. Mit der SMART-TCD-Messung (thermisch leitfähig) lassen sich 0 bis 100 % Kohlendioxid (CO₂) oder Argon (Ar) in Luft sowie 0 bis 50/80/100 % Wasserstoff (H₂) in Inertgas messen, wobei mehrere Gasmessmodi genutzt werden können, um unterschiedliche Betriebsbedingungen mit demselben Analysegerät zu erfassen.
Metallurgie/Wärmebehandlung
Bei metallurgischen Wärmebehandlungsverfahren wie Inertisierung, Oxidation, Reduktion, Aufkohlung, Entkohlung, Nitrierung und anderen Prozessen ist die Überwachung der Gaskonzentrationen von Wasserstoff (H₂), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄), Sauerstoff (O₂), Wasserdampf (H₂O), Stickstoff (N₂) und Ammoniak (NH₃) von entscheidender Bedeutung für die Produktqualität.
Mit SMART-TCD (wärmeleitend) lässt sich die Wasserstoffkonzentration (H₂) im Bereich von 0 bis 50/80/100 % messen.
Metallurgie (Eisenerzeugung im Hochofen)
Bei der Stahlherstellung wird Eisen mithilfe eines Sauerstoffkonverters mit Bodenblasung (BOF) oder eines Lichtbogenofens (EAC) reduziert, um Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff weiter zu verringern, wobei große Mengen an Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) entstehen.
SMART-TCD (Wärmeleitfähigkeit) wird zur Messung von Wasserstoff (H₂) im Rauchgas, am Staubfilterbeutel und am Kokereigasauslass eingesetzt.
Einsatz von Analysegeräten der SMART-Serie in der Raffineriekatalyse
Kontinuierliche katalytische Reformer (CCR) in Raffinerien müssen Katalysatoren mit 100 % reinem Stickstoff regenerieren, wobei das Vorhandensein von Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen im Stickstoffgas überwacht und geregelt werden muss. Typischerweise enthält der Stickstoff bis zu 1 % Wasserstoff oder bis zu 15 % organisches Gasgemisch, das in der Regel aus 10,5 % Propan (C₃H₈) und 4,5 % Butan (C₄H₁₀) besteht. An dieser Stelle gibt es zwei Kurven: eine Kurve für bis zu 15 % organisches Gasgemisch und eine Kurve für bis zu 1 % Wasserstoff (H₂). Es wird eine spezielle Linearisierung der beiden Kurven durchgeführt, um den Mittelpunkt für reinen Stickstoff auf 50 % des Messbereichs (12 mA) festzulegen, den vollen Messbereich von 100 % (20 mA) für Stickstoff (N₂) mit 1 % Wasserstoff und den Nullpunkt von 0 % (4 mA) für ein organisches Gasgemisch von 15 %, um SMART-TCD (Wärmeleitfähigkeit) für die Überwachung und Messung katalytischer Prozesse zu erreichen.
Einsatz von Analysatoren der SMART-Serie bei der Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse
Die Wasserstofferzeugung durch Wasserelektrolyse erfolgt mithilfe einer Elektrolyseanlage, die elektrische Energie in chemische Energie umwandelt, um durch die Elektrolyse von Wasser Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) zu erzeugen. Der Wirkungsgrad der Elektrolyse wird durch die Überwachung der Wasserstoffkonzentration während des Elektrolyseprozesses gesteuert. Zu diesem Zeitpunkt enthält das Wasserstoffgas eine große Menge Wasserdampf, was die Messergebnisse beeinträchtigen und sogar den Sensor beschädigen kann.
SMART-TCD (Wärmeleitfähigkeitsmessung) kann zur Messung der Wasserstoffreinheit (H₂) und des O₂-Gehalts in H₂ eingesetzt werden; der Sensor ist vor Kondenswasser und Staub geschützt.