Mettler Toledo TDL ile baca ve gaz yıkayıcılarda güvenilir HCI takibi

Çevreye zararlı etkileri nedeniyle, fabrika bacalarının çıkışlarındaki hidrojen klorür (HCl) seviyeleri artan bir kaygı sebebidir. Bu seviyelerin gerekli sınırlar içinde olduğundan emin olmak için, gaz bulunan baca ve yıkayıcılara HCI izleme ekipmanı takılmaktadır. Aynı zamanda yaygın şekilde kullanılan teknolojilerle gaz ölçümü son derece zorlu olabilirken, METTLER TOLEDO ayarlanabilir diyot lazer analiz cihazları; yerinde, düşük bakım gerektiren ve güvenilir bir alternatif sunmaktadır.

Endüstriyel proseslerde en yaygın şekilde salınan (kükürtlü olmayan) gaz, hidrojen klorürdür. Bu gaz, göz ardı edilemez bir hava kirletici olmakla birlikte insan sağlığına ve çevreye zararlıdır. HCI asit yağmurlarına ve bunların sonucunda hem alt yapıda hem de tarımda meydana gelen zararları artırıcı etkilere sebep olmaktadır. Fabrika bacalarının çıkışlarındaki HCl’nin yaygın kaynakları, çöp yakımı ve etilen diklorür üretimidir. Bu prosesler, çıkış gazları göz ardı edilemez hacimlerde HCI üretir ve bu gaz atmosfere salınmadan önce çok düşük seviyelere düşürülmesi gerekmektedir.

HCI 0,26 ppmv’lik düşük bir koku eşiği olan tesirli bir gazdır. HCl’nin hayata ve sağlığa ivedi tehdit konsantrasyonu 50 ppmv’dir. HCl için Ulusal Sağlık ve Mesleki Güvenlik Enstitüsü ve Mesleki Güvenlik ve Sağlık Yönetimi tarafından izin verilen maruziyet sınırı sadece 5 ppmv’dir. Bu tehlikelerinden dolayı sabit salınım kaynaklarından HCI yayılımı gittikçe daha fazla izlenmekte, denetlenmekte ve hatta birçok ülkede yasal salınım seviyeleri uygulanmaktadır.

EKSTRAKTIF ÖLÇÜM TEKNOLOJILERININ ZORLUKLARI

HCl ölçümü için göz önüne alınabilecek birçok salınım izleme sistem teknolojisi mevcuttur. Yayılmamış kızılötesi gaz filtresi korelasyonu, Fourier dönüşümü kızılötesi ve boşluk halka altı spektroskopi gibiekstraktif yöntemler bu teknolojilere dahildir. Bu seçeneklerden her birinin kendi değeri olsa da hepsinin ortak bir gerekliliği; HCI seviyelerinin belirlenmesini sağlamak için prosesten bir gaz örneğinin çıkarılması vekoşullandırılmasıdır.
 

Sonuç olarak, bu yöntemlerin herhangi biri ele alındığında karşılaşılan ilk zorluklardan biri uygun örnek çıkarımve hazırlama ekipmanının sağlanmasıdır. Analiz için HCI içeren bir gaz örneğini off-line yöntemlerle çıkarmak sorunlu ve masraflı olabilir. Bu daha çok HCI gazının çözünebilir ve “yapışkan” doğasıyla ilgilidir. Her çeşit örnekle ıslanmış yüzey (borular, regülatörler, rotametreler, filtreler vb.) gazı emer ve geri salar; bu prosese genelde tersine çevrilebilir retansiyon denir ve yine bu proses gecikmeli veya yanlış sonuçlara neden olabilir. (bk. Şekil 1)

Aynı zamanda, örnek hazırlama sisteminde oluşabilecek kontaminasyon HCl’nin önemli ölçüde retansiyonuna neden olabilir (regülatör veya borulardaki kir tipik bir örnektir). Hatta, kirli bir örnek taşıma hattı 30 dakika veya daha uzun sürede T90 yanıt süresine neden olabilir. Analizde böyle bir gecikme kesinlikle elverişsizdir. Bu sorunu, hazırlama sistemlerinde malzemelerin dahili yüzey alanını azaltmak ve geri çevrilebilir retansiyonun etkilerini en aza indirmek için çok dikkatli bir şekilde seçilmesi ve tasarlanması gerekir.

Yüzeyleri pasifize etmek için sistem içinden yüksek HCI konsantrasyonları geçirdikten sonra konsantrasyonu azaltarak HCI retansiyonuna sebep olabilecek her türlü in-line filtrenin düzenli aralıklarla temizlenmesi de dahil olmak üzere yanıt sürelerini azaltmak için çeşitli yöntemler kullanılabilir. Bununla birlikte, düşük seviye HCI ölçümünde yanlış okumalara sebep olabilecek numune örneğinin sistemden kaybını önlemek için örnek sisteminin yüksek bir sıcaklıkta (tipik olarak 180 °C veya daha yüksek) tutulması önemlidir. Bu da normalde “sıcak/ıslak” sistem denilen koşul gerekliliğini doğurmaktadır.

Sıcak/ıslak örnek sistemin kilit bileşenleri şunlardır:
• Numune örneği probu (baca gazının sıcaklığına bağlı olarak)
• Örnek prob filtresi

• Örnek hattı
• Isıtılmış hacim başlığı pompasıx

• Fittingler
• Ölçüm hücresi
Yukarıdaki bileşenlerin hepsi HCI ölçüm sisteminin satın alımına ilave masraflar çıkartırken bu türden ekipmanlar için sürekli bir çalışan ve düzenli aralıklı bakım oldukça maliyetli olabilir. Güvenli HCI ölçümlerinin sürdürülmesi gün geçtikçe analize olan güveni de sarsabilir. Sabit salınım kaynaklarından kirleticilerin izlenmesi gerekmektedir. Ayrıca HCI seviyelerini düşürerek etkisini hafifletme prosesi kapsamında taşıyıcı gaz sisteminden HCI’yi yıkamak için proses gaz yıkayıcılar kullanılmaktadır.

ISLAK GAZ YIKAYICILAR
Birçok endüstriyel ve kimyasal proses büyük miktarda atık gaz üretir. Bu atık gaz akışlarından bazıları doğasında asidiktir ve temizlemenin ileri saflarından önce asidin nötrleştirilmesini gerektirir. Bu, tesis alt yapısına veya proseslerine zarar gelmesini önler ve tesis gaz salınımlarını azaltır. Bu nötrleşmeyi sağlamak için ıslak yıkama kuleleri (veya sütunları) kullanılır. Bu kulelerin içinde su ve sıvı kimyasallar asidik bileşenleri gazdan kimyasal olarak emmek (temizlemek) için atık gaza ters akışlı olarak püskürtülür (Şekil 2). HCI asidik bir gazdır ve örneğin termal oksitleyicilerin, kağıt hamuru ve kağıt öğütücülerin ve çimento fabrikaların ham ve temiz gaz akışlarında bulunabilir.


 

Bu yıkayıcılarda etkinliği denetlemek için HCI yıkayıcı çıkışında kaçaklar saptanır (bazen giriş ağzındaki seviyeler de izlenebilir). Bu ölçümler tipik olarak proses denetim ölçümü olarak görülür ve doğrudan yasal denetimlere tabi değildir.
 

Geri dönüştürülmüş içme suyu yıkayıcıların içindeki HCI’yi emmek için kullanılabilir. Bu durumda ortaya hafif bir hidroklorik asit çözeltisi (HCI gazı suyla temas edince hidroklorik asit) çıkar. Bu su da tesisin başka bir yerinde kullanmak için değerli bir yan ürün olabilir. Bununla birlikte, HCI yüksek oranda asidik olduğundan sodyum hidroksit (NaOH) gibi güçlü bir alkali yıkama aracı kullanılırsa yıkayıcı etkinliği önemli ölçüde artırılmış olur. Bu durumda ortaya çıkan yan ürün de sodyum klorür (NaCI) olur.

 

Etkinliği garanti etmek için yıkayıcıların iç yapısı atık gaz ile yıkama aracı arasında maksimum temas alanını sağlamak için tasarlanmıştır. Tasarımlar, püskürtme odaları, fıskiyeler ve dolgulu yataklar da dahil olmak üzere çeşitli gaz/sıvı teması sağlama yöntemlerini birleştirir. HCI seviyelerine bağlı olmak üzere, bazı yıkayıcılarda, birimin çıkışında asit buğusu oluşumunu önlemek için buğu giderme sistemleri gereklidir.

HCl’nin ekstraksiyon teknolojileri kullanılarak yıkayıcı kule çıkış ağzında ölçümünün, yukarıda bahsedilen baca salımlarına çok benzer gereklilikleri ve kısıtlamaları vardır. Sonuç olarak, doğası gereği yüksek bakım ve sürekli çalıştırma masrafları ile çıkarma ve hazırlama ekipmanı yine bir kısıtlama olarak kalır.

DOĞRUDAN PROSES İÇİNDE HCL ÖLÇÜMÜ

HCl ölçümü için gaz örneklerinin çıkarılması ve hazırlanması ile ilgili sorunlara daha iyi bir çözüm ayarlanabilir diyot lazer (TDL) spektroskopisinde bulundu. Bu teknoloji, ölçülecek gazın emilim frekansıyla aynı frekansta bir lazer ışını kullanır. Lazer kaynağı doğrudan gaz akışına takılır ve tam karşısına da bir dedektör kurulur. Lazer ışını gazın içinden geçerken ışığın bir kısmı hedef gaz tarafından emilir ve dedektörün aldığı ışık miktarı hedef gazın akıştaki seviyesini belirler. TDL analizörleri (saha) yerinde kurulduğundan örnek çıkarma ve hazırlama ekipmanına gerek kalmaz. Bu aynı zamanda ölçümlerin neredeyse anlık olduğu anlamına gelir. O2, CO2, CO,

HCl, nem ve diğer gazları ölçmek için TDL çözümlerinin bu ve başka avantajları nedeniyle birçok kimyasal ve petrokimyasal proseslerde standart ölçüm teknolojisi haline gelmektedir

TDL analizörleri bir çapraz baca konfigürasyonudur. Yani, bacanın, borunun veya haznenin iki tarafına birbirinin hizasında bir lazer kaynağı ve bir dedektör takılır. Bu türden bir ayarlama, bacanın her iki tarafına da flanş takılmasını ve lazer kaynağı ile dedektörün dikkatli bir şekilde hizalanmasını gerektirir. Ayrıca iki flanşa da erişim olmalıdır. Maalesef, bu konfigürasyonunun da kendi sorunları olabilir. Termal genleşme veya büzüşme nedeniyle baca duvarları esnediğinde lazer kaynağı ve dedektörün hizası kayabilir ve aşırı durumlarda tüm sinyal kaybolabilir. Çözüm, ışını yeniden hizalamak veya kurulumu termal koşulların daha az şiddetli olduğu bir noktaya ama belki de gaz akışının hedef gazı daha az temsil ettiği bir konuma taşımaktır. Ayrıca, optic pencerelerde toz, parçacık ve “yapışkan” hidrokarbon oluşmasını önlemek için yüksek oranda temizleme gazı tüketimi gereklidir.

ÇÖZÜM: HIZALAMASIZ TDL'LER
Bu sistemin düzenli çalışmasını sağlayan sistem ise METTLER TOLEDO’nun geliştirdiği GPro® 500 serisi gibi hizalama gerektirmeyen TDL’lerdir. Bu analizörlerde hem lazer kaynağı hem de dedektör tek birimdedir. Analizör hacim başlığına yerleştirilen probunuzak ucunda köşeli bir küp (geri yansıtıcı) vardır. Bu küp lazer ışınını probu destekleyen kaynaktan dedektöre yöneltir. Bu da demektir ki bacanın veya haznenin sadece bir tarafına takılması gerekir. Yüksek proses sıcaklıkları bacayı/hazneyi yamultsa bile köşe küpü yine de lazer ışığını dedektöre yöneltmeye devam edecektir. Probun tasarımı, çapraz bacalı TDL’lere kıyasla temizleme gazı tüketiminin çok daha az olmasını sağlar. GPro 500’ün hareketli parçaları olmadığından fazla bakım gerektirmez, yıllık doğrulama ve düzenli aralıklarla optiklerin temizlenmesi yeterli olacaktır.

Hizalama sorunlarının olmaması, prob ve dedektör/analizör hacim başlığı biriminin küçük boyutları ve çeşitli proses arabirimleri GPro 500’ün sıkışık yerlerde bile hantal çaprazbacalı tasarımlarla çalışırken de ödün vermeden tam ölçümün gerektiği yerde kurulabilmesini sağlar.

Kirliliği en aza indirmek için endüstriyel atık gazlardaki hidrojen klorür seviyeleri azaltılmalıdır. Ancak at-line olmayan teknolojilerle HCI ölçümü yapmanın uygulaması bir çok durumda elverişsiz ve maliyetli olabilmektedir. Ayarlanabilir diyot lazer analiz cihazları gaz analizinin ön safında yer alır. Ölçüm duyarlılığı, düşük kurulum ve bakım, işletim maliyeti, hızlı yanıt süreleri ve  güvenilirliği, TDL’lerin itibarını teknoloji seçimi olarak perçinlemiştir. Yeni nesil prob türü TDL’ler teknolojinin temel avantajlarına sahip ancak gerçekten esnek, kurulumu kolay, kompakt ve güvenilir bir çözüm sağlamak için yüksek boşaltma gaz akışı ve hizalaması zorluklarından oluşan önceki eksikliklerin üstesinden kolayca gelmektedir.