Wie man Abgase von petrochemischen Anlagen überwacht

Die Gewinnung, der Transport, die Verarbeitung und die Nutzung von Erdöl und Erdgas haben unweigerlich Auswirkungen auf die Umwelt. Um die potenziellen Schäden petrochemischer Anlagen für die Luft zu minimieren, ist eine engmaschige Überwachung der Gase in den Anlagen unerlässlich. So wird sichergestellt, dass die normale Produktion der petrochemischen Betriebe die umliegenden Anlagen, Einrichtungen und Wohngebiete nur minimal beeinträchtigt.

Zu den Hauptquellen von Abgasen in der petrochemischen Industrie gehören: Abgase aus Heizöfen und Kesseln von Ölraffinerien und petrochemischen Anlagen; überschüssige Gase, die in der Produktionsanlage entstehen, wie z. B. nicht kondensierendes Gas, Abschlämmgas und Reaktionsnebenprodukte; Verflüchtigung und Austreten von Leichtölen, flüchtigen Chemikalien und Lösungsmitteln während Lagerung und Transport; Gerüche und giftige Gase, die bei der Behandlung und dem Transport von Abwasser und Abfällen freigesetzt werden; sowie die Verflüchtigung und das Austreten von Abgasen aus petrochemischen Anlagen während des Transports von Rohstoffen und Produkten.

Die Abgase der Erdölraffinerieindustrie umfassen hauptsächlich: Benzopyren im Abgas aus oxidiertem Asphalt; katalytische Regeneration von SO2, CO, CO2 und Staub im Abgas; SO2, NOX, CO, CO2 und Staub im Verbrennungsabgas; sowie SO2, H2S und Ammoniak in schwefelhaltigen Abgasen.

Die Abgase der petrochemischen Industrie umfassen: SO2, schwefelhaltige Alkohole und Phenole im Geruch; SO2, NOX, CO, CO2 und Staub im Verbrennungsabgas; sowie Alkane, Alkene, Cycloalkane, Alkohole, aromatische Kohlenwasserstoffe, Etherketone, Aldehyde, Phenole, Ester, halogenierte Kohlenwasserstoffe und Cyanid im Prozessabgas.

Die Abgase der Kunstfaserindustrie umfassen hauptsächlich: Gesamtkohlenwasserstoffe im kohlenwasserstoffhaltigen Abgas; SO2, NOX, CO, CO2 und Staub im Verbrennungsabgas; und die reizenden Abgase in Methanol, Formaldehyd, Acetaldehyd, Säureentferner, Ethylenoxid, Hexediamin, Phthalsäure und Dimethylester.

Die Abgase der Erdöldüngerindustrie enthalten: CH4, H2S, Ammoniak, SO2, NOX, CO, CO2, Staub und Harnstoff im Prozessabgas; und SO2, NOX, CO, CO2 und Staub im Verbrennungsabgas.

Durch ein detailliertes Verständnis und die Überwachung der Zusammensetzung dieser Abgase können wir die Emissionen petrochemischer Anlagen effektiver steuern und so unsere Umwelt schützen. Kläranlagen der petrochemischen Industrie produzieren bei der Abwasserreinigung und der Entfernung von Öl, CSB, Ammoniakstickstoff und anderen Schadstoffen auch erhebliche Geruchsbelästigungen. Diese Geruchsbelästigungen stammen hauptsächlich von flüchtigen organischen Verbindungen, Schwefelwasserstoff (H₂S), organischen Sulfiden und Ammoniak, die eine niedrige Geruchsschwelle aufweisen und eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen.

Für brennbare Kohlenwasserstoffgase kann man zwischen katalytischen Verbrennungsdetektoren und Gasdetektoren wählen. Sind jedoch in der Umgebung Substanzen vorhanden, die das katalytische Detektorelement vergiften können, muss ein ungiftiger katalytischer Verbrennungsdetektor eingesetzt werden. In hypoxischen oder stark korrosiven Umgebungen werden Infrarot-Gasdetektoren empfohlen. Für Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Kohlenmonoxid eignen sich elektrochemische oder Halbleiterdetektoren am besten. Benzol lässt sich am besten mit Halbleiterdetektoren messen.

Katalytische Verbrennungsgasdetektoren, eine Art Hochtemperatursensor, nutzen den thermischen Effekt der katalytischen Verbrennung. Der Detektor besteht aus einem Detektionselement und einem Kompensationselement, die eine Messbrücke bilden. Unter bestimmten Temperaturbedingungen verbrennt das brennbare Gas flammenlos an der Oberfläche des Detektionselements und dem Katalysator. Die Konzentration des brennbaren Gases lässt sich durch Messung der Temperaturänderung des Trägers bestimmen. Der Detektor zeichnet sich durch geringe Kosten, einen einfachen Aufbau, geringe Beeinflussung durch Hintergrundgase und Umgebungstemperatur, ein hohes elektrisches Ausgangssignal, einfache Signalverarbeitung und -anzeige sowie die Möglichkeit zur automatischen Messung aus. Allerdings ist die Lebensdauer des Detektionselements begrenzt, der Messparameter beschränkt, die Anpassung an unterschiedliche Gaskomponenten und Umgebungsparameter schwierig, und es bestehen gewisse Sicherheitsrisiken.

Die elektrochemische Gasdetektion ist die gängigste und ausgereifteste Technologie zur Erkennung toxischer und schädlicher Gase. Elektrochemische Gasdetektoren sind Präzisionssensoren, die mit dem Zielgas reagieren und ein elektrisches Signal erzeugen, dessen Stärke proportional zur Gaskonzentration ist. Üblicherweise wird ein Zwei-Elektroden-System verwendet, bei dem eine dünne Elektrolytschicht die Arbeitselektrode von der Gegenelektrode trennt. Diffundiert das Gas in den Sensor, findet an der Oberfläche der empfindlichen Elektrode eine Oxidations- oder Reduktionsreaktion statt. Dadurch fließt ein Strom durch den externen Stromkreis zwischen den beiden Elektroden, dessen Stärke proportional zur Gaskonzentration ist. Elektrochemische Gassensoren werden hauptsächlich in galvanische Zellen und Konstantpotential-Elektrolysezellen unterteilt. Aufgrund der ausländischen Technologieführerschaft in diesem Bereich sind die meisten Sensoren jedoch auf Importe angewiesen. Die existierenden elektrochemischen Detektoren können jedoch Dutzende anorganischer toxischer und schädlicher Gase nachweisen und zeichnen sich durch geringe Größe, niedrigen Stromverbrauch, gute Linearität, hohe Wiederholgenauigkeit, hohe Messgenauigkeit, niedrige Kosten und die Möglichkeit zur Messung der kumulativen Gaskonzentration aus. Allerdings dürfen ihre Nachteile nicht außer Acht gelassen werden, wie etwa die geringe Selektivität, die Anfälligkeit für Störungen, der kleine Dynamikbereich, die Anfälligkeit für Vergiftungen sowie die kurze Lebensdauer von Einwegsensoren. Nicht-Einwegsensoren müssen in einer aeroben Umgebung arbeiten, was ihren Einsatz in bestimmten Situationen einschränkt.

Bei Halbleiterdetektoren besteht das Funktionsprinzip darin, einen spezifischen Gassensor und eine geeignete Analysemethode auszuwählen, um die gemessene Gaskonzentration in einen bestimmten Zusammenhang mit der Ausgangsleistung umzurechnen. Die Leistungsfähigkeit des Gassensors hängt eng mit Art, Struktur und Herstellungsverfahren des empfindlichen Funktionsmaterials zusammen. Insbesondere Halbleitergassensoren aus Metalloxid-Sensormaterialien zeichnen sich durch hohe Empfindlichkeit, einfache Struktur, Robustheit und Langlebigkeit aus. Da der Gassensor jedoch üblicherweise eine Messbrückenschaltung mit Standardbauteilen benötigt, können seine Nichtlinearität und die Größe der Versorgungsspannung die Messgenauigkeit erheblich beeinflussen. Darüber hinaus müssen im praktischen Messprozess die Umgebungstemperatur, Luftstörungen und andere Umwelteinflüsse berücksichtigt und entsprechende Kompensationsschaltungen und weitere Maßnahmen ergriffen werden. Daher eignet sich diese Methode eher für Anwendungen, bei denen die Messgenauigkeit nicht so hoch ist.