ABSCHEIDUNG, SPEICHERUNG UND NUTZUNG VON KOHLENSTOFF
HINTERGRUND
CO2 wirkt als Treibhausgas in der Atmosphäre und ist die Hauptursache für die vom Menschen verursachte globale Erwärmung. Der Anwendungsbereich der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung sind große punktuelle CO2-Quellen. CO2-Abscheidungstechnologien entfernen CO2-Emissionen bei Stromerzeugung und verschiedensten Industrien beispielsweise in den Bereichen Eisen und Stahl, Düngemittel, Zement, Chemikalien und Raffinerien.
Unter anderem ist die Absorptionsbehandlung auf Basis einer Aminwäsche heute die vorherrschende CO2-Abscheidungstechnologie und die bisher industriell eingesetzte, dominierende Methode.
Dabei wird das Rauchgas in einen Absorptionsturm geleitet, wo es in einer chemischen Reaktion von einem flüssigen Amin absorbiert wird. Diese CO2-reiche Aminlösung wird weiter in einen Regenerator gepumpt, wo die chemische Reaktion zwischen Amin und CO2 umgekehrt wird. Das magere CO2-Flüssigamin wird zur Wiederverwendung in den Absorber zurückgepumpt und das abgeschiedene CO2 wird anschließend komprimiert, transportiert und schließlich gespeichert.
Derzeit werden verschiedene Aminwäscheverfahren zur Optimierung der CCS-Effizienz getestet. An höchster Stelle steht die Reduzierung des Energieverbrauchs, damit nur geringste Mengen an Emissionen an die Umwelt abgegeben werden. Darüber hinaus sollen Gesundheitsrisiken minimiert werden.
LÖSUNG
Die Online-Überwachung der Emissionen von Aminen und Prozessabbauprodukten mit IMR-MS stellt sicher, dass nur die niedrigsten Konzentrationen dieser Verbindungen in die Luft emittiert werden.
VORTEIL
Kontinuierliche Online-Messung
LODs bei ppb-Konzentrationen
Hohe Robustheit
Ausgezeichnete Stabilität bei hohen Wasserkonzentrationen
HIGHLIGHTS
Genaue Messung der Emissionen von Aminen und Abbauprodukten in der Gasphase
Geeignet für die Prozessindustrie
Einfache Operation
Geringer Wartungsaufwand
Kommunikationsprotokolle zur direkten Übermittlung von Messdaten an die Leitwarte
Anwendungen Vergasungsprozesse
HINTERGRUND
Die Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material wie Biomasse oder Holzkohle ist eine wichtige Quelle für die Herstellung von synthetisches Erdgas. Für die Überwachung des Vergasungprozesses braucht man ein robustes Analysegerät, das Informationen in Echtzeit liefert. Typische Aufgaben umfassen die Quantifizierung der enthaltenen Verbindungen im synthetischen Erdgas, sowie die Leckfindung und die Bestimmung von möglichen Verunreinigungen, die zum Abbau von Katalysatoren führen können, die für die Brennstoffsynthese eingesetzt werden, oder die eine Sättigung des Gasreinigungssystems auslösen. In Biomasse-Vergasungsanwendungen werden die Verunreinigungen Teer genannt und schließen BTX (Benzol, Toluol, Xylol) und PAH (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) ein. Außerdem können verschiedene anorganische Verunreinigungen wie H2S und COS vorhanden sein
VORTEIL
Allgemeine Analysetechniken, die im Vergasungs-prozess vor allem für Messung von Verunreinigungen verwendet werden, arbeiten mit der Mikrogas-chromatographie (µGC) und der Festphasenadsorption (SPA), gefolgt von offline Gaschromatographie (GC).
Eine µGC Methode dauert normalerweise ein paar Minuten, um ein Ergebnis zu liefern, und die Nachweis-grenzen liegen im ppmv Bereich. Das IMR-MS hingegen liefert multiple Datenpunkte pro Minute und kann Nachweisgrenzen von wenigen ppbv für wichtige Teerverbindungen wie BTX liefern. SPA Methoden sind ungeeignet für genauere Untersuchungen vom Verunreinigungsverhalten, da sie auf langen Probenahmeverfahren beruhen und auf die offline GC Analyse zurückgreifen. Die Massenspektrometer setzen den Techniker in die Lage, das Gerät schnell an neue Messroutinen anzupassen oder bestehende Mess-Setups zu erweitern, indem neue interessante Verbindungen innerhalb weniger Minuten hinzugefügt werden können. Ein kompaktes und mechanisch stabiles Design machen sie mobiler, und der Wechsel eines Mess-Standortes kann leicht innerhalb eines Arbeitstags erfolgen.
LÖSUNG
IMR Massenspektrometer (Ionen Molekül Reaktion) sind in der Lage, organische und anorganische Verunreinigungen im synthetischen Erdgas aus Biomasse Vergasungsprozessen schnell aufzuspüren und zu bestimmen. Aufgrund des breiten dynamischen Messbereichs ist die IMR Technologie geeignet für Messungen von konzentrierten Teerstoffen am Auslass eines Fließbettreaktors gleich wie für Messungen von Teerspuren am Gasreformerauslass. Außerdem können Schwefelverbindungen wie Thiophen, H2S und COS mit der gleichen Methode in ausgezeichneter Selektivität bestimmt werden. Ergebnisse werden in Echtzeit angezeigt und dadurch können genaue Untersuchungen des Teerverhaltens während des Vergasungsprozesses gemacht werden.
Die Quantifizierung der Verbindungen (H2, CO, CO2) und brennbarer Stoffe wie z.B. Methan aus den folgenden Umwandlungsreaktionen wie die Fischer-Tropsch Synthese kann mit dem Massenspektrometer gemacht werden. Es bietet die bewährte Elektronenstoß Ionisierungs (EI) Technologie und wird oft für die Überwachung von Verbrennungs-, Fermentations- und Gassyntheseprozesse eingesetzt. Ein anderes Anwendungsgebiet ist der Prozess der Leckprüfung, wo O2 und N2 im Vol% Bereich bestimmt werden. Die Massenspektrometer können mit einer Vielzahl von Schnittstellen ausgerüstet werden, um eine gute Einbindung in Automatisierungssysteme wie einer ProfiBus Umgebung eingebunden werden. Alternativ können sie als alleinstehendes Gerät mit einer benutzerfreundlichen Viewer Software betrieben werden.
HIGHLIGHTS
• Echtzeitmessung von Verunreinigungen
in Biomassevergasung
• H2, CO, CO2 Quantifizierung in
Holzkohlevergasung
• Hohe Empfindlichkeit und hohe Selektivität
Anwendungen Brennstoffzellen
HINTERGRUND
Brennstoffzellen wie z.B. die Polymer Elektrolyt Brennstoffzelle (PEFC), die in Kraftfahrzeugen und in der Wasserstofftechnologie eingesetzt werden, stellen einen Meilenstein für das potentiell nachhaltige Energiesystem der Zukunft dar. Derzeitige Forschungen auf dem Gebiet der Brennstoffzellenentwicklung konzentrieren sich um die Problemkreise Effizienzverbesserung, Zuverlässigkeit und Kostensenkung. Ein Problem, das es noch zu lösen gilt, stellt die Verunreinigung und „Vergiftung“ der Brennstoffzelle dar, entweder durch das brennbare Gas (von außen) oder durch Materialien aus der die Zelle selbst besteht. Zusätzlich werden Methoden zur umfassenden Datensammlung für die Analyse und die Optimierung des gesamten Energieerzeugungsprozesses als auch der Emissionsbelastung benötigt.
LÖSUNG
Das
CombiSense Dual Massenspektrometer bietet die Flexibilität, um äußerst unterschiedliche Gasgemische innerhalb des gesamten Prozessflusses von Brennstoffzellen zu analysieren und schnell zu bestimmen. Das patentierte Ionen Molekül Reaktion Technologie Massenspektrometer (IMR-MS) ermöglicht die Spurenanalyse von Gasen in ppm oder ppb Levels. Außerdem können Gase mit Hilfe des eingebauten Elektronenstossmassenspektrometer (EI-MS) gemessen werden, die in Volumensprozent vorliegen. Durch die gleichzeitige Bestimmung von H2, O2 und H2O, können mit der
CombiSense Effizienzstudien durchgeführt werden. Üüber die Bestimmung von CO, CO2 und anderen Indikatoren kann die Funktionalität der Brennstoffzelle auf Fehler und Alterung, wie z.B. organischen Schwefel und Stickstoffverbindungen, geprüft werden. Die
CombiSense ist auch gut für die Entwicklung und Prüfung von H2 Reformertechnologien geeignet, um Wasserstoff aus verschiedenen Kraftstoffen, z.B. Methan, zu erzeugen.
Massenspektrometer können mit einer Vielzahl von Schnittstellen ausgerüstet werden, um eine gute Einbindung in Automatisierungssysteme zu gewährleisten, z.B. über Kommunikation mittels AK Protokoll.
VORTEIL
Bei einigen Messtechnologien stellt die Gasmatrix der Brennstoffzellen Gasanalyse ein unüberwindliches Problem dar. Diese Effekte werden durch den hohen Wassergehalt und hohe Konzentrationen von H2 ausgelöst, welche entweder im Kraftstoffgas oder im Abgas vorhanden sind. Diese können den Gastransport, die Schaltventile und Dichtungen blockieren. Die Massenspektrometer könne diese Effekte unterdrücken, indem sie ein großes Vakuum und eine Untergrund-Korrekturfunktion nutzen. Die CombiSense bietet eine enorme Flexibilität hinsichtlich der zu bestimmenden Moleküle und deren Konzentrationen. Damit können kontinuierliche Messungen des Kraftstoffgases, die Bestimmung von potentiellen Verunreinigungen und die frühe Erkennung von Fehlern durchgeführt werden. Sie ist daher ein ideales Werkzeug für den Forschungs- und Produktionsbereich in der Brennstoffzellentechnologie.
HIGHLIGHTS
Überwachung des gesamten Prozessflusses von Brennstoffzellen
Überblick über die gesamte Gaszusammensetzung in der Gaszufuhr und im Abgas
Hohe Empfindlichkeit und hohe Selektivität
Qualitätsanalyse der Wasserstoffproduktion
HINTERGRUND
Null-Emissionsfahrzeuge, die mit einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle ausgestattet sind, werden mit Wasserstoffkraftstoff betrieben. Diese Brennstoffzellen erfordern eine Wasserstoffqualität, welche strenge Grenzwerte für Verunreinigungen in Standards wie ISO 14687:2019, SAE J2719_202003 und GB/T 37244-2018 erfüllt. Die Verwendung von Wasserstoff, der diese Grenzwerte überschreitet, kann Brennstoffzellen aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit schädigen. Dies kann bereits bei geringsten Spurengaskonzentrationen von Schadstoffen vorkommen. Heutzutage erfordert die klassische Wasserstoffanalyse der gesamten, vorkommenden Verunreinigungen eine große Anzahl von Analysegeräten. Dies ist erfordert viel Zeit und ist technisch sehr anspruchsvoll.
VORTEIL
Die Online-Massenspektrometer liefern im Vergleich zu anderen Analysetechnologien sehr schnell Ergebnisse. Der
HydrogenSense - Analysator misst den gesamten Satz gasförmiger Wasserstoffverunreinigungen innerhalb weniger Minuten.
Es wird nur ein einzelnes
Messgerät, anstelle mehrerer Instrumente benötigt. Dieses misst in den Standards für Wasserstoffbrennstoffe wie GC, CRDS, FTIR, FID, HPLC, IC usw.
LÖSUNG
Das
HydrogenSense - Massenspektrometer ist ein Echtzeit-Analysator, der eine vollautomatische Analyse aller organischen und anorganischen gasförmigen Verunreinigungen gemäß den Wasserstoffqualitätsstandards durchführt.
Dies ermöglicht es den Wasserstoffherstellern, Wasserstoff zusammen mit einem Qualitätsanalysezertifikat zu liefern, das sicherstellt, dass der Wasserstoffbrennstoff von angemessener Qualität ist.
HIGHLIGHTS
Nur ein Gerät für das Testen von Wasserstoff und der Reinheit von Kraftstoff
Konform mit ISO 14687:2019, SAE; J2719 202003 und GB/T37244-2018 Spezifikationen
Komplett automatisierte Analyse mit CoAs und CoCs
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