Industriegase werden in zahlreichen Branchen eingesetzt, darunter Stahl, Chemie, Glas, Elektronik, Schiffbau, Automobilindustrie, Papierindustrie, Energie- und Stromerzeugung sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Medizinische Gase hingegen sind für den Menschen lebenswichtig. In den letzten Jahren hat Wasserstoff (H2) als saubere Energiequelle zunehmende Aufmerksamkeit erlangt.
Da es viele verschiedene Herstellungsverfahren für Gase gibt, ist eine konsequente Qualitätskontrolle – insbesondere durch die Überwachung von Verunreinigungen – entscheidend für die Produktion hochreiner Gase.
Schematische Darstellung des ASU‑Prozesses
Eine Luftzerlegungsanlage (Air Separation Unit, ASU) erzeugt hochreine Gase wie Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2) und Argon (Ar) mittels kryogener Destillation. Diese Gase werden in zahlreichen Industrien eingesetzt – darunter Stahl, Chemie, Energie, Elektronik und Gesundheitswesen – in denen bereits geringste Spurenverunreinigungen Prozesse beeinträchtigen können.
HORIBA unterstützt die industrielle und medizinische Gasproduktion mit Analysatoren zur kontinuierlichen Überwachung von Spurenverunreinigungen bis in den ppb‑Bereich sowie mit Reinheitsmessgeräten für den gesamten Bereich von 0–100 %. Das Portfolio umfasst zudem Strahlungsthermometer zur Temperaturüberwachung von Gasflaschen.
Der Spurengas-Monitor GA‑370 von HORIBA nutzt die nichtdispersive Infrarot‑Photometrie (NDIR) zur Messung von Spurenkonzentrationen von Lachgas (N2O) und Kohlendioxid (CO2) hinter der Nachreinigungsanlage. Spuren von CO2 werden auch im N2- und O2-Produktstrom gemessen, wobei der typische Überwachungswert bei 1 ppm liegt.
Der Schwefeldioxid-Monitor APSA-380 von HORIBA nutzt UV-Fluoreszenz zur Messung von Spurenmengen an Gesamt-Reduktionsschwefel (TRS) und Schwefeldioxid (SO2) hinter der Nachreinigungsanlage sowie im N2- und O2-Produktstrom.
Der Kohlenwasserstoffmonitor APHA-380 von HORIBA nutzt Flammenionisationsdetektoren (FID) zur Messung von Gesamtkohlenwasserstoffen (THC) im Spurenbereich am Lufteinlass und hinter der Nachreinigungsstufe.
Methanreformer wandeln Methan (CH4) durch hochtemperaturkatalytische Reaktionen mit Wasserdampf, Kohlendioxid (CO2) oder Sauerstoff (O2) in wasserstoffreiches Synthesegas um. Sie werden zur Wasserstofferzeugung in Raffinerien, der chemischen Prozessindustrie und Energieanwendungen eingesetzt.
Nachgeschaltet reinigt eine Druckwechsel-Adsorption (DWA oder PSA - Pressure Swing Adsorption) den Wasserstoff. Typische Restverunreinigungen sind dabei CO, CO2 und CH4.
Für Wasserstoff als Kraftstoff definiert die Norm ISO 14687 strenge Grenzwerte für Verunreinigungen. Kohlenmonoxid (CO) dient dabei als zentraler Indikator für die Wasserstoffqualität.
Der Spurengas-Monitor GA‑370 von HORIBA misst mittels NDIR‑Photometrie Spuren von Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) mit Messbereichen ab 0–1 ppm und einer Nachweisgrenze von bis zu 10 ppb.
Der Online-Gasanalysator EXM500-L von HORIBA verwendet UV‑Spektroskopie zur Detektion von Spurenverunreinigungen durch Ammoniak (NH3) in der Wasserstoffproduktion.
Medizinische Gase wie Sauerstoff, Stickstoff und medizinische Luft müssen strenge Reinheitsanforderungen erfüllen, um Patientensicherheit und regulatorische Konformität zu gewährleisten. Selbst geringste Spurenverunreinigungen können die therapeutische Wirksamkeit beeinträchtigen oder Gesundheitsrisiken darstellen. Daher ist eine kontinuierliche und zuverlässige Gasanalyse entlang der gesamten Produktions‑, Lager‑ und Distributionskette unerlässlich.
Eine präzise Reinheitsmessung umfasst sowohl die Quantifizierung des Hauptgases (Assay) als auch die Erfassung kritischer Verunreinigungen im ppm‑ bis ppb‑Bereich. Moderne Analysetechnologien ermöglichen eine Echtzeitüberwachung und Verifizierung gemäß Pharmakopöe‑Anforderungen und unterstützen eine gleichbleibend hohe Qualität medizinischer Gase.
Der Spurengas-Monitor GA-370 oder der Kohlenmonoxid-Monitor APMA-380 von HORIBA messen mittels NDIR‑Photometrie Spuren von Kohlenmonoxid (CO) mit Messbereichen von 0–5 ppm in Sauerstoff‑, Stickstoff‑ oder Luftmatrix.
| O2 | O2 (93%) | N2 | Med. Luft | |
|---|---|---|---|---|
| Assay | > 99.5% PMD | 90% < O2 < 96% PMD | > 99.5% GC | 20.4% < O2 < 21.4% PMD |
| CO | < 5 ppm IR | < 5 ppm IR | < 5 ppm IR | < 5 ppm IR |
Der Mehrkomponenten-Gasanalysator VA‑5000 und der Kohlendioxid-Monitor APCA‑370 von HORIBA messen mittels NDIR‑Photometrie Spuren von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4).
CO2‑Messung in Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2) oder Luft:
CH4‑Messung in Helium (He):
| O2 | O2 (93%) | N2 | Med. Luft | He | |
|---|---|---|---|---|---|
| Assay | > 99.5% PMD | > 90% < 96% PMD | > 99.5% GC | O2 > 20.4% O2 < 21.4% PMD | > 99.5% GC |
| CO2 | < 300 ppm IR | < 300 ppm IR | < 300 ppm IR | < 500 ppm IR | |
| CH4 | < 50 ppm IR |
Der Stickoxid‑Monitor APNA‑380 von HORIBA verwendet modulierte Chemilumineszenz (CLD) zur Messung von Stickoxiden (NOx). In Kombination mit einem Verdünnungssystem sind Messbereiche bis 0–2 ppm in Sauerstoff, Lachgas, Kohlendioxid oder Luft möglich.
| O2 (93%) | N2O | CO2 | Med. Luft | |
|---|---|---|---|---|
| Assay | 90% < O2 < 96% PMD | > 98% IR | > 99.5% IR | 20.4% < O2 < 21.4% PMD |
| NOx | < 2 ppm CLD | < 2 ppm CLD | < 2 ppm CLD | < 2 ppm CLD |
Der APSA‑380 Schwefeldioxid‑Monitor von HORIBA nutzt UV‑Fluoreszenz (UVF) zur Messung von Schwefeldioxid (SO2) und Gesamtschwefel. Mit Verdünnungssystem sind Messungen bis 0–1 ppm in O2‑, CO2‑ oder Luftmatrix möglich.
| O2 (93%) | CO2 | Med. Luft | |
|---|---|---|---|
| Assay | 90% < O2 < 96% PMD | > 99.5% IR | 20.4% < O2 < 21.4% PMD |
| SO2 | < 1 ppm UVF | < 1 ppm UVF | |
| Gesamtschwefel | < 1 ppm UVF |
Der Online-Gasanalysator EXM500-L von HORIBA misst mittels UV‑Spektroskopie Stickstoffdioxid (NO2) mit Messbereichen von 0–400 ppm in NO‑Matrix.
| NO | |
|---|---|
| NO2 | < 400 ppm UV |
Der VA‑5000 Mehrkomponenten-Gasanalysator und der GA‑370 Spurengas-Monitor von HORIBA eignen sich zur Messung verschiedener Assays, z. B. von Rest-Sauerstoff (O2), Rest-Lachgas (N2O), Rest-Kohlendioxid (CO2) oder Kohlenmonoxid (CO) in Stickstoff (N2).
| O2 | O2 (93%) | N2O | CO2 | Med. Luft | Syn. med. Luft | 5% CO in N2 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Assay | > 99.5% PMD | > 90% < 96% PMD | > 98% IR | > 99.5% IR | O2 > 20.4% O2 < 21.4% PMD | O2 > 21.0% O2 < 22.5% PMD | CO > 4.75% CO < 5.25% IR |
Der Spurengasmonitor GA-370 ermöglicht die kontinuierliche, hochempfindliche Überwachung von CO, CO2, CH4 und N2O in hochreinen Gasen und unterstützt so eine zuverlässige Qualitätskontrolle in Luftzerlegungs- und Halbleiteranlagen.
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Die AP-380-Serie umfasst das Modell APNA-380 zur Messung von Stickoxiden, das Modell APSA-380 zur Messung von Schwefeldioxid, das Modell APOA-380 zur Messung von Ozon, das Modell APMA-380 zur Messung von Kohlenmonoxid und das Modell APHA-380 zur Messung von Kohlenwasserstoffen.
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Die VA-5000-Serie ist ein konfigurierbarer Mehrkomponenten-Gasanalysator für die Umweltüberwachung, Energieanwendungen, Qualitätskontrolle und CEMS, der bis zu vier Detektormodule in einem einzigen Gehäuse unterstützt.
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N2, O2, Ar: Luftzerleger
CO2: Industrielle Quellen oder Verbrennung
CO: Methanreformer (HyCO)
H2: Wasserelektrolyse und Methanreformer
NH3: Haber‑Bosch‑Verfahren
N2O: Erhitzung von Ammoniumnitrat (NH4NO3)
NO: Oxidation von NH3
He: Erdgasquellen
C2H4: Steamcracker
NDIR‑Photometrie
Wird zur Messung von Verunreinigungen und Reinheitsgraden in CO, CO2, N2O, CH4, usw. verwendet.
UV‑Fluoreszenz (nach Oxidation)
Dient zur Messung von Verunreinigungen in SO2, H2S und anderen schwefelhaltigen Verbindungen (TRS, TS).
Paramagnetischer Detektor (PMD)
Dient zur Messung von Verunreinigungen und Reinheit in O2.
Chemilumineszenzdetektor (CLD)
Dient zur Messung von Verunreinigungen in NO, NO2, NOx.
Flammenionisationsdetektor (FID)
Dient zur Messung von Verunreinigungen in CH4, C2H6, etc.
