Endüstriyel/ Tıbbi Gazlar
Endüstriyel gazlarda eser safsızlık ölçümü ve tıbbi gazların yüksek saflık ölçümü gibi endüstrilerdeki prosesler için özel analizörler ve uygulamalar
Çevre sorunlarının yaşandığı son yıllarda, önemli bir sosyal endişe kaynağı olan hidrojen, yeni bir enerji kaynağı olarak ilgi çekmekte ve kullanımının gelecekte yaygınlaşması beklenmektedir.
Bu trendle birlikte, yakıt hücreli araçlar için hidrojen yakıt istasyonları büyümede dramatik bir ivmeye tanık oluyor. Şu anda, hidrojen yakıtlarının çoğu doğal gazdan türetilmiştir ve ISO-14687, FCEV için hidrojenin kalite standardını tanımlamaktadır. Hidrojen kalitesi, hidrojen yakıt hücresinin performansı ve kullanım ömrü için hayati önem taşır, eser düzeyde kirlenme bile kritiktir ve performansı düşürebilir, yakıt hücresi katalizörünün bozulmasına ve hasar görmesine neden olabilir.
Bu nedenle, zorluk, daha düşük maliyetle yüksek kalitede hidrojen sağlamaya odaklanmaktadır. Daha büyük miktarlarda ve daha düşük maliyetle daha yüksek saflıkta hidrojen üretme çabasıyla, üretim süreci teknolojisini geliştirmeye ve tüm üretim sürecini izleyerek ve süreçte kullanılan katalizörleri ve malzemeleri analiz ederek adsorpsiyon ve rejenerasyon performansını iyileştirmeye sürekli bir ihtiyaç vardır. Hidrojen üretim teknolojileri arasında, buhar reformu, büyük miktarlarda hidrojen üretmenin en verimli yolu olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu teknoloji genellikle şehir gazını kullanır ve onu yüksek saflıkta hidrojene dönüştürür. Reform sürecinde, safsızlık sırası yüksek saflıkta hidrojen ile birlikte üretilir, bu nedenle, nihai ürüne - yakıt hücresi sınıfı hidrojene nüfuz etmesini önlemek ve hidrojen yakıt hücreli araçları performans bozulmasından korumak için basınç salınımlı absorpsiyon ünitesinden sonra kritik safsızlıkların sürekli olarak izlenmesi hayati önem taşır.
Tablo 1: ISO14687 Hidrojen Yakıt Kalite Standartları
Aşağıdaki Şekil 1'de, yerinde hidrojen istasyonunun temel operasyonlarında 5 temel adım gösterilmektedir.
Adım 1: şehir gazı (esas olarak metandan oluşan doğal gaz) doğrudan hidrojen istasyonu oluk boru hattına verilir.
Adım 2: Doğal gazdaki kükürt bileşikleri kükürt giderme birimde uzaklaştırılır.
Adım 3: Arıtılmış doğal gaz, metanı hidrojen ve karbon monoksite (CH4 + H2O = CO+ 3H2) dönüştürmek için yüksek sıcaklıkta buharın kullanıldığı buhar metan reformerine (SMR) girer. Yüksek sıcaklık, mümkün olduğunca fazla hidrojen yakalamak için metan ve su arasındaki reaksiyonu hızlandırır.
Adım 4: Reformdan kaynaklanan karbon monoksit ve buhar, karbondioksit ve daha fazla hidrojen üretmek için CO kaydırma dönüştürücüsüne gidiyor
(CO+H2 O= H2+CO2).
Bu dönüştürücü, su ve buharın giriş oksijeni ve hidrojeni parçalamasına neden olan demir-krom bazlı bir katalizör ile doldurulur. Oksijen, karbondioksit üretmek için reform reaksiyonundan karbon monoksite bağlanırken hidrojen yakalanır.
Adım 5: Hidrojen son olarak, düşük basınçtaki safsızlıkları emerken yüksek basınçta yüksek saflıkta hidrojeni geri kazanan basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) adı verilen ünitede saflaştırılır. Bu ünite, safsızlıkları hidrojen akışından ayırmak için karbon moleküler elek gibi katı emici yatakları kullanır.
Şekil 1: Yerinde Hidrojen İstasyonunun Temel İşlemleri
CO, yakıt hücresinde voltaj düşüşüne yol açabilen, çıkarılmasının zorluğu ve katalizör zehirlenmesi nedeniyle hidrojen yakıt hücresindeki en kötü istenmeyen kirliliklerden biridir. ISO-14687 hidrojen kalite standartlarında (Bkz. Tablo 2: ISO14687-3: 2019) çok düşük konsantrasyonda izlenmesi gereken birçok safsızlık olmasına rağmen, her safsızlık bileşeninin izlenmesi çok zor ve maliyet alıcıdır.
Çözüm olarak, ISO standardında belirtilen "Kanarya Safsızlık Yöntemi" adı verilen safsızlık yönetimi yöntemi vardır (Bkz. Tablo 3: Kanarya Kirlilik Yönetim Yöntemi). İndeks olarak kullanılan, bir hidrojen saflaştırma adımında en az hangi bileşenin uzaklaştırıldığı ve bir ürüne kolayca karıştırıldığı yöntemdir. Hidrojende bir safsızlık olan CO, kanarya bileşeni olarak belirlenir ve sürekli kızılötesi analizör ile CO konsantrasyonu bir indeks olarak sürekli izlenerek hidrojenin kalitesi korunur. CO'nun en az çıkarılan bileşen olmasının nedeni, PSA'da kırılan bileşen olarak gösterilmesidir. Basınç salınımlı adsorpsiyonda emici (PSA), bozulması nedeniyle doygunluğa ulaştığında, önce CO ondan çıkar.
HORIBA 'ın Kalıntı gas monitörü (GA-370), makul maliyetle yakıt hücresi sınıfı hidrojen kalitesini sağlamak için CO olan çığır açan bileşeni izlemek için kullanılır. Karbon monoksit, basınç salınımlı adsorpsiyon çıkışında kontrol edilmelidir.
Tablo 2: ISO14687-3: 2019
Tablo 3: Kanarya Safsızlık Yönetim Yöntemi
Referans:JXTG Technical Review Vol.60 No.01 (Mart 2018)
ENEOS Hidrojen için yeni bir kalite kontrol yönteminin geliştirilmesi
HORIBA 'ın Kalıntı gas monitörü GA-370'i (Şekil 2'de gösterilmiştir), milyarda bir alt parça (ppb) seviyesinde basınç salınımlı adsorpsiyondan (PSA) sonra CO'yu sürekli olarak izlemek için güçlü analitik çözümler sunar.
Yakıt hücresi sınıfı hidrojen kalitesini sağlamak için sıfır kaymasız ölçüm ve eser miktarda kirletici moleküllerinin güvenilir, ultra hassas tespiti ile sonuçlanan çift ışınlı, dağılmayan kızılötesi adı verilen çapraz modülasyon prensip kullanır.
Ölçüm çözümlerinde onlarca yıllık deneyime sahip olan HORIBA, bu analizörü rutin kalibrasyon döngülerini ortadan kaldırmak ve uzun vadeli kararlı ölçüm ve sürekli gözetimsiz operasyonlar sağlamak için tasarladı.
Analizördeki her eleman, en zorlu endüstriler ve uygulamalar için en üst düzeyde güvenilirlik, doğruluk ve ultra hassasiyet sağlamak üzere seçilmiştir.
Uygun maliyetli, son derece kararlı ve son derece hassas – akıllı hidrojen kalite kontrolü ve kalite güvence yönetimi için en iyi çözüm.
Tablo 4: Şartname
GA-370 Tanıtım Videosu
HORIBA 'ın Kalıntı gas monitörü GA-370'in tanıtımı
Resim 2: Kalıntı gas monitörü GA-370
Çapraz Modülasyonlu Çift Işınlı Dağılmayan Kızılötesi Analiz Cihazı
Farklı atomlardan oluşan moleküllerin belirli bir dalga boyu aralığında kızılötesi ışığı emdiği bilinmektedir.
Dağılmayan kızılötesi analizör (daha sonra NDIR), moleküllerin yukarıdaki fiziksel özelliğini kullanır ve numune gazındaki CO, CO2 ve / veya CH4'ün spesifik dalga boyunda kızılötesi ışık emilimini ölçer ve konsantrasyon değerinin sürekli ölçümünü sağlar.
Konvansiyonel NDIR tekniği, modülasyon sinyali elde etmek için iki ölçüm hücresine ve dönen sektöre (optik kıyıcı) sahip olmak için kullanılır. çapraz modülasyon teknolojisine sahip HORIBA orijinal NDIR, bir ölçüm hücresi kullanır. Tasarımın temel yeni unsuru, sabit bir periyotta (örn. 1Hz) anahtarlayan ve numune gazını ve referans gazını (sıfır gaz) dönüşümlü olarak ölçüm hücresine veren bir solenoid valftir. Bu yöntemle, numune ve referans optik yol arasındaki ayrım ortadan kaldırılır ve aynı optik yol, dönüşümlü olarak numune ve referans optik yol olarak işlev görür. Böylece dedektör çıkışını modüle etmek için bir optik kıyıcı gereksinimi ortadan kalkar. Numune gazında CO, CO2 ve/veya CH4'ün varlığı, hücre numune gazı ile doldurulduğunda, hücrenin referans gazla doldurulduğu zamana kıyasla dedektöre ulaşan ışığın yoğunluğunda bir fark oluşturur. Bu fark, dedektördeki metalik zarın ileri geri hareket etmesine neden olur ve bu da konsantrasyon değerine karşılık gelir.
Bu ölçüm tekniği, optik doğrayıcı veya optik ayarlama ihtiyacını ortadan kaldırır, sıfır sapmasız ölçüm sağlar, hassasiyeti artırır ve uzun vadeli stabilite sağlar.
Çapraz modülasyonlu çift ışınlı NDIR, yukarıda açıklanan teknikle aynı çapraz modülasyon, ancak bir ölçüm hücresi yerine, numune gazı ve referans gazları dönüşümlü olarak iki ölçüm hücresine verilir (Bkz. Şekil 3). İki hücreden sinyal alarak, ölçümün yüksek hassasiyetine katkıda bulunan iki kat sinyal elde etmeyi başardık.
Ek olarak, sinyal-gürültü oranı önemli ölçüde daha iyidir, çünkü geleneksel bir NDIR'de önemli ölçüde gürültü oluşturma eğiliminde olan optik kıyıcı çıkarılır.
Bu teknik, numune gazında bir arada bulunan diğer ölçülmemiş bileşenlerin girişimini en aza indirmek için çift dedektör sistemini benimsemiştir.
Ana dedektörün arkasında bir dengeleme dedektörü bulunur. Ölçüm bileşeni + girişim bileşeninin sinyali ana dedektör tarafından çıkarılır ve girişim bileşeninin sinyali dengeleme dedektörü tarafından çıkarılır. Bu sinyaller, yalnızca hedef ölçüm bileşeninin çıktısını çıkarmak için çıkarıcı tarafından yükseltilir ve hesaplanır. Bu tür çift dedektör tasarımı, son derece hassas ölçüm ve ppb düzeyinde hassasiyet sağlar.
Çapraz modülasyonlu çift ışınlı dağılmayan kızılötesi tekniği. Akış Şeması
Grafik 1, çift ışınlı çapraz modülasyon NDIR'deki gürültü seviyesini göstermektedir. Bir bakışta gürültü seviyesinin sıfıra eşit olduğu, analizörün okumasının son derece kararlı olduğu açıktır.
Özetlemek gerekirse, çift ışınlı NDIR çapraz modülasyon HORIBA orijinal teknolojimiz, yüksek saflıkta gaz içindeki eser seviye konsantrasyonlarını ölçerken bile uzun vadeli stabiliteyi, optik gürültü olmamasını ve sapma işlemlerinin olmamasını garanti eder.
Grafik 1: Çapraz Modülasyonlu Çift Işınlı NDIR Gürültü Seviyesi
Kalıntı gas monitörü
Herhangi bir sorunuz veya isteğiniz mi var? Uzmanlarımızla iletişime geçmek için bu formu kullanın.
