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communication and measurement
Gli analizzatori Tail Gas e NIR Gasoline fanno parte della seriedi strumenti BAGGI BASE® .
Sono il risultato dell’unione tra tecnologia di ultima generazione e60 anni di esperienza in campo industriale.Lo srumento (dal funzionamento completamente automatizzato)è associato ad un sampling system progettato su misura per lerichieste del cliente.
Il singolo analizzatore è parte di un package completo in gradodi gestire il campione nelle fasi di prelievo, precondizionamento,analisi ed emissione; senza richiedere l’intervento di ulteriorestrumentazione.
Il processo di Claus è uno standard in ambito industriale e perciòè il processo di desolforazione più diffuso volto a recuperare zolfodal solfuro di idrogeno gassoso.
Il processo viene comunemente chiamato Sulfur Recovery Unit(SRU) ed è ampiamente applicato per produrre zolfo partendodal solfuro di idrogeno che si trova nel gas naturale grezzo enei sottoprodotti gassosi acidi che derivano dalla raffinazione delcrudo e di altre applicazioni industriali.
Ci sono centinaia di unità di recupero zolfo in attività nel mondo.
Infatti, la maggior parte delle 68,000,000 tonnellate di zolfoprodotte a livello mondiale in un anno è un sottoprodotto dellaraffinazione dell’olio e della lavorazione del gas naturale.
BASE TAIL GAS
La reazione di Claus per convertire H2S in zolfo elementare ha unmeccanismo di reazione complesso e in genere è condotto in duestadi.Nel primo reattore, detto reattore termico, a circa 1400 °C,avviene una reazione di ossidazione
2 H2S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O
Dopodiché a circa 230 °C avviene la reazione della SO2 prodottacon la residua H2S in uno o più reattori catalitici (tipicicatalizzatori del processo Claus sono la bauxite e il vanadio) perprodurre lo zolfo elementare:
2H2S + SO2 → 3S + 2H2O
Diagramma di flusso schematico del processo di Claus:
L’analizzatore Tail Gas della serie BAGGI BASE® possiede lespecifiche tecniche necessarie per la misurazione in temporeale dell’H2S e dell’SO2 nel Tail gas.
L’analisi si fonda sul metodo della spettrofotometria Ultra-Violetto/Visibile: più veloce, più robusto e meno costosorispetto alla Gas Cromatografia.
Lo strumento è dotato di un’alta risoluzione per quantoriguarda la lunghezza d’onda e può essere fornito con cellemultiple e diversi spettrofotometri.
ANALISI SPETTROMETRICA
La serie di strumenti BASE® può gestire molte delle più notetecniche spettrometriche.Grazie al suo schema modulare, la serie di strumenti BASE® è ingrado di sfruttare una grande parte dello spettro elettromagneticoe diverse tecniche analitiche per misurare diverse sostanze.
Queste tecniche possono essere suddivise in:
- Assorbimento e Fluorescenza UV/VISIBILE- Assorbimento NIR / SWIR / FTIR / FTNIR - Assorbimento TLD
La tecnica di misura è basata sulla legge di Beer-Lambert: unarelazione tra l’assorbimento dell’energia delle ondeelettromagnetiche e le propietà del materiale attraversato dalraggio luminoso.
Il gas di processo viene introdotto in una cella con una lunghezzadi cammino ottico adatta allo scopo.
La radiazione luminosa viene trasmessa nella cella mediante unafibra ottica, passa attraverso il campione e l’energia residua vienetrasmessa al sensore UV da una seconda fibra ottica.
Il sensore è formato da un array di fotodiodi, ognuno dei qualisettato su una specifica lunghezza d’onda. Infine un PCembedded riceve I segnali elettrici dall’array di diodi, analizza lospettro di assorbimento e calcola la concentrazione dellesostanze di interesse.
LEGGE DI BEER-LAMBERT
Fondamentalmente questa formula descrive la relazionelogaritmica tra la trasmissione della luce (o della radiazioneUV) attraverso una sostanza e la concentrazione dellasostanza stessa; ed anche tra la trasmissione e la lunghezzadel materiale attraversato dalla luce.
La misurazione viene ristretta alla banda di lunghezze d’ondadove si trova il massimo di assorbimento di energia delmateriale oggetto di analisi.
Vale la seguente relazione:I1/I0= 10- α L = 10- ε L c
dove ε è l’assorbività molare della sostanza.La trasmissione del segnale attraverso il campione vieneespressa in termini di “assorbanza”, che è definita come:
A = -log10(I1/I0)
Ciò implica che l’assorbanza dipende linearmente dallaconcentrazione:A = ε L c
I0= intensità del segnale incidenteI1= intensità del segnale uscenteL = lunghezza del camminoC = concentrazione della sostanzaα = coefficiente di assorbimento della sostanza
L’analizzatore fissa l’intensità del segnale trasmesso dallalampada dello spettrofotometro e misura l’intensità del segnalericevuto dall’array di fotodiodi.
Il segnale viene analizzato a quelle lunghezze d’onda in cuil’assorbanza della sostanza misurata è massima.
Infine il software calcola la concentrazione utilizzando I valorimisurati ed applicando le formule precedentemente mostrate.
È possibile effettuare un’analisi di più sostanzecontemporaneamente perchè ognuna di esse ha un propriospecifico spettro di assorbimento.
Le figure mostrano i tipici spettri di assorbimento per alcunesostanze (assorbanza sull’asse y e lunghezza d’ondasull’asse x).
Spettro dell’SO2 alla concentrazione dell’1%
Spettro dell’H2S alla concentrazione dell’1,5%
ARCHITETTURA
Componenti comuni:• Custodia in acciaio pressurizzata (certificata ATEX) –
custodia explosion proof ATEX• PC Embedded industriale• Moduli di interfaccia I/O• Elettrovalvole
Componenti specifici per l’applicazione:• Elemento di misura (Spettrofotometro, GC, PID, etc)• Cella ottica• Fibre ottiche
La figura mostra il display del computer con i pulsantimagnetici funzionali all’interno della custodia pressurizzata inacciaio (certificata ATEX) o nella custodia explosion proofATEX:
PC EMBEDDED
L’implementazione dell’analizzatore di H2S/SO2 segue lafilosofia generale della serie di strumenti BASE®.
I dati di input grezzi provenienti dall’elemento di misura (lospettrofotometro UV) vengono gestiti da algoritmi sviluppatidalla BAGGI che girano in un PC embedded che rappresentail cuore del sistema.
Se necessario, è disponibile una versione ATEX dellostrumento. In questo caso il pc, così come lo spettrofotometroe i trasformatori, sono collocati all’interno di una custodiadotata di un sistema di pressurizzazione di protezione e di unraffreddatore Vortex (opzionale) collegato all’aria strumentidell’impianto.
Le funzioni principali del computer sono:
• Gestire la lampada UV dello spettrofotometro• Ricevere i segnali elettrici dall’array di fotodiodi (correlati
all’intensità della luce assorbita)• Calcolare le concentrazioni dei composti• Controllare la durata residua della lampada allo Xenon• Gestire le pompe e le valvole• Gestire la conversione digitale/analogico per l’output dei valori
calcolati mediante segnale 4…20 mA• Controllare i relè di outuput la gestione degli allarmi• Mostrare lo stato del sistema e I dati misurati in un’interfaccia
grafica (GUI)• Memorizzare i file di stato e le misurazioni in un database (in
formato CSV)• Fungere da interfaccia con l’operatore per la calibrazione e la
manutenzione, trasmettendo a distanza le informazioni/allarmimediante linea seriale, Ethernet e WiFi
SPETTROFOTOMETRO
Lo strumento è composto da una lampada UV e da un array didiodi. Il raggio UV, dopo aver attraversato la cella di misura,raggiunge un disco olografico. Questo diverge ogni lunghezzad’onda del raggio su uno specifico diodo dell’array.La tensione emessa dai singoli diodi viene misurata e questodato viene acquisito dal PC embedded mediante una lineaseriale.Non ci sono parti in movimento.
Il computer conosce la quantità di energia UV che è statatrasmessa dalla lampada ed è quindi in grado di disegnare lospettro di assorbimento.Infine viene calcolata la concentrazione della sostanza.
Lo spettrofotometro viene controllato dal computer mediante unalinea USB/RS232 interna e si trova nella stessa custodia o(opzionalmente) in una custodia separata.
Lo schema di funzionamento dello spettrofotometro UV/Visibileè mostrato qui sotto:
Xe FlashlampFiber optic cableWith SMA connection
Modular Flow cell
Collimator and window
Holographicgrating
Diode array
Sample fluidinlet
Sample fluidoutlet
CELLA OTTICA
La cella ottica, dove il campione viene attraversato dal raggio UV,viene prodotta secondo un disegno BAGGI e può essere realizzatacon l’utilizzo di diversi materiali:
- Acciaio AISI 316L- Hastelloy C276- Monel- Vetro- Altri materiali disponibili su richiesta
La lunghezza della cella viene scelta in funzione della sostanza damisurare e della sua quantità. Più bassa è la concentrazione, piùlunga la cella.Quando le concentrazioni misurate coprono un ampio range divalori, è possibile utilizzare celle differenti connesse in serie.Il computer è in grado di selezionare dinamicamente la cella piùadatta alla misurazione.
Nella figura sottostante sono mostrate alcune celle a disegno BAGGI. Tutte le celle sono modulari per poter adattare la lunghezza del cammino ottico:
SONDA DI PRELIEVO
Il sistema può esseredotato di una sonda diprelievo per ilprecondizionamentodel campione. Lasonda può esseremunita di sistema diraffreddamento e didemister per eliminarel’eventuale acquacontenuta nelcampione. I filtri e imisuratori di pressionee temperatura possonoessere montatidirettamente sullasonda per avere unmonitoraggio in temporeale del punto dicampionamento.
SAMPLING SYSTEM
I prodotti BAGGI SensEvolution® sono stati sviluppati per fornire analisiindustriale in molti campi di applicazione.
La linea SensEvolution Sample® comprende tutti i prodotti dicampionamento sviluppati per gli strumenti e gli analizzatoriSensEvolution®, ma anche pezzi speciali costruiti per soddisfare leesigenze del singolo cliente.
Con l’analizzatore Tail Gas viene fornito un sampling system riscaldato e coibentatocon lo scopo di mantenere la temperaturadel campione gassoso a circa 120°C per evitare la formazione di zolfo solidoall’interno delle tubazioni.
Come da specifiche del cliente, il sistemadi riscaldamento può essere composto da tubi riscaldati elettricamente o a vapore o da un riscaldatore elettrico ATEX.
BASE
SAMPLING SYSTEM
SONDA DI PRELIEVO
PACKAGE
STREAM, SERVIZI, ALIMENTAZIONE
OUTPUT
Gli strumenti della serie BAGGI BASE® sono progettati peressere modulari e poter gestire diversi principi di misurasemplicemente sostituendo l’elemento interno di misura:
- SPETTROSCOPIA UV/VISIBILE - SPETTROSCOPIA NIR - GAS CROMATOGRAFIA- DETECTOR DI FOTO-IONIZZAZIONE- ASSORBIMENTO DI ENERGIA ELETTROMAGNETICA- SENSORI AL PALLADIO
RISULTATI:
• Semplificazione del processo produttivo• Conversione analizzatori
La produzione di benzine deve sottostare a severi limiti di leggeper quanto riguarda la concentrazione di alcuni componenti delprodotto finito.
La norma europea EN228 stabilisce questi valori per I seguenticomposti:
Benzene: 1% (v/v) max;Composti Aromatici: 35% (v/v) max;Olefine: 18% (v/v) max;O2 totale: 3,7% (m/m) max.
BASE-NIR GASOLINE
L’analizzatore BASE NIR GASOLINE, facente parte della serieBAGGI BASE ® possiede le specifiche tecniche necessarieper la misurazione in tempo reale di benzene, composti aromatici, olefine e composti ossigenati.
L’analisi si fonda sul metodo della spettrofotometria nelvicino infrarosso (NIR): più veloce, più robusto e menocostoso rispetto alla Gas Cromatografia.
Lo strumento è dotato di un’alta risoluzione per quantoriguarda la lunghezza d’onda e può essere fornito con cellemultiple e diversi spettrofotometri.
BASE-NIR GASOLINE
ARCHITETTURA
La figura mostra un tipico spettro di assorbanza nella regionedel NIR (benzina)
Il metodo consiste in un’analisi statistica dello spettro NIRche implica l’utilizzo e lo studio di più di una variabile statistica(la singola lunghezza d’onda) per volta.A differenza della classica spettroscopia infrarossa, il modelloanalizza l’intero spettro di assorbanza.
Ciò consente di prendere in considerazione l’effetto di tuttele variabili sulla risposta oggetto dell’analisi.
Viene utilizzato un modello chemiometrico di tipo predittivo perrisalire ai valori di concentrazione dei vari componenti dellabenzina.
ANALISI MULTIVARIATA
Spettri NIR grezzi
MODELLO CHEMIOMETRICO
Pretrattamenti
Riduzione del rumore
Definizione dei picchi
regressione PLS
Modello predittivo
Grazie per l’attenzione
