Pomiar stężenia NH3 i CO2 w mokrym gazie w procesie produkcji sody surowej metodą Solvaya.

MARCIN MASEK – GAS SAMPLE SP. Z O.O.

Metoda wytwarzania sody kalcynowanej powstała na początku lat 60. XIX wieku kiedy dwaj belgijscy bracia Ernest i Alfred Solvay opracowali ulepszony sposób syntetycznego wytwarzania sody.

Do produkcji sody (węglanu sodu) stosuje się wapienie (węglan wapnia) i sól kamienną (chlorek sodu). W praktyce           niezbędne jest zastosowanie materiałów pomocniczych (koksu, amoniaku jako katalizatora).

Metoda Solvaya  opera się na  wielorakich procesach takich jak rozkład termiczny kamienia wapiennego, wiązanie amoniaku przez solankę i nasycanie CO2 (karbonizacja) powstałego roztworu, separacja krystalizującego wodorowęglanu sodu NaHCO3 i jego kalcynacja czy odzyskiwanie amoniaku z cieczy po krystalizacji wodorowęglanu z użyciem mleka wapiennego.

Optymalizacja procesu powinna pozwolić na zwiększenie produktywności i jednoczesne zmniejszenie zużycia surowców pomocniczych, tym samym generując dodatkowe przychody. W tym celu konieczny jest precyzyjny i stały pomiar stężenia zarówno CO2, jak i NH3 w gazie procesowym. Pomiar taki stanowi pionierskie wyzwanie inżynierskie ze względu na wysokie i zmienne stężenie amoniaku w gazie (>10%) przy jednoczesnej obecności wody w punkcie nasycenia oraz rozpuszczonych jonów amonowych, węglanowych i chlorków, które w temperaturze poniżej 55°C mają tendencję do krystalizacji.

Problemem są obecne w pobieranej próbce sole, których kryształy blokują swobodny przepływ gazu z rurociągu procesowego do analizatora. Sole muszą zostać usunięte z próbki w odpowiednio zaprojektowanym i wykonanym układzie poboru, transportu i przygotowania próbki. Jednocześnie proces odsalania nie może spowodować zmiany składu gazu mierzonego przed podaniem gazu na analizator mierzący NH3/CO2

Dodatkowym wyzwaniem jest właściwy dobór metody pomiarowej i projekt układu analitycznego. Powszechnie stosowana spektroskopia absorpcyjna wymaga tzw. ekstrakcji próbki (czyli pobrania jej z instalacji procesowej i przetransportowania do analizatora bez zakłócenia składu i utraty składników mierzonych).

Trudnością do pokonania jest też to, że do pomiaru amoniaku w gazach suchych wykorzystuje się analizatory typu NDIR (wykorzystujące absorpcję w bliskiej podczerwieni). Z kolei pomiar amoniaku w gazach mokrych (wysyconych H2O) realizowany jest, wg przyjętej praktyki, przy pomocy spektroskopii laserowej. W tym miejscu warto nadmienić, że wspomniana metoda pomiaru w gazach mokrych sprawdzona została jedynie przy stężeniach amoniaku od pojedynczych ppm do 1%. W związku w powyższym, wyższe stężenia amoniaku w gazach mokrych nie były dotychczas realizowane i wymagają zastosowania innowacyjnych rozwiązań oraz prac R&D celem m.in. doboru pasma widma IR, gdzie pomiar NH3 nie będzie zakłócany przez inne, obecne w gazie składniki.

Skonfigurowany indywidualnie analizator gwarantuje pewny pomiar CO2 dzięki specjalnie zaprojektowanemu układowi przygotowania próbki: