Die Kosten für Reparatur und/oder Austausch der Ausrüstung, Arbeitskosten und Einnahmeausfälle durch die Abschaltung eines SRR aufgrund erhöhter Wassergehalte und Korrosion unterstreichen, wie wichtig eine Messung und Regelung des Wassergehaltes ist. Daher wird dieser im Wasserstoff-Recyclegasstrom während der Trocknung überwacht, um zu ermitteln, wann die Bedingungen eine erneute Betriebsaufnahme der SRR Einheit erlauben. Die Überwachung des Wassergehaltes während der Regenerierung und anschließenden Trocknung des Katalysators ist wichtig, um die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Katalysators zu optimieren. In Raffinerien wurden bisher meist zwei Arten zur Wasserbestimmung eingesetzt: elektrochemische Aluminiumoxidsensoren (Al2O3) und Analysatoren nach dem Schwingquarz-Prinzip (Oscillating Quartz Crystal Microbalance, QCM). Obwohl elektrochemische Sensoren relativ einfache Instrumente sind, haben sie ihre Grenzen beim Einsatz in rauen Prozessgasen. Das Hauptproblem bei Al2O3-Sensoren besteht darin, dass das Sensorelement in direkten Kontakt mit dem Prozessgas und mitgeführten Verunreinigungen kommt. Um ungeplante Abschaltungen zu vermeiden, werden daher in vielen Raffinerien redundante Sensoren eingesetzt. Beide Arten von Analysatoren reagieren aufgrund verlängerter Befeuchtungs- und Trocknungszeiten nur langsam auf Veränderungen der Wasserkonzentration. Eine verlängerte Trocknungszeit ist aber problematisch, wenn die Geräte zur Überwachung der Katalysatorbett-Trocknung in einem SRR nach der Vor-Ort-Regenerierung verwendet werden und so dessen Inbetriebnahme um einen oder mehrere Tage verzögern.
Absorptionsspektroskopie mit durchstimmbaren Laserdioden
Analysatoren auf Basis der Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Laserdioden (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS) sind eigens für die Messung von Wasser und anderer Analyten wie H2S, C2H2, NH3 oder CO2 in Prozessgasströmen konzipiert. Im Betrieb wird die TFLAS Probenzelle des Analysators von Prozessgas durchströmt. Ein Laser mit durchstimmbarer Diode strahlt ein Licht im Nah-Infrarotbereich (NIR) aus, dessen Wellenlänge spezifisch für den Zielanalyten gewählt wird. In der Probenzelle, die das Gas durchströmt, wird der Lichtstrahl von einem Spiegel auf einen elektronischen Detektor reflektiert. Die Laserquelle und die Komponenten des elektronischen Detektors sind durch ein Fenster von den Prozessgasen getrennt. Diese Anordnung ermöglicht Messungen vollständig ohne Kontakt zwischen Prozessgas (einschließlich mitgeführter Verunreinigungen) und kritischen Komponenten des Analysators. Moleküle des Analyten in der Gasprobe absorbieren Licht und senken die Lichtintensität in direkt proportionalem Verhältnis zu ihrer Konzentration gemäß dem Lambert-beerschen Gesetz. Die Differenz der Lichtintensität wird vom elektronischen Detektor gemessen, und das Signal verarbeitet, um die Konzentration im Prozessgas zu berechnen. Für Wassermessungen im Wasserstoff-Recyclegas eines SRR werden die TDLAS-Analysatoren für die Messung in zwei spezifischen Bereichen konfiguriert und kalibriert: 0 bis 50ppmv und 50 bis 1.000ppmv. Der erste Bereich wird zur Prozessüberwachung und -regelung im Normalbetrieb verwendet. Der höhere Bereich dient zur Trendüberwachung bei der Vor-Ort-Regenerierung und Trocknung des Katalysators. Der Analysator ist so programmiert, dass er bei Überschreiten einer Wasserkonzentration von 50ppmv in den Trendmodus umschaltet.
Fazit
Die korrosiven Bedingungen im Wasserstoff-Recyclegasstrom des SRR führen bei elektrochemischen Al2O3 Sensoren und QCM Systemen zu einer Verringerung des On-Stream-Faktors. Bei TDLAS-Analysatoren hingegen sind Laser und Detektorkomponenten vor direktem Kontakt mit dem HCl geschützt, was einen On-Stream-Faktor von über 95 Prozent gemäß den Richtlinien ANSI/API 555-2001 (Abschnitt 1.3.c) erlaubt. Das schnelle Ansprechen von TDLAS-Analysatoren auf Veränderungen der Wasserkonzentration erweist sich als vorteilhaft für die Prozessüberwachung und -regelung im Normalbetrieb und bei der Überwachung der Katalysatortrocknung nach einer Vor-Ort-Regenerierung. Die Leistungsmerkmale von TDLAS-Analysatoren ermöglichen es Raffinerien, den Endpunkt der Katalysatortrocknung besser zu erkennen und den SRR einen oder mehrere Tage früher wieder zu starten, als es mit anderen Messeinrichtungen möglich wäre.
