2018-10-15

Övervakning av vätesulfid i industriella processer

Vätesulfid, H₂S, är en mycket giftig, frätande och brandfarlig gas. Därför måste den övervakas och kontrolleras noggrant i industriella processer där den genereras eller används. Vid relativt låga koncentrationer har den en lukt av ruttna ägg som fungerar som en effektiv varning men vid högre koncentrationer där den blir akut giftig och till och med dödlig kan den inte längre kännas och medvetenheten om faran försvinner.

Vätesulfid (även kallat svavelväte) produceras naturligt när mikrober bryter ner organiskt material i avsaknad av syre. Det kan till exempel ofta kännas i träskmarker och i närheten av reningsverk. Den övervägande delen av H₂S som produceras av människor kommer dock från raffinaderier där svavlet i råoljan avlägsnas genom reaktion med väte. Resultatet blir lågsvavlig olja och avsvavlad bensin, men också stora mängder H₂S. Svavelväte finns också i mycket höga koncentrationer i rå naturgas och biogas ("sur gas"), och måste avlägsnas innan den återstående gasen ("söt gas") kan distribueras och användas vidare.

Även om vätesulfid är en biprodukt från raffinaderier är det också den primära ingrediensen för produktion av elementärt svavel i Claus-processen, som är industristandard. I ett första förbränningssteg reagerar H₂S med syre och bildar svaveldioxid och vatten. I ett eller flera efterföljande katalytiska steg reagerar H₂S och SO₂ och bildar elementärt svavel och ytterligare vatten. Det resulterande svavlet används sedan vanligtvis för att producera svavelsyra, som i sin tur är ett av basämnena i den kemiska industrin.

Säkerhet i fokus

Det är viktigt att kunna övervaka koncentrationerna av vätesulfid, både ur ett processtyrningsperspektiv och av säkerhetsskäl. För att börja med det senare finns det flera typer av handhållna eller bärbara gasmonitorer som används för personligt skydd. Sådana enheter kan ofta detektera både H₂S och andra farliga gaser som CO. Utrustningen baseras ofta på elektrokemiska detektionsmetoder. De kan ha brister i precision men fungerar ändå bra vid relativt låga koncentrationer av H₂S, vanligtvis i intervallet 0-50 ppm (75 mg/m³, den högsta personliga säkerhetsgränsen för kortvarig exponering) eller lägre. Den kan sedan ge varningar om H₂S-koncentrationen ökar, innan situationen blir farlig för den person som bär enheten.

För övervakning av utsläpp och även för processtyrning behövs dock andra typer av mätare. Jämfört med monitorer för personligt bruk måste de uppfylla helt andra krav på t.ex. mätområden, detektionsgränser och förmåga att arbeta kontinuerligt med aggressiva gasblandningar i tuffa industrimiljöer.

Mätmetoden

Metoden för att mäta H₂S-koncentrationer i industriella processer har traditionellt varit att ta ut ett gasprov, späda det, avlägsna eventuell SO₂ med hjälp av en skrubber, sedan omvandla H₂S till SO₂ och slutligen mäta SO₂-koncentrationen vilket i praktiken ger H2S-koncentrationen. Denna metod kräver dock mycket underhåll av utspädningssystemet, skrubbern och omvandlaren, och det kan lätt uppstå fel. Detta kan vara ett problem eftersom både tillgängligheten och tillförlitligheten hos mätresultaten kan vara avgörande, inte bara för produktionsprocessen utan även av säkerhetsskäl.

För kontinuerlig övervakning av utsläpp samt processövervakning av H₂S erbjuder OPSIS en lösning baserad på den beprövade DOAS-tekniken med öppen mätsträckla, utan utspädning eller skrubbning. Den extraherade gasen leds till en långlivad H₂S-omvandlare som följs av direkt övervakning av omvandlingsprodukten i en gasanalysator. Systemet har en mycket låg detektionsgräns och fungerar bra både vid låga och måttliga mätområden, från 0-20 mg/m³ upp till 0-1000 mg/m³. OPSIS erbjuder även gasanalysatorsystem för högre mätintervall, upp till 100%, lämpliga för processkontrolländamål. Samma övervakningssystem kan också konfigureras för att mäta koncentrationer av många andra gasformiga ämnen, t.ex. NO, NO₂, CO, CO₂, NH₂, H₂O, HF och HCl, både i processen och för kontinuerlig övervakning av utsläpp.