Der Gesamtkohlenstoffgehalt (TC) im Abwasser gilt als Gütekriterium. Zur Wasseranalyse werden häufig Katalysatoren verwendet, die jedoch teuer sind und sich mit der Zeit verbrauchen. Das Messgerät Tocadero One der Horiba-Tochtergesellschaft Horiba Tocadero basiert auf einer Hochtemperaturoxidation, die ohne Katalysator auskommt. Für die Analyse wird eine Wasserprobe in einen Hochtemperaturofen injiziert, in dem bei 1200 °C das Wasser verdampft und die Kohlenstoffanteile zu CO2 umgesetzt werden. Das übrigbleibende CO2 gibt Aufschluss über den Kohlenstoffgehalt. Die Hochtemperaturmethode hat gegenüber anderen Verfahren den entscheidenden Vorteil, dass 100 % des gebundenen Kohlenstoffs umgesetzt werden. Dies schließt kleine Partikel mit ein. Der Anteil organischen Kohlenstoffs (TOC, Total Organic Carbon) lässt sich mit der Differenzmethode bestimmen: Nach Messung des Gesamtkohlenstoffgehalts (TC) wird der Anteil anorganischer Kohlenstoffe (TIC, Total Inorganic Carbon) ermittelt – die Differenz der beiden Werte entspricht dem TOC. Um jederzeit möglichst genaue Messwerte zu erhalten, bietet der Tocadero One die Möglichkeit, die Probenvorlage mit der zu messenden Probe zu spülen. Dadurch wird verhindert, dass Rückstände einer vorherigen Probe mit einer hohen TOC-Konzentration die Messwerte einer Probe mit einem geringen TOC-Gehalt verfälschen.
Kurze Messzyklen
Neben der Hochtemperaturverbrennung bietet der Tocadero One einen weiteren entscheidenden Vorteil in Form kurzer Messzyklen. Ein möglichst kurzer Injektions- bzw. Messzyklus hilft, TOC-Spitzen zu vermeiden: Je schneller zu hohe Werte im Abwasser erkannt werden, desto schneller lässt sich darauf reagieren, etwa indem ein Produktionsprozess angepasst wird. Bei Messgeräten, die beispielsweise nur alle 15 min einen Wert liefern, kann im schlechtesten Fall seit mehr als 14 min stark belastetes Abwasser in die Kläranlage oder die Gewässer gelangen. In zu hohen Konzentrationen oder mit falschen Substanzen kann das zum Umkippen der Kläranlage führen. Der Tocadero One liefert mit einem Messzyklus von nur 3 min deutlich schneller Ergebnisse. Dank industrieüblicher Schnittstellen wie Modbus, OPC UA, LAN oder Wifi lässt sich das Analysegerät leicht in die beim Kunden bestehende Testinfrastruktur integrieren.
Wartung mit AR-Brille
Auf bewegliche Teile wurde bewusst verzichtet, da dies den Wartungsaufwand reduziert und mögliche Fehlerquellen ausschließt. Dank Selbstanalyse erkennt der Tocadero One interne Veränderungen und kann eine nötige Wartung zu einem bestimmten Zeitpunkt prognostizieren. Neben der Selbstanalyse bietet das Messgerät erstmals die Möglichkeit einer geführten Wartung per Augmented Reality (AR). Mithilfe einer AR-Brille kann z. B. ein Spezialist in Deutschland den Servicetechniker in Asien oder Südamerika anleiten. Dazu kann der Experte Bauteile virtuell markieren oder Schaltpläne und ergänzende Dokumente mit dem Servicetechniker teilen. Dieser hat die Möglichkeit, die Dokumentation des Serviceeinsatzes mit Bildern und Videos zu ergänzen. Geplant ist zudem die Fernwartung per Remote Access Control, bei der sich z. B. die Leitwarte des Kunden auf das Gerät schalten und es aus der Ferne bedienen kann. Horiba Tocadero wird den Einsatz von AR-Brillen in Zukunft ausweiten, neue Geräte in den Service integrieren und Möglichkeiten der Interaktion ausbauen. Im Bereich der Messtechnik ist vorstellbar, dass per Smartphone AR-Codes auf Bauteilen gescannt werden, die zu Erklärvideos oder Wartungsanleitungen führen. So können auch weniger erfahrene Anwender einfache Wartungen durchführen oder kleinere Probleme selbstständig beheben.
Verkürzte Analysezeit
Prozessgasanalysegeräte kommen u. a.in petrochemischen Anlagen zum Einsatz, etwa um bei der Ethylenproduktion Verunreinigungen durch Acetylen und Kohlendioxid zu bestimmen und den Herstellungsprozess präziser zu steuern. Zur Analyse der komplexen Gasgemische werden bislang häufig Gaschromatografen verwendet. Deren Nachteil ist die lange Analysezeit: bis zu 10 min kann es dauern, bis ein Ergebnis vorliegt. Zudem benötigen Gaschromatografen ein Betriebsgas, die Installation ist komplex, die Geräte sind teuer. Doch auch in petrochemischen Anlagen gilt es, Produktionsverfahren zu vereinfachen, Betriebskosten zu senken sowie Prozesse einfacher zu steuern und nachhaltiger zu gestalten. Horiba hat daher mit den PLGA-1000 eine Generation von Prozessgasanalysatoren entwickelt, die kein Betriebsgas benötigen und sich leichter installieren und bedienen lassen. Vor allem ist die Analysezeit kürzer: t90-Zeit = 3 s. So können Anwender deutlich schneller auf mögliche Prozessabweichungen reagieren.
Echtzeitmessung mit Laser
Die Fotometertechnologie IRLAM (Infrared Laser Modulation) ermöglicht in Kombination mit einem Quantenkaskadenlaser die präzise Echtzeitmessung von Gasen selbst in geringer Konzentration. Der Quantenkaskadenlaser, der speziell für Gasmessanwendungen entwickelt wurde, dient als Lichtquelle. Durch sein äußerst schmalbandiges Licht ist der Laser in der Lage, sehr selektiv zu scannen – selbst in komplexen Rohgasmischungen lassen sich Verunreinigungen wie Acetylen und Kohlendioxid detektieren, die mit breitbandigeren Lichtquellen nicht analysierbar sind. Für die Gasanalyse wird der Laserstrahl in eine ebenfalls von Horiba entwickelte Herriott-Zelle geleitet. Es gilt: Je größer die optische Weglänge, desto größer die Nachweisempfindlichkeit. In der klassischen Fotometrie ergibt sich so der Nachteil einer sehr langen Absorptionslänge, je selektiver gemessen werden soll. Die im PLGA-1000 verwendete Gaszelle ist durch die Verwendung von Mehrfachreflexionen äußerst kompakt und bietet dennoch eine große optische Weglänge für verschiedene Anwendungen. In der Fotometrie können sich Querempfindlichkeiten respektive Einflüsse in der Gasmatrix auf die Spektroskopie auswirken. Der spezielle Algorithmus des PLGA-1000 berücksichtigt solche Effekte in der Auswertung der Konzentrationsberechnung und bietet eine hohe Empfindlichkeit bei gleichzeitig großer Selektivität.
Zusammengefasst ermöglicht die IRLAM-Technologie im PLGA-1000 die Echtzeitmessung von Gasen, die mit der herkömmlichen Infrarot-Gasanalysetechnik aufgrund unzureichender Empfindlichkeit und Interferenzeffekten schwer oder gar nicht zu messen waren. Der Fotometeralgorithmus lässt sich an verschiedene Prozesse individuell anpassen – die IRLAM-Technologie wird daher künftig in weiteren Gasanalysatoren von Horiba zum Einsatz kommen.
Horiba Europe GmbH, Darmstadt
Halle C1, Stand 221
Autor: Dr. Michael Kamphus
Product Manager Air Quality,
Horiba
Autor: Dr. Stefan Vosskötter
Key-Account-Manager,
Horiba Tocadero
