Heutzutage werden täglich weltweit über 8 Mio. Kubikmeter Rohöl produziert. Dieses Rohöl wird verfrachtet, transferiert, gelagert und in Raffinerien in über Tausend unterschiedliche Mineralölprodukte verarbeitet. Während der intensiven Bearbeitung ist es möglich, dass einige Öle in das Abwasser gelangen. Um dies zu verhindern, besteht ein großer Bedarf an verlässlichen und schnellen Öl-in-Wasser-Analysatoren (Oil-in-Water, OIW).
Der Autor: Piet Broertjes Specialist Environmental Projects, ODS Sampling and Analytical Systems
Die meisten OIW-Methoden basieren auf der indirekten Messung. Hierbei beeinträchtigen Konsistenz, Zusammensetzung und Herkunft des Öls die Ergebnisse, sodass eine Korrelation mit den entsprechenden OIW-Labormethoden (EN ISO 93 77-2) zwingend notwendig ist. Dies wird allerdings zu einer echten Herausforderung, wenn die OIW-Zusammensetzung variiert und eine Mixtur aus unterschiedlichen und unbekannten Öltypen besteht.
Dagegen bietet das TOC-Messgerät eine direkte OIW-Analyse, indem es alle Öltypen, Fette und Schmierfette ungeachtet ihres Ursprungs via Kohlenstoffbestimmung ermittelt. Es handelt sich hierbei um eine sogenannte Summenparameteranalyse, die auf alle organischen Kohlenwasserstoffe anspricht. Da diese Methode ein direktes Oxidationsverfahren ist, definiert sich das Ergebnis durch eine chemische Oxidationsgleichung. Die TOC-Methode ist nicht selektiv zu ausschließlich öligen oder fettigen Kohlenwasserstoffen. Da in der Regel aber keine anderen organischen Komponenten in den Proben vorkommen, ist die selektive Betrachtung auch nicht notwendig. Allgemein gilt, dass das TOC-Verfahren in Raffinerien, Rohölterminals, Ölmischanlagen etc. besonders zur Überwachung von Einleitungen, Regenwasserabflüssen, Leckagen, Stoßbelastungen, Kesselspeisewasser und Kondensat-rückläufen geeignet ist.
Beispiel Raffinerie
Eine große Raffinerie lagert zahlreiche Petroleumölprodukte. Im Lager sind eine Vielzahl von Pumpen, Ventilen, Pipelines sowie diverse Be- und Verladestationen, Bootsstege und Mischer im Einsatz. Die Kanalisation sammelt Sturm-, Regen- und Prozesswasser und leitet es ins Hauptklärwerk ein. Da es unvermeidbar ist, dass während der Verarbeitung etwas von den Petroleumprodukten ins Abwasser gelangt, besteht die Gefahr, dass die Biomasse der Kläranlage beeinträchtigt wird.
Außerdem kann das Abwasser abhängig von den Be- und Entladungsaktivitäten durch zahlreiche Produkte kontaminiert werden, die sich in ihrer Zusammensetzung stark unterscheiden. Online-OIW-Systeme sind unfähig, auf all diese vielfältigen Öle, Fette und Ab-wasserzusammensetzungen zu reagieren, da sie auf indirekten Messverfahren basieren. Eine Korrelation zur Labormethode nach EN ISO 93 77-2 ist nahezu unmöglich, daher sind sie nutzlos.
Da nur Mineralöl und Petroleum im Abwasser vorkommen konnte, war ein spezifischer OIW-Analysator nicht notwendig. ODS Sampling & Analytical Systems konstruierte und installierte daher ein OIW-Analysesystem, das aus einem geeigneten und verlässlichen Online-Analysator mit einem klimagesteuerten Gehäuse und einem ausgeklügelten Probennahmesystem bestand.
Auswahl des TOC-Analysators
Viele der erhältlichen TOC-Messgeräte sind nicht notwendigerweise für Öl-Applikationen geeignet. Erstens können Bauteile, die in Kontakt mit der Probe sind, kontinuierlich kontaminiert werden. Zweitens ist Öl hydrophob, d. h. es vermischt sich nicht mit Wasser und tendiert dazu, an befeuchteten Bauteilen zu kleben. Auf diese Weise wird das Messgerät über einen längeren Zeitraum kontaminiert, was zu Verschleppungseffekten führt. Relativ saubere Proben werden somit systematisch mit zu hohen Werten gemessen.
Die meisten TOC-Systeme haben außerdem eine Messbereichsbegrenzung von maximal 2000 mg C/l. Um höhere Messbereiche zu erreichen, verwenden sie die Verdünnungstechnik. Diese Methodik eignet sich für ölige Proben nicht, somit scheiden diese Geräte für die OIW-Analyse aus.
Der Prozessanalysator QuickTOC von LAR Process Analysers verwendet ein anderes Design. Das Gerät nutzt ein prozessgesteuertes Zwei-Achsen-Injektionssystem, das die manuelle Laborarbeitsweise kopiert. Die XY-Automatik positioniert nacheinander die Injektionsnadel in das Probenüberlaufgefäß und den Injektionsport des +1200-°C-Reaktors, in dem die Öle und Schmierfette vollständig oxidiert werden. Der große Vorteil: Nur die Injektionsnadel kann kontaminiert werden. Diese wird jedoch direkt nach jeder Injektion mit Spülwasser gereinigt. Die Proben werden so korrekt gemessen und der Wartungsaufwand reduziert sich erheblich.
Probenahme und Probentransfer
Das Probenahme- und Transfersystem ist für die korrekte TOC-Messung von wesentlicher Bedeutung. Der FlowSampler extrahiert unter Verwendung des sogenannten anti-isokinetischen Fluiddynamikprinzips die Probe. Dieses funktioniert so: Bei hoher Fließgeschwindigkeit verbleiben große und schwere Partikel im Hauptstrom und nur kleinere und leichte Partikel werden für die Analyse extrahiert. Somit ist keine aufwendige Probenvorbereitung wie eine Filtration nötig.
Da in der Raffinerie ein Gerätehaus nah an einem möglichen Abwasserstrom platziert war, wurde dort eine Tauchpumpe mit einer entsprechenden Kapazität installiert. Sie gewährleistet eine hohe Fließgeschwindigkeit der Probe durch die 1½“ dicke Probenschlaufe zum FlowSampler.
Halle 11.1, Stand C87
prozesstechnik-online.de/cav0612446
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