Amonyak, suda kolayca çözünen bir gazdır. Çeşitli yaygın tespit yöntemleri mevcuttur, ancak amonyak toksik ve aşındırıcıdır. Günümüzde ölçüm esas olarak TDLAS doğrudan ölçüm yöntemi kullanılarak yapılmaktadır. TDLAS özünde bir spektral absorpsiyon analiz teknolojisidir. Gaz moleküllerinin belirli dalga boylarındaki lazerlere karşı seçici absorpsiyon özelliklerinden yararlanır ve lazer absorpsiyon yoğunluğundaki değişiklikleri analiz ederek gaz konsantrasyonunu elde eder. TDLAS spektral absorpsiyon yöntemi, amonyak gazının konsantrasyonunu doğrudan ölçebilir ve %'den PPm'e kadar ölçümler yapabilir.
TDLAS teknolojisi, yüksek çözünürlüklü bir spektral absorpsiyon teknolojisidir. Lazerin ölçülen gazdan geçerken ışık yoğunluğundaki zayıflama Lambert-Beer Yasası ile ifade edilebilir. Formülde IV, 0, IV, V frekanslı lazeri, giren ve P basıncı, X konsantrasyonu ve L optik yolu olan gazdan geçen lazeri temsil eder; S(T) absorpsiyon çizgisinin yoğunluğunu temsil eder; g(v-v0) doğrusal fonksiyonu absorpsiyon çizgisinin şeklini temsil eder. Gaz absorpsiyonu genellikle küçüktür ve bu ilişkiler, gaz konsantrasyonu ne kadar yüksekse ışık zayıflamasının o kadar büyük olacağını gösterir. Bu nedenle, gazın konsantrasyonu, lazerin gaz tarafından zayıflatılması ölçülerek belirlenebilir.
Lazer gaz analizörünün çalışma prensibi, lazer spektroskopisi ve optik absorpsiyon prensiplerine dayanmaktadır. Çalışma süreci aşağıdaki temel adımlara ayrılabilir:
Lazer kaynağı: Lazer gaz analizörü, ışık kaynağı olarak monokromatik tutarlı bir lazer ışını kullanır. Lazer ışınının ölçülen gazdan geçerken ışık yoğunluğundaki zayıflama Lambert-Beer Yasası ile ifade edilebilir. Formülde IV, 0, IV, V frekanslı lazeri, giren ve P basıncı, X konsantrasyonu ve L optik yolu olan gazdan geçen lazeri temsil eder; S(T) absorpsiyon çizgisinin yoğunluğunu temsil eder; g(v-v0) doğrusal fonksiyonu absorpsiyon çizgisinin şeklini temsil eder. Gaz absorpsiyonu genellikle küçüktür ve bu ilişkiler, gaz konsantrasyonu ne kadar yüksekse ışık zayıflamasının o kadar büyük olacağını gösterir. Bu nedenle, gazın konsantrasyonu, lazerin gaz tarafından zayıflatılması ölçülerek belirlenebilir.
Lazer gaz analizörü veri işleme: Analizör, hedef molekülün konsantrasyonunu belirlemek için absorbe edilen ışık yoğunluğunun absorbe edilmeyen ışık yoğunluğuna oranını hesaplar.
Biyokütleyi yakıt olarak kullanan metalurji, kok kömürü, enerji ve çimento gibi endüstrilerde, yanma baca gazındaki azot oksitlerin giderilmesi ve çevre kirliliğinin önlenmesi insanların büyük ilgisini çekmiş ve zorlu bir konu olmuştur. Azot oksitlerin giderilmesi (denitrifikasyon) esas olarak iki ana akım sürece ayrılır: SCR ve SNCR. SCR ve SNCR'nin çalışması için gereken ilaçlar amonyak ve üredir (üre kullanılmasının ana nedeni, depolanabilmesi ve gerektiğinde kullanılabilmesidir ve üre hala kullanım için amonyağa ayrışır). SCR ve SNCR operasyonlarının verimliliğini izlerken, amonyak gazı çevrimiçi analiz sistemi kullanılmalı ve amonyak gazı analiz sistemi aracılığıyla amonyak suyu tüketimi kontrol edilmelidir.
SCR çıkışından amonyak kaçağının izlenmesi büyük önem taşımaktadır. Denitrifikasyon süreci sırasında, amonyak tüketimi, toplam NOx miktarı ile 0.8 ila 1.2 arasında bir kimyasal stokiyometrik orana sahiptir. Bu nedenle, amonyak enjeksiyon miktarının kontrol edilmesi çok önemli olacaktır; amonyak enjeksiyon miktarı, NOx emisyonunu azaltmak için NOx ile reaksiyona girecek kadar NH3'e sahip olmalı ve kirlilik kaynağının emisyon gereksinimlerini karşılamalıdır; ve aşırı NH3'ün baca gazına enjekte edilmesinden kaçınılmalıdır, bu sadece korozyonu artırmakla kalmaz, SCR katalizörünün ömrünü kısaltır, aynı zamanda baca tozunu kirletir ve hava ön ısıtıcısında amonyak tuzlarının birikmesini artırır ve atmosfere NH3 emisyonunu artırır.
Denitrifikasyon süreci amonyak kaçağı NH3 tespiti Baca gazı denitrifikasyonu, NOX'un N2'ye indirgenerek baca gazından NOX'un giderilmesi anlamına gelir. Denitrifikasyon için ana akım süreçler şunlardır: SCR denitrifikasyon ve SNCR denitrifikasyon. SCR denitrifikasyon teknolojisi seçici katalitik indirgeme yöntemidir. Bir katalizör varlığında (SNCR denitrifikasyon teknolojisi, katalizörsüz ve yüksek sıcaklıkta seçici non-katalitik indirgeme yöntemidir), sıvı amonyak veya ürenin ayrışmasından elde edilen amonyak, baca gazındaki azot oksitleri indirgemek için indirgeyici ajan olarak kullanılır. İndirgeme süreci sırasında, artık indirgeyici ajanlardan kaynaklanan amonyak kaçağı kaçınılmazdır. Kaçan amonyak, baca gazındaki SO3 ile amonyum bisülfat gibi, güçlü yapışkanlığa, aşındırıcılığa, katran benzeri katılara sahip amonyum bisülfat oluşturur, bu da hava ön ısıtıcısında korozyona, tıkanmaya ve toz birikmesine neden olur, toz giderme etkisini etkiler. Hatta downstream toz giderme ekipmanına zarar verebilir; aynı zamanda, sıvı amonyak/üre tüketiminde bir artış anlamına gelir, denitrifikasyon cihazının ekonomik faydalarını azaltır; kalan amonyak atmosfere boşaltılır, atmosferin ikincil kirliliğine neden olur.
Bu nedenle, ters nitrifikasyon süreci sırasında kaçan amonyağın tespiti, amonyak enjeksiyon kontrolünü optimize etmek ve kirletici emisyonlarını azaltmak için büyük önem taşımaktadır.
Metalurji, kok kömürü, enerji üretimi ve çimento gibi biyokütleyi yakıt olarak kullanan endüstrilerde, yanma baca gazlarından azot oksitlerin giderilmesinin ve çevre kirliliğinin önlenmesinin önemi büyük ölçüde fark edilmiştir. Aynı zamanda zorlu bir sorundur. Azot oksitlerin (denitrifikasyon) giderilmesi için en yaygın süreçler SCR ve SNCR'dir. SCR ve SNCR'yi çalıştırmak için gereken reaktifler amonyak ve üredir (üre esas olarak kolay bulunabilirliği nedeniyle kullanılır ve kullanıldığında hala amonyağa ayrışır). SCR ve SNCR'nin verimliliğini izlemek için, amonyak suyu tüketimini kontrol etmek amacıyla bir amonyak çevrimiçi analiz sistemi kullanılmalıdır.
SCR çıkışındaki amonyak kaçağının izlenmesi büyük önem taşımaktadır. Denitrifikasyon süreci sırasında, amonyak tüketiminin toplam NOx miktarına stokiyometrik oranı 0.8 ile 1.2 arasında olmalıdır. Bu nedenle, enjekte edilen amonyak miktarının kontrol edilmesi çok önemlidir. Enjekte edilen amonyak miktarı, NOx emisyonlarını azaltmak ve kirlilik kaynağı emisyon gereksinimlerini karşılamak için NOx ile reaksiyona girecek kadar yeterli olmalıdır. Aynı zamanda, baca gazına aşırı miktarda NH3 enjekte etmekten kaçınmak gereklidir. Aşırı amonyak enjeksiyonu sadece korozyonu artırmakla kalmaz, SCR katalizörünün ömrünü kısaltır, aynı zamanda baca tozunu kirletir, hava ön ısıtıcısında amonyak tuzu birikimini artırır ve atmosfere NH3 emisyonlarını artırır.
Denitrifikasyon sürecinde amonyak kaçağı tespiti Baca gazı denitrifikasyonu, üretilen NOx'un N2'ye indirgenerek baca gazından NOx'un giderilmesi anlamına gelir. En yaygın süreçler SCR denitrifikasyon ve SNCR denitrifikasyon'dur. SCR denitrifikasyon teknolojisi seçici katalitik indirgeme yöntemidir. Bir katalizör varlığında (SNCR denitrifikasyon teknolojisi, katalizörsüz ve yüksek sıcaklıkta gerçekleşen seçici non-katalitik indirgeme yöntemidir), sıvı amonyak veya üreden ayrışan amonyak, baca gazındaki azot oksitleri azot ve suya indirgemek için indirgeyici ajan olarak kullanılır. İndirgeme süreci sırasında, artık indirgeyici ajanlardan kaynaklanan amonyak kaçağı kaçınılmazdır. Kaçan amonyak, baca gazındaki SO3 ile kolayca amonyum bisülfat oluşturur. Amonyum bisülfat, hava ön ısıtıcısında korozyona, tıkanmaya ve toz birikmesine neden olan, toz giderme verimliliğini etkileyen, yüksek yapışkanlığa, aşındırıcılığa ve katran benzeri katı özelliklere sahip bir maddedir. Hatta downstream toz giderme ekipmanına zarar verebilir. Aynı zamanda, sıvı amonyak/üre tüketiminde bir artış anlamına gelir, denitrifikasyon ünitesinin ekonomik verimliliğini azaltır. Kalan amonyak atmosfere boşaltılır, ikincil hava kirliliğine neden olur.
Bu nedenle, denitrifikasyon sırasında amonyak kaçağının tespiti, amonyak enjeksiyon kontrolünü optimize etmek ve kirletici emisyonlarını azaltmak için büyük önem taşımaktadır.
