Kritische Prozessmessung für CCS: Teil Zwei

Analysetechniken und -instrumente

Teil eins dieser Serie stellte die Prozesse vor, die für den Erfolg und die Sicherheit des Betriebs von CO₂-Abscheidung und -Speicherung (CCS) entscheidend sind. Dieser zweite Teil befasst sich mit den Analysetechniken, mit denen Ingenieure die Reinheit des abgeschiedenen CO₂ überprüfen, Spurenverunreinigungen nachweisen und korrosive oder gefährliche Reaktionen während der Abscheidung, des Transports und der geologischen Injektion verhindern können.

Echtzeitdaten von Gaschromatographen sowie Feuchtigkeits- und Sauerstoffanalysatoren gewährleisten die Einhaltung strenger Umwelt- und Sicherheitsvorschriften und ermöglichen zudem Prozessoptimierungen, Risikominimierungen und die frühzeitige Erkennung von Leckagen. In den folgenden Abschnitten werden wir die wichtigsten Analysemethoden für CCS untersuchen und detailliert beschreiben, wie die einzelnen Technologien funktionieren und dazu beitragen, die strukturelle Integrität der Infrastruktur zu erhalten, unterirdische Speicherstätten zu sichern und letztlich die zuverlässige, langfristige Sequestrierung von Kohlendioxid zu unterstützen.

Analysetechniken

Gaschromatographie (GC)

Die Gaschromatographie wird zur Messung der Reinheit von CO₂ durch Trennung und Quantifizierung von Spurenverunreinigungen eingesetzt. Ein Gaschromatograph injiziert eine Gasprobe in eine Säule, wo sich die verschiedenen Komponenten aufgrund ihrer Wechselwirkung mit dem Säulenmaterial trennen. Ein Detektor quantifiziert diese Komponenten und liefert eine detaillierte Zusammensetzungsanalyse. Diese Instrumente sind für den Prozess der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) unverzichtbar, da sie eine präzise Analyse und Quantifizierung der Gaszusammensetzungen ermöglichen.

Bei der CCS wird CO₂ in industriellen Prozessen oder Kraftwerken von anderen Gasen getrennt. Der GC spielt eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung, dass das abgeschiedene CO₂ die erforderlichen Reinheitsstandards erfüllt, indem er die Gasströme analysiert. Diese Echtzeitanalyse ermöglicht es den Betreibern, die Effizienz des Abscheidungsprozesses zu optimieren.

Nach der Abscheidung wird das CO₂ transportiert und zur Speicherung in geologische Formationen injiziert. Der GC spielt eine wichtige Rolle bei der Überwachung der Gaszusammensetzung vor und nach der Injektion, um die Reinheit sicherzustellen und mögliche Leckagen oder unbeabsichtigte Reaktionen zu erkennen.

Die Genauigkeit der GC-Messungen ermöglicht die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, da sie sicherstellt, dass der CCS-Prozess den Umweltstandards und gesetzlichen Anforderungen entspricht. Darüber hinaus trägt der GC zum Risikomanagement und zur Erstellung von Sicherheitsprotokollen bei, indem er potenzielle Verunreinigungen oder unerwartete Gase erkennt, die die Integrität oder Sicherheit der Speicherstätte gefährden könnten, und somit die allgemeine Zuverlässigkeit des CCS-Prozesses unterstützt.

Sauerstoffanalysatoren

Sauerstoffanalysatoren können zur Messung des O₂-Gehalts im CO₂-Strom unter Verwendung elektrochemischer oder thermoparamagnetischer Sensoren eingesetzt werden. Der Sauerstoffgehalt in den Produktionsprozessen kann im Prozentbereich liegen, aber getrocknetes CO₂, das in Bohrlöcher eingeleitet wird, wird in der Regel sehr niedrig gehalten (<40 ppmV). Dies ist wichtig, um Korrosion zu vermeiden und Reaktionen mit den geologischen Formationen zu verhindern, die die Integrität der Speicherstätte beeinträchtigen könnten. Die Analysatoren bieten eine kontinuierliche Echtzeitüberwachung, um sicherzustellen, dass der Sauerstoffgehalt innerhalb der festgelegten Grenzen bleibt und oxidative Reaktionen und Korrosion verhindert werden. Die ausgewählten Sensoren müssen für den Einsatz in CO₂ geeignet und vor hohen O₂-Konzentrationen geschützt sein. Aufgrund von H₂S und anderen Verunreinigungen kann ein Gaswäscher erforderlich sein, um eine repräsentative Messung und eine lange Lebensdauer der Sensoren zu gewährleisten.

Feuchtemessgeräte

Genaue Feuchtigkeitsmessungen sind für die Aufrechterhaltung der Qualität und Sicherheit des transportierten und gelagerten Gases von grundlegender Bedeutung. Ungenaue Messungen können zu verschiedenen Problemen führen, darunter Korrosion, Vereisung oder Hydratbildung in Rohrleitungen, was Blockaden oder Schäden an der Infrastruktur verursachen kann.

Viele Branchen, insbesondere solche, die mit dem Transport und der Speicherung von Gas zu tun haben, unterliegen strengen Vorschriften und Normen. Diese erfordern oft Messgeräte – wie Feuchtemessgeräte –, die nach rückverfolgbaren nationalen Standards kalibriert sind, um Konsistenz und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser Vorschriften hilft, rechtliche und finanzielle Strafen zu vermeiden und stellt sicher, dass der Betrieb den besten Praktiken der Branche entspricht.

Zusammenfassung

Präzise Analysegeräte sind das Herzstück eines sicheren, effizienten und konformen CCS-Workflows. Von der hochauflösenden Trennung in der Gaschromatographie bis hin zur sorgfältigen, kontinuierlichen Überwachung durch Sauerstoff- und Feuchteanalysatoren – diese Techniken arbeiten zusammen, um die CO₂-Reinheit zu überprüfen, heimtückische Verunreinigungen zu erkennen und vor Korrosion oder Hydratbildung zu schützen. Durch die Bereitstellung von Echtzeit-Erkenntnissen ermöglichen sie es den Betreibern, die Abscheideleistung zu optimieren, Betriebsrisiken zu vermeiden und die Einhaltung strenger gesetzlicher – und letztlich gesellschaftlicher – Vorgaben nachzuweisen.

In Teil 3 werden wir die Vorteile einer verbesserten Prozesssteuerung in CCS untersuchen.