Analizatory podtlenku azotu — monitorowanie N₂O metodą GFC w podczerwieni

Gaz odlotowy z produkcji kwasu azotowego jest wilgotny — po wieży absorpcyjnej zwykle zawiera 15–25 %vol H₂O — a oprócz CO₂ występują w nim resztkowe ilości NO / NO₂. Analizatory gazów N₂O wykorzystujące szerokopasmową metodę NDIR są narażone na zakłócenia związane z ciągłą absorpcją H₂O i pasmem CO₂ przy 4,3 μm, sąsiadującym z pasmem N₂O przy 4,5 μm. Nakładające się pasma absorpcji powodują dodatnie obciążenie wyniku, które wymaga albo intensywnego kondycjonowania z użyciem Nafion / chłodzenia i osuszania, albo empirycznych współczynników korekcji matrycy gazowej. W obrotowym kole korelacyjnym GFC znajdują się naprzemiennie zamknięte sekcje z N₂O i gazem zerowym: różnicowy sygnał fotodetektora eliminuje wpływ każdego absorbera innego niż N₂O, w tym H₂O i CO₂. Pozostały wpływ matrycy gazowej ogranicza się do poszerzenia ciśnieniowego, które kompensuje zintegrowany manometr pojemnościowy. Dlatego GFC to preferowana architektura do regulacyjnych pomiarów N₂O na kominach z wilgotnymi spalinami, spełniających wymagania MRV.

Piąty raport oceniający IPCC (AR5) przypisuje N₂O 100-letni współczynnik ocieplenia globalnego wynoszący 265 razy więcej niż CO₂ w przeliczeniu na masę; we wcześniejszych raportach IPCC stosowano wartości zbliżone do 298. W kontekstach regulacyjnych pojawiają się obie wartości — konkretna wartość zależy od obowiązujących przepisów (na przykład US 40 CFR Part 98 obecnie odwołuje się do wartości AR4 wynoszącej 298). W praktyce oznacza to, że zakład emitujący 100 kg N₂O dziennie wykazuje w bilansie gazów cieplarnianych emisję odpowiadającą około 26 500–29 800 kg CO₂. Dlatego nawet stężenia w kominie poniżej 1 000 ppm przy umiarkowanych przepływach mogą oznaczać znaczące emisje w tonach ekwiwalentu CO₂ w ramach obowiązkowych programów MRV, a w regulowanych kategoriach źródeł wymagany jest ciągły monitoring N₂O, a nie okresowe badanie źródła.

MCERTS (UK), zgodność z 40 CFR Part 98 Subpart V i EPA Method 320 wymieniono jako docelowe ramy odniesienia do zatwierdzenia typu dla ZS6500-N2O; numery certyfikatów i okresy ich ważności nie są podane na tej stronie, a aktualny status certyfikacji należy potwierdzić przy składaniu zapytania ofertowego. Obowiązuje standard CE. Opcje do stref zagrożonych wybuchem ATEX II 2G Ex d IIB T4 Gb są określane dla każdego projektu, a certyfikat należy potwierdzić przy składaniu zapytania ofertowego. Przed złożeniem dokumentów o pozwolenie emisyjne należy potwierdzić aktualny status zatwierdzenia, a podczas przeglądu zakresu omówić z działem inżynierii aplikacyjnej GESHINE harmonogram zgodności projektu z wymaganiami.

Monografie USP i Ph. Eur. dotyczące tlenu medycznego wymagają, aby zanieczyszczenie N₂O wynosiło poniżej 2 ppm v/v, i określają użycie zwalidowanej metody oraz odpowiednich wzorców odniesienia. ZS6500-N2O spełnia wymagania dotyczące granicy wykrywalności — ≤0,5 ppm, co jest przydatne w CEMS — i może zatem służyć jako urządzenie pomiarowe do kontroli jakości tlenu medycznego. Zwolnienie serii tlenu zgodnie z farmakopeą USP / EP jest jednak procesem realizowanym dla każdej partii w środowisku GMP: po stronie klienta należy zapewnić walidację metody (IQ / OQ / PQ), identyfikowalność certyfikowanych gazów kalibracyjnych do NIST lub NPL oraz integralność danych zgodną z wymogami 21 CFR Part 11. Analizator jest oferowany jako element pomiarowy; za zwalidowaną procedurę jakościową i dokumentację GMP odpowiada kupujący, a produkty te nie są dostarczane jako wstępnie zakwalifikowany zestaw.

Budżetowa konfiguracja NDIR jest przeznaczona do prostszych, suchych matryc gazowych — badań strumienia emisji z gleby w komorach rolniczych, kondycjonowanych strumieni próbek laboratoryjnych lub badań przesiewowych ESG dla czystych gazów, gdy nie jest wymagany status regulacyjnego systemu CEMS zgodnego z 40 CFR Part 98 lub EU ETS. W rozwiązaniu tym obrotowe ogniwo pomiarowe GFC zastąpiono szerokopasmowym detektorem NDIR, dlatego zakłócenia powodowane przez ciągłą absorpcję H₂O i pasmo CO₂ nie są eliminowane przez samoodniesienie z taką samą dokładnością. Do raportowania MRV emisji gazów cieplarnianych z wilgotnego gazu odlotowego z produkcji kwasu azotowego lub dowolnego komina spalinowego zalecany jest analizator gazów N₂O GFC ZS6500-N2O. Opcja NDIR jest dostępna po przeglądzie projektu, a nie jako samodzielny produkt katalogowy SKU — przed złożeniem zamówienia należy omówić z działem inżynierii aplikacyjnej GESHINE dopasowanie rozwiązania do matrycy gazowej.

ZS6500-N2O jest dostarczany z torem gazu zerowego (N₂ ≥5.0) i certyfikowaną butlą gazu zakresowego o identyfikowalnym wzorcu — z dwupunktowym zakresem wynoszącym 80% podstawowego zakresu pomiarowego oraz dziennym wewnętrznym wskaźnikiem odniesienia w stylu QAL3, który potwierdza synchronizację koła GFC i poziom bazowy fotodetektora. Przy częstotliwości QAL3 zgodnej z MCERTS weryfikację zakresu w terenie przeprowadza się co tydzień, a co 6 months wykonuje się audyt AST z użyciem standardowego wzorca N₂O o identyfikowalności do NIST / NPL. Certyfikowany N₂O w N₂ jest dostępny u standardowych dostawców mieszanin gazowych; okres przechowywania butli wynosi ≥24 months przy 80% ciśnienia znamionowego.

Do monitorowania N₂O w wilgotnych spalinach za pomocą CEMS (gaz odlotowy z produkcji kwasu azotowego, kominy spalinowe) zalecany jest w pełni podgrzewany układ poboru próbki ZS-SCS-800: podgrzewana sonda, podgrzewany przewód przesyłowy utrzymywany powyżej punktu rosy spalin na całej drodze do analizatora, filtr cząstek stałych i układ regulacji przepływu. Pozwala to zachować reprezentatywność próbki bez kondensacji, która mogłaby zatrzymywać N₂O. W przypadku suchych strumieni procesowych lub strumieni o niższej wilgotności zwykle wystarcza układ kondycjonowania z chłodzeniem i osuszaniem ZS-SCS-600 (filtr koalescencyjny, chłodnica Peltiera obniżająca punkt rosy do ≤5 °C, regulacja przepływu). W badaniach rolniczych lub zastosowaniach laboratoryjnych w warunkach zbliżonych do otoczenia często wystarcza osuszacz Nafion lub krótki stopień chłodzenia Peltiera. Odpowiedni układ SCS jest dobierany podczas przeglądu inżynierii aplikacyjnej.

Główne przemysłowe zastosowania monitoringu N₂O to: produkcja kwasu azotowego i adypinowego (weryfikacja redukcji emisji z gazu odlotowego metodami SCR / NSCR oraz MRV), zakłady produkujące nawozy, spalarnie odpadów (CEMS do pomiaru emisji gazów cieplarnianych zgodnie z obowiązującymi przepisami) oraz fabryki półprzewodników wykorzystujące N₂O jako gaz procesowy. Dobrowolne raportowanie motywowane wymogami ESG rozszerza monitoring N₂O na sektory, w których wcześniej prowadzono go sporadycznie. Produkcja tlenu medycznego i kontrola jakości gazów farmaceutycznych wymagają pomiaru zanieczyszczenia N₂O zgodnie z monografiami USP / EP. Rolnicze instytuty badawcze monitorują emisję N₂O z gleby na potrzeby badań nad bilansem gazów cieplarnianych. Monitoring bezpieczeństwa pracy na salach operacyjnych i w gabinetach stomatologicznych służy ocenie narażenia na anestetyczny gaz N₂O.