Analisadores de cloreto de hidrogênio — medição de HCl por TDLAS com linha selecionada

Três propriedades dos gases de combustão da incineração fazem da tecnologia TDLAS uma escolha justificável para o CEMS de HCl: (1) o alto teor de vapor de água (normalmente 10–25 %vol), que se sobrepõe à banda de absorção do HCl em medições por NDIR de banda larga — a TDLAS posiciona a linha do laser em uma característica específica do HCl acima do contínuo de H₂O, distinguindo o HCl opticamente em vez de compensar a umidade; (2) a presença simultânea de SO₂, HF e CO₂, que introduzem interferências espectrais em técnicas de banda mais ampla e são tratadas pela seleção da linha do laser e pela análise da matriz da amostra; (3) a natureza altamente corrosiva e reativa do HCl em gases ácidos úmidos às temperaturas da chaminé, que exige materiais e métodos de medição capazes de preservar a integridade da amostra desde a ponta da sonda até a célula de medição do analisador.

O HCl é altamente solúvel em água. Se a temperatura do caminho da amostra cair abaixo do ponto de orvalho ácido (aproximadamente 60–80 °C para concentrações típicas de HCl em gases de combustão de incineração), o HCl se dissolve no filme de condensado nas paredes da linha de amostragem — causando perda de sinal na medição (o HCl chega ao analisador em uma concentração menor do que a existente no ponto de medição) e, ao mesmo tempo, corrosão agressiva dos materiais do caminho da amostra. O SS316L padrão é adequado para gases não corrosivos, mas é atacado por HCl concentrado em temperaturas elevadas. Hastelloy C-276 — uma liga de níquel-molibdênio-cromo — oferece resistência muito maior ao serviço com ácidos contendo HCl nas temperaturas e concentrações encontradas em instalações de incineração e cloro-álcali. A linha aquecida deve manter a temperatura acima do ponto de orvalho em toda a sua extensão, incluindo curvas e conexões.

A EN 14181 define o sistema de garantia da qualidade para sistemas automáticos de medição (AMS) instalados em posições de CEMS de fontes estacionárias na UE. A QAL1 é o ensaio inicial de aprovação de tipo, que confirma se o instrumento atende aos critérios mínimos de desempenho em condições de laboratório e de campo. A QAL2 é a calibração específica do local e a avaliação da incerteza realizadas após a instalação do sistema, com um método de referência (normalmente amostragem isocinética extrativa) para estabelecer a relação funcional entre a leitura do AMS e o valor de referência e documentar a incerteza de medição. O Ensaio Anual de Vigilância (AST) mantém a calibração QAL2 ao longo do tempo. Para o CEMS de HCl, a QAL2 é obrigatória para atender às condições da licença ambiental conforme a IED da UE — a incerteza de medição obtida na QAL2 deve estar dentro da tolerância permitida para o limite da licença, o que significa que a escolha do instrumento, a qualidade da instalação e a integridade do sistema de amostragem afetam a situação de conformidade.

A OSHA estabelece um limite máximo de exposição permissível (PEL) de 5 ppm para cloreto de hidrogênio — os trabalhadores não devem ser expostos a concentrações iguais ou superiores a esse nível em nenhum momento. A ACGIH estabelece um limite máximo de exposição (TLV-C) de 2 ppm para o local de trabalho. O NIOSH recomenda um limite máximo de 5 ppm (15 minutos) e um valor IDLH de 50 ppm. Para o monitoramento contínuo de segurança no local de trabalho em ponto fixo, normalmente especifica-se uma faixa de medição de HCl de 0–10 ppm, com limite de detecção abaixo de 0,5 ppm. Essas aplicações de segurança são atendidas por detectores eletroquímicos de HCl como alternativa condicional — esse equipamento não é o mesmo que o CEMS de incineração, que opera na faixa de 0–50 / 200 ppm em condições de chaminé.

Tanto o HCl quanto o SO₂ absorvem na região do infravermelho médio e próximo, e suas características espectrais podem se sobrepor em alguns comprimentos de onda nas abordagens de medição de banda larga. A TDLAS trata essa questão no nível óptico: o laser é sintonizado em uma única linha estreita de absorção rovibracional do HCl, em aproximadamente 1,74 μm, na banda de sobretons do infravermelho próximo. A seção de choque de absorção do SO₂ nesse comprimento de onda específico é substancialmente menor que a característica do HCl, e o sinal de fundo residual de SO₂ pode ser considerado na análise da matriz da amostra. Da mesma forma, HF e CO₂ são diferenciados por meio da seleção de linhas e da análise da matriz. A análise da matriz deve ser feita para cada instalação específica, pois a intensidade dos sinais de fundo de SO₂, HF e CO₂ varia entre os locais e afeta a estimativa de interferência residual.

Tanto o ZS8100-HCl quanto o outro formato TDLAS da mesma família usam TDLAS como princípio de medição e compartilham a mesma vantagem fundamental para HCl em matrizes úmidas e corrosivas — medição óptica sem contato, com seleção da linha do laser e caminho aquecido para a amostra em Hastelloy C-276. A diferença está na plataforma e no formato: o ZS8100-HCl faz parte da plataforma principal de analisadores de processo TDLAS da GESHINE, enquanto o outro formato é baseado na plataforma da família H₂S. Para a maioria das aplicações de CEMS de incineração, cloro-álcali e PVC/VCM, o ZS8100-HCl é a recomendação padrão. O outro formato TDLAS é especificado quando a geometria do skid da família H₂S ou a configuração de fixação se adequa melhor às restrições de instalação do projeto, e está disponível mediante análise do projeto. Ambas as configurações são confirmadas com faixa de medição e exatidão definidas para cada projeto.

A verificação da remoção de HCl por lavador úmido exige medição contínua tanto na entrada quanto na saída do lavador. As medições na entrada enfrentam as maiores concentrações de HCl e as condições mais corrosivas — normalmente, uma faixa de HCl de 100–2000 ppm nos gases de combustão da incineração, com temperatura e umidade elevadas. As medições na saída devem detectar HCl em baixas concentrações, em ppm (≤10 ppm para metas de remoção típicas), em uma matriz gasosa que ainda contém umidade residual, SO₂ e aerossóis ácidos decorrentes de uma lavagem incompleta. A TDLAS nos dois pontos, cada uma com sua própria linha de amostragem aquecida de Hastelloy e seu analisador, fornece os dados necessários para calcular a eficiência de remoção em tempo real e acionar a manutenção do lavador quando a concentração de HCl na saída começar a subir, antes de atingir o limite da licença ambiental. Os analisadores da entrada e da saída podem compartilhar um ponto de integração com o DAS ou o SCADA via Modbus.

MCERTS (esquema da Agência Ambiental do Reino Unido, administrado pela Sira) e a Especificação de Desempenho 18 da US EPA (PS-18, CEMS de cloreto de hidrogênio) são os sistemas relevantes de aprovação de tipo para sistemas de medição contínua de HCl no Reino Unido e nos EUA, respectivamente. MCERTS / PS-18 constam como escopo pretendido para o ZS8100-HCl; a situação atual da certificação, os números dos certificados e os períodos de validade devem ser confirmados durante a cotação. Até essa confirmação, o analisador pode ser usado em aplicações de processo e de CEMS sem certificação; para CEMS regulado sujeito a licença ambiental no Reino Unido ou nos EUA, confirme a situação atual da certificação com a equipe de aplicações da GESHINE no momento de especificar o projeto.