VDI 3454 Blatt 3-2012 Emission control - Claus units - Determination of the sulphur emission ratio.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREEmissionsminderungClaus-AnlagenErmittlung des SchwefelemissionsgradsEmission controlClaus unitsDetermination of the sulphur emission ratioVDI 3454Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 3: Emissionsminderung IIVD

2、I-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2012Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtli

3、nie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.40 April 2012The draft of this guideline has been subject to public scrutiny afterannouncement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The G

4、erman version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . .

5、. 32 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Definition des Schwefelemissionsgrads . . 32.2 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . 32.3 Messbedingungen . . . . . . . . . . . . . . 42.4 Messaufgaben und Anzahl der Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.5 Messplanung . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . 53 Allgemeine Beschreibung der Verfahren zurErmittlung des Schwefelemissionsgrads . . . 53.1 Schwefelbilanz aus Einsatzgas und Abgas . 63.2 Schwefelbilanz aus Produkt und Abgas. . . 63.3 Schwefel-Stickstoff-Verhltnisseim Einsatzgas und im Abgas . . . . . . . . 74 Analysenm

7、ethoden fr Einsatzgase. . . . . . 74.1 Messung der schwefelhaltigenKomponenten im Einsatzgas . . . . . . . . 74.2 Stickstoffbestimmung im Einsatzgas . . . . 104.3 Bestimmung von Kohlenwasserstoffen,H2, CO und N-haltigen Verbindungenim Einsatzgas . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Analysenmethoden f

8、r Abgase . . . . . . . . 125.1 Messung der schwefelhaltigenKomponenten im Abgas . . . . . . . . . . 125.2 Stickstoffbestimmung im Abgas . . . . . . 16Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . .

9、 . . . . . . . . . . . 32 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Definition of the sulphur emission ratio . . 32.2 Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3 Measurement conditions . . . . . . . . . . 42.4 Measuring objective and number ofmeasurement . . . . . . . . . . . .

10、. . . . 42.5 Planning of measurements . . . . . . . . . 53 General description of the methods todetermine the sulphur emission ratio. . . . . 53.1 Sulphur balance of sterling gas and waste gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.2 Sulphur balance of product and waste gas . 63.3 Ratios of sulphur/

11、nitrogen in starting gasand waste gas . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Analytical methods for starting gases . . . . 74.1 Measurement of sulphur-containingcomponents in starting gas . . . . . . . . . 74.2 Determination of nitrogen in starting gas. . 104.3 Determination of hydrocarbons,H2, CO and N

12、-containing compoundsin starting gas . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Analytical methods for waste gases . . . . . 125.1 Measurement of sulphur-containingcomponents in waste gas . . . . . . . . . . 125.2 Determination of nitrogen in waste gas . . 16FrhereAusgaben: 07.89; 10.10nderungsentwurfdeuts

13、chFormer editions: 07/89;10/10RevisionDraft, in German onlyKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltschutztechnikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 2

14、VDI 3454 Blatt 3 / Part 3Seite6 Ermittlung der Volumen- und Massenstrme 166.1 Ermittlung der Volumenstrme der Einsatzgase . . . . . . . . . . . . . . . . . 166.2 Ermittlung des Volumenstroms des Abgases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166.3 Berechnung der Massenstrme von Schwefel im Einsatzgas

15、 und Abgas . . . . 186.4 Ermittlung des Massenstromsdes produzierten Schwefels. . . . . . . . . 197 Berechnung des Schwefelemissionsgrads. . 197.1 Schwefelbilanz im Einsatzgas (Verfahren A) . . . . . . . . . . . . . . . . 197.2 Schwefelbilanz im Produkt und im Abgas(Verfahren B) . . . . . . . . . .

16、. . . . . . 207.3 Schwefel/Stickstoff-Verhltnisse im Einsatzgas und im Abgas (Verfahren C) . . 20Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbeso

17、ndere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkb

18、lttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/3454.EinleitungIn der Richtlinie VDI 3454 Blatt 1 sind die Technolo-gie

19、und Manahmen zur Minderung der Emissionenmit Angaben der Emissionswerte beschrieben.Zur Ermittlung von Emissionen aus Claus-Anlagenund nachgeschalteten Abgasreinigungsanlagen sinddie Konzentrationen von Schwefeldioxid (SO2),Schwefeltrioxid (SO3), Schwefelwasserstoff (H2S),Kohlenoxidsulfid (COS), Sch

20、wefelkohlenstoff (CS2),Stickstoffoxiden (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) imAbgas zu bestimmen.Page6 Determination of volume and mass flows . . 166.1 Determination of volume flows of starting gases . . . . . . . . . . . . . . . . 166.2 Determination of volume flow ofwaste gas . . . . . . . . . . . . . .

21、. . . . 166.3 Calculation of mass flows of sulphurin starting gas and waste gas . . . . . . . . 186.4 Determination of mass flow ofproduced sulphur . . . . . . . . . . . . . . 197 Calculation of the sulphur emission ratio . . 197.1 Sulphur balance in starting gas(method A) . . . . . . . . . . . . .

22、. . . . 197.2 Sulphur balance in product and waste gas(method B) . . . . . . . . . . . . . . . . . 207.3 Ratios of sulphur/nitrogen instarting gas and waste gas (method C) . . . 20Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Preliminary noteThe content of this guideline has been developed

23、instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this guideli

24、ne without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.A catalogue of all available parts of this series ofguidelines can be accessed

25、on the internet atwww.vdi.de/3454.IntroductionThe technology and measures applied for emissionreduction are described and emission limits are givenin guideline VDI 3454 Part 1.To determine the emissions from Claus units andwaste-gas cleaning plants downstream, it is necessaryto know the concentratio

26、ns of sulphur dioxide (SO2),sulphur trioxide (SO3), hydrogen sulphide (H2S), car-bon oxide sulphide (COS), carbon disulphide (CS2),nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO) inthe waste gas.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher I

27、ngenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3454 Blatt 3 / Part 3 3 Die Richtlinie VDI 3454 Blatt 2 stellt Methodennach dem Stand der Messtechnik zur Ermittlung vonEmissionen aus Claus-Anlagen dar. In der vorliegenden Richtlinie VDI 3454 Blatt 3 wirddie Bestimmung des Schwefelemissionsgrads in dreiunterschie

28、dlichen Verfahren beschrieben. Sie gilt alsFortsetzung von Blatt 1 dieser Richtlinienreihe.Alle Volumenangaben fr Gase in dieser Richtliniebeziehen sich auf den Normzustand (273 K,1013 hPa) nach Abzug des Wasserdampfanteils (tro-cken cn,tr).1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie beschreibt Verfahren zu

29、r Bestim-mung des Schwefelemissionsgrads von Claus-Anla-gen und nachgeschalteten Abgasreinigungsanlagen.Sie ergnzt den Abschnitt 5 der Richtlinie VDI 3454Blatt 1.2 Allgemeines2.1 Definition des SchwefelemissionsgradsDer Schwefelemissionsgrad ist das Verhltnis der imAbgas emittierten Masse von Schwef

30、el in schwefel-haltigen Komponenten einschlielich Elementar-schwefel zu der im Einsatzgas zugefhrten Schwefel-masse. Er wird als Vomhundertsatz angegeben.2.2 AufgabenstellungVDI 3454 Blatt 3 beschreibt die Probenahme undanalytische Messmethoden zur quantitativen Erfas-sung und Bestimmung aller masse

31、nrelevanten schwe-felhaltigen Komponenten einschlielich Elemen-tarschwefel. Unbercksichtigt bleiben die Kompo-nenten, deren Massenkonzentrationen niedriger alsder absolute Messfehler der schwefelhaltigen Haupt-komponenten sind.Schwefelhaltige Verbindungen im Einsatzgas sindSchwefelwasserstoff (H2S)

32、und gegebenenfalls Koh-lenoxidsulfid (COS), Schwefelkohlenstoff (CS2) undMerkaptane (RSH). Schwefelhaltige Komponentenim Abgas sind Schwefeldioxid (SO2) und gegebenen-falls Schwefeltrioxid (SO3), Schwefelwasserstoff(H2S), elementarer Schwefel (S), Kohlenoxidsulfid(COS) und Schwefelkohlenstoff (CS2).

33、In dieser Richtlinie werden unterschiedliche Analy-senmethoden fr die gleiche Substanz beschrieben.Die nasschemischen Messmethoden (manuelle Mes-sungen) stellen in allen Fllen die absolute Methodedar; sie werden als Basis- bzw. Referenzverfahren zurErmittlung des Emissionszustands, zur berprfungder

34、vorgegebenen Emissionswerte sowie zur Kalib-Guideline VDI 3454 Part 2 describes state-of-the-artmeasurement methods for determining emissionsfrom Claus units.The present guideline VDI 3454 Part 3 describesthree different methods for determining the sulphuremission ratio. It is to be regarded as a co

35、ntinuation ofPart 1 of this series of guidelines.All data relating to gas volume given in this guidelinerelate to the standard state (273 K, 1013 hPa) less thewater vapour content (dry cn,tr).1 ScopeThis guideline describes methods to determine thesulphur emission ratio of Claus units and downstream

36、waste gas purification plants. It is an addition to Sec-tion 5 of guideline VDI 3454 Part 1.2 General2.1 Definition of the sulphur emission ratioThe sulphur emission ratio is the ratio of the emittedmass of sulphur in the waste gas (sulphur-containingcompounds including elemental sulphur) and themas

37、s of sulphur charged with the starting gas. It isstated as a percentage.2.2 ObjectVDI 3454 Part 3 describes sampling and analyticalmethods of quantitative determination and considera-tion of all sulphur-containing compounds includingelementar sulphur, which are decisive for the massbalance. Those co

38、mponents, the mass concentrationsof which are below the absolute measuring error ofsulphur-containing main components, have been ne-glected.Sulphur-containing compounds in the starting gas arehydrogen sulphide (H2S) and possibly carbon oxidesulphide (COS), carbon disulphide (CS2) and mer-captans (RS

39、H). Sulphur-containing components inthe waste gas are sulphur dioxide (SO2) and possiblysulphur trioxide (SO3), hydrogen sulphide (H2S), el-emental sulphur (S), carbon oxide sulphide (COS)and carbon disulphide (CS2).In this guideline, different analytical methods are de-scribed for the same substanc

40、e. The methods workingan aqueous solution (manual measurements) are theabsolute methods in all cases; they are applied as thebasic or reference method to determine the emissionstate, to verify the set emission limits as well as tocalibrate instruments for continuous control. OtherB55EB1B3E14C22109E9

41、18E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 4 VDI 3454 Blatt 3 / Part 3rierung von kontinuierlichen berwachungsgertenangewandt. Alternativ werden auch andere Analy-senverfahren (z.B. GC-Methoden) zur Betriebs- bzw.Emission

42、skontrolle aufgefhrt.Wegen der Reaktivitt schwefelhaltiger Komponen-ten sind bei der Ermittlung der Massenkonzentratio-nen die Analysenmethoden zu bevorzugen, die dieBestimmung bzw. anreichernde Probenahme unmit-telbar an der Probestelle ermglichen.Eine methodisch unvermeidliche Probenberfhrungmit e

43、inem Gassammelbehlter ist in krzester Zeitdurchzufhren.2.3 MessbedingungenWhrend der Messzeit soll die Fahrweise kontinuier-lich und die Auslastung der Anlagen betriebsblichsein. Die Betriebsbedingungen werden im Messbe-richt festgehalten.Weisen die einzelnen Messwerte Schwankungen auf,die nicht aus

44、 dem blichen Betrieb der Anlage erklrtwerden knnen, sollen die Ursachen hierfr ermitteltwerden, die z.B. in der emittierenden Anlage oder imMesssystem liegen knnen. Werden Mngel dieserArt als Ursachen erkannt, so sind diese Mngel nachden Regeln der Technik zu beseitigen und die Mes-sungen zu wiederh

45、olen.Beim Anschluss mehrerer Anlagen an einen Abgas-kanal mssen die Einzelanlagen vermessbar sein.2.4 Messaufgabe und Anzahl der MessungenDie Messaufgabe ist vom Anlagenbetreiber unter Be-rcksichtigung der Auflagen im Genehmigungsbe-scheid festzulegen. Sie dient dem Prflaboratoriumals Basis zur Erst

46、ellung des Messplans.Die Messaufgabe muss unter anderem Angaben zuden Messkomponenten (z.B. Luftverunreinigungen,Bezugsgren) und den Messgren (z.B. Massen-konzentration der Luftverunreinigung, Massenstrom,Volumenstrom) sowie den zu erwartenden Werten,Angaben zu den Prozess- und Betriebsbedingungen,d

47、ie sich auf die Emissionen auswirken, und Angabenzum Messplatz und zur Dauer des Messeinsatzes ent-halten. Darber hinaus kann die Messaufgabe auchAnforderungen an die Qualitt der Messergebnisse inForm von maximal zulssigen Messunsicherheitenfestlegen.Die Anzahl der Messungen ist abhngig von den Be-t

48、riebsbedingungen der Anlage. analytical methods (such as GC methods) are men-tioned as alternatives for operation or emission con-trol, respectively.Due to the reactivity of sulphur-containing compo-nents, one has to prefer the analytical methods, whichallow to determine the mass concentration or ac

49、cu-mulative sampling right at the sampling location.Method-inherent sample transportation in a gas col-lecting vessel has to be effected in a minimum oftime.2.3 Measurement conditionsDuring measurements, the operation mode shall becontinuous and the load of the plants as usual. Theoperating conditions are taken down in the measure-ment report.When the individual measurement values show vari-ations which cannot be explained by the normal oper-ation of the plant, their cause has to be found whichmay e