Gli analizzatori Tail Gas e NIR Gasoline fanno parte della serie di strumenti BAGGI BASE® . Sono il risultato dell’unione tra tecnologia di ultima generazione e 60 anni di esperienza in campo industriale. Lo srumento (dal funzionamento completamente automatizzato) è associato ad un sampling system progettato su misura per le richieste del cliente. Il singolo analizzatore è parte di un package completo in grado di gestire il campione nelle fasi di prelievo, precondizionamento, analisi ed emissione; senza richiedere l’intervento di ulteriore strumentazione.

1. communication and measurement

2. Gli analizzatori Tail Gas e NIR Gasoline fanno parte della serie
di strumenti BAGGI BASE® .
Sono il risultato dell’unione tra tecnologia di ultima generazione e
60 anni di esperienza in campo industriale.
Lo srumento (dal funzionamento completamente automatizzato)
è associato ad un sampling system progettato su misura per le
richieste del cliente.
Il singolo analizzatore è parte di un package completo in grado
di gestire il campione nelle fasi di prelievo, precondizionamento,
analisi ed emissione; senza richiedere l’intervento di ulteriore
strumentazione.

3. Il processo di Claus è uno standard in ambito industriale e perciò
è il processo di desolforazione più diffuso volto a recuperare zolfo
dal solfuro di idrogeno gassoso.
Il processo viene comunemente chiamato Sulfur Recovery Unit
(SRU) ed è ampiamente applicato per produrre zolfo partendo
dal solfuro di idrogeno che si trova nel gas naturale grezzo e
nei sottoprodotti gassosi acidi che derivano dalla raffinazione del
crudo e di altre applicazioni industriali.
Ci sono centinaia di unità di recupero zolfo in attività nel mondo.
Infatti, la maggior parte delle 68,000,000 tonnellate di zolfo
prodotte a livello mondiale in un anno è un sottoprodotto della
raffinazione dell’olio e della lavorazione del gas naturale.
BASE TAIL GAS

4. La reazione di Claus per convertire H2S in zolfo elementare ha un
meccanismo di reazione complesso e in genere è condotto in due
stadi.
Nel primo reattore, detto reattore termico, a circa 1400 °C,
avviene una reazione di ossidazione
2 H2S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O
Dopodiché a circa 230 °C avviene la reazione della SO2 prodotta
con la residua H2S in uno o più reattori catalitici (tipici
catalizzatori del processo Claus sono la bauxite e il vanadio) per
produrre lo zolfo elementare:
2H2S + SO2 → 3S + 2H2O

5. Diagramma di flusso schematico del processo di Claus:

6. L’analizzatore Tail Gas della serie BAGGI BASE® possiede le
specifiche tecniche necessarie per la misurazione in tempo
reale dell’H2S e dell’SO2 nel Tail gas.
L’analisi si fonda sul metodo della spettrofotometria Ultra-
Violetto/Visibile: più veloce, più robusto e meno costoso
rispetto alla Gas Cromatografia.
Lo strumento è dotato di un’alta risoluzione per quanto
riguarda la lunghezza d’onda e può essere fornito con celle
multiple e diversi spettrofotometri.

7. ANALISI SPETTROMETRICA
La serie di strumenti BASE® può gestire molte delle più note
tecniche spettrometriche.
Grazie al suo schema modulare, la serie di strumenti BASE® è in
grado di sfruttare una grande parte dello spettro elettromagnetico
e diverse tecniche analitiche per misurare diverse sostanze.
Queste tecniche possono essere suddivise in:
- Assorbimento e Fluorescenza UV/VISIBILE
- Assorbimento NIR / SWIR / FTIR / FTNIR
- Assorbimento TLD

8. La tecnica di misura è basata sulla legge di Beer-Lambert: una
relazione tra l’assorbimento dell’energia delle onde
elettromagnetiche e le propietà del materiale attraversato dal
raggio luminoso.
Il gas di processo viene introdotto in una cella con una lunghezza
di cammino ottico adatta allo scopo.
La radiazione luminosa viene trasmessa nella cella mediante una
fibra ottica, passa attraverso il campione e l’energia residua viene
trasmessa al sensore UV da una seconda fibra ottica.
Il sensore è formato da un array di fotodiodi, ognuno dei quali
settato su una specifica lunghezza d’onda. Infine un PC
embedded riceve I segnali elettrici dall’array di diodi, analizza lo
spettro di assorbimento e calcola la concentrazione delle
sostanze di interesse.

9. LEGGE DI BEER-LAMBERT
Fondamentalmente questa formula descrive la relazione
logaritmica tra la trasmissione della luce (o della radiazione
UV) attraverso una sostanza e la concentrazione della
sostanza stessa; ed anche tra la trasmissione e la lunghezza
del materiale attraversato dalla luce.
La misurazione viene ristretta alla banda di lunghezze d’onda
dove si trova il massimo di assorbimento di energia del
materiale oggetto di analisi.

10. Vale la seguente relazione:
I1/I0= 10- α L = 10- ε L c
dove ε è l’assorbività molare della sostanza.
La trasmissione del segnale attraverso il campione viene
espressa in termini di “assorbanza”, che è definita come:
A = -log10(I1/I0)
Ciò implica che l’assorbanza dipende linearmente dalla
concentrazione:
A = ε L c
I0= intensità del segnale incidente
I1= intensità del segnale uscente
L = lunghezza del cammino
C = concentrazione della sostanza
α = coefficiente di assorbimento
della sostanza

11. L’analizzatore fissa l’intensità del segnale trasmesso dalla
lampada dello spettrofotometro e misura l’intensità del segnale
ricevuto dall’array di fotodiodi.
Il segnale viene analizzato a quelle lunghezze d’onda in cui
l’assorbanza della sostanza misurata è massima.
Infine il software calcola la concentrazione utilizzando I valori
misurati ed applicando le formule precedentemente mostrate.
È possibile effettuare un’analisi di più sostanze
contemporaneamente perchè ognuna di esse ha un proprio
specifico spettro di assorbimento.

12. Le figure mostrano i tipici spettri di assorbimento per alcune
sostanze (assorbanza sull’asse y e lunghezza d’onda
sull’asse x).
Spettro dell’SO2 alla
concentrazione dell’1%
Spettro dell’H2S alla
concentrazione dell’1,5%

13. ARCHITETTURA
Componenti comuni:
• Custodia in acciaio pressurizzata (certificata ATEX) –
custodia explosion proof ATEX
• PC Embedded industriale
• Moduli di interfaccia I/O
• Elettrovalvole
Componenti specifici per l’applicazione:
• Elemento di misura (Spettrofotometro, GC, PID, etc)
• Cella ottica
• Fibre ottiche

14. La figura mostra il display del computer con i pulsanti
magnetici funzionali all’interno della custodia pressurizzata in
acciaio (certificata ATEX) o nella custodia explosion proof
ATEX:

15. PC EMBEDDED
L’implementazione dell’analizzatore di H2S/SO2 segue la
filosofia generale della serie di strumenti BASE®.
I dati di input grezzi provenienti dall’elemento di misura (lo
spettrofotometro UV) vengono gestiti da algoritmi sviluppati
dalla BAGGI che girano in un PC embedded che rappresenta
il cuore del sistema.
Se necessario, è disponibile una versione ATEX dello
strumento. In questo caso il pc, così come lo spettrofotometro
e i trasformatori, sono collocati all’interno di una custodia
dotata di un sistema di pressurizzazione di protezione e di un
raffreddatore Vortex (opzionale) collegato all’aria strumenti
dell’impianto.

16. Le funzioni principali del computer sono:
• Gestire la lampada UV dello spettrofotometro
• Ricevere i segnali elettrici dall’array di fotodiodi (correlati
all’intensità della luce assorbita)
• Calcolare le concentrazioni dei composti
• Controllare la durata residua della lampada allo Xenon
• Gestire le pompe e le valvole
• Gestire la conversione digitale/analogico per l’output dei valori
calcolati mediante segnale 4…20 mA
• Controllare i relè di outuput la gestione degli allarmi
• Mostrare lo stato del sistema e I dati misurati in un’interfaccia
grafica (GUI)
• Memorizzare i file di stato e le misurazioni in un database (in
formato CSV)
• Fungere da interfaccia con l’operatore per la calibrazione e la
manutenzione, trasmettendo a distanza le informazioni/allarmi
mediante linea seriale, Ethernet e WiFi

17. SPETTROFOTOMETRO
Lo strumento è composto da una lampada UV e da un array di
diodi. Il raggio UV, dopo aver attraversato la cella di misura,
raggiunge un disco olografico. Questo diverge ogni lunghezza
d’onda del raggio su uno specifico diodo dell’array.
La tensione emessa dai singoli diodi viene misurata e questo
dato viene acquisito dal PC embedded mediante una linea
seriale.
Non ci sono parti in movimento.
Il computer conosce la quantità di energia UV che è stata
trasmessa dalla lampada ed è quindi in grado di disegnare lo
spettro di assorbimento.
Infine viene calcolata la concentrazione della sostanza.
Lo spettrofotometro viene controllato dal computer mediante una
linea USB/RS232 interna e si trova nella stessa custodia o
(opzionalmente) in una custodia separata.

18. Lo schema di funzionamento dello spettrofotometro UV/Visibile
è mostrato qui sotto:
Xe FlashlampFiber optic cable
With SMA connection
Modular
Flow cell
Collimator and
window
Holographic
grating
Diode array
Sample fluid
inlet
Sample fluid
outlet

19. CELLA OTTICA
La cella ottica, dove il campione viene attraversato dal raggio UV,
viene prodotta secondo un disegno BAGGI e può essere realizzata
con l’utilizzo di diversi materiali:
- Acciaio AISI 316L
- Hastelloy C276
- Monel
- Vetro
- Altri materiali disponibili su richiesta
La lunghezza della cella viene scelta in funzione della sostanza da
misurare e della sua quantità. Più bassa è la concentrazione, più
lunga la cella.
Quando le concentrazioni misurate coprono un ampio range di
valori, è possibile utilizzare celle differenti connesse in serie.
Il computer è in grado di selezionare dinamicamente la cella più
adatta alla misurazione.

20. Nella figura sottostante sono mostrate alcune celle a disegno
BAGGI. Tutte le celle sono modulari per poter adattare la
lunghezza del cammino ottico:

21. SONDA DI PRELIEVO
Il sistema può essere
dotato di una sonda di
prelievo per il
precondizionamento
del campione. La
sonda può essere
munita di sistema di
raffreddamento e di
demister per eliminare
l’eventuale acqua
contenuta nel
campione. I filtri e i
misuratori di pressione
e temperatura possono
essere montati
direttamente sulla
sonda per avere un
monitoraggio in tempo
reale del punto di
campionamento.

22. SAMPLING SYSTEM
I prodotti BAGGI SensEvolution® sono stati sviluppati per fornire analisi
industriale in molti campi di applicazione.
La linea SensEvolution Sample® comprende tutti i prodotti di
campionamento sviluppati per gli strumenti e gli analizzatori
SensEvolution®, ma anche pezzi speciali costruiti per soddisfare le
esigenze del singolo cliente.
Con l’analizzatore Tail Gas viene fornito un
sampling system riscaldato e coibentato
con lo scopo di mantenere la temperatura
del campione gassoso a circa 120°C per
evitare la formazione di zolfo solido
all’interno delle tubazioni.
Come da specifiche del cliente, il sistema
di riscaldamento può essere composto da
tubi riscaldati elettricamente o a vapore o
da un riscaldatore elettrico ATEX.

23. BASE
SAMPLING SYSTEM
SONDA DI
PRELIEVO
PACKAGE
STREAM, SERVIZI,
ALIMENTAZIONE
OUTPUT

24. Gli strumenti della serie BAGGI BASE® sono progettati per
essere modulari e poter gestire diversi principi di misura
semplicemente sostituendo l’elemento interno di misura:
- SPETTROSCOPIA UV/VISIBILE
- SPETTROSCOPIA NIR
- GAS CROMATOGRAFIA
- DETECTOR DI FOTO-IONIZZAZIONE
- ASSORBIMENTO DI ENERGIA ELETTROMAGNETICA
- SENSORI AL PALLADIO
RISULTATI:
• Semplificazione del processo produttivo
• Conversione analizzatori

25. La produzione di benzine deve sottostare a severi limiti di legge
per quanto riguarda la concentrazione di alcuni componenti del
prodotto finito.
La norma europea EN228 stabilisce questi valori per I seguenti
composti:
Benzene: 1% (v/v) max;
Composti Aromatici: 35% (v/v) max;
Olefine: 18% (v/v) max;
O2 totale: 3,7% (m/m) max.
BASE-NIR GASOLINE

26. L’analizzatore BASE NIR GASOLINE, facente parte della serie
BAGGI BASE ® possiede le specifiche tecniche necessarie
per la misurazione in tempo reale di benzene, composti
aromatici, olefine e composti ossigenati.
L’analisi si fonda sul metodo della spettrofotometria nel
vicino infrarosso (NIR): più veloce, più robusto e meno
costoso rispetto alla Gas Cromatografia.
Lo strumento è dotato di un’alta risoluzione per quanto
riguarda la lunghezza d’onda e può essere fornito con celle
multiple e diversi spettrofotometri.
BASE-NIR GASOLINE

27. ARCHITETTURA

28. La figura mostra un tipico spettro di assorbanza nella regione
del NIR (benzina)

29. Il metodo consiste in un’analisi statistica dello spettro NIR
che implica l’utilizzo e lo studio di più di una variabile statistica
(la singola lunghezza d’onda) per volta.
A differenza della classica spettroscopia infrarossa, il modello
analizza l’intero spettro di assorbanza.
Ciò consente di prendere in considerazione l’effetto di tutte
le variabili sulla risposta oggetto dell’analisi.
Viene utilizzato un modello chemiometrico di tipo predittivo per
risalire ai valori di concentrazione dei vari componenti della
benzina.
ANALISI MULTIVARIATA

30. Spettri NIR grezzi
MODELLO CHEMIOMETRICO
Pretrattamenti
Riduzione del rumore
Definizione dei picchi
regressione PLS
Modello predittivo

32. Grazie per l’attenzione