Warum wird bei der Zementherstellung Gas freigesetzt?

Wie wird Zement hergestellt?

Beton ist einer der wichtigsten und am häufigsten verwendeten Baustoffe im weltweiten Bauwesen. Beton wird in großem Umfang für den Bau von Wohn- und Geschäftshäusern, Brücken, Straßen und vielem mehr verwendet.

Der wichtigste Bestandteil von Beton ist Zement, ein Bindemittel, das alle anderen Bestandteile des Betons (im Allgemeinen Kies und Sand) miteinander verbindet. Jedes Jahr werden weltweit mehr als 4 Milliarden Tonnen Zement verbrauchtverbraucht, was das enorme Ausmaß der globalen Bauindustrie verdeutlicht.

Die Herstellung von Zement ist ein komplexer Prozess, der mit Rohstoffen wie Kalkstein und Ton beginnt, die in großen Öfen von bis zu 120 m Länge auf bis zu 1.500 °C erhitzt werden. Bei solch hohen Temperaturen kommt es durch chemische Reaktionen zu einer Verbindung dieser Rohstoffe, wodurch Zement entsteht.

Wie viele industrielle Prozesse ist auch die Zementherstellung nicht ohne Gefahren. Bei der Herstellung von Zement können Gase freigesetzt werden, die für Arbeitnehmer, örtliche Gemeinschaften und die Umwelt schädlich sind.

Welche Gasgefahren gibt es bei der Zementherstellung?

Die in Zementwerken im Allgemeinen emittierten Gase sind Kohlendioxid (CO2), Stickstoffoxide (NOx) und Schwefeldioxid (SO2), wobeiCO2 den größten Teil der Emissionen ausmacht.

Das in Zementwerken vorhandene Schwefeldioxid stammt in der Regel aus den Rohstoffen, die im Zementherstellungsprozess verwendet werden. Die größte Gefahr geht von Kohlendioxid aus, denn die Zementindustrie ist für einen Anteil von 8 % der weltweitenCO2 Emissionen.

Der Großteil der Kohlendioxidemissionen entsteht durch einen chemischen Prozess namens Kalzinierung. Dies geschieht, wenn Kalkstein in den Öfen erhitzt wird, wodurch er sich inCO2 und Kalziumoxid zerfällt. Die andere Hauptquelle vonCO2 ist die Verbrennung von fossilen Brennstoffen. Die bei der Zementherstellung verwendeten Öfen werden in der Regel mit Erdgas oder Kohle beheizt, wodurch eine weitere Quelle von Kohlendioxid zusätzlich zu dem durch die Kalzinierung erzeugten entsteht.

Gasdetektion bei der Zementherstellung

In einer Industrie, die in großem Umfang gefährliche Gase produziert, ist die Detektion der Schlüssel. Crowcon bietet eine breite Palette von stationären und mobilen Detektionslösungen an.

Xgard Bright ist unser adressierbarer Festpunkt-Gasdetektor mit Display, der einfache Bedienung und reduzierte Installationskosten bietet. Xgard Bright bietet Optionen für die Detektion von Kohlendioxid und Schwefeldioxydden Gasen, die beim Mischen von Zement am meisten Probleme bereiten.

Für die tragbare Gasdetektion ist das GasmanDas robuste, tragbare und leichte Design macht es zur perfekten Ein-Gas-Lösung für die Zementproduktion. Es ist in einerCO2-Version für den sicheren Bereich erhältlich, die 0-5% Kohlendioxid misst.

Für einen verbesserten Schutz kann das Gas-Pro Multigasdetektor kann mit bis zu 5 Sensoren ausgestattet werden, darunter alle in der Zementherstellung gebräuchlichen Sensoren, CO2, SO2 und NO2.

Wie passen Rauchgasanalysatoren in die Dekarbonisierungspläne der britischen Regierung?

Wenn die britische Regierung im März 2021 ankündigte, dass eine Milliarde Pfund aus bereits zugewiesenen Mitteln für Projekte zur Reduzierung von Treibhausgasenhat der Energiesektor aufhorchen lassen. Und das aus gutem Grund - wie sich herausstellte, werden 171 Millionen Pfund für einen Plan zur Dekarbonisierung der Industrie zugewiesen, der sich auf die Erzeugung von Wasserstoffgas und Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung konzentriert.

Die Nachricht geht jedoch über die grüne Energieerzeugung hinaus und ist auch für HLK-Anwendungen in Privathaushalten und in der Industrie relevant. In einer Geste, die die Rolle widerspiegelt, die HLK-Ingenieure und -Hersteller bei der Nachhaltigkeit spielen können, werden mehr als 900 Millionen Pfund für die Nachrüstung öffentlicher Gebäude wie Schulen und Krankenhäuser mit umweltfreundlicheren Ausrüstungen wie Wärmepumpen, Sonnenkollektoren und Isolierung ausgegeben, die den Kohlendioxidausstoß (CO2) verringern.

Aber wo bleiben dann die einzelnen Haushalte und Geschäftseinheiten, die viele HLK-Mitarbeiter täglich besuchen? Diese Frage haben sich mehrere Kommentatoren gestellt, und es scheint, dass - zumindest im Moment - die Hauptanstrengung zur Verringerung der Umweltauswirkungen privater Heizungs- und Sanitäranlagen weiterhin von den Herstellern, Ingenieuren und Installateuren im HLK-Sektor ausgehen wird. 

Und das ist eine große Verantwortung. Nach Angaben des Amt für nationale Statistikgab es im Jahr 2020 etwa 27,8 Millionen Haushalte im Vereinigten Königreich; Regierungsstatistiken aus dem Jahr 2019 zeigen, dass etwa 15 % der Treibhausgasemissionen im Vereinigten Königreich (insbesondere Kohlendioxid, aber auch Methan, F-Gase und Lachgas) aus diesen Haushalten stammen. Das ist eine Menge an überschüssigem CO2, die es zu beseitigen gilt.

Was können also die Menschen in der HLK tun, um die Dekarbonisierung zu unterstützen?

Wenn sie über eine gute Ausrüstung verfügen, können Heizungsbauer und Installateure dazu beitragen, diese Zahl um 15 % zu senken. Sie sind zum Beispiel in der Lage, CO2 und andere Treibhausgase zu messen: Die meisten Abgasanalysatoren messen CO2, einige können auch NO/NOx messen (z. B. der Sprint Pro 5 und Sprint Pro 6) gut messen.

Mit einem Abgasanalysator, der eine breite Palette leicht ablesbarer und interpretierbarer Messwerte liefert, können Ingenieure erkennen, wann Geräte nicht richtig funktionieren und ob eine Aufrüstung (z. B. auf eine staatlich geförderte Wärmepumpe) angebracht sein könnte.

Das ist dringend notwendig: Viele Haushalte halten so lange wie möglich an ihren Geräten fest, obwohl ältere Geräte in der Regel viel weniger umweltfreundlich sind als ihre modernen Pendants. Das ist schon schlimm genug für die Umwelt, aber ein defektes älteres Gerät zu benutzen, ist das Schlimmste, was passieren kann. 

Ein guter Abgasanalysator liefert die Messwerte, die erforderlich sind, um viele Kunden davon zu überzeugen, ihre Häuser oder Unternehmen effektiver zu dekarbonisieren. Außerdem kann der Techniker damit viele Probleme in moderneren und effizienteren Geräten beheben, um sie wieder auf ihren ursprünglichen Betriebsstandard zu bringen und den Planeten wieder zu schützen. 

Hilfe bei der Erreichung von Netto-Null

Ende 2021 stellte die britische Regierung ihren Plan vor, die Netto-Null-Emissionen bis 2050 zu erreichen, und jeder Heizungsinstallateur im Land muss bei diesem Projekt eine Rolle spielen. Auch wenn die Überprüfung von Abgasen für viele HLK-Techniker alltäglich ist, bleibt die Tatsache bestehen, dass die Emissionen von Haushalten und Unternehmen einen erheblichen Teil des CO2-Ausstoßes und der Emissionen anderer gefährlicher Gase ausmachen. Einen einzelnen Haushalt davon zu überzeugen, mit geringeren Kohlenstoffemissionen zu arbeiten, mag zwar nicht als große Sache erscheinen, aber die Auswirkungen können ganz erheblich sein, wenn dies landesweit geschieht.

Wie lange wird mein Gassensor halten?

Gasdetektoren werden in vielen Industriezweigen (z. B. Wasseraufbereitung, Raffinerien, Petrochemie, Stahlindustrie und Bauwesen, um nur einige zu nennen) in großem Umfang eingesetzt, um Personal und Ausrüstung vor gefährlichen Gasen und deren Auswirkungen zu schützen. Die Benutzer von tragbaren und fest installierten Geräten kennen die potenziell erheblichen Kosten, die für den sicheren Betrieb ihrer Geräte während ihrer Lebensdauer anfallen. Unter Gassensoren versteht man die Messung der Konzentration eines bestimmten Analyten von Interesse, z. B. CO (Kohlenmonoxid), CO2 (Kohlendioxid) oder NOx (Stickoxid). Es gibt zwei Gassensoren, die in industriellen Anwendungen am häufigsten eingesetzt werden: elektrochemische Sensoren für toxische Gase und Sauerstoffmessungen und Pellistoren (oder katalytische Perlen) für brennbare Gase. In den letzten Jahren hat die Einführung der beiden Sauerstoff und MPS (Molecular Property Spectrometer)-Sensoren haben in den letzten Jahren für mehr Sicherheit gesorgt.

Woran erkenne ich, dass mein Sensor ausgefallen ist?

In den letzten Jahrzehnten wurden mehrere Patente und Techniken auf Gasdetektoren angewandt, die angeblich in der Lage sind, festzustellen, wann ein elektrochemischer Sensor ausgefallen ist. Die meisten dieser Verfahren lassen jedoch nur den Schluss zu, dass der Sensor durch irgendeine Form der Elektrodenstimulation funktioniert, und könnten ein falsches Gefühl der Sicherheit vermitteln. Die einzige sichere Methode, um nachzuweisen, dass ein Sensor funktioniert, besteht darin, Prüfgas zuzuführen und die Reaktion zu messen: ein Bump-Test oder eine vollständige Kalibrierung.

Elektrochemischer Sensor

Elektrochemische Sensoren werden meist im Diffusionsmodus verwendet, bei dem Gas aus der Umgebung durch ein Loch in der Oberfläche der Zelle eintritt. Einige Geräte verwenden eine Pumpe, um dem Sensor Luft oder Gasproben zuzuführen. Eine PTFE-Membran wird über der Öffnung angebracht, um das Eindringen von Wasser oder Ölen in die Zelle zu verhindern. Sensorbereiche und Empfindlichkeiten können durch die Verwendung unterschiedlich großer Löcher variiert werden. Größere Löcher bieten eine höhere Empfindlichkeit und Auflösung, während kleinere Löcher die Empfindlichkeit und Auflösung verringern, aber den Bereich vergrößern.

Faktoren, die die Lebensdauer elektrochemischer Sensoren beeinflussen

Es gibt drei Hauptfaktoren, die sich auf die Lebensdauer des Sensors auswirken: Temperatur, extrem hohe Gaskonzentrationen und Feuchtigkeit. Weitere Faktoren sind die Sensorelektroden sowie extreme Vibrationen und mechanische Stöße.

Extreme Temperaturen können die Lebensdauer des Sensors beeinträchtigen. Der Hersteller gibt einen Betriebstemperaturbereich für das Gerät an: in der Regel -30˚C bis +50˚C. Qualitativ hochwertige Sensoren sind jedoch in der Lage, kurzzeitige Überschreitungen dieser Grenzwerte zu verkraften. Kurze (1-2 Stunden) Exposition gegenüber 60-65˚C für H2S- oder CO-Sensoren (zum Beispiel) ist akzeptabel, aber wiederholte Vorfälle führen zur Verdampfung des Elektrolyts und zu Verschiebungen der Basislinie (Null) und zu einer langsameren Reaktion.

Die Exposition gegenüber extrem hohen Gaskonzentrationen kann die Sensorleistung ebenfalls beeinträchtigen. Elektrochemische Sensoren werden in der Regel bis zum Zehnfachen ihres Auslegungsgrenzwertes getestet. Sensoren, die aus hochwertigem Katalysatormaterial hergestellt werden, sollten solchen Belastungen standhalten können, ohne dass es zu chemischen Veränderungen oder langfristigen Leistungseinbußen kommt. Sensoren mit geringerer Katalysatorbelastung können Schaden nehmen.

Den größten Einfluss auf die Lebensdauer der Sensoren hat die Luftfeuchtigkeit. Die ideale Umgebungsbedingung für elektrochemische Sensoren ist 20˚Celsius und 60 % RH (relative Luftfeuchtigkeit). Steigt die Luftfeuchtigkeit über 60 % RH, wird Wasser in den Elektrolyten absorbiert, was zu einer Verdünnung führt. In extremen Fällen kann der Flüssigkeitsgehalt um das 2-3-fache ansteigen, was zu Leckagen am Sensorgehäuse und dann an den Stiften führen kann. Unter 60 % r.F. beginnt das Wasser im Elektrolyt zu dehydrieren. Die Ansprechzeit kann sich durch das Austrocknen des Elektrolyten erheblich verlängern. Sensorelektroden können unter ungewöhnlichen Bedingungen durch störende Gase vergiftet werden, die am Katalysator adsorbieren oder mit ihm reagieren und Nebenprodukte erzeugen, die den Katalysator hemmen.

Extreme Erschütterungen und mechanische Stöße können die Sensoren ebenfalls beschädigen, da die Schweißnähte, die die Platinelektroden, die Verbindungsstreifen (oder Drähte bei einigen Sensoren) und die Stifte miteinander verbinden, brechen.

Normale" Lebenserwartung eines elektrochemischen Sensors

Elektrochemische Sensoren für gebräuchliche Gase wie Kohlenmonoxid oder Schwefelwasserstoff haben eine Betriebslebensdauer, die üblicherweise mit 2-3 Jahren angegeben wird. Exotischere Gassensoren wie z. B. Fluorwasserstoff haben eine Lebensdauer von nur 12-18 Monaten. Unter idealen Bedingungen (stabile Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Bereich von 20 °C und 60 % relative Luftfeuchtigkeit) und ohne das Auftreten von Verunreinigungen sind elektrochemische Sensoren für eine Betriebsdauer von mehr als 4000 Tagen (11 Jahren) bekannt. Die regelmäßige Einwirkung des Zielgases schränkt die Lebensdauer dieser winzigen Brennstoffzellen nicht ein: Hochwertige Sensoren verfügen über eine große Menge an Katalysatormaterial und robuste Leiter, die durch die Reaktion nicht erschöpft werden.

Pellistor-Sensor

Pellistor-Sensoren bestehen aus zwei aufeinander abgestimmten Drahtspulen, die jeweils in eine Keramikperle eingebettet sind. Durch die Spulen fließt Strom, der die Perlen auf etwa 500˚C erhitzt. Das brennbare Gas verbrennt an der Perle, und die zusätzlich erzeugte Wärme führt zu einem Anstieg des Spulenwiderstands, der vom Gerät gemessen wird, um die Gaskonzentration anzuzeigen.

Faktoren, die die Lebensdauer von Pellistor-Sensoren beeinflussen

Die beiden Hauptfaktoren, die sich auf die Lebensdauer des Sensors auswirken, sind eine hohe Gaskonzentration und eine Potenzierung oder Inhibierung des Sensors. Auch extreme mechanische Stöße oder Vibrationen können die Lebensdauer des Sensors beeinträchtigen. Die Fähigkeit der Katalysatoroberfläche, das Gas zu oxidieren, nimmt ab, wenn sie vergiftet oder gehemmt wurde. Eine Sensorlebensdauer von mehr als zehn Jahren ist bei Anwendungen üblich, bei denen keine hemmenden oder vergiftenden Verbindungen vorhanden sind. Pellistoren mit höherer Leistung haben eine größere katalytische Aktivität und sind weniger anfällig für Vergiftungen. Porösere Kügelchen haben auch eine größere katalytische Aktivität, da ihr Oberflächenvolumen größer ist. Ein geschickter Entwurf und ausgeklügelte Herstellungsverfahren gewährleisten eine maximale Porosität der Perlen. Hohe Gaskonzentrationen (>100%LEL) können die Sensorleistung ebenfalls beeinträchtigen und eine Verschiebung des Null-/Basisliniensignals verursachen. Eine unvollständige Verbrennung führt zu Kohlenstoffablagerungen auf der Sicke: Der Kohlenstoff "wächst" in den Poren und verursacht mechanische Schäden. Der Kohlenstoff kann jedoch im Laufe der Zeit abgebrannt werden, um die katalytischen Stellen wieder freizulegen. Extreme mechanische Stöße oder Vibrationen können in seltenen Fällen auch einen Bruch der Pellistorspulen verursachen. Dieses Problem tritt eher bei tragbaren als bei stationären Gasdetektoren auf, da diese eher fallen gelassen werden und die verwendeten Pellistoren weniger Strom verbrauchen (um die Batterielebensdauer zu maximieren) und daher empfindlichere, dünnere Drahtspulen verwenden.

Woran erkenne ich, dass mein Sensor ausgefallen ist?

Ein vergifteter Pellistor bleibt elektrisch funktionsfähig, reagiert aber möglicherweise nicht auf Gas. Daher können das Gaswarngerät und das Kontrollsystem scheinbar in einem gesunden Zustand sein, aber ein Leck in einem brennbaren Gas wird möglicherweise nicht erkannt.

Sauerstoffsensor

Langes Leben 02 Icon

Unser neuer bleifreier, langlebiger Sauerstoffsensor hat keine komprimierten Bleistränge, in die der Elektrolyt eindringen muss, so dass ein dickflüssiger Elektrolyt verwendet werden kann, was bedeutet, dass es keine Lecks gibt, keine durch Lecks verursachte Korrosion und verbesserte Sicherheit. Die zusätzliche Robustheit dieses Sensors ermöglicht es uns, eine 5-Jahres-Garantie zu gewähren, die für zusätzliche Sicherheit sorgt.

Langlebige Sauerstoffsensoren haben eine lange Lebensdauer von 5 Jahren und zeichnen sich durch geringere Ausfallzeiten, niedrigere Betriebskosten und eine geringere Umweltbelastung aus. Sie messen Sauerstoff über einen breiten Konzentrationsbereich von 0 bis 30 % Volumen genau und sind die nächste Generation der O2-Gaserkennung.

MPS-Sensor

MPS Sensor bietet eine fortschrittliche Technologie, die eine Kalibrierung überflüssig macht und eine "echte UEG (untere Explosionsgrenze)" für die Messung von fünfzehn brennbaren Gasen liefert, aber alle brennbaren Gase in einer Umgebung mit mehreren Arten erkennen kann. Dies verringert das Risiko für das Personal und vermeidet kostspielige Ausfallzeiten. Der MPS-Sensor ist außerdem immun gegen Sensorvergiftungen.  

Sensorausfälle aufgrund von Vergiftungen können eine frustrierende und kostspielige Erfahrung sein. Die Technologie des MPS™-Sensorswird durch Verunreinigungen in der Umgebung nicht beeinträchtigt. Bei Prozessen mit Verunreinigungen steht nun eine Lösung zur Verfügung, die zuverlässig und ausfallsicher arbeitet, um den Bediener zu warnen und dem Personal und den Anlagen in gefährlichen Umgebungen ein sicheres Gefühl zu geben. Es ist jetzt möglich, mehrere brennbare Gase zu erkennen, sogar in rauen Umgebungen, mit nur einem Sensor, der nicht kalibriert werden muss und eine erwartete Lebensdauer von mindestens 5 Jahren hat.

Warum ist es wichtig, Stickstoffoxid (NOx) zu messen?

In der EU und im Vereinigten Königreich müssen nun alle neuen Heizungs- und Sanitärprodukte für Privathaushalte (mit einer Leistung von bis zu 400 kW) die maximalen Stickoxid-Emissionswerte (NOx) einhalten. Dies steht im Einklang mit einer Vielzahl internationaler Vorschriften: Die NOx-Emissionen werden in vielen Ländern (u. a. in den USA, Kanada, Australien und Singapur) durch Gesetze oder Verordnungen geregelt, die je nach Sektor weiter variieren können (für die Schifffahrt und die Automobilindustrie gelten beispielsweise eigene Vorschriften und Grenzwerte).

Die Regulierung von NOx ist erforderlich, weil dieses Gas ein wichtiger Schadstoff ist, der aufgrund seiner direkten und indirekten Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit weltweit Tausende von Todesfällen verursacht. Es wurde mit Asthma bei Kindern, Lungenentzündungen und einer Reihe anderer Atemwegserkrankungen sowie mit Herz-Kreislauf-Schäden in Verbindung gebracht. NOx ist gefährlich für Tiere, Pflanzen und Ökosysteme und ist ein Hauptbestandteil von saurem Regen und Smog.

Trotz seiner eigenwilligen Bezeichnung ist NOx eigentlich ein Sammelbegriff für Stickoxide - eine Familie hochreaktiver und giftiger Gase -, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen. Obwohl die NOx-Belastung ein globales Problem ist, sind Großstädte durch Fahrzeugabgase und Heizungsemissionen besonders stark betroffen; etwa ein Drittel der NOx-Belastung einer Großstadt stammt aus der Heizung. Darüber hinaus reagiert Stickstoffdioxid im Sonnenlicht mit anderen Gasen (wie flüchtigen organischen Verbindungen) und erzeugt Ozon, das ein Treibhausgas ist.

Warum NOx messen?

Da die NOx-Emissionen zunehmend reguliert werden, müssen sie gemessen werden, um die Einhaltung der einschlägigen Richtlinien zu gewährleisten. Die Messung der NOx-Emissionen von Heizkesseln und anderen Haushaltsgeräten wird auch durchgeführt, um zu prüfen, ob diese sicher betrieben werden, und um sicherzustellen, dass der Eigentümer/Betreiber und die Menschen in seiner Umgebung keinen übermäßigen NOx-Emissionen ausgesetzt sind.

Messung von NOx mit einem Rauchgasanalysator/Verbrennungsanalysator

Der HLK-Sektor muss nicht nur die Anforderungen der Gesetzgebung erfüllen, sondern erkennt auch die wachsende Bedeutung der NOx-Messung aufgrund des weltweiten Fokus auf Nachhaltigkeit und Umweltfragen sowie des Bewusstseins für die gesundheitsschädlichen Auswirkungen. Dies spiegelt sich in einem wachsenden Markt für Verbrennungsanalysatoren wider, die NOx berechnen (z. B. das Sprint Pro 5 und das Sprint Pro 6).

Kurz- bis mittelfristig dürfte die Nachfrage nach NOx-Messungen zunehmen; die Verringerung der NOx-Emissionen ist ein Schlüsselelement der Nachhaltigkeitspolitik weltweit, und HLK-Ingenieure und -Designer legen den Schwerpunkt auf die Entwicklung besserer, sauberer Heizungsformen (die gemessen, überprüft und gewartet werden müssen).

Im Laufe der Zeit werden hocheffiziente Systeme mit extrem niedrigem NOx-Ausstoß wahrscheinlich dominieren, und die Messung von NOx wird daher ein immer wichtigerer Parameter und ein wichtigerer Teil der täglichen Arbeit im HLK-Sektor werden.

Unsere Modelle Sprint Pro 5 und 6 werden komplett mitmit speziellen NO-Sensoren, die eine Reihe von NO- und NOx-Messoptionen ermöglichen