AT525893B1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Herkunftsbestimmung eines aus einem Kraftstoff gewonnenen, durchmischten Prüfgases - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herkunftsbestimmung eines aus einem Kraftstoff gewonnenen, durchmischten Prüfgases mit einer Recheneinheit (1), einer Mischkammer (2), sowie einem Filter (4), dem ein Isotopenanalysator (5) nachgelagert ist, beschrieben. Um eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, dass, trotz einer zeitlich möglichst kontinuierlichen Messung eine möglichst repräsentative Isotopenbestimmung in situ, also am Entstehungsort des Probengases als Isotopenquelle, ermöglicht wird, wird vorgeschlagen, dass der Filter (4) und der Isotopenanalysator (5) einer Probenstrecke (13) zugeordnet sind, der eine Prüfgasstrecke (10) vorgelagert ist, die die Mischkammer (2) zum Mischen des Prüfgases mit Luft umfasst, wobei der Gasdurchfluss der Prüfgasstrecke (10) den Gasdurchfluss der Probenstrecke (13) übersteigt.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtung zur kontinuierlichen Herkunftsbestimmung eines aus einem Kraftstoff gewonnenen, durchmischten Prüfgases mit einer Recheneinheit, einer Mischkammer, sowie einem Filter, dem ein Isotopenanalysator nachgelagert ist.

[0002] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Isotopenverhältnisse, beispielswiese von Kohlenstoff-Isotopen, eines oxidierten Kraftstoffes als Prüfgas zu messen, um aus diesen Isotopenverhältnissen Rückschlüsse über den Ursprung, die Quelle und die Entstehung des Prüfgases zu erhalten. Die US5012052A zeigt beispielsweise eine Vorrichtung, bei der ein Prüfgas nach dem Mischen mit einem Trägergas einem Gaschromatographen zugeführt wird und die aufgetrennten Komponenten des Prüfgases nach Durchlaufen des Gaschromatographen von dem Trägergas getrennt, mit Sauerstoff gemischt und anschließend in einer Verbrennungskammer oxidiert werden. Die oxidierten Komponenten durchlaufen anschließend nacheinander einen Wasserabscheider und werden einem Massenspektrometer zugeführt, mit dem die Isotopenverhältnisse in den einzelnen Komponenten bestimmt werden. Aus diesen Isotopenverhältnissen können Rückschlüsse über die Herkunft der Komponenten des Kraftstoffs gezogen werden, da sich die Isotopenverhältnisse eines Moleküls je nach Rohstoffquelle unterscheiden.

[0003] Nachteilig am Stand der Technik ist allerdings, dass das Prüfgas vor der Analyse kompliziert aufbereitet werden muss, da es mit dem Trägergas gemischt und anschließend wieder von diesem getrennt werden muss. Weiters ist die Zufuhr des Prüfgases an den Isotopenanalysator durch die Durchlaufleistung des Gaschromatographen limitiert. Darüber hinaus trennt der Gaschromatograph das Prüfgas in seine Komponenten auf, sodass nur kontinuierliche IsotopenanaIysen für Komponenten des Gemischs, aber nie für das Gemisch als Ganzes durchgeführt werden und dadurch keine repräsentativen Messungen für den tatsächlichen durchmischten Kraftstoff erfasst werden können.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, trotz einer zeitlich möglichst kontinuierlichen Messung eine möglichst repräsentative Isotopenbestimmung in situ, also am Entstehungsort des Probengases als Isotopenquelle, zu ermöglichen.

[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Filter und der Isotopenanalysator einer Probenstrecke zugeordnet sind, der eine Prüfgasstrecke vorgelagert ist, die die Mischkammer zum Mischen des Prüfgases mit Luft umfasst, wobei der Gasdurchfluss der Prüfgasstrecke den Gasdurchfluss der Probenstrecke übersteigt. Zufolge dieser Maßnahmen wird der Gasdurchfluss durch die Vorrichtung in zwei Teilstrecken, die Prüfgasstrecke und die Probenstrecke aufgeteilt. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung keine komplizierte oder empfindliche Präparation des Prüfgases erfordert, kann die Vorrichtung einfach in situ, also an der Entstehungsquelle des Prüfgases verwendet werden. Da die Prüfgasstrecke eine höhere Förderleistung als die Probenstrecke aufweist und damit einen höheren Gasdurchfluss ermöglicht, kann in der Mischkammer eine verhältnismäßig große Menge an Prüfgas mit Luft durchmischt und so für eine effiziente Messung im Isotopenanalysator aufbereitet werden. Die hohen Mengen an Prüfgas in der Prüfgasstrecke ermöglichen entropiebedingt und ohne zusätzliche Schritte eine gute Durchmischung der vorhandenen Isotope für die Messung, da sich die Isotopenverteilung des Prüfgases innerhalb der Vorrichtung nicht lokal ändert. Da die Förderleistung der Probenstrecke geringer als die der Prüfgasstrecke ist und folglich einen geringeren Gasdurchfluss erlaubt, wird nur eine Teilmenge des in der Prüfgasstrecke aufbereiteten Gases in die Probenstrecke geleitet. Da diese Teilmenge allerdings ebenso durchmischt ist, ist die folgende Isotopenanalyse an dieser Teilmenge ebenfalls repräsentativ für das eingebrachte Prüfgas. Der Gasdurchfluss der Probenstrecke kann an die optimale Verarbeitungsgeschwindigkeit des Filters und des Isotopenanalysators angepasst sein, sodass diese kontinuierlich mit einer Teilmenge des aufbereiteten Prüfgases versorgt werden kann und eine kontinuierliche Isotopenanalyse ermöglicht wird. Die Recheneinheit verarbeitet die Daten des Isotopenanalysators und gibt diese als die Isotopenverhältnisse des Prüfgases aus. Im Speicher der Recheneinheit können die Isotopenverhältnisse bekannter Rohstoffquellen von Kraftstoffen gespeichert sein, sodass aus einem Vergleich der gemessenen Iso-

topenverhältnisse mit den gespeicherten Isotopenverhältnissen die Herkunft des Kraftstoffs bestimmt werden kann. Der Gasdurchfluss der beiden Teilstrecken und/oder die Ansteuerung der Mischkammer und/oder des Isotopenanalysators können ebenso mit der Recheneinheit erfolgen. Der Isotopenanalysator kann beispielsweise ein Cavity-Ring-down-Spektroskop sein, da damit stabile Isotopenverhältnisse sehr genau bestimmt werden können. Um das Prüfgas, bzw. die Teilmenge in der Prüfgasstrecke bzw. der Probenstrecke zu befördern, kann das Gas aktiv transportiert werden. Dafür können beispielsweise für beide Teilstrecken Pumpen vorgesehen sein. Alternativ kann das Prüfgas mit Überdruck in die Vorrichtung eingebracht werden. Es können eine oder mehrere Drosseln vorgesehen sein um den gewünschten Gasdurchfluss einzustellen. Der Gasdurchfluss durch die beiden Teilstrecken kann über Gasdurchflussmessgeräte bestimmt und über den auf das Prüfgas bzw. die Teilmenge beaufschlagten Druck eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Gasdurchfluss durch die Dimensionierung der Teilstrecken beeinflusst werden. Beispielsweise kann über den folgenden Zusammenhang eine Dimensionierung erfolgen:

_—Q

Kı = —— [1000Ap p

[0006] Dabei ist K, der Gasdurchfluss in m”/h, Q die Durchflussmenge, Ap der Druckverlust und p die Dichte des Prüfgases. Für Q wiederum gilt Q= v*A, wobei v die Flussgeschwindigkeit des Prüfgases bzw. der Teilmenge ist und A die Querschnittsfläche der Leitung ist.

[0007] Manche Prüfgase erlauben aufgrund ihrer Zusammensetzung und Molekülgröße eine höhere Messgenauigkeit bei der Analyse durch den Isotopenanalysator als andere. Um die Messgenauigkeit des Isotopenanalysators für weniger geeignete Prüfgase zu erhöhen und die Herkunft eines breiten Spektrums gängiger Kraftstoffe bestimmen zu können, wird daher vorgeschlagen, dass zwischen der Prüfgasstrecke und der Probenstrecke eine Oxidationskammer zum Oxidieren des mit Luft gemischten Prüfgases vorgesehen ist. Durch die Oxidation können die Moleküle im Prüfgas in organische Moleküle umgewandelt werden, die sich besser durch übliche Isotopenanalysatoren analysieren lassen. Beispielsweise können die Abgase eines Verbrennungsmotors direkt in die Mischkammer geleitet, dort mit Luft durchmischt und in der Oxidationskammer oxidiert werden. Da eine solche Oxidationsreaktion in der Regel stark exotherm abläuft, wird die Durchmischung des Prüfgases durch die freiwerdende thermische Energie des Prüfgases weiter begünstigt. Solange das Prüfgas erfindungsgemäß mit der Luft vermischt wird, kann die Mischkammer beispielsweise ein Abschnitt der Zuleitung der Oxidationskammer sein. Vorteilhafterweise kann mit einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung Prüfgas analysiert werden, welches entweder aus einem fossilen Energieträger bzw. dem synthetischen Aquivalent gewonnen wurde, oder welches aus einem erneuerbaren Energieträger, wie beispielsweise Wasserstoff, besteht. Erste Art von Kraftstoffen wird nämlich zur Isotopenanalyse sowohl mit Luft durchmischt und anschließend oxidiert. Die zweite Art von Kraftstoffen muss lediglich mit Luft durchmischt werden und kann die Oxidationskammer ohne Oxidationsschritt passieren. In beiden Fällen wird anschließend eine Teilmenge davon, wie oben beschrieben, in die Probenstrecke eingebracht, gefiltert und der Isotopenanalyse zugeführt. Die Ansteuerung der Oxidationskammer kann ebenso mit der Recheneinheit erfolgen.

[0008] Damit die Herkunftsbestimmung in-Situ auch bei Prüfgasen durchgeführt werden kann, deren Druck nicht dem Umgebungsdruck entspricht, wird vorgeschlagen, dass der Mischkammer eine Drossel zur Entspannung des Prüfgases auf Umgebungsdruck vorgelagert ist. Dadurch werden mögliche Druckschläge auf den Filter oder weitere Bauteile verhindert. Wird das Prüfgas außerdem in der Vorrichtung oxidiert, wird so verhindert, dass die Reaktionsbedingungen im Falle einer Oxidation und die Förderleistung für jede Anwendung neu adjustiert werden müssen, da der Druck in der Oxidationskammer durch die Drosseln eingestellt werden kann.

[0009] Um einerseits die relativ hohen Volumina des Prüfgases in der Prüfgasstrecke und andererseits die relativ niedrigen Volumina der Teilmenge in der Probenstrecke zu befördern und zu verarbeiten, wird vorgeschlagen, dass die Prüfgasstrecke eine Prüfgaspumpe und die Proben-

strecke eine Probenpumpe umfasst. Zufolge dieser Maßnahmen kann die Förderleistung der Prüfgaspumpe relativ hoch sein, wodurch dynamische Messungen und eine schnelle Reaktionszeit selbst bei höheren Leitungslängen, beispielsweise 20m, zwischen Isotopenquelle und Mischkammer, ermöglicht werden. Andert sich nämlich beispielsweise die Zusammensetzung des Prüfgases, kann dessen Transport, Mischung und eventuelle Oxidation durch eine hohe Pumpleistung beschleunigt und die Anderung in weiterer Folge schneller vom Isotopenanalysator erfasst werden. Die von der Prüfgaspumpe getrennte Probenpumpe befördert lediglich die Teilmenge zum Filter und weiter zum Isotopenanalysator und kann demzufolge in ihrer Pumpleistung auf das Probenvolumen des Isotopenanalysators abgestimmt werden. Um überschüssiges durchmischtes und evtl. oxidiertes Prüfgas aus der Prüfgasstrecke zu entfernen, kann vor der Probenstrecke ein Auslass vorgesehen sein.

[0010] Versuche haben gezeigt, dass sich die erwähnten Vorteile bei der Verarbeitung des Probengases und der Teilmenge trotz der großen Volumenunterschiede dann einstellen, wenn die Förderleistung der Prüfgasstrecke wenigstens das Hundertfache, bevorzugter Weise das Dreihundertfache, der Förderleistung der Probenstrecke beträgt. So kann die Förderleistung der Prüfgaspumpe beispielsweise 15 L/min, die der Probenpumpe 50 mL/min betragen.

[0011] Um die für optimale Mischungs- und eventuelle Oxidationsbedingungen benötigte Menge an Luft richtig einzudosieren, kann für die Mischkammer ein Massendurchflussregler für die Luft vorgesehen sein. Zufolge dieser Maßnahmen kann die zugeführte Luftmenge so auf die Art und Menge des Prüfgases eingestellt werden, dass gute Analysebedingen hergestellt werden können. Außerdem kann durch die Mischung die Explosionsgrenze für ein stark reaktiven Prüfgases gesenkt werden. Ist eine Oxidation des Prüfgases vorgesehen, kann aus der Luft genügend Sauerstoff bereitgestellt werden, um stöchiometrisch optimierte Oxidationsbedingungen herzustellen, den Anteil des beim Oxidationsvorgang eventuell entstehenden Wassers an der Gesamtmasse zu verringern und um ein etwaiges UÜberhitzen der Oxidationskammer zu verhindern.

[0012] Um den Feuchtigkeitsgehalt des mit der Luft gemischten Prüfgases einzustellen und um Kondensation bereits vor und während einem eventuellen Oxidationsprozess zu verringern, kann der Mischkammer eine Aufbereitungskammer zum Entfeuchten und/oder Vorheizen der Luft vorgelagert sein. Zufolge dieser Maßnahmen kann zuerst mit bekannten Mischungsrechnungen bestimmt werden, wieviel Luft mit bestimmtem Feuchtigkeitsgehalt dem Prüfgas zugeführt werden muss, damit das durchmischte Prüfgas einen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt aufweist und anschließend mit der Aufbereitungskammer die Luft auf diesen Feuchtigkeitswert konditioniert werden. Besonders geringe Kondensation bei einer optionalen Oxidation stellt sich dann ein, wenn die Luft auf wenigstens 150°C, bevorzugt 200°C vorgeheizt wird. Dadurch wird der eventuell durchgeführte Oxidationsprozess begünstigt, da unerwünschtes Wasser aus der Oxidationskammer entfernt wird. Zusätzlich muss der Filter weniger Wasser aus der Teilmenge abscheiden wodurch er kleiner dimensioniert werden kann bzw. der Filtrationsschritt schneller durchgeführt werden kann. Um den benötigten Entfeuchtungsgrad der Luft zu bestimmen, kann ein Feuchtigkeitssensor vorgesehen sein, der den Feuchtigkeitsgehalt des Prüfgases beim Eintritt in die Vorrichtung misst. Alternativ oder zusätzlich können Erfahrungswerte über den Feuchtigkeitsgehalt des Prüfgases herangezogen werden. Der Feuchtigkeitsgehalt des Abgases eines Verbrennungsmotors beträgt beispielsweise etwa 75000 bis 200000 ppm H2O und sollte für optimierte Oxidations- und Messbedingungen in der Vorrichtung zwischen 10000 und 80000, bevorzugter Weise 35000, ppm HzO liegen. Wird also ein solches Abgas als Prüfgas verwendet, ergäbe sich beispielsweise eine Verdünnung dieses Prüfgases mit Luft mit einem Wassergehalt von 0 ppm HzO in einem Verhältnis von etwa 1:1 bis 1:6.

[0013] Um die Abscheidung der Probe über die Materialeigenschaften des Filters zu erleichtern, wird vorgeschlagen, dass der Filter eine Polytetrafluoroethylenmembran umfasst. Die hydrophoben Eigenschaften von Polytetrafluoroethylen unterstützen die mechanische Filterfunktion beim Entfernen des Wassers aus der Teilmenge vor der Messung durch den Isotopenanalysator. Weiters sind Polytetrafluoroethylenmembranen verhältnismäßig günstig und können einfach ausgetauscht werden.

[0014] Die Kondensation am Filter kann weiter reduziert werden, wenn der Filter beheizbar ist.

[0015] Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur kontinuierlichen Herkunftsbestimmung eines aus einem Kraftstoff gewonnenen, durchmischten Prüfgases wobei das Prüfgas in der Mischkammer mit Luft gemischt wird, woraufhin eine Teilmenge des Prüfgases einem Filter und danach dem Isotopenanalysator zugeführt wird und anschließend die Isotopenverhältnisse in der Teilmenge des Prüfgases zur Herkunftsbestimmung des Kraftstoffes bestimmt und ausgegeben werden. Durch das relativ hohe Volumen des Prüfgases findet automatisch entropiebedingt eine für das Verfahren ausreichende Durchmischung des Prüfgases statt. In der Mischkammer wird das Prüfgas mit Luft gemischt. Die anschließend entnommene Teilmenge ist trotz ihres geringeren Volumens ohne aktive Mischungsschritte ebenso durchgemischt, weswegen eine Isotopenanalyse dieser Teilmenge repräsentativ für das Probengas ist.

[0016] Sollte das Prüfgas so beschaffen sein, dass es nicht mit gewünschter Messgenauigkeit im Isotopenanalysator analysiert werden kann, wird vorgeschlagen, dass das Prüfgas nach der Mischung mit Luft in der Oxidationskammer oxidiert wird, bevor eine Teilmenge des oxidierten Prüfgases dem Filter und danach dem Isotopenanalysator zugeführt wird. Zufolge diese Maßnahmen kann das Prüfgas in organische Moleküle umgewandelt werden, die mit größerer Effizienz analysiert werden können. Dabei sorgt der stark exotherme Oxidationsprozess nochmals für eine weitere Durchmischung des Prüfgases. So kann beispielsweise Abgas eines Verbrennungsmotors direkt als Prüfgas in die Vorrichtung geleitet und wie beschrieben oxidiert und analysiert werden.

[0017] Um die Herkunftsbestimmung des Kraftstoffs zu vereinfachen, bzw. zu automatisieren, wird vorgeschlagen, dass die bestimmten Isotopenverhältnisse mit den Isotopenverhältnissen bekannter Rohstoffquellen verglichen werden und jene Rohstoffquelle als Herkunft angegeben wird, deren Abweichung vom bestimmten Isotopenverhältnis einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Je nach Herkunft weisen Isotopenquellen unterschiedliche Isotopenverhältnisse auf. Um die Herkunft zu bestimmen, können die bestimmten Isotopenverhältnisse direkt mit den bekannten Isotopenverhältnissen verschiedener Rohstoffquellen verglichen werden. Im realistischen Messbetrieb werden aufgrund von Messungenauigkeiten die bestimmten Isotopenverhältnisse nicht exakt mit den bekannten Vergleichswerten übereinstimmten, weswegen ein Schwellwert vorgegeben wird, der diese Messungenauigkeiten kompensiert. Ist die Differenz zwischen dem bestimmten Isotopenverhältnis und dem Isotopenverhältnis eines bekannten Rohstoffs also gleich hoch oder weniger als der Schwellenwert, wird die diesem bekannten Isotopenverhältnis zugeordnete Rohstoffquelle als Herkunft angegeben. Ublicherweise wird nicht das Isotopenverhältnis einer Rohstoffquelle direkt als Vergleichswert verwendet, sondern ein Isotopenverhältnis für ein Element als Standard definiert und jeder Isotopenquelle ein für diese Isotopenquelle typischer Unterschied zugeordnet und dieser Unterschied zur Bestimmung herangezogen. So beträgt der Unterschied des 'SC/'2C-Verhältnisses zum Standard -44 bis -19%o für fossile Brennstoffe, der Unterschied des Deuterium/Wasserstoff- Verhältnisses -80%o für Grundwasser und für Wasser aus Niederschlag -65%o. Sind also die Werte der Standards und der Isotopenverhältnisunterschiede von den Standards für verschiedene Ausgangsmaterialien bekannt, kann das für das Prüfgas bestimmte Isotopenverhältnis mit dem Standardwert verglichen werden, um das Ausgangsmaterial zu bestimmen. Dadurch kann beispielsweise ermittelt werden, aus welchem Ausgangsmaterial ein synthetischer Kraftstoff erzeugt wurde, wodurch es möglich wird, auf das Herstellungsverfahren rückzuschließen.

[0018] Unabhängig davon, ob das Prüfgas oxidiert wird oder nicht, ergeben sich verbesserte Messbedingungen, wenn das Prüfgas in der Mischkammer mit entfeuchteter Luft gemischt wird, bis es einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 10000 und 80000 ppm H-O aufweist. Reiner, nichtoxidierter Wasserstoff muss als Prüfgas beispielsweise nicht oxidiert werden. Die Durchmischung mit Luft zum Erreichen des obigen Feuchtigkeitsgehalts bewirkt allerdings, dass die untere Explosionsgrenze nicht überschritten wird. Für Prüfgas, welches oxidiert werden muss, werden durch die erfindungsgemäße Mischung mit Luft zum Erreichen des beanspruchten Feuchtigkeitsgehalts die Oxidationsbedingungen verbessert, wie oben beschrieben. Um den gewünschten

Feuchtigkeitsgehalt des gemischten Prüfgases zu erhalten, kann nun Luft mit bekanntem Feuchtigkeitsgehalt mit dem Prüfgas gemischt werden. Das Mischverhältnis kann mit bekannten Mischungsrechnungen bestimmt werden. Der Feuchtigkeitsgehalt des Abgases eines Verbrennungsmotors beträgt beispielsweise etwa 75000 bis 200000 ppm HzO und soll für optimierte Oxidations- und Messbedingungen in der Vorrichtung zwischen 10000 und 80000, bevorzugter Weise 35000, ppm HzO liegen. Wird also ein solches Abgas als Prüfgas verwendet, ergäbe sich beispielsweise eine Verdünnung dieses Prüfgases mit Luft mit einem Wassergehalt von 0 ppm HzO in einem Verhältnis von etwa 1:1 bis 1:6.

[0019] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

[0020] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontinuierlichen Herkunftsbestimmung eines durchmischten oxidierten Kraftstoffes als Prüfgas umfasst eine Recheneinheit 1 und eine Mischkammer 2. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Oxidationskammer 3 zum Oxidieren des Probengases vorgesehen. Weites umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen Filter 4 und einen Isotopenanalysator 5.

[0021] Im weiteren Verlauf wird zur besseren Veranschaulichung die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem zu oxidierendes Prüfgas beschrieben. Die Vorrichtung eignet sich jedoch auf für Prüfgas, welches nicht oxidiert werden muss. In diesem Fall kann im gezeigten Ausführungsbeispiel das Prüfgas einfach ohne Oxidationsschritt durch die Oxidationskammer 3 durchgeleitet werden.

[0022] Prüfgas wird über einen Prüfgaseinlass 6, der beispielsweise am Ende eines Schlauches angeordnet sein kann, in die Vorrichtung eingebracht. Da sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere für In-Situ-Anwendungen eignet, bei denen die Isotopenverhältnisse möglichst nahe am Entstehungsort des Prüfgases gemessen werden sollen, kann die Vorrichtung in unmittelbarer Nähe eines Verbrennungsmotors platziert und der Prüfgaseinlass 6 beispielsweise direkt mit dem Auspuff des Verbrennungsmotors gekoppelt sein. Das Prüfgas kann in einer der Mischkammer 2 vorgelagerten Drossel 7 entspannt und so auf Umgebungsdruck gebracht werden, damit der Gasdurchfluss und die Reaktionsbedingungen bei der anschließenden Oxidationsreaktion in der Oxidationskammer 3 einfacher kontrolliert werden können. In der Mischkammer 2 wird das Prüfgas mit Luft durchmischt, um ausreichend Reaktionspartner für die Isotope des Prüfgases zur Verfügung zu stellen. Die Luft kann über einen Massendurchflussregler 8 so eindosiert werden, dass einerseits vorteilhafte stöchiometrischen Bedingungen für die Oxidation ermöglicht werden, ein Überhitzen der Oxidationskammer aufgrund der stark exothermen Oxidationsreaktion verhindert wird und die Kondensation eventuell entstehenden Wasserdampfes minimiert wird. Um diese Wirkungen zu begünstigen kann zusätzlich eine Aufbereitungskammer 9 vorgesehen sein, in der die Luft vor der Mischung mit dem Prüfgas entfeuchtet und/oder vorgeheizt wird. Nach der Durchmischung mit Luft in der Mischkammer 2 kann das durchmischte Prüfgas abhängig von seiner Zusammensetzung in der Oxidationskammer 3 oxidiert werden, um die Qualität der Messergebnisse der folgenden Isotopenbestimmung zu erhöhen. Muss das Prüfgas nicht oxidiert werden um eine gute Messgenauigkeit des Isotopenanalysators 5 zu erreichen, kann das Prüfgas auch ohne Oxidation durch die Oxidationskammer 3 geleitet werden. Eine Prüfgasstrecke 10, die die Mischkammer 2 umfasst, ist der Oxidationskammer 3 vorgelagert, die neben der Mischkammer 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel den Prüfgaseinlass 6 und die Oxidationskammer 3 umfasst und in der das Prüfgas vom Prüfgaseinlass 6 bis zur Oxidationskammer 3 mittels einer Prüfgaspumpe 11 befördert wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das durchmischte und nun oxidierte Prüfgas in einer weiteren Temperierkammer 12 auf eine Temperatur gebracht, die vorteilhafte Messbedingungen für den Isotopenanalysator 5 ermöglicht. Wird beispielsweise ein Cavity-Ring-Down-Spektroskop als Isotopenanalysator 5 verwendet, beträgt diese Temperatur 70°C. Anschließend wird eine Teilmenge des durchmischten und nun oxidierten Prüfgases aus der Oxidationskammer 3, beziehungsweise, falls verwendet, aus der Temperierkammer 12 in eine Probenstrecke 13 überführt, der der Filter 4 und der Isotopenanalysator 5 zugeordnet sind. Der Gasdurchfluss der Prüfgasstrecke 10 übersteigt den Gasdurchfluss der Probenstrecke 13, wodurch die Aufbereitung eines verhältnismäßig großen Volumens an Prüfgas in der Prüfgas-

strecke 10 ermöglicht wird. Durch diese verhältnismäßig großen Volumina wird mit einfachen Mitteln eine gute Durchmischung des Prüfgases in der Prüfgasstrecke 10 begünstigt. Da die vom Isotopenanalysator 5 verarbeitbaren Volumina verglichen mit dem Gasdurchfluss der Prüfgasstrecke 10 üblicherweise relativ gering sind, kann der geringere Gasdurchfluss durch die Probenstrecke 13 an die verarbeitbaren Volumina pro Zeiteinheit des Isotopenanalysators 5 angepasst werden. Versuche haben dabei gezeigt, dass sowohl eine gute Durchmischung in der Prüfgasstrecke 10 als auch effiziente Auswertegeschwindigkeiten des Isotopenanalysators 5 erreicht werden, wenn der Gasdurchfluss in der Prüfgasstrecke 10 wenigstens das Hundertfache des Gasdurchflusses der Probenstrecke 13 beträgt. Uberschüssiges Gas kann dabei über einen der Oxidationskammer 3 nachgelagerten, in der Zeichnung nicht gezeigten Auslass abgeführt werden. Um die in die Probenstrecke 13 überführte Teilmenge des Prüfgases zum Filter 4 und von dort weiter zum Isotopenanalysator 5 zu befördern, kann eine Probenpumpe 14 vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die integrierte Pumpe des Isotopenanalysators als Probenpumpe verwendet werden. Der Filter 4 bereitet die Teilmenge für die Analyse im Isotopenanalysator 5 auf und scheidet insbesondere noch eventuell vorhandenes Wasser ab, bevor die Teilmenge in den Isotopenanalysator 5 zur Isotopenanalyse befördert wird. Die Effizienz des Filters 4, insbesondere zur Abscheidung von Wasser aus der Teilmenge des Prüfgases, kann erhöht werden, wenn der Filter 4 eine Polytetrafluoroethylenmembran umfasst und/oder beheizbar ist. Bei der Isotopenanalyse werden die Isotopenverhältnisse der in der Teilmenge vorhandenen Elemente bestimmt. Da die Teilmenge, wie oben beschrieben, aufgrund ihrer guten Durchmischung repräsentativ für das Prüfgas und somit für den oxidierten Kraftstoff ist, sind die mit dem Isotopenanalysator 5 bestimmten Isotopenverhältnisse ebenso repräsentativ für das Prüfgas und somit für den oxidierten Kraftstoff.

[0023] Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Recheneinheit mit dem Massendurchflussregler 8 und dem Isotopenanalysator 5 verbunden, um diese anzusteuern, bzw. um die Daten des Isotopenanalysators 5 auszuwerten und auszugeben. Die Recheneinheit kann zusätzlich mit der Prüfgaspumpe 11 und/oder der Oxidationskammer 3 und/oder der Temperierkammer 12 und/oder der Aufbereitungskammer 9 und/oder der Probenpumpe 14 verbunden sein, um Daten zu empfangen und/oder zu verarbeiten.

[0024] Das mit dem Isotopenanalysator 5 bestimmte Isotopenverhältnis kann mittels der Recheneinheit 1 oder einem internen Datenspeicher des Isotopenanalysators 5 mit den Isotopenverhältnissen bekannter Isotopenquellen oder, wie oben ausgeführt, deren Unterschied zu einem bekannten Standard, verglichen werden, um die Herkunft des oxidierten Kraftstoffes zu bestimmen.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herkunftsbestimmung eines aus einem Kraftstoff gewonnenen, durchmischten Prüfgases mit einer Recheneinheit (1), einer Mischkammer (2), sowie einem Filter (4), dem ein Isotopenanalysator (5) nachgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (4) und der Isotopenanalysator (5) einer Probenstrecke (13) zugeordnet sind, der eine Prüfgasstrecke (10) vorgelagert ist, die die Mischkammer (2) zum Mischen des Prüfgases mit Luft umfasst, wobei der Gasdurchfluss der Prüfgasstrecke (10) den Gasdurchfluss der Probenstrecke (13) übersteigt.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Prüfgasstrecke (10) und der Probenstrecke (13) eine Oxidationskammer (3) zum Oxidieren des mit Luft gemischten Prüfgases vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfgasstrecke (10) eine Prüfgaspumpe (11) und die Probenstrecke (13) eine Probenpumpe (14) umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdurchfluss der Prüfgasstrecke (10) wenigstens das Hundertfache des Gasdurchflusses der Probenstrecke (13) beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Mischkammer (2) ein Massendurchflussregler (8) für die Luft vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkammer (2) eine Aufbereitungskammer (9) zum Entfeuchten der Luft und/oder Vorheizen der Luft vorgelagert ist.

7. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur kontinuierlichen Herkunftsbestimmung eines aus einem Kraftstoff gewonnenen, durchmischten Prüfgases wobei das Prüfgas in der Mischkammer (2) mit Luft gemischt wird, woraufhin eine Teilmenge des Prüfgases einem Filter (4) und danach dem Isotopenanalysator (5) zugeführt wird und anschließend die Isotopenverhältnisse in der Teilmenge des Prüfgases zur Herkunftsbestimmung des Kraftstoffes bestimmt und ausgegeben werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgas nach der Mischung mit Luft in der Oxidationskammer (3) oxidiert wird, bevor eine Teilmenge des oxidierten Prüfgases dem Filter (4) und danach dem Isotopenanalysator (5) zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Isotopenverhältnisse mit den Isotopenverhältnissen bekannter Rohstoffquellen verglichen werden und jene Rohstoffquelle als Herkunft angegeben wird, deren Abweichung vom bestimmten Isotopenverhältnis einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgas in der Mischkammer (2) mit entfeuchteter Luft gemischt wird, bis es einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 10000 und 80000 ppm H>;O aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen