CH635938A5

CH635938A5 - Vorrichtung zum kontinuierlichen messen der kohlenwasserstoff-konzentration in einer mehrzahl von separaten probenstroemen mittels flammen-ionisations-detektoren.

Info

Publication number: CH635938A5
Application number: CH732880A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Schlosser
Original assignee: Ratfisch Instr
Priority date: 1980-05-10
Filing date: 1980-10-01
Publication date: 1983-04-29
Also published as: FR2482303A1; US4361810A; SE8007010L; JPS577552A; NL8004827A; LU82834A1; DE3017945A1; GB2076158A; IT8024799A0; FR2482303B3; IT1132988B; BE885691A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierli- 35 chen Messen der Kohlenwasserstoff-Konzentration in einer Mehrzahl von separaten Probenströmen mittels Flammen-Ioni-sations-Detektoren, insbesondere zur kontinuierlichen Überwachung der unteren Explosionsgrenze in Beschichtungsanlagen.

Die Anwendung der Hammen-Ionisation und die Verwen- 40 dung von Flammen-Ionisations-Detektoren zur Messung von Kohlenwasserstoff-Konzentrationen in Gasen oder Luft sind bekannt.

Ein solcher Detektor enthält eine durch ein Brenngas gespeiste Flamme, die entweder in Luft oder Sauerstoff brennt, 45 und in die ein Strom der Substanz eingeführt wird, deren Koh-lenwasserstoff-Gehalt gemessen werden soll. An die Elektroden des Detektors wird eine Gleichspannung gelegt. Zwischen den Elektroden fliesst dann ein Strom, der eine Funktion des Flussanteils an Kohlenwasserstoffen in der Probe ist. Er ist nähe- 50 rungsweise direkt proportional der Anzahl der Kohlenwasserstoffatome, die pro Zeiteinheit in die Flamme eingebracht werden.

Flammen-Ionisations-Detektoren werden beispielsweise bei der Abgasmessung von Kraftfahrzeugen, aber auch in der che- 55 mischen und petro-chemischen Industrie eingesetzt.

Ein anderes Gebiet der Technik, in welchem Gase oder Dämpfe entstehen, die explosibel sein können und überwacht werden müssen, ist das Gebiet der Beschichtungsanlagen im weitesten Sinne. 60

In der Elektro-Industrie beispielsweise werden Drähte mit Isolierstoffen beschichtet oder ummantelt, in der Möbelindustrie werden Spanplatten mit Furnieren beschichtet, ähnliches gilt für die Bauindustrie, in der kunststoffbeschichtete Bauplatten, Träger und dgl. hergestellt werden, aber auch für die Ver- 65 packungsindustrie, bei der Bahnen aus einem Trägermaterial ein- oder beidseitig mit Kunststoffschichten lamelliert werden.

Gemeinsam ist diesen Verfahren, dass die beschichteten

Materialien oder Werkstücke durch Trockenanlagen geführt werden, in denen die beim Beschichten verwendeten Lösungsmittel während des Trocknungsvorganges aus den trocknenden Materialien in Dampfform austreten und abgeführt werden müssen.

Diese Lösungsmitteldämpfe können hochexplosibel sein und sie werden in der Regel in eine Nachverbrennungsanlage geleitet und dort verbrannt oder einer Lösungsmittelrückgewinnungsanlage zugeführt.

Dabei ist zu beachten, dass diese Lösungsmitteldämpfe sich nicht selbst entzünden, was zu schwerwiegenden Explosionen und Zerstörung der gesamten Beschichtungsanlage führen kann, sondern, dass ihre Konzentration ausreichend weit von ihrer sogenannten unteren Explosionsgrenze entfernt liegt.

Eine Trocknungsanlage, die einer Beschichtungsanlage der oben genannten Art nachgestaltet ist, umfasst eine Mehrzahl von einzelnen Trockenkammern, in denen Lösungsmitteldämpfe unterschiedlicher Konzentration entstehen, die alle zu überwachen sind.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die in den einzelnen Trockenkammern entstehenden Gase oder Dämpfe mit Hilfe von Wärmetönungsmessverfahren zu überwachen.

Nachteilig bei dieser Methode ist, dass die Katalysatoren relativ träge reagieren und ihre Ansprechzeit auf Veränderungen der Konzentration mehrere Sekunden beträgt. Sie sind ferner für sehr geringe Anteile an Kohlenwasserstoffen in den zu messenden Gasen nicht empfindlich genug. Ausserdem werden die Katalysatoren durch Stoffe vergiftet,die in Lackrohstoffen enthalten sind, z.B. Schwermetalle oder Schwefelverbindungen, wodurch ihre Standzeit auf einige Stunden herabgesetzt wird. Ausserdem können bei Anwesenheit von Silikonen die Katalysatoren bzw. ihre Trägermaterialien durch die Silikone verklebt werden.

Es wurde ferner vorgeschlagen, von jeder Trocknungskammer eine Probe des zu messenden Gases über eine Rohrleitung abzuziehen und mittels entsprechender Steuerventile jede dieser Proben nacheinander durch einen Flammen-Ionisations-De-tektor zu leiten, in welchem der Kohlenwasserstoff-Anteil der einzelnen Probengasmengen gemessen wird.

Nachteilig hierbei ist vor allem die bei diesem System unvermeidliche diskontinuierliche Messung. Auch steht von der gesamten für jede Probengasmenge zur Verfügung stehenden Zeit nur ein Bruchteil davon für die eigentliche Messung zur Verfügung, da vor Beginn der Messung die Reste der vorherigen Probe aus den Leitungen und dem Brenner des Detektors fortgespült werden müssen. Wenn beispielsweise alle 10 Sekunden auf eine andere Probe umgeschaltet wird, so sind 8 Sekunden erforderlich, um die Reste der vorigen Probe zu entfernen und nur 2 Sekunden stehen für die eigentliche Messung zur Verfügung. Auch hier ist aber nicht mit letzter Sicherheit auszuschliessen, dass in dem Messgas noch Reste der vorherigen Probe enthalten sind. Schliesslich ist das Proben-Umschaltsystem, d.h. ein Magnetventil für jede Probenleitung sowie eine entsprechende elektrische oder elektronische Ansteuerung relativ aufwendig und es sind Messwertspeicher erforderlich, um eine quasi-konti-nuierliche Steuerung bzw. Messung zu erzielen.

Eine kontinuierliche Messung und Überwachung der Gase in allen Trockenkammern wäre nur dadurch erreichbar, dass für jede Trockenkammer ein Flammen-Ionisations-Detektor mit entsprechenden Zuleitungen verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, die Kohlenwasserstoff-Konzentration einer Mehrzahl von verschiedenen Gasströmen kontinuierlich und in vergleichbarer Weise zu messen bzw. zu überwachen.

Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass jedem Probenstrom ein Flammen-Ionisations-Detektor zugeordnet ist, dem der jeweilige Probenstrom separat zuführbar ist,

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und dass alle Flammen-Ionisations-Detektoren in einer gemein- Flamme eingebracht werden, und damit der unteren Explo-samen Kammer angeordnet sind, die auf einer vorgegebenen sionsgrenze unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe.

Temperatur gehalten ist. Der Detektor 10 nach Fig. 1 ist ferner mit einem Auslass 28

Diese Massnahmen ermöglichen eine kontinuierliche Über- zur Abfuhr der Verbrennungsgase versehen.

wachung der Gase in jeder einzelnen Trocknungskammer und 5 Die erfindungsgemässe Vorrichtung nach Fig. 2 umfasst ihren Vergleich untereinander ohne störende Einflüsse auf- eine Kammer 30, die beheizt ist und mittels eines nicht darge-

grund unterschiedlicher oder wechselnder Temperaturen. stellten Temperaturreglers auf einer im wesentlichen konstan-

Da die Flammen-Ionisations-Detektoren eine Ansprechzeit ten Temperatur, z.B. auf 180 °C gehalten wird.

von unter 1 Sekunde haben, können ohne Verzögerung entspre- In der Kammer 30 sind zwei Flammen-Ionisations-Detekto-chende Massnahmen getroffen werden, wenn sich die Zusam- 10 ren 32,34; nachfolgend kurz FID genannt, untergebracht, es mensetzung eines Probengases in unerwünschter Weise verän- wird aber betont, dass auch eine grössere Anzahl von FID's in dert, d.h. sich z.B. zu nahe auf die untere Explosionsgrenze zu der Kammer 30 angeordnet werden kann und in der Praxis auch bewegt, wobei es jedoch erwünscht ist, nahe, z.B. bei 25 % der angeordnet wird.

unteren Explosionsgrenze der Gase oder Dämpfe zu arbeiten, Beiden FID's wird über eine gemeinsame Leitung 36

um die für die Nachverbrennung erforderliche Zusatzenergie I5 Brennluft zugeführt, deren Druck über ein Druckregelventil 38 möglichts gering zu halten. eingestellt und durch ein Manometer 40 angezeigt wird. Über

Schliesslich können Gase oder Dämpfe, deren Kohlenwas- eine gemeinsame Leitung 42 wird den beiden FID's ein Brenn-serstoff-Konzentration unter der für die Atmosphäre zulässigen ' gas, z.B. Wasserstoff zugeführt, dessen Druck durch ein Druck-Grenze liegt, sofort direkt in die Atmosphäre abgeführt werden, regelventil 44 eingestellt und an einem Manometer 46 angezeigt

Zweckmässigerweise liegt die Temperatur in der Kammer 2o wird.

bei etwa 180 °C, d.h. über dem Taupunkt der beteiligten Dämp- Der FID 32 erhält über eine Leitung 50 und eine Pumpe 52 fe oder Gase. ein Probengas zugeführt, das z.B. aus einer Trockenkammer

Vorzugsweise werden alle Flammen-Ionisations-Detekto- einer Beschichtungsanlage abgezogen wird, wie oben erläutert, ren von einer gemeinsamen Brenngaszufuhr und einer gemein- Mittels eines Druckregelventils 58 wird der Rückdruck in der samen Brennluftzufuhr gespeist und sie sind ferner an eine ge- 25 Leitung 50 eingestellt und durch ein Manometer 60 angezeigt, meinsame elektrische Energiequelle angeschlossen. Dem FID 34 wird über eine Leitung 54 und eine Pumpe 56

Das Brenngas, die Brennluft und die Probengase können ein anderes Probengas zugeführt, das z.B. aus einer anderen hierbei den Detektoren über Kapillaren zugeführt werden. Trocknungskammer der vorgenannten Beschichtungsanlage

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden Vorzugs- stammt. Der Druck in der Leitung 54 wird durch ein Druckre-weise auch Hilfsaggregate, wie Druckregler und Zufuhrleitun- 30 gelventil 62 eingestellt und von einem Manometer 64 angezeigt, gen für Brenngas, Brennluft und Probengase sowie Pumpen für Die Brennluft, das Brenngas und die Probengase werden die einzelnen Probengase in der gemeinsamen Kammer unter- den beiden Detektoren über Kapillaren 48 zugeleitet und der gebracht. Überschuss abgeführt bzw. ggf. in den jeweiligen Kreislauf

Auf diese Weise werden für die Hilfsaggregate, insbesonde- rückgeführt, wie durch Pfeile 82 angedeutet.

re für die Zufuhrleitungen, gleiche und konstante Temperatur- 35 Der FID 34 hat eine Stabelektrode 70 und eine Ringelek-verhältnisse geschaffen. trade 80 und der FID 32 hat eine Stabelektrode 68 und eine

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird Ringelektrode 78. Die beiden Stabelektroden 68 und 70 sind nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der mittels einer gemeinsamen elektrischen Leitung 66 an eine elek-

Fig. 1 schematisch einen bekannten Flammen-Ionisations- trische Spannungsquelle 72 von z.B. 200 V angeschlossen. Die Detektor darstellt. 40 beiden Ringelektroden 78 und 80 sind an separate Verstärker

Fig. 2 zeigt schematisch zwei Flammen-Ionisations-Detek- angeschlossen, die eine gemeinsame Spannungsversorgung 74 toren, die zusammen mit Hilfsaggregaten in einer gemeinsamen haben von z.B. ± 15 Volt.

Kammer untergebracht sind, die auf einer vorgegebenen Tem- Anstelle einer Stab- und einer Ringelektrode können auch peratur gehalten wird. zwei halbe Ringelektroden verwendet werden, von denen jede

Fig. 1 zeigt einen Flammen-Ionisations-Detektor 10 mit 45 in Form eines halben Ringes mit einem Umfangswinkel von z.B. einem Gehäuse, in welchem ein Brenner 12 angeordnet ist. Im 180° ausgebildet ist.

Gehäuse sind ferner im Bereich der Brennerflamme Elektro- Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind mithin beide FID's ein-

den, z.B. eine Ringelektrode 14 und eine Stabelektrode 16 an- schliesslich ihrçr Zufuhrleitungen und der Hilfsaggregate in der geordnet, die über Leitungen 18,20 an eine nicht-gezeigte elek- gemeinsamen Kammer 30 angeordnet, so dass die FID's, die trische Energiequelle angeschlossen sind. 50 Zuleitungen, die Kapillaren und die Hilfsaggregate sämtlich auf derselben Temperatur gehalten sind, wodurch Verfälschungen Dem Brenner 12 wird über eine Leitung 22 ein Oxidations- der Messwerte infolge unterschiedlicher Temperaturen ausge-mittel, z.B. synthetische Luft, über eine Leitung 24 ein Brenn- schaltet sind. Sämtliche FID's haben eine gemeinsame Luftvergas, z.B. Wasserstoff, und über eine Leitung 26 das zu untersu- sorgung, eine gemeinsame Brenngasversorgung und ihre Elek- . chende Proben-Gas zugeführt. An den Elektroden 14 und 16 55 troden liegen an denselben Spannungsquellen.

liegt eine Gleichspannung und infolge der Ionisation im Bereich Die einzelnen Probengase, die z.B. aus verschiedenen Trok-der Flamme des Brenners fliesst zwischen ihnen ein Strom, der kenkammern einer Beschichtungsanlage stammen, werden den eine Funktion des Flussanteils an Kohlenwasserstoffen des zu einzelnen FID's jedoch getrennt zugeführt, wobei je ein FID je untersuchenden Gases ist. einem Probengas bzw. je einer Trockenkammer zugeordnet ist.

Brenner dieser Art erlauben es, Konzentrationen von eini- 60 Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht es somit, gen ppm bis in den hohen Prozentbereich linear zu messen. Ihre mehrere Messstellen kontinuierlich unter Einhaltung sehr kur-Ansprechzeit liegt unter 1 Sekunde und der zwischen den Elek- zer Ansprechzeiten zu überwachen, dabei aber Messwertverfäl-troden fliessende Strom ist annähernd direkt proportional der schungen infolge unterschiedlicher Temperaturen auszu-Anzahl der Kohlenwasserstoffatome, die pro Zeiteinheit in die schalten.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Kohlenwasserstoff-Konzentration in einer Mehrzahl von separaten Probenströmen mittels Flammen-Ionisations-Detektoren, insbesondere zur kontinuierlichen Überwachung der unteren Ex- 5 plosionsgrenze in Beschichtungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Probenstrom ein Flammen-Ionisations-Detek-tor (32, 34) zugeordnet ist, dem der jeweilige Probenstrom separat zuführbar ist und dass alle Flammen-Ionisations-Detekto-ren in einer gemeinsamen Kammer (30) angeordnet sind, die 10 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Temperatur im wesentlichen 180 °C beträgt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Flammen-Ionisations-Detektoren (32,34) 15 von einer gemeinsamen Brenngas-Zufuhr (42) und von einer gemeinsamen Brennluft-Zufuhr (36) gespeist sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Flammen-Ionisations-Detektoren (32,34) an eine gemeinsame Energiequelle (72,74) ange- 2o schlössen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas, die Brennluft und die Probengase den Flammen-Ionisations-Detektoren (32,34) über Kapillaren (48) zuführbar sind. 25

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der gemeinsamen Kammer (30) auch Hilfsaggregate, wie Druckregler (38,44,58,62) und Zufuhrleitungen (36,42,50,54) für Brenngas, Brennluft und Probengase, sowie Pumpen (52,56) für die einzelnen Probenga- 30 se untergebracht sind.