DE2057420B2 - Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen von Automobilen - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen von AutomobilenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Kohle !Wasserstoffen in
lien Auspuffgasen von Automobilen durch Bestimmung des bei Verbrennung eines ersten gegebenen Gas-Itroms
auftretenden Wärmeeffektes und des Wärmeeffektes, der auftritt nach Durchleiten eines zweiten Gasttromes
durch ein absorptionsfähiges, Schwefelsäure enthaltendes Medium und Auswerten der beiden Wartneeffekte
in einer Differenzschaltung.
Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus der US-PS 3 366 456. Die bekannte Vorrichtung ist in der Lage,
einen Gasstrom, beispielsweise einen Abgasstrom bei Automobilen zu analysieren und ungesättigte Kohlen-Wasserstoffe
festzustellen; dabei erfolgt eine Abtrennung mit Hilfe chromatographischer Maßnahmen. Zur
Analyse wird eine Brückenschaltung verwendet, der die Ausgangswerte von Flammenionisationsdetektoren zugeführt
werden. Zur Abtrennung wird bei dieser US-Patentschrift eine chromatographische Säule verwendet,
die eine wasserhaltige Mischung aus Quecksilbersulfat und Schwefelsäure enthält. Nachteilig ist hierbei,
daß sich die sogenannten reaktionsfähigen oder reaktiven Kohlenwasserstoffe in Gegenwart von anderen
Kohlenwasserstoffen so nicht feststellen lassen, außerdem weist ein wasserhaltiges absorbierendes Medium
nur eine kurze Lebensdauer auf und macht eine kontiluierliche Messung unpraktikabel.
Tatsächlich wird allgemein die Auffassung vertreten, 4*0 fotochemische Smogs zumindest teilweise durch
fotolytischen Ozonabbau auf Grund von reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffen verursacht sind. Daher wird
•in wesentliches Augenmerk auf die Entfernung sol· Cher Kohlenwasserstoffe aus den Auspuffgasen von 6s
Kraftfahrzeugen gerichtet, zumindest in soweit, daß die Herabsetzung auf einen Mindestwert gelingt, der nicht
mehr wesentlich zur Smogbildung beiträgt. Wesentlich
ist dabei die Kontrolle und Messung der noch tolerierbaren Anteile an reaktionsfähigen KoWenwasserstol·
fen in Auspuffgasen; derzeit bekannte Meßgeräte sind
hierzu jedoch im wesentlichen nicht .n der Lage.
Der Windung liegt daher d.e Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an
reaktionsfähigen oder reaktiven Kohlenwasserstoffen in einem Abgasstrom zu schaffen.
Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung von Methan und anderen Kohlenwasserstoffen in M.schgas^n beispielsweise durch katalytiscbe Verbrennung
• j e:/>v. hpliannt s beispie sweise die Dl-PS
SfsS öS Ä* 3 497 L·. Beide Veröffentlichungen
beziehen sich auf normale Verbrennungsgas-SaSnordnungen.
die zur Bestimmung sämtlicher brennbarer Gase in einer Gasprobe verwendet werden
und hierzu auch geeignet sind. Die Verbrennung erfolgt Z alytisch mittels eines Meßdrahtes, d.e MeßwertauswiTtung
erfolgt mit Hilfe von Brückenschaltungen.
Im Gegensatz hierzu läßt sich d.e se,eM,.c Besummung
von ungesättigten Kohlenwasserstoffen dem Buch von S. B a y e r und G. W a g η e r (Gasanalyse). 3.
Auflage Vert. Enke. Verlag Stuttgart I960 auf den S.
107 und 108 entnehmen. Es erfolgt eine Absorption durch rauchende Schwefelsäure, und zwar zur Bestimmung
sämtlicher ungesättigter Kohlenwasserstoffe, wobei ein geeignetes Absorptionsmaterial in einem
säurewiderstandsfähigen Behälter angeordnet ist. Die
Selektivität der rauchenden Schwefelsäure wirkt auch
gegen Azetylen und Benzol sowie Olefine so daß ein solches Reagenz zu," Abtrennung der reaktiven Kohlenwasserstoffe
nicht geeignet ist.
Aus der DL-PS 69 228 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffgases
und des Gehaltes an unverbrannten Bestandteilen in Rauchgasen bekannt, wobei zunächst der Gehalt O: bestimmt,
anschließend sämtliche brennbaren Sto.Te verbrannt und dann wieder der O2-Gehalt bestimmt wird.
Der Unterschied in der O2-Bestimmung zeigt den Anteil
von Sauerstoff in der Probe und den gesamten Anteil der brennbaren Stoffe an: eine solche Vorrichtung
wirkt daher nicht selektiv auf bestimmte Gaskomponenten. r . ,,
Die CH-PS 450 010 bezieht sich auf eine Vomcutung
zur quantitativen Analyse von Gasgemischen, wobei sämtliche brennbaren Materialien verbrannt und die
Verbronnungsprodukte bei der Analyse der Gasprobe verwendet werden. Die Abtrennung vorgegebener
Klassen brennbarer Materialien von anderen brennbaren Materialien findet nicht statt.
Allgemein bekannt ist auch die Verwendung von Brückenschaltungen, beispielsweise Wheatston'schen
Brücken bei nach dem Wärmeleitverfahren arbeitenden Gasanalysegeräten, so läßt sich em solches Gerat
etwa den S. 8 bis 18 der Siemens-Zeitschrift. 27. Jahrgang Februar 1953, H. 1 entnehmen, aber auch der S.
571 des Buches »Messen und Regeln in der Chemischen Technik« von H e η g s t c η b e r g u. a.. 2. Auflage.
Springer-Verlag 1964. Der Seile 692 dieses Buches laßt
sich dann noch die Meßanordnung einer gaschromatographischen Apparatur als bekannt entnehmen. Weiterhin
sind auf dieser Seite als bekannt angegeben verschiedene Meßverfahren bei der Gasanalyse, die als
Strahlungsionisationsdetektor, Flammenionisationsdetektor oder Flammentemperaturdetektor arbeiten.
Keines dieser bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist jedoch in der Lage, effektiv die Gruppen Von
Kohlenwasserstoffen aus einem zu analysierenden Gas-
ttrom abzutrennen bzw. zu bestimmen, die als reaktive
«der als reaktionsfähige Kohlenwasserstoffe bezeichnet werden und die weiter unten noch genauer angegeben
werden.
Zur Lösung dieser weiter vorn schon genannten Aufgebe
geht die Erfindung von der eingangs als bekannt vorausgesetzten Vorrichtung aus und besteht erfinilungsgemäß
darin, daß zur Bestimmung des Gehalts an reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffen das absorptionsfähige
Medium aus einem granulierten, mit einer im wesentlichen wasserfreien Lösung von Schwefelsäure
und einem AlkaHmetallbichromat imprägnierten Material besteht Auf diese Weise ergibt sich ein relativ einkchei,
preiswerter und leicht zu befördernder und fcandiuhabender Apparat, der auch an Tankstellen, Reparaturwerkstätten
u. JgI. ohne Schwierigkeiten verwendet werden kann und je nach Wunsch eine optiiche,
hörbare oder registnerfähige Aussage liefert.
Besonders vorteilhaft ist, daß das absorbierende Medium wasserfrei ist, so daß sich die selektive Absorption
für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten läßt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.
Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der
Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 in schematischer Darstellung ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel einer Meßapparatur und
F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Reaktionsfähige bzw. reaktive Kohlenwasserstoffe sind als ungesättigte organische Verbindungen, ausgenommen
Azetylen, definiert; weiterhin umfassen sie aromatische Kohlenwasserstoffe mit Ausnahme von
Benzol und paraffine Kohlenwasserstoffe mit mehr als sechs Kohlenstoffatomen; auf solche reaktionsfähigen
Kohlenwasserstoffe bezieht sich die nachfolgende Beschreibung. Das Grundprinzip ist darin zu sehen, daß
die reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe in den Auspuffgasen von Automobilen durch den unterschiedlichen
Wänneeffekt bei der Verbrennung solcher Gase, einmal enthaltend die reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe
und zum anderen ohne Kohlenwasserstoffe, bestimmt werden. Es wird dabei so vorgegangen, daß der
Strom der Auspuffgase einer Verbrennung unterworfen wird, daß anschließend auf Grund einer im folgenden
noch im einzelnen zu erläuternden Vorrichtung die reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe aus dem Gasstrom
entfernt werden und daß dann der Gasstrom einer erneuten Verbrennung unterworfen wird, wodurch
sich der Gehalt an reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffen als Funktion des Unterschieds in den Verbrennungswärmen
vor und nach der Entfernung der reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe bestimmt. Die
Entfernung der Kohlenwasserstoffe aus dem Gasstrom wird dadurch bewirkt, daß diese durch eine Anordnung
geleitet werden, in welcher die reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe aus dem Gas abgespalten werden.
In der F i g. 1 werden reaktionsfähige Kohlenwasserstoffe
enthaltende Auspuffgase in eine Leitung 1 eingeführt, innerhalb welcher elektrisch geheizte, eine katalytische
Verbrennung bewirkende Wicklungen 2 und 3 angebracht sind. Die aus der Leitung I austretenden
Gase gelangen in eine Leitung 4 und werden durch eine Abtrennsäule 5 geleitet, die in der Lage ist, die reaktionsfähigen
Kohlenwasserstoffe aus dem Gasstrom zu entnehmen. Die auf d'xse Weise behandelten und von
den reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffen befreiten Gase gelangen dann durch eine Leitung 6 in eine andere
Leitung 7, welche weitere, elektrisch geheizte und eine katalytische Verbrennung bewirkende Wicklungen
8 und 9 enthält. Die Leitung 7 weist eine Verlängerung 7fl auf die den Auslaß der Leitung 7 mit einer Ansaugpumpe
10 verbindet.
Die Stromversorgung erfolgt mittels einer Versorgungsquelle 11, welche im Falle einer tragbaren Anordnung
aus ein oder mehreren Batterien besteht. Über elektrische Leitungen 12 und 13 wird die Stromversorgung
dieser wheatstonebrückenähnlichen Anordnung, bestehend aus den eine Verbrennung bewirkenden
Wicklungen 2, 3, 8 und 9 und den Leitungen 14, 15, 16 und 17, zugeführt. Ein Abgleich- bzw. Nullinstrument 18
und zwei weitere elektrische Leitungen 1Θ und 20 vervollständigen
die Brückenschaltung. Der Nullabgleich des Instruments wird wie üblich bei normalen Wheatstonebrücken
durch einen Drehwiderstand 21 ausgeführt, welcher dazu dient, bei Beginn der Untersuchung
einen Gleichgewichtszustand einzustellen. Schließlich ist noch ein weiteres Potentiometer 22 vorgesehen,
welche:, dazu dient, die Anordnung auf unterschiedliche
Konzentrationen an reaktion·· -ihigen Kohlenwasserstoffen
einzustellen. In diesem Z ;sammenhang muß darauf hingewiesen werden, daß die Wirkungsweise
des Ausführungsbeispiels zum Teil darauf beruht, daß nur ein geringer Anteil der brennbaren Stoffe (reaktionsfähiger
Kohlenwasserstoffe) an den katalytischen Oberflächen 2 und 3 verbraucht wird.
Die Abtrennsäule 5 besteht aus einem länglichen Behälter, z. B. aus Glas oder einem anderen säurewiderstandsfähigen
transparenten Materials, welcher einen Körper eines inerten granulierten Materials enthält,
der mit einer im wesentlichen wasserfreien Schwefelsäure (Schwefelsäureanhydnd H2SO4) imprägniert ist.
in welcher ein Alkalimetallbichromat, vorzugsweise ein Natriumbichromat (Na2Cr2O7) gelöst ist. Es ist auch
möglich, daß die verwendete Säure anfangs mit dem Bichromat gesättigt ist, und zwar inrbesondere in ihredehydrierten
Kondition. Schließlich wird roch als Träger
eine in Säure gewaschene Diatomeenerde verwendet; allerdings sind eine Vielfalt anderer Trägermaterialien
ebenfalls verfügbar und verwendbar, beispielsweise Schamottestein, Kieselge!, Tonerde u. a.
Als Beispiel für die Herstellung einer solchen Abtrennsäule
wird Natriumbichromat durch Erhitzen auf 105°C während vier Stunden dehydriert und dann einer
wasserfreien Schwefelsäure (als Reagenz) in dem Verhältnis 3 g dehydriertes Bichromat auf 40 cm3 Säure zugegeben.
Die Lösung bleibt dann stehen, bis sie eine dunkelrote Farbe angenommen hat. Diese Säure-Bichromatlösung
wird dann sorgfältig mit dem inerten Träger in dem Verhältnis 24 g der Säurelösung auf 60 g
dr;s inerten Trägers vermischt.
Auf diese Weise gelangt man zu piner in einem tragbaren
Instrument verfügbaren Abtrennsäule, und zwar durch anschließendes Auffüllen einer Glasrohre mit
einem Durchmesser von 11 mm und einer Länge von 15 cm mit dem imprägnierten Träger, wobei die Enden
der Rohre mit Glaswollestöpseln verschlossen werden. Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Abtrennsäule
ist darin zu sehen, daß das Auftreten einer Purpurfarbe in der Säule das Herannahen der Erschöpfung des
Abtrennmaterials anzeigt, so daß sich die Notwendigkeit des Ersatzes durch eine frische Abtrennsäule ergibt.
Bei der Anwendung der in F i g. 1 dargestellten Anordnung wird das zu untersuchende Auspuffgas von
einer Pumpe 10 in die Leitung 1 angesaugt, es gelangt
ibe·· Verbrennungswicklungen 2 und 3, wonach es
lurch die Abirennsäule 5 und dann über die Verbrennungswicklungen
8 und 9 gelangt, wonach es schließlich durch die Leitung 7a wieder freigegeben wird. Die
Schaltung ist so aufgebaut, daß das Anzeigegerät den Unterschied in der Verbrennungswärme des Gasstroms
vor und nach Entfernen der reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe durch die Abtrennsäule anzeigt. Eine vorherige
Eichung mit Gasen, welche einen bekannten Anteil von reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffen enthalten,
ergibt eine Grundstellung des zu überspannenden Bereichs, so daß das Anzeigeinstrument den Anteil an
reaktiven Kohlenwasserstoffen in dem zu untersuchenden Gas anzeigt.
Zwar wurde das System mit Bezug auf das Durchströmen
des Auspuffgases unter reduziertem Druck beschrieben, es ist für den Fachmann aber klar, daß auch
ein unter Druck eingeleitetes Gas gleichermaßen untersucht werden kann. Weiterhin ist offensichtlich, daß
die Arbeitsweise im Hinblick auf die Verwendung von Verbrennungswärme vor und nach dem Entfernen der
reaktiven Kohlenwasserstoffe beschrieben worden ist, verschiedene andere Wärmeeffekte, verursacht durch
die Verbrennung, können aber ebenfalls verwendet werden, beispielsweise die Flammenionisation, bei welcher
Veränderungen in der Ionisation einer Flamme vor und nach der Entfernung der reaktionsfähigen
Kohlenwasserstoffe gemessen werden.
Schließlich ist es auch noch möglich, an Stelle daß man einen Gasstrom vor und nach der Entfernung der
reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe einer Verbrennung unterwirft, einen aus den Auspuffgasen von Automobilen
entnommenen Gasstrom in zwei gleiche Teile aufzuspalten, wobei einer einer Verbrennung unterworfen
wird, während der andere einer Behandlung unterzogen wird, die die reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe
entfernt und wonach dann die Verbrennung vollzogen wird unter Verwendung eines ähnlichen Systems,
um so den Nettoeffekt der Verbrennung zweier Gasströme zu erhalten.
F i g. 2 zeigt ein auf diesem Verfahren beruhendes Ausführungsbeispiel. Hierbei gelangen die Auspuffgase
durch eine Leitung 23 auf ein T-Glied. welches Teilleitungen 24 und 25 aufweist, wovon die eine Leitung 25
mit einem Regulierventil 26 ausgestattet ist. um den Gasstrom in zwei gleiche Teile aufzuspalten. Die Gase
in der Leitung 25 gelangen zu einem lonisationsdelektor 27 von an sich bekannter Anordnung, wobei im wesentlichen
sämtliche reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffe verbraucht werden. Der in der anderen Leitung
enthaltene Gasstrom wird zunächst durch eine Abtrennsäule 28 der weiter vorn beschriebenen Art geleitet
und gelangt dann zu einem anderen Flammenionisationsdetektor 29. Nach Durchgang durch die beiden
Detektoren 27 und 29 werden die auf diese Weise behandelten Gasströme dann entlassen.
Die Stromversorgung der beiden Detektoren 27 und
ίο 29 erfolgt von einer Versorgungsquelle 30 aus über Leitungen
31 und 32. an die die Detektoren 27 und 29 jeweils angeschlossen sind. Die Ausgänge der beiden
Detektoren werden wie dargestellt einem summierenden Verstärker 30 zugeführt. Dieser stellt ebenfalls
einen Standardteil der Ausrüstung dar. Ein geeignetes Anzeigeinstrument 34, welches mit dem Verstärker
verbunden ist, zeigt den Unterschied zwischen den beiden Eingangssignalen auf, wodurch sich eine Messung
der ankommenden rohen Auspuffgase auf ihren reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffgehalt ergibt.
Selbstverständlich gibt es noch andere Systeme, bei denen auf eine Verbrennung zurückzuführende Wärmeeffekte
zu denselben Zwecken wie bei der Erfindung verwendet werden können, beispielsweise die Bestimmung
hinsichtlich der Unterschiede in der thermischen Leitfähigkeit, verschiedene spektrale Bestimmungen
des Wärmeeffekts auf Ströme mit und ohne reaktionsfähige Kohlenwasserstoffe, um den Gehalt an Kohlenwasserstoffen
zu bestimmen und andere Systeme. Die beschriebene Abtrennsäule ist also nicht nur auf die
Messung eines Wärmeeffekts beschränkt, sondern es läßt sich auch auf Grund anderer Effekte der Gehalt an
Kohlenwasserstoffen bestimmen. Schließlich ist es möglich, an Stelle eines empfindlichen Anzeigeinstruments
im Ausgang der Schaltung ein hörbares bzw. optisch sichtbares Signal oder auch beides zu erzeugen,
wenn beispielsweise der Gehalt an reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffen einen vorbestimmten Wert erreicht,
auch ist es möglich, das Ausgangssignal einem Registriergerät zuzuführen, um eine kontinuierliche
Aulzeichnung vorzunehmen; solche Möglichkeiten ergeben sich aus den gestellten Anforderungen und können
von dem Bedienungspersonal vorgenommen werden. Schließlich kann auch noch die Verbrennung auf
andere Art als wie beschrieben auf katalytische Weise vorgenommen werden, beispielsweise direkt durch
Flammen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen von
Automobilen durch Bestimmung des bei Verbrennung eines ersten gegebenen Gasstroms auftretenden Wärmeeffektes und des Wärmeeffektes, der
auftritt nach Durchleiten eines zweiten Gasstromes durch ein absorptionsfähiges, Schwefelsäure enthaltendes
Medium und Auswerten der beiden Wärmeeffekte in einer Differenzschaltung, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Gehaltes an reaktionsfähigen Kohlenwasserstoffen
das absorptionsfähige Medium aus einem granulierten, mit einer im wesentlichen wasserfreien Lösung
von Schwefelsäure und einem Alkalimetallbichromat imprägniertem Material besteht
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a's Alkalimetallbichromat dehydriertes
Natriumbichromat vorgesehen ist, mit welchem die Schwefelsäure gesättigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das granulierte, das absorptionsfähige
Medium enthaltende Materia! in Säure gewaschene Diatomeenerde ist, die in länglicher
Schicht in einem transparenten 'Behälter angeordnet ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19702057420 DE2057420C3 (de) | 1970-11-21 | 1970-11-21 | Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen von Automobilen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19702057420 DE2057420C3 (de) | 1970-11-21 | 1970-11-21 | Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen von Automobilen |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2057420A1 DE2057420A1 (de) | 1972-06-15 |
| DE2057420B2 true DE2057420B2 (de) | 1975-01-30 |
| DE2057420C3 DE2057420C3 (de) | 1975-09-11 |
Family
ID=5788821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19702057420 Expired DE2057420C3 (de) | 1970-11-21 | 1970-11-21 | Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen von Automobilen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2057420C3 (de) |
-
1970
- 1970-11-21 DE DE19702057420 patent/DE2057420C3/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2057420A1 (de) | 1972-06-15 |
| DE2057420C3 (de) | 1975-09-11 |
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