DE2322986A1 - Verfahren und anordnung zur bestimmung von kohlenwasserstoffen in wasser - Google Patents
Verfahren und anordnung zur bestimmung von kohlenwasserstoffen in wasserInfo
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Description
- Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in Wasser Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in Wasser durch Spaltung der Kohlenwasserstoffe in Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei höherer Temperatur und anschließender Messung des Wasserstoff-/Wassergleichgewichtes mit Hilfe einer sauerstoffionenleitenden Festelektrolytzelle z.B. mit Zinkondioxid als Elektrolyten. Im Trink- und Abwasser spielen organische Substanzen wie z.B. Kohlenwasserstoffe eine entscheidende Rolle.
- Eine quantitative und kontinuierliche Bestimmung solcher Verunreinigungen wird im Rahmen gesetzlicher Bestimmungen wünschenswert sein. Ebenso kann die kontinuierliche Bestimmung von definierten Kohlenwasserstoffkonzentrationen ein entscheidender Vorteil bei der Kontrolle und Steuerung von chemischen, großtechnischen Prozessen sein.
- Bekannte Verfahren zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen beruhen z.B. auf dem Prinzip der katalytischen Oxidation und anschließender Messung des gebildeten Kohlendioxids. Analysatoren hierfür können Wärmeleitungseffekte ausnutzen. Voraussetzung hierfür ist, daß die Wärmeleitung des zu untersuchenden Gases eindeutige Abhängigkeiten ergibt. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Infrarotabsorption, was aber wegen des großen Wasserüberschusses einen großen meßtechnischen Aufwand erfordert, um brauchbare Genauigkeiten zu erreichen.
- Über ein anderes Verfahren zur Bestimmung von Wasserverunreinigungen wurde in der "Elektronik Zeitung" (Deutschland Juni 1971) berichtet. Dieses Verfahren verwendet den Sauerstoffmangel als Maß für Verunreinigungen. Dieses Verfahren verwendet zwei Zirkon'dioxidmeßzellen. Die eine Zelle bewirkt den Sauerstofftransport durch die Rohrwand. Hierdurch kann der Sauerstoffdruck in einem Stickstoffgas vergrößert oder verkleinert werden. Die Steuerung dieser Zelle erfolgt über eine zweite Zirkondioxidmeßzelle, die die Sauerstoffdruckänderung infolge der Verbrennung der Wasserverunreinigungen im Stickstoffgasstrom mißt. In den Gasstrom wird bei der Messung eine Probe von ungefähr 10 µl des zu untersuchenden Wassers gespritzt. Bei diesem diskontinuierlichen Verfahren wird der Sauerstoffdruck des Meßgases kostant gehalten, Die Integration des Stromes ergibt die Gesamtmenge des für die Verbrennung benötigten Sauerstoffes.
- Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren, das mit nur einer Festelektrolytzelle arbeitet, bei der nur eine Spannung gemessen wird. Das Spannungssignal kann direkt in die Konzentration des Kohlenwasserstoffs umgerechnet oder geeicht werden. Das Verfahren arbeitet kontinuierlich; ein Trägergas ist nicht erforderlich. Der apparative Aufbau ist gering.
- Die Messung der Durchflußmenge entfällt. Leitfähigkeitsänderungen des Elektrolyten spielen keine Rolle, da die Sauerstoffdosierung entfällt.
- Der experimentelle Aufbau ist in Figur 1 dargestellt. In einem kontinuierlichen Verdampfer (2) mit Dosiervorrichtung (1) wird der Wasserdampfstrom erzeugt. Nach Durchtritt durch einen Katalysatorraum (3) mit kommerziellem Spaltkatalysator tritt der Wasserdampfstrom in die eigentliche EMK-Meßzelle (4) ein. Über einen Auspuff oder eine Kühlfalle gelangt der Wasserdampf mit den Verunreinigungen ins Freie, Das Prinzip der Messungen ist folgendes: Wird die Untersuchungsflüssigkeit mit Luft ins Gleichgewicht gebracht, so löst sich je nach Temperatur eine bestimmte Sauerstoffmenge. Ist nun die Kohlenwasserstoffkonzentration so gering, daß der gelöste Sauerstoff zur vollständigen Oxidation ausreicht, so wird über die NERNSTsche Beziehung E = ## ln ## der noch verbleibende Restsauerstoff mit den an sich bekannten Festelektrolytzellen gemessen, E bedeutet die gemessene Spannung, R ist die Gaskonstante, T die absolute Temperatur, F die Faraday-Kons t ant e. p' bedeutet den noch verbleibenden Sauerstoffdruck und p" den Vergleichssauerstoffdruck.
- pt ist ein direktes Maß für die oxidierten Kohlenwasserstoffverbindungen, Meistens ist jedoch die Kohlenwasserstoffkonzentration so groß, daß der gelöste Sauerstoff zur vollständigen Oxidation nicht ausreicht oder es war nicht genügend Sauerstoff gelöst.
- Bei großem Wasserüberschuß, der i.a. vorhanden ist, werden die Kohlenwasserstoffe bekanntermaßen in Wasserstoff und Kohlenmonoxid gespalten. Dieser Reformierungsprozeß ist bekannt und läuft bei höherer Temperatur (je nach Wassergehalt) ab. Durch konventionelle Katalysatoren kann dieser Vorgang begünstigt werden.
- Das nach dem Prozeß vorliegende Wasserstoff-Wasser-Verhältnis ist dann für die Zellspannung einer Festelektrolytzelle maßgebend. Die EMK E ist somit im gesamten Kohlenwasserstoffkonzentrationsbereich eine eindeutige Funktion dieser Kohlenwasserstoffe.
- Einen Spannungsverlauf für Alkohol in Wasser in Abhängigkeit von der Äthanolkonzentration zeigt Figur 2. Bei größeren Kohlenwasserstoffkonzentrationen ist der Einfluß und die Korrektur durch den gelösten Sauerstoff zu vernachlässigen.
Claims (4)
- Patentansprüche:erfahren zur Messung von Kohlenwasserstoffen in Wasser durch Verdampfen der zu untersuchenden wässrigen Substanz und anschließend Gleichgewichtsmessung dadurch gekennzeichnet, daß in dem erzeugten Dampfstrom nach Spaltung der Kohlenwasserstoffe bei einigen 100 C in Wasserstoff und Kohlenmonoxid das Wasserstoff-Wassergleichgewicht als Spannung mittels einer festen Oxidelektrolytzelle gemessen wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Wasser-Wasserstoffgleichgewichts eine Festelektrolytzelle aus stabilisiertem Zirkonoxid verwendet wird, wobei Innen- und Außenelektroden aus porösem Platin oder Silber bestehen,
- 3. Anordnung eines kontinuierlichen Spaltreformers nach Verfahren 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß in einem Katalysatorraum bei höherer Temperatur die bei Fluß- und Abwasser vorhandenen Kohlenwasserstoffe in Kohlenmonoxid und Wasserstoff gespalten werden.
- 4. Anordnung nach Verfahren 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer durch die katalytische Wirkung der Gehäusewand und / oder der Zuleitung zur Meßsonde bei höherer Temperatur aus Wasser und Kohlenwasserstoffen die Gase Wasserstoff und Kohlenmonoxid zur Messung der ursprünglichen Kohlenwasserstoffe erzeugt, L e e r s e i t e
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