DE2407940C2

DE2407940C2 - Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung des Gehalts an verschiedenen brennbaren Bestandteilen einer Gasprobe

Info

Publication number: DE2407940C2
Application number: DE19742407940
Authority: DE
Inventors: Albert A. Pittsburgh Pa. Poli
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1973-02-28
Filing date: 1974-02-19
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE2407940A1; JPS49121591A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben Ist.

Bei der Überwachung von Luftverschmutzungen hat es sich als notwendig herausgestellt, eine getrennte quantitative Messung an Kohlenwasserstofffraktion mit niedrigem Siedepunkt In einer Gasprobe vorzunehmen und gleichzeitig aber auch sämtliche anderen Kohlenwasserstoffe In der Gasprobe als Gruppe zu messen. Beispielsweise kann erwünscht sein, den Anteil von Methan zu bestimmen, da aber der Anteil der schwereren Kohlenwasserstoffe sich stark verändern kann, während der Anteil von Methan relativ konstant bleibt, kann man eine einfacher zu Interpretlerende Aufzeichnung der schwereren Kohlenwasserstoffe erhalten, wenn Methan von den gesamten Kohlenwasserstoffen abgezogen wird.

Im US-Patent 36 92 492 ist eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung von Kohlenmonoxyd und den gesamten Kohlenwasserstoffen In einer Gasprobe erläutert. Die Messung geschieht mit Hilfe von Wasserstoffflammendetektoren mit einem Reaktor zur Umwandlung eines Teils des Kohlenmonoxyds In der Probe in Methan, wobei Mittel vorgesehen sind zur Messung und Anzeige der gesamten Kohlenwasserstoffe in der Probe und auch des Kohlenmonoxyds in derselben. Die bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie nicht zur gleichzeitigen Messung des Anteils der Kohlenwasserstofffraktion mit niedrigem Siedepunkt ir: einer Probe und der gesamten Kohlenwasserstoffe ohne diese Fraktion verwendet werden kann. Der Reaktor fügt einem Teil der Probe Methan hinbei, welches durch Umwandlung von Kohlenmonoxyd entstanden ist.
Aus der französischen Patentschrift 21 35 966 ist ferner

ίο bekannt, als Transportgas dienende Luft von allen Kohlenwasserstoffen zu befreien, so daß das Transportgas im Rahmen einer Nachweisreaktion inert ist, also nicht zur Anzeige eines Wasserstoffbrennerdetektors beiträgt. Zur Entfernung aller Kohlenwasserstoffgase werden diese in einem Reaktor einer Temperatur oberhalb 400° C oxidiert. Es wird darauf hingewiesen, daß die Temperatur unbedingt oberhalb von 400° C liegen soll, damit eine vollständige Oxydierung aller Kohlenwasserstoffe gewährleistet ist.

Auch mit elnsr solchen Vorrichtung ist es nicht möglich, gleichzeitig den Anteil einer Gasprobe an einer Kohlenwasserstofffraktion mit niedrigem Siedepunkt und den gesamten Kohlenwasserstoffanteil zu bestimmen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, in einer Gasprobe gleichzeitig den Anteil einer Kohlenwasserstofffraktion mit niedrigem Siedepunkt und den Gesamtgehalt der Probe an Kohlenwasserstoffen zu bestimmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn zum Nachwels von Methan als niedrig siedende Fraktion der oxidierende Katalysator aus Kupfer und Manganoxiden besteht und auf eine Temperatur von etwa 240 bis 265° C aufheizbar Ist.

Es ist dabei sehr vorteilhaft, daß bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung allein durch die Wahl der Temperatur des Reaktors die Art der durchgelassenen Gase eingestellt werden kann, also die niedrigsiedende Kohlenstofffraktion.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird im folgenden Aufbau und Wirkungswelse eines Ausführungsbelspieles der Erfindung im einzelnen näher erläutert.

Gemäß der Zeichnung sind ein Paar Detektoren, die Wasserstoffflammenbrenner 1 und 2 sind, wie sie üblicherweise bei der Wasserstoffflammenanalyse verwendet werden, vorgesehen. Jeder Brenner weist einen Einlaß für Wasserstoff auf, der über eine Leitung 3 mit einer geeigneten Wasserstoffquelle verbunden Ist. Beide Leitungen können mit einem Ventil 4 versehen sein. Über ein Ventil 6 und Leitungen 7, die zu den Basistellen der beiden Brenner führen, wird den Brennern Verbrennungsluft zugeführt. Eine Leitung 8 für die Gasprobe leitet die Probe durch ein Filter 9 und einen kapillaren Bereich 10 und dann In zwei Verzweigungsleitungen 11 und 12, jede von diesen Leitungen 11 und 12 führt zu dem Wasserstoffeinlaß eines Brenners. Die Leitung 8 für die Gasprobe kann mit einer Regulieranordnung 13 für den Rückdruck ausgestattet sein.

Die Verzweigungsleitung 11 führt direkt zum ersten Brenner. Die zweite Verzwelgungsleltung 12 enthält einen katalytlschen Reaktor, In welchem sämtliche Kohlenwasserstoffe In der Probe, mit Ausnahme einer vorgegebenen Fraktion mit niedrigem Siedepunkt, durch Oxydation entfernt werden. Der Reaktor kann aus einem Gehäuse 15 bestehen. In welchem ein geeigneter Katalysator 16 gepackt 1st, der Kohlenwasserstoffe In Kohlen-

dioxyd und Wasser umwandelt, wenn er von einer elektrischen Heizvorrichtung 17 im katalytischen Bett erwärmt wird.

Dementsprechend werden dem Brenner 1 die gesamten Kohlenwasserstoffe in der Gasprobe zugefünrt, während dem Brenner bzw. Detektor 2 lediglich die in dem Reaktor nicht entfernte Fraktion mit niedrigem Siedepunkt zugeführt wird. Das System sollte dabei so ausgelegt sein, daß der Probengasstrom aus der Leitung 8 sich in gleiche Teile an den Verzweigungsleitungen 11 und 12 aufspaltet. Ist dies nicht der Fall, dann müssen Mittel vorgesehen sein, das System in der Weise zu kalibrieren und einzujustieren. um einen ungleichen Fluß in beide Verzweigungsleitungen zu kompensieren.

Je niedriger der Siedepunkt eines Kohlenwasserstoffes ist. um so schwieriger ist es, es zu verbrennen. Beispielsweise ist es schwieriger. Methan als Äthan zu verbrennen und es ist schwieriger, Äthan im Vergleich zu Propan zu vetbrennen. Dementsprechend kann man durch Kontrolle und Einstellung der Temperatur des Reaktors einen oder mehr Kohlenwasserstoffe in der Gasprobe unverbrannt lassen. Bei einer Temperatur zwischen etwa 240° C und 265° C wird lediglich Methan nicht verbrannt. Wird eine niedrigere Temperatur verwendet, beispielsweise etwa 220° C, dann verbleiben sowohl Methan als auch Äthan und fließen zum Flammendetektor. Ein geeigneter Katalysator ist Hopcalit, welches hauptsächlich hergestellt ist aus Kupfer und Manganoxyden, es können aber auch andere bekannte Katalysatoren verwendet werden. Durch Auswahl des geeigneten Katalysators und einer entsprechenden Katalysatortemperatur, läßt sich die Kohlenwasserstofffraktion mit hohem Siedepunkt aus der Gasprobe, die zu verbrennen ist, selektieren.

Der Kollektor jedes Brenners ist elektrisch über eine Leitung 20 mit dem Eingangsanschluß eines Elektrometers verbunden, um die Kohlenwasserstoffe in dem Teil der Probe zu messen, die dem zugeordneten Brenner zugeführt werden. In dieser Weise ist der Brenner 1 mit dem Elektrometer 21 und der Brenner 2 mit dem Elektrometer 22 verbunden, d. h., daß das Elektrometer 21 den Anteil der gesamten Kohlenwasserstoffe in der Probe, das Elektrometer 22 jedoch nur den Anteil mißt, der der Kohlenwasserstofffraktion mit niedrigem Siedepunkt entspricht. Das von jedem Elektrometer als Folge der Messung des elektrischen Potentiais über der Flamme des zugeordneten Brenners gemessene Signal wird einem Verstärker zugeführt. Auf diese Weise ist das Elektrometer 21 über eine Leitung 23 mit einem der Eingänge eines Verstärkers 24 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Elektrometer 21 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 24 verbunden. In diesem Falle ist das andere Elektrometer über eine Leitung 25 mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 26 verbunden, wobei eine zusätzliche Leitung 27 die Leitung 25 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 24 verbindet, aus Gründen, auf die weiter unten noch eingegangen wird. Dieser nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 24 ist weiterhin auch noch an Masse gelegt.

Die Ausgangssignale der Verstärker können an Anzeige oder Schreibvorrichtungen angezeigt und registriert werden. Dementsprechend ist der Ausgang des Verstärkers 24 über eine Leitung 30 mit einem Anzeigeinstrument 31 und der Ausgang des anderen Verstärkers über eine Leitung 32 mit einem zweiten Anzeigeinstrument 33 verbunden. Der zweite Verstärker 26 wirkt in der Weise, daß das Anzeigeinstrument 33 dazu veranlaßt wird, den Kohlenwasserstoff oder die Kohlenwasserstoffe in der Gasprobe anzuzeigen, die von dem Reaktor nicht entfernt worden sind, d. h. die Kohlenwasserstofffraktion mit niedrigem Siedepunkt. Allerdings ist die elektrische Schaltung so getroffen, daß das Ausgangssignal des zweiten Elektrometers 22 über die Leitung 27 von dem größeren Ausgangssignal des ersten Elektrometers, welches die gesamten Kohlenwasserstoffe mißt, abgezogen wird, so daß der Ausgang des Verstärkers 24 das Meßinstrument 31 dazu veranlaßt, den Anteil der gesamten Kohlenwasserstoffe in der Probe anzuzeigen, abzüglich der Fraktion mit niedrigem Siedepunkt, die von dem Elektrometer 22 gemessen und von dem Anzeigeinstrument 33 angezeigt wird; mit anderen Worten zeigt das zweite Anzeigeinstrument 33 die Kohlenwasserstofffraktion mit niedrigem Siedepunkt an, die den Reaktor passiert hat, während das erste Anzeigeinstrument 31 die gesamten Kohlenwasserstoffe in der Probe, abzüglich dieses Anteils oder dieser Fraktion anzeigt, so daß lediglich die verbleibenden Kohlenwasserstoffe registriert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung des Gehalts an verschiedenen brennbaren Bestandteilen einer Gasprobe mit einem ersten und einem zweiten Wasserstoffbrennerdetektor, mit einer ersten Leitung zur Zuführung eines Teils der Gasprobe zum ersten Detektor und einer zweiten Leitung zur gleichzeitigen Zuführung des Restes der Gasprobe zum zweiten Detektor, mit einem der Umwandlung eines Probenbestandteils dienenden Reaktor in der zweiten Leitung sowie mit den Detektoren nachgeschal'.eten Elektrometern, mit den Elektrometern nachgeschalteten Verstärkern mit invertierendem und nicht Invertierendem Eingang, wobei entweder beide Elektrometerausgänge mit einem invertierenden oder beide Elektrometerausgänge mit einem nichtinvertlerenden Eingang verbunden sind, und mit einer Verbindungsleitung, zwischen dem Ausgang eines der beiden Elektrometer und dem zweiten Eingang des nlchtzugeordneien Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Messung des Anteils der Kohlenwasserstofffraktion mit einem niedrigen Siedepunkt und der gesamten Kohlenwasserstoffe ohne diese Fraktion in einer Gasprobe der Reaktor (15) ein Bett (16) eines oxidierenden Katalysators umfaßt und auf eine derartige Temperatur aufheizbar Ist, diü sämtliche in den Reaktor (15) eintretenden Kohlenwasserstoffe mit Ausnahme der Fraktion mit niedrigem Siedepunkt von diesem zu Kohlendloxid und Wasser umgewandelt werden, daß die Verbindungsleitung (27) von dem Elektrometer (22) ausgeht, welches dem Detektor (2) nachgeschaltet Ist, In dessen Leitung (12) der Reaktor (15) liegt, und daß sie dieses Elektrometer (22) mit dem nlchtlntervertlerenden Eingang des Verstärkers (24) verbindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nachwels, von Methan als niedrigsiedender Fraktion der oxidierende Katalysator aus Kupfer und Manganoxiden besteht und auf eine Temperatur von etwa 240 bis 265" C aufheizbar 1st.