DE2626905A1

DE2626905A1 - Anordnung zur messung von in gasen enthaltenen kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2626905A1
Application number: DE19762626905
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Chem Dr Hartmann; Wolfgang Ing Grad Treis
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1977-12-29
Also published as: DE2626905C2; JPS5313487A; US4102648A

Description

Hartmann & Braun 6000 Frankfurt (Main), 14. Juni 1976 Aktiengesellschaft Graf straße 97 * « _o r> η λ -Lo/Ro

Anordnung zur Messung von in Gasen enthaltenen Kohlenwasserstoffen

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von in Gasen enthaltenen Kohlenwasserstoffen, insbesondere zur Messung des methanfreien Anteiles, mit mindestens einem Flammenionisations-Detektor, wobei zwei Probengasströme aufgegeben sind, von denen einer alle Kohlenwasserstoffe des Gases und der andere nur das Methan enthält und eine Differenzbildung der den Kohlenwasserstoffanteilen dieser Probengasströme entsprechenden Meßwerte erfolgt.

Die Verwendung von Flammenionisations-Detektoren, im folgenden kurz FID genannt, als Meßgeräte für den gesamten Gehalt an Kohlenwasserstoffen eines Gases ist seit langem bekannt. Bei der Immissionsmessung im Rahmen des Umweltschutzes hat sich gezeigt, daß durch den natürlich vorhandenen Anteil an Methan die Angabe der Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffen nur geringe Aussagekraft hat, da Methan, das zu einem erheblichen Teil am Gesamtgehalt beteiligt ist, zur Umweltbelastung nicht beiträgt. Auch bei der Emissionsmessung, insbesondere an Verbren-

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nungsmotoren, zeigt sich, daß je nach Art des Motors, des Treibstoffes, dem Betriebszustand oder der nachgeschalteten Vorrichtungen zur Beseitigung von Schadstoffen, das emittierte Gas
eine mehr oder weniger große Menge die Umwelt nicht belastendes Methan enthält. Es wurde festgestellt, daß der Methangehalt des Abgases bis zu 45 % ansteigen kann. Für die Hersteller von Verbrennungsmotoren ist es daher von großer Wichtigkeit, diesen Anteil, bzw. den methanfreien Anteil zu ermitteln.

In dem DT-GM 74 03 841 ist eine Vorrichtung zur methanfreien
Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration eines Gases mittels zweier PID nach dem eingangs erwähnten Prinzip beschrieben, bei der dem ersten FID eine Verzögerungskammer und dem zweiten FID eine Katalysatorkammer vorgeschaltet ist, in der alle höheren
KdriLenwasserstoffe der zugeführten Gasprobe außer Methan verbrannt werden. Als Oxydationsmittel dient der Sauerstoffanteil im Probengas. Das Katalysatormaterial ist eine Kupferoxydverbindung. Bei dieser Vorrichtung bestehen Schwierigkeiten bezüglich des
Trennvermögens des Katalysators in bezug auf Methan und die anderen Kohlenwasserstoffe. Außerdem wird der Katalysator im Laufe der Zeit unbrauchbar und das Metallrohr mit dem Katalysator muß ausgewechselt werden.

Die Erfindung setzt eich das Ziel, für den genannten Zweck eine Vorrichtung zu schaffen, deren Eigenschaften in dieser Hinsicht vorteilhafter und günstiger sind. Die erfindungsgemäße Anordnung mit mindestens einem FID und zwei aufgegebenen Probengasströmen,

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von denen einer alle Kohlenwasserstoffe des Gases und der andere nur das Methan enthält und eine Differenzbildung der den Kohlenwasserstoffanteilen dieser Probengasströme entsprechenden Meßwerte erfolgt, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des nur Methan enthaltenden Probengasstromes eine Adsorptionsvorrichtung vorgesehen ist, die alle Kohlenwasserstoffe des Gases mit Ausnahme des Methans adsorbiert und daß eine Programmsteuereinheit die beiden Probengasströme durch Steuerung von Magnetventilen abwechselnd einem FID zuführt, an den ein Meßgerät zur Ablesung bzw. Registrierung der Kohlenwasserstoffanteile der Probenströme angeschlossen ist, woraus der Differenzwert ermittelbar ist. Vorzugsweise enthält die Adsorptionsvorrichtung als Adsorbens Aktivkohle. Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Adsorptionsvorrichtung parallel zur ersten angeordnet ist, daß den Adsorptionsvorrichtungen Heizeinrichtungen zugeordnet sind, daß die Programmsteuereinrichtung über Magnetventile außerdem abwechselnd die Einschaltung einer der Adsorptionsvorrichtungen sowie die Ausheizung und Durchspülung der Jeweils nicht im Probengasweg befindliche Adsorptiobsvorrichtung mit Neutralgas bewirkt, daß sie über einen Schalter den Meßwert für den Methananteil einem Speicher sowie bei Messung des anderen Probengasstromes dessen Meßwert einem das Differenzsignal bildenden Differenzverstärker zugeführt und daß dieses Signal und bei Bedarf die anderen Meßsignale eine Anzeige oder Registrierung erfahren.

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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine kontinuierliche Anzeige bzw. Registrierung der verschiedenen Meßwerte unter Verwendung eines zweiten PID erreicht.

Durch die Verwendung von Adsorptionsvorrichtungen mit dem Adsorbens Aktivkohle läßt sich eine praktisch vollkommene Abtrennung des Methananteils und damit eine Verbindung mit der periodischen Umschaltung und automatischen Regenerierung eine hohe Meßgenauigkeit, bei geringem Wartungsaufwand erzielen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem FID Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem FID und umschaltbaren Adsorptionsvorrichtungen und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit zwei FID und umschaltbaren Adsorptionsvorrichtungen.

Der Anordnung nach Fig. 1 strömt die Gasprobe in einer Leitung 1 zu. Über ein Magnetventil 2 gelangt sie in ein Adsorptionsrohr 3, das mit Aktivkohle als Adsorbens gefüllt ist. Der aus dem Adsorptionsrohr austretende Gasstrom ist frei von höherwertigen Kohlenwasserstoffen und enthält nur noch den Methananteil. Nach Passieren eines Magnetventils 4- und einer Leitung 5 gelangt dieser Gasstrom in einen FID 6. Das dem Methangehalt des Probengases entsprechende Signal des FID wird durch ein Registriergerät 7 aufgezeichnet. Nach einer vorgegebenen Zeit bewirkt eine

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Programmsteuereinheit 8 über die Steuerleitungen 9 und 10 die Umschaltung der beiden Magnetventile derart, daß das Probengas unter Umgehung des Adsorptionsrohres über die Leitungen 11 und direkt zum FID gelangt. Außerdem erhält das Registriergerät über eine Leitung 12 eil Signal, das einen zweiten Registrierkanal einschaltet, mit dem nunmehr das vom PID abgegebene Signal für den Gesamtkohlenstoffgehalt des Probengases aufgezeichnet wird. Aus den beiden registrierten Werten bzw. den beiden Aufzeichnungskurven bei periodischer Umschaltung, ergibt sich die Kohlenwasserstoff konzentrat ion des methanfreien Anteiles durch Differenzbildung.

Der Nachteil, daß bei dieser Anordnung das Adsorptionsrohr nach einiger Zeit ersetzt werden muß, da das Adsorbens sich belädt und seine Adsorptionswirkung verliert, ist bei der verbesserten Anordnung der Pig. 2 behoben. Bei dieser Anordnung sind zwei Adsorptionsrohre 13 und 14 mit Heizeinrichtungen 15 und 16 vorge* sehen. Das Probengas fließt zur Methananzeige über Magnetventile 17i 18 zum Adsorptionsrohr 13 und von dort über Magnetventile 19t 20 zum PID 21. Der elektrische Ausgang des PID ist mit einem Schalter 22 verbunden, der das Methansignal zum Spitzenverstärker 23 und dem Speicher 24 leitet. Zur Messung des Gesamtkohlenwasserstoffes schaltet eine Programmsteuereinheit 25 die Magnetventile 17, 20 um, so daß das Probengas unter Umgehung dee Adsorptionsrohres 13 zum PID strömt. Außerdem wird durch den gleichzeitig betätigten Schalter 22 eine Verbindung des PID mit

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dem Verstärker 26 hergestellt. Im Differenzverstärker 27 wird das gespeicherte Signal aus dem Speicher 24 vom anliegenden Signal des Verstärkers 26 nach Abgabe eines über die Signalleitung 28 laufenden Steuersignales der Programmsteuereinheit abgezogen. Als Differenz ergibt sich der Meßwert für die Kohlenwasserstoffkonzentration des Probengases ohne Methananteil im Registriergerät 29· Die Methan- und die Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration kann nach Bedarf mit zusätzlichen Meßinstrumenten 30, 31 bzw. dem Registriergerät 29 angezeigt bzw. registriert werden.

Außerdem schaltet die Programmsteuereinheit nach einer vorgegebe.-nen Zeit oder auf Knopfdruck die beiden Magnetventile 18, 19 so um, daß bei der methanfreien Messung das Adsorptionsrohr 13 aus dem Gasweg herausgenommen und das Adsorptionsrohr 14 eingeschaltet wird. Das abgetrennte Rohr wird durch einen Schaltbefehl der Programmsteuereinrichtung mit Hilfe der Heizeinrichtung 15 ausgeheizt und mit einem kohlenwasserstofffreien Gas durchgespült. Die Umschaltung der Adsorptionsrohre, ihre Aufheizung und die Durchspülung des jeweils von der Probengasleitung abgetrennten Adsorptionsrohres erfolgt periodisch durch die Programmsteuereinheit in solchen Zeitabständen, daß die Rohre jederzeit voll funktionsfähig sind.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine nahezu kontinuierliche Messung des Methans der Gesamtkohlenwasserstoffe und der Kohlenwasserstoffe ohne den Methananteil er-

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möglicht. Dazu wird das Probengas über eine Leitung 32 direkt einem ersten PID 33 und gleichzeitig über eine Adsorptionsvorrichtung 34- einem zweiten FID 35 zugeführt. Die Magnetventile 36 und 37, sowie das Adsorptionsrohr 38 und die Heizeinrichtungen 39 und ''KD dienen wie bereits zu Fig. 2 erläutert
in Verbindung mit einer Prograinmsteuereinheit 41 zur Umschaltung der Adsorptionsrohre und der Befreiung des abgeschalteten Adsorptionsrohres von Kohlenwasserstoffen durch Ausheizung und Spülung. Die Ausgänge der beiden FID werden einem Differenzverstärker 42 zugeführt, an den ein Registriergerät 43 zur Registrierung des methanfreien Kohlenwasserstoffanteiles angeschlossen ist. Mit einem Mehrfachregistriergerat lassen sich
auch gleichzeitig die anderen Kohlenwasserstoffanteile registrieren. Anstelle zweier FID können auch bekannte Detektoren verwendet werden, bei denen zwei Brenneranordnungen in einem Gehäuse vereinigt sind. Das kurze Umschalten der Adsorptionsrohre beeinflußt die Anzeige nur unwesentlich. Ansonsten kann mit Hilfe der Programmsteuereinrichtung zu diesen Zeitpunkten die Registrierung auch kurzzeitig unterbrochen werden.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche:

/ΐ.ιAnordnung zur Messung von in Gasen enthaltenen Kohlenwasser- ^"^ stoffen, insbesondere zur Messung des methanfreien Anteiles, mit mindestens einem Flammenionisations-Detektor, wobei zwei Probengasströme aufgegeben sind, von denen einer alle Kohlenwasserstoffe des Gases und der andere das Methan enthält und eine Differenzbildung der den Kohlenwasserstoffanteilen dieser Probengasströme entsprechende Meßwerte erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des nur Methan enthaltenden Probengasströmes eine Adsorptionsvorrichtung (3) vorgesehen ist, die alle Kohlenwasserstoffe des Gases mit Ausnahme des Methans adsorbiert und daß eine Programmsteuereinrichtung (8) die beiden Probengasströme durch Steuerung von Magnetventilen (2, 4) abwechselnd einem Flammenionisations-Detektor (6) zuführt, an den ein Meßgerät (7) zur Ablesung bzw. Registrierung der Kohlenwasserstoffanteile der Probenströme angeschlossen ist, woraus der Differenzwert ermittelbar ist (Pig. 1).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsvorrichtung als Adsorbens Aktivkohle enthält.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Adsorptionsvorrichtung (14) parallel zur ersten (13) angeordnet ist, daß den Adsorptionsvorrichtungen Heizeinrichtungen (15, 16) zugeordnet sind, daß die Programm-

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Steuereinheit (25) über Magnetventile (19, 20) außerdem abwechselnd die Einschaltung einer der Adsorptionsvorrichtungen sowie die Ausheizung und Durchspülung der jeweils nicht im Probengasweg befindlichen Adsorptionsvorrichtung mit Neutralgas bewirkt, daß sie über einen Schalter (22) den Meßwert für den Methananteil einem Speicher (24) sowie bei Messung des anderen Probengasstromes dessen Meßwert einem das Differenzsignal bildenden Differenzverstärker (27) zuführt und daß dieses und bei Bedarf auch die anderen Meßsignale eine Anzeige (30, 31) oder Registrierung (29) erfahren (Pig. 2).
4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter, der Speicher und die Magnetventile zur Umschaltung der Probengasströme entfallen, daß jeder Probengasstrom kontinuierlich jeweils einem Flammenionisations-Detektor zugeführt ist und daß der Differenzverstärker (4-2) an die Signalausgänge beider Flammenionisations-Detektoren (33» 35) angeschlossen ist (Fig, 3).

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