DE3642609C1 - Method of preparing test gas mixtures containing nitrogen oxides and device for carrying out such a method - Google Patents
Method of preparing test gas mixtures containing nitrogen oxides and device for carrying out such a methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prüfgasgemischen mit Stickstoffoxiden wie NO und/oder NO2 zur Kalibrierung von NO/NO2-Ana lysatoren. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durch führung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for producing test gas mixtures with nitrogen oxides such as NO and / or NO 2 for the calibration of NO / NO 2 analyzer. The invention also relates to a device for performing such a method.
Bislang verwendete Verfahren zur Herstellung von Prüfgasgemischen mit Stickstoffoxiden wie NO und/oder NO2, allgemein also NO/NO2-Prüfgasge mischen, zur Kalibrierung derartiger Analysatoren sind in verschiedener Form bekannt (vgl. u. a. DE-PS 29 04 872). Kurzgefaßt sind derzeit folgen de Kalibrierungsverfahren bekannt.Processes used hitherto for producing test gas mixtures with nitrogen oxides such as NO and / or NO 2 , generally therefore mixing NO / NO 2 test gas, for calibrating such analyzers are known in various forms (cf., inter alia, DE-PS 29 04 872). In short, the following calibration methods are currently known.
In einem ersten bekannten Verfahren wird mit einem handelsüblichen Prüf gasgemisch gearbeitet. Handelsübliche Prüfgasgemische sind hinsichtlich ihrer Konzentrationen einerseits nicht zuverlässig, andererseits instabil. Diese Prüfgasgemische sind im übrigen zumeist in hoher Konzentration vor gegeben, so daß eine zusätzliche Verdünnung erforderlich ist.In a first known method, a commercial test is used worked gas mixture. Commercial test gas mixtures are regarding their concentrations are not reliable on the one hand, but unstable on the other. These test gas mixtures are usually present in high concentrations given, so that an additional dilution is required.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird mit Permeationsröhrchen für Stickstoffdioxid gearbeitet. Das ist relativ teuer und durch chemische Ver änderungen des Stickstoffdioxids infolge von Verunreinigungen des Ausgangs gases nicht optimal zuverlässig. Außerdem ist so nur Stickstoffdioxid zu erhalten, so daß Stickstoffoxid entweder zusätzlich durch ein Prüfgas aus einer Vorratsflasche bereitgestellt werden oder durch Reduktion an einem Hochtemperatur-Konverter erzeugt werden muß.In a further known method, permeation tubes are used for Nitrogen dioxide worked. This is relatively expensive and through chemical ver Changes in nitrogen dioxide due to impurities in the outlet gases are not optimally reliable. In addition, only nitrogen dioxide is so obtained so that nitrogen oxide either additionally by a test gas a storage bottle or by reduction on one High temperature converter must be generated.
Schließlich ist auch Titration von Stickstoffoxid mit Ozon zur Herstellung von Stickstoffdioxid in der Gasphase möglich. Hierzu ist aber Stickstoff oxid als Ausgangsprodukt erforderlich. Außerdem sind komplizierte Dosier einrichtungen notwendig.Finally, titration of nitrogen oxide with ozone is also used of nitrogen dioxide in the gas phase possible. For this purpose, however, is nitrogen oxide required as a starting product. There are also complicated dosing facilities necessary.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein für die praktische Anwen dung optimal geeignetes, leicht durchzuführendes Verfahren zur Herstellung von Prüfgasgemischen der in Rede stehenden Art sowie eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben. The invention is based on the object, one for practical use optimally suitable, easy to carry out manufacturing process of test gas mixtures of the type in question and one for implementation to specify a suitable device of such a method.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe ge löst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß einem Sauerstoff enthaltenden Trägergas, insbesondere Luft, Ammoniak (NH3) in bestimmter Menge zur Er zielung einer bestimmten Konzentration von Ammoniak im Trägergas beige mischt wird, daß das Trägergas-/Ammoniak-Gemisch über bzw. durch ein eine Reaktion des Ammoniak mit dem Sauerstoff förderndes Katalysatormaterial bestimmter Temperatur geleitet und dabei das Ammoniak mit Sauerstoff mit hohem Wirkungsgrad zu Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) und ggf. weiteren Verbrennungsprodukten verbrannt wird und daß das das Kata lysatormaterial verlassende Gasgemisch als Prüfgasgemisch dient. Erfin dungsgemäß ist erkannt worden, daß man überraschenderweise ein als Oswald- Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure schon seit Jahrzehnten bekann tes Oxidationsverfahren zur Herstellung von Prüfgasgemischen zur Kalibrie rung von NO/NO2-Analysatoren einsetzen kann. Das Überraschende an dieser Erkenntnis ist, daß durch die geeignete Wahl der Temperatur des Katalysa tormaterials und der Strömungsgeschwindigkeit des Trägergas-/Ammoniak-Ge misches über das Katalysatormaterial die Konzentration von Stickstoffoxid bzw. Stickstoffdioxid im austretenden Prüfgasgemisch äußerst exakt einge stellt werden kann. Damit steht nunmehr ein Verfahren zur Kalibrierung von Analysatoren der in Rede stehenden Art zur Verfügung, das verfahrenstech nisch sehr einfach, preiswert durchzuführen und äußerst genau ist.The inventive method, in which the above-mentioned object is achieved, is characterized in that an oxygen-containing carrier gas, in particular air, ammonia (NH 3 ) is mixed in a certain amount to achieve a certain concentration of ammonia in the carrier gas that the carrier gas / ammonia mixture is passed over or through a reaction temperature of the ammonia with the oxygen-promoting catalyst material and the ammonia is burned with oxygen with high efficiency to form nitrogen oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) and possibly other combustion products and that the gas mixture leaving the catalyst material serves as a test gas mixture. Invention according to the invention has been recognized that, surprisingly, an oxidation process known for decades as an Oswald process for the production of nitric acid can be used for the production of test gas mixtures for the calibration of NO / NO 2 analyzers. The surprising thing about this finding is that through the suitable choice of the temperature of the catalyst material and the flow rate of the carrier gas / ammonia mixture over the catalyst material, the concentration of nitrogen oxide or nitrogen dioxide in the emerging test gas mixture can be set extremely precisely. A method for calibrating analyzers of the type in question is now available which is technically very simple, inexpensive to carry out and extremely accurate.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsge mäßen Verfahrens sind in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben. Diese Ansprüche werden in Verbindung mit der Erläuterung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Hervorzuheben ist aber hier schon, daß das Katalysatormaterial zweckmäßigerweise Platin, eine Platin-/Iridium- Verbindung, eine Platin-/Rhodium-Verbindung od. dgl. auf einem Trägermate rial, insbesondere auf Silica-Pellets, auf einem Trägernetz od. dgl., ist.Further advantageous refinements and developments of the fiction, ge The method is in claims 2 subordinate to claim 1 to 9 described. These claims are in conjunction with the explanation further explained using the drawing. However, it should be emphasized here that the catalyst material is expediently platinum, a platinum / iridium Compound, a platinum / rhodium compound or the like on a carrier mat rial, in particular on silica pellets, on a support network or the like.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägergas-Speiseeinheit für Trägergas, insbesondere Luft, eine Ammoniak-Speiseeinheit für Ammoniak und mindestens eine Katalysatorstrecke vorgesehen sind, daß der Ausgang der Trägergas-Speiseeinheit über eine Strömungsverbindung mit dem Eingang der Katalysatorstrecke verbunden ist, daß der Ausgang der Ammoniak-Speiseein heit über eine Dosierverbindung mit der Strömungsverbindung verbunden ist und daß zur Steuerung der Strömung in der Katalysatorstrecke verschiedene Ventile, insbesondere Dosierventile, vorgesehen sind.An inventive device for performing an inventive The method is characterized in that a carrier gas feed unit for Carrier gas, especially air, an ammonia feed unit for ammonia and at least one catalytic converter section is provided that the output of the Carrier gas feed unit via a flow connection to the entrance of the Catalyst path is connected to the exit of the ammonia food unit is connected to the flow connection via a metering connection and that various to control the flow in the catalyst section Valves, in particular metering valves, are provided.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 11 bis 19 beschrieben. Diese Ansprüche werden im übrigen auch in Verbindung mit der Erläuterung anhand der Zeichnung noch näher er läutert.Further advantageous configurations of the device according to the invention are described in claims 11 to 19. The rest of these claims also in connection with the explanation with the help of the drawing purifies.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbei spiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtIn the following, the invention is based on only one embodiment game schematically illustrating drawing explained in more detail. In the drawing shows
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Herstellung von Prüf gasgemischen mit Stickstoffoxiden wie NO und/oder NO2 zur Kali brierung von NO/NO2-Analysatoren, Fig. 1 is a block diagram of an apparatus for the production of test gas mixtures with oxides of nitrogen such as NO and / or NO 2 to Kali-calibration of NO / NO 2 analyzers,
Fig. 2 in vergrößerter, schematischer Darstellung ein Ausführungsbei spiel einer Katalysatorstrecke einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 is an enlarged, schematic representation of a game Ausführungsbei a catalyst section of a device according to FIGS. 1 and
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Einspeisung des erfindungsgemäß er zeugten Prüfgasgemisches in einen NO/NO2-Analysator. Fig. 3 is a schematic diagram of the feed of the test gas mixture according to the invention he testified in a NO / NO 2 analyzer.
Anhand von Fig. 1 der Zeichnung läßt sich zunächst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Prüfgasgemischen mit Stickstoffoxiden wie NO und/oder NO2 zur Kalibrierung von NO/NO2 -Analysatoren gut nachvoll ziehen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß einem Sauerstoff enthaltenden Trägergas, insbesondere Luft, Ammoniak (NH3) in bestimmter Menge zur Erzielung einer bestimmten Konzentration von Ammoniak im Träger gas beigemischt wird, daß das Trägergas-/Ammoniak-Gemisch über bzw. durch ein eine Reaktion des Ammoniak mit dem Sauerstoff förderndes Katalysator material bestimmter Temperatur geleitet und dabei das Ammoniak mit Sauer stoff mit hohem Wirkungsgrad zu Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdi oxid (NO2) und ggf. weiteren Verbrennungsprodukten verbrannt wird und daß das das Katalysatormaterial verlassende Gasgemisch als Prüfgasgemisch dient.With reference to FIG. 1 of the drawing, the method according to the invention for the production of test gas mixtures with nitrogen oxides such as NO and / or NO 2 for the calibration of NO / NO 2 analyzers can be clearly understood. This method is characterized in that an oxygen-containing carrier gas, in particular air, ammonia (NH 3 ) is mixed in a certain amount to achieve a certain concentration of ammonia in the carrier gas, that the carrier gas / ammonia mixture over or through a Reaction of the ammonia with the oxygen-promoting catalyst material of a certain temperature is conducted and the ammonia is burned with oxygen with high efficiency to form nitrogen oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) and possibly other combustion products and that the gas mixture leaving the catalyst material is used as a test gas mixture serves.
Der Sauerstoff im Trägergas kann zunächst als molekularer Sauerstoff vor liegen. Dann läuft am Katalysatormaterial folgende Reaktion ab:The oxygen in the carrier gas can initially exist as molecular oxygen lie. The following reaction then takes place on the catalyst material:
4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O + 904 KJ/Mol4 NH 3 + 5 O 2 → 4 NO + 6 H 2 O + 904 KJ / mol
Das nach dieser Reaktionsgleichung gebildete Stickstoffoxid kann mit über schüssigem Luftsauerstoff weiter zu Stickstoffdioxid reagieren, je nachdem, wie hoch der Überschuß an Luftsauerstoff ist. Will man eine besonders hohe Ausbeute an Stickstoffdioxid haben, so empfiehlt es sich, daß der Sauer stoff, insbesondere zusätzlich, als Ozon (O3) vorliegt. In diesem Zusammen hang empfiehlt es sich verfahrenstechnisch besonders, daß das Trägergas normalerweise nur molekularen Sauerstoff enthält, wie das beispielsweise bei trockener Luft der Fall ist. Dem Trägergas kann dann wahlweise Ozon beigemischt werden. Dieses Ozon kann aus einer Vorratsflasche stammen und im eigentlichen Sinne des Wortes dem Trägergas beigemischt werden, es kann aber auch im Trägergas selbst durch Energiezufuhr zum molekularen Sauer stoff in an sich bekannter Weise erzeugt werden (Ozonisierung durch Zufuhr von Lichtenergie, beispielsweise von einer Quecksilberdampflampe).The nitrogen oxide formed according to this reaction equation can react further with excess atmospheric oxygen to form nitrogen dioxide, depending on how high the excess of atmospheric oxygen is. If you want to have a particularly high yield of nitrogen dioxide, it is recommended that the oxygen, in particular additionally, be present as ozone (O 3 ). In this context, it is particularly advisable from a process engineering point of view that the carrier gas normally only contains molecular oxygen, as is the case, for example, in dry air. The carrier gas can then optionally be mixed with ozone. This ozone can come from a storage bottle and can be admixed to the carrier gas in the true sense of the word, but it can also be generated in the carrier gas itself by supplying energy to the molecular oxygen in a manner known per se (ozonization by supplying light energy, for example from a mercury vapor lamp). .
Verfahrenstechnisch von besonderer Bedeutung ist eine Verfahrensweise, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Konzentration von Ammoniak im Trägergas konstant gehalten und die Konzentration von Stickstoffoxid und ggf. auch von Stickstoffdioxid im Prüfgasgemisch durch Veränderung der Temperatur des Ka talysatormaterials gesteuert wird. Grundsätzlich könnte man zur Einstellung der Konzentration im Prüfgasgemisch auch die Konzentration des Ammoniaks im Trägergas verändern. Diese Steuerungstechnik ist aber äußerst kritisch. Dem entgegen ist die Steuerung der Konzentration im Prüfgasgemisch über die Ver änderung der Temperatur des Katalysatormaterials leicht und genau möglich. Je höher die Temperatur des Katalysatormaterials ist, desto höher ist die Konzentration von Stickstoffoxid bzw. Stickstoffdioxid im Prüfgasgemisch. Zweckmäßigerweise wird die tatsächlich erreichte Konzentration von Stick stoffoxid im Prüfgasgemisch auf den zu kalibrierenden Meßbereich des nach geschalteten Analysators abgestimmt. Besonders zweckmäßig ist es, im obe ren Drittel des Meßbereichs zu kalibrieren.Of particular importance from a process engineering point of view is a procedure which characterized in that the concentration of ammonia in the carrier gas kept constant and the concentration of nitrogen oxide and possibly also of Nitrogen dioxide in the test gas mixture by changing the temperature of the Ka Talysatormaterial is controlled. Basically you could go to hiring the concentration in the test gas mixture also the concentration of the ammonia in the Change carrier gas. However, this control technology is extremely critical. The the control of the concentration in the test gas mixture via the ver The temperature of the catalyst material can be changed easily and precisely. The higher the temperature of the catalyst material, the higher it is Concentration of nitrogen oxide or nitrogen dioxide in the test gas mixture. The concentration of stick actually reached is expediently reached substance oxide in the test gas mixture to the measuring range to be calibrated according to switched analyzer tuned. It is particularly useful in the above calibrate the third of the measuring range.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist es verfahrensmäßig auch beson ders zweckmäßig, daß zur Steuerung der Konzentration von Stickstoffoxid und Stickstoffdioxid im Prüfgasgemisch auch die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergas-/Ammoniak-Gemisches im Bereich des Katalysatormaterials verän dert wird. Bei vorgegebener Temperatur des Katalysatormaterials und vorge gebener Strömungsgeschwindigkeit des in seiner Konzentration konstanten Trägergas-/Ammoniak-Gemisches tritt aus der Katalysatorstrecke ein Prüfgas gemisch mit exakt bestimmter Konzentration von Stickstoffoxid und Stick stoffdioxid aus. Man kann nun die Konzentration im Prüfgasgemisch, die nach der zuvor erläuterten Verfahrensweise konstant gehalten werden kann, als Maximalkonzentration vorgeben und durch Verdünnung des Prüfgasgemisches in einer anschließenden Verdünnungsstrecke zu genau bestimmten, niedrigeren Konzentrationen kommen.According to a further teaching of the invention, it is also special in terms of method expedient that to control the concentration of nitrogen oxide and Nitrogen dioxide in the test gas mixture also the flow rate of the Change carrier gas / ammonia mixture in the area of the catalyst material is changed. At a given temperature of the catalyst material and pre given flow velocity of the constant in its concentration A carrier gas / ammonia mixture emerges from the catalyst section a test gas mixture with a precisely determined concentration of nitrogen oxide and stick material dioxide. You can now determine the concentration in the test gas mixture the procedure explained above can be kept constant as Specify the maximum concentration and dilute the test gas mixture in a subsequent dilution section to precisely determined, lower ones Concentrations come.
Will man einen Analysator in verschiedenen Meßbereichen kalibrieren, so empfiehlt es sich, daß durch Parallelschalten mehrerer Katalysatorstrecken mit auf unterschiedlichen Temperaturen befindlichen Katalysatormaterialien mehrere unterschiedliche Konzentrationen von Stickstoffoxid und/oder Stick stoffdioxid im Prüfgasgemisch wahlweise erzeugt werden. Gerade bei mehreren parallelgeschalteten Katalysatorstrecken empfiehlt sich eine nachgeschal tete Verdünnungsstrecke aus den zuvor erläuterten Gründen.If you want to calibrate an analyzer in different measuring ranges, so it is recommended that by connecting several catalyst sections in parallel with catalyst materials at different temperatures several different concentrations of nitrogen oxide and / or stick can be generated in the test gas mixture. Especially with several A catalyst circuit connected in parallel is recommended diluted section for the reasons explained above.
Hinsichtlich der Wahl des Katalysatormaterials finden sich im allgemeinen Teil der Beschreibung schon einige Hinweise, so daß sich hier weitere Aus führungen erübrigen. Regarding the choice of catalyst material, there are in general Part of the description already a few pointers, so that here further Aus unnecessary guides.
Fig. 1 zeigt nun in schematischer, blockartiger Darstellung ein Ausführungs beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung eines zuvor erläuterten Verfah rens. Diese Vorrichtung ist zunächst dadurch gekennzeichnet, daß eine Trä gergas-Speiseeinheit 1 für Trägergas, insbesondere Luft, eine Ammoniak- Speiseeinheit 2 für Ammoniak und mindestens eine Katalysatorstrecke 3 vor gesehen sind, daß der Ausgang der Trägergas-Speiseeinheit 1 über eine Strö mungsverbindung 4 mit dem Eingang der Katalysatorstrecke 3 verbunden ist, daß der Ausgang der Ammoniak-Speiseeinheit 2 über eine Dosierverbindung 5 mit der Strömungsverbindung 4 verbunden ist und daß zur Steuerung der Strö mung in der Katalysatorstrecke 3 verschiedene Ventile, insbesondere Dosier ventile 6, vorgesehen sind. Durch Einstellung der Dosierventile 6 wird die Konzentration von Ammoniak im Trägergas-/Ammoniak-Gemisch sowie der Volu menstrom dieses Gemisches in der Strömungsverbindung 4 eingestellt. Dieser Volumenstrom tritt in die Katalysatorstrecke 3 ein und durchströmt das dort befindliche Katalysatormaterial, beispielsweise Platin auf Silica-Pellets. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich beispielsweise ein Vo lumenstrom von 100 ml/min einstellen. Durch genaue Steuerung der Tempera tur des Katalysatormaterials in der Katalysatorstrecke 3 wird am Ausgang der Katalysatorstrecke 3 ein Prüfgasgemisch mit einer genau bestimmten Kon zentration von Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) auftreten. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden bei einer Temperatur des Katalysatormaterials von 473 K eine Konzentration von 40 ppbNO und bei 593 K eine Konzentration von 700 ppbNO bei gleichbleibend 100 ppbNO2 er reicht. Dies geschieht im hier dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß das Trägergas-/Ammoniak-Gemisch über eine Strecke von 20 mm und mit einem Strömungsquerschnitt von 50 mm2 das auf entsprechender Temperatur befindliche Katalysatormaterial durchströmt. Fig. 1 now shows a schematic, block-like representation of an embodiment example of an apparatus for performing a previously described procedural method. This device is first characterized in that a carrier gas supply unit 1 for carrier gas, in particular air, an ammonia supply unit 2 for ammonia and at least one catalytic converter section 3 are seen before that the output of the carrier gas supply unit 1 via a flow connection 4 with the input of the catalyst section 3 is connected that the output of the ammonia feed unit 2 is connected via a metering connection 5 to the flow connection 4 and that 3 valves, in particular metering valves 6 , are provided for controlling the flow in the catalyst section 3 . By adjusting the metering valves 6 , the concentration of ammonia in the carrier gas / ammonia mixture and the volumetric flow of this mixture in the flow connection 4 are set. This volume flow enters the catalyst zone 3 and flows through the catalyst material located there, for example platinum on silica pellets. In the embodiment shown here, for example, a volume flow of 100 ml / min can be set. By accurate control of the tempera ture of the catalyst material in the catalytic converter section 3, a test gas mixture at the output of the catalyst path 3 with a precisely determined concentration Kon occur of nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2). In the exemplary embodiment shown here, a concentration of 40 ppbNO and a concentration of 700 ppbNO at a constant 100 ppbNO 2 are achieved at a temperature of the catalyst material of 473 K and at 593 K. In the exemplary embodiment shown here, this takes place in that the carrier gas / ammonia mixture flows over a distance of 20 mm and with a flow cross section of 50 mm 2 through the catalyst material which is at the appropriate temperature.
Eine NO-Konzentration von 40 ppb läßt sich beispielsweise für einen Analy sator im Meßbereich mit Maximalausschlag 50 ppbNO verwenden. Eine Konzen tration von 700 ppbNO im Prüfgasgemisch erlaubt eine Kalibrierung eines Analysators mit dem Meßbereich maximal 1000 ppbNO. Es liegt auf der Hand, daß dies nur Beispielrechnungen für einen möglicherweise besonders häufig verwendeten Analysatortyp sind. A NO concentration of 40 ppb can be used, for example, for an analyte Use the sensor in the measuring range with a maximum deflection of 50 ppbNO. A concentration tration of 700 ppbNO in the test gas mixture allows calibration of a Analyzer with the measuring range maximum 1000 ppbNO. It is obvious, that this is just example calculations for a possibly particularly common type of analyzer used.
Fig. 2 zeigt nun den Aufbau einer Katalysatorstrecke 3 der in Fig. 1 darge stellten Vorrichtung etwas genauer. Erkennbar ist, daß die Katalysator strecke 3 einen, vorzugsweise langgestreckten, Strömungskanal 7 für das Trägergas-/Ammoniak-Gemisch und einen den Strömungskanal 7 umgebenden, vor zugsweise ebenfalls langgestreckten, Heizmantel 8 aufweist. Außerdem ist erkennbar, daß in einem Strömungskanal 7 ein Einsatz mit Katalysatormate rial angeordnet ist. Der Heizmantel 8 kann eine Heizung jedweder Art bein halten, beispielsweise auch eine Infrarotheizung, eine Induktionsheizung od. dgl. Wesentlich ist, daß das Katalysatormaterial möglichst gleichmäßig über seine Durchströmungslänge auf ein und dieselbe Temperatur erwärmt wird. Fig. 2 shows the structure of a catalytic converter section 3 of the device shown in Fig. 1 Darge somewhat more precisely. It can be seen that the catalytic converter section 3 has a, preferably elongated, flow channel 7 for the carrier gas / ammonia mixture and a heating jacket 8 surrounding the flow channel 7 , preferably also elongated, before. It can also be seen that an insert with catalyst material is arranged in a flow channel 7 . The heating jacket 8 can hold a heater of any kind, for example also an infrared heater, an induction heater or the like. It is essential that the catalyst material is heated as uniformly as possible over its flow length to one and the same temperature.
Wie Fig. 2 weiter zeigt, besteht der Einsatz 9 im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel aus zwei endseitigen, mit axialem Abstand voneinander im Strömungskanal 7 angeordneten, den Strömungskanal 7 ausfül lenden, jedoch gasdurchlässigen Stopfen 10 und dem zwischen den Stopfen 10 befindlichen Katalysatormaterial 11. Dabei bestehen die Stopfen 10 im hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus Quarzwolle. Für das Material der Stopfen 10 kommt es darauf an, daß es ausreichend hitzebeständig ist, daß es ausreichend gasdurchlässig ist, um für die Gasströmung keinen zu hohen Strömungswiderstand zu bieten, und daß es ausreichend dicht ist, um das Katalysatormaterial 11 zwischen den Stopfen 10 sicher einzuschließen. Das Katalysatormaterial 11 kann in unterschiedlichen Formen zwischen den Stopfen 10 vorliegen, beispielsweise in Form der schon erwähnten Silica- Pellets, beispielsweise Silica-Pellets mit einem Durchmesser von 1 bis 2 mm bis hin zu einem Durchmesser von 3 mm und mehr, aber auch in Form eines mit dem Katalysatormaterial beschichteten Trägernetzes, Trägergewebes od. dgl. Wesentlich ist die Erzielung einer möglichst großen wirksamen Ober fläche für das Katalysatormaterial.As shown in Fig. 2 further shows, the insert 9 shown in here and preferred embodiment, of two end-side, with axial spacing from one another in the flow channel 7 is arranged, the flow channel 7 ausfül sirloin, but gas-permeable plugs 10 and the catalyst material 11 located between the plug 10. The plugs 10 in the embodiment shown here are made of quartz wool. It is important for the material of the stopper 10 that it is sufficiently heat-resistant, that it is sufficiently gas-permeable so that it does not offer too high a flow resistance for the gas flow, and that it is sufficiently tight to secure the catalyst material 11 between the stopper 10 to include. The catalyst material 11 can be present in different forms between the plugs 10 , for example in the form of the already mentioned silica pellets, for example silica pellets with a diameter of 1 to 2 mm up to a diameter of 3 mm and more, but also in the form a carrier network, carrier fabric or the like coated with the catalyst material. It is essential to achieve the largest possible effective surface for the catalyst material.
Zuvor ist erläutert worden, daß das Katalysatormaterial 11 möglichst gleich mäßig erwärmt werden sollte. Dazu dient die in Fig. 2 erkennbare, bevorzug te Anordnung des Katalysatormaterials 11 in der Katalysatorstrecke 3, näm lich in der dem Ausgang der Katalysatorstrecke 3 zugewandten Hälfte des Heizmantels 8. Bis zu diesem Punkt hat das in dem Strömungskanal 7 strö mende Gasgemisch schon eine ausreichend hohe Temperatur erreicht, um das Katalysatormaterial 11 nicht mehr ungleichmäßig abkühlen zu können.It has previously been explained that the catalyst material 11 should be heated as evenly as possible. The preferred arrangement of the catalyst material 11 in the catalytic converter section 3 , which can be seen in FIG. 2, serves for this purpose, namely in the half of the heating jacket 8 facing the outlet of the catalytic converter section 3 . Up to this point, the gas mixture flowing in the flow channel 7 has already reached a sufficiently high temperature so that the catalyst material 11 can no longer be cooled unevenly.
Wie zuvor schon erläutert worden ist, kann es sich empfehlen, für bestimm te Kalibrierungsbedingungen einen höheren Anteil an Stickstoffdioxid im Prüfgasgemisch zu haben. Dann ist es erforderlich, einen sehr hohen Über schuß an Luftsauerstoff, vorzugsweise an atomarem Luftsauerstoff zur Ver fügung zu stellen. Dazu empfiehlt es sich dann, der Katalysatorstrecke 3 eine Ozonquelle vorzuschalten bzw. eine Energiequelle, die aus molekularem Sauerstoff durch Energiezufuhr Ozon und damit letztlich atomaren Sauer stoff entstehen läßt. Als solches kann beispielsweise eine Quecksilberdampf lampe dienen.As has already been explained, it can be advisable to have a higher proportion of nitrogen dioxide in the test gas mixture for certain calibration conditions. Then it is necessary to provide a very high excess of atmospheric oxygen, preferably of atomic atmospheric oxygen. For this purpose, it is then advisable to connect the catalyst section 3 upstream of an ozone source or an energy source which allows ozone and thus ultimately atomic oxygen to be formed from molecular oxygen by supplying energy. For example, a mercury vapor lamp can serve as such.
Fig. 1 macht noch deutlich, daß es zweckmäßig sein kann, daß mehrere Kataly satorstrecken 3 a, b . . . zueinander parallel an die Strömungsverbindung 4 angeschlossen sind. In der ersten Katalysatorstrecke 3 a kann dann beispiels weise eine erste Konzentration von Stickstoffoxid im Prüfgasgemisch, bei spielsweise die zuvor erwähnte Konzentration von 40 ppbNO erzeugt werden, während in der zweiten Katalysatorstrecke 3 b eine zweite Konzentration, beispielsweise von den zuvor erwähnten 700 ppbNO erzeugt werden kann. Durch Öffnen der Ventile 12 läßt sich die jeweils gewünschte Konzentration dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Analysator 15 zuleiten. Fig. 1 makes it clear that it may be appropriate that several catalyst routes 3 a, b. . . are connected in parallel to the flow connection 4 . The above-mentioned concentration of 40 ppbNO can in the first catalyst section 3 a then example, a first concentration of nitrogen oxide in test gas mixture, wherein the pitch are generated, while b in the second catalyst section 3 a second concentration, for example from the aforementioned 700 ppbNO be generated can. By opening the valves 12 , the desired concentration can be fed to the analyzer 15 shown schematically in FIG. 1.
Fig. 1 zeichnet sich des weiteren noch dadurch aus, daß der Ausgang der Ka talysatorstrecke 3 bzw. die Ausgänge der Katalysatorstrecken 3 a, b . . . ggf. über Ventile 12, in eine Verdünnungsstrecke 13 mündet bzw. münden. Im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt dabei weiter, daß der Verdünnungsstrecke 13 am Eingang ein Massendurchflußmesser 14, insbeson dere ein thermischer Massendurchflußmesser, vorgeschaltet ist und über den Massendurchflußmesser 14 eine genau dosierte Verdünnungsgasmenge, insbeson dere Luftmenge, in die Verdünnungsstrecke 13 einspeisbar ist. Die Nachschal tung einer Verdünnungsstrecke 13 hat den Vorteil, daß man die Konzentration am Ausgang der Katalysatorstrecke 3 als feste Maximalkonzentration vorgeben kann und anschließend eine besonders genaue und kontrollierte Verdünnung auf wunschgemäße Konzentrationen in der Verdünnungsstrecke 13 erreicht. Da zu ist im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel der Massen durchflußmesser 14 ganz besonders geeignet. Fig. 1 is further characterized by the fact that the output of the Ka catalyst section 3 and the outputs of the catalyst sections 3 a, b. . . if necessary via valves 12 , opens into a dilution section 13 . In the preferred embodiment shown here, the dilution section 13 at the input has a mass flow meter 14 , in particular a thermal mass flow meter, and a precisely metered amount of dilution gas, in particular the amount of air, can be fed into the dilution section 13 via the mass flow meter 14 . The Nachschal device of a dilution section 13 has the advantage that the concentration at the outlet of the catalyst section 3 can be specified as a fixed maximum concentration and then a particularly precise and controlled dilution to desired concentrations in the dilution section 13 is achieved. Since the mass flow meter 14 is particularly suitable in the illustrated and preferred embodiment shown here.
Durch Öffnen eines Ventils 12 läßt sich eine Katalysatorstrecke 3 a, b . . . an die Verdünnungsstrecke 13 anschließen und durch Einstellung des Massendurch flußmessers 14 wird dann die letztlich dem Analysator 15 zugeleitete Konzen tration von Stickstoffoxid bzw. Stickstoffdioxid exakt bestimmt. Durch Schließen des zuvor geöffneten Ventils 12 und Öffnen eines weiteren Ven tils 12 einer parallelen Katalysatorstrecke 3 b, a . . . kann man auf einen an deren Meßbereich umschalten und ggf. gleichzeitig nochmals die Einstellung des Massendurchflußmessers 14 ändern.By opening a valve 12 to a catalytic converter section 3 can be a, b. . . connect to the dilution section 13 and by adjusting the mass flow meter 14 then the concentration ultimately fed to the analyzer 15 concentration of nitrogen oxide or nitrogen dioxide is exactly determined. By closing the previously opened valve 12 and opening a further Ven valve 12 of a parallel catalytic converter section 3 b, a. . . can be switched to another measuring range and, if necessary, at the same time again change the setting of the mass flow meter 14 .
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung in einem weiteren Ausführungsbei spiel, wie nun das nach den Fig. 1 und 2 erzeugte Prüfgasgemisch aus der Verdünnungsstrecke 13 dem Analysator 15 im einzelnen zugeleitet wird. Dazu wird in Fig. 3 das von der Verdünnungsstrecke 13 kommende Prüfgasgemisch über einen Überschuß-Abströmstutzen 16 einem Drei-Wege-Ventil 17 zugeführt. Mittels des Drei-Wege-Ventils 17 läßt sich der Analysator 15 entweder auf den Meßeingang 18 oder auf die Verdünnungsstrecke 13 zur Kalibrierung schalten. Ist der Analysator 15 auf den Meßeingang 18 geschaltet, so kann evtl. von der Verdünnungsstrecke 13 einströmendes Prüfgasgemisch über den Überschuß-Abströmstutzen 16 abströmen. Aber auch dann, wenn der Analysa tor 15 auf die Verdünnungsstrecke 13 geschaltet ist, muß immer ein wenig Prüfgasgemisch über den Überschuß-Abströmstutzen 16 abströmen, damit in den Analysator keine Außenluft eingesogen wird. Prüfgasgemisch muß also von der Verdünnungsstrecke 13 her immer im Überschuß dem Analysator 15 zuströmen, damit die für die Kalibrierung erforderlichen Randbedingungen auch wirklich ganz exakt eingehalten werden. Fig. 3 shows a schematic representation in a further game Ausführungsbei, how now the test gas mixture generated according to FIGS . 1 and 2 is fed from the dilution section 13 to the analyzer 15 in detail. 3 by the light coming from the dilution section 13 test gas mixture is fed to a three-way valve 17 via an excess-outflow fitting 16 in Fig.. By means of the three-way valve 17 , the analyzer 15 can be switched either to the measuring input 18 or to the dilution section 13 for calibration. If the analyzer 15 is connected to the measurement input 18 , then a test gas mixture flowing in from the dilution section 13 can flow out via the excess outflow connection 16 . But even if the Analysa gate 15 is connected to the dilution section 13 , a little test gas mixture must always flow out through the excess discharge nozzle 16 so that no outside air is drawn into the analyzer. Test gas mixture must therefore always flow in excess from the dilution section 13 to the analyzer 15 , so that the boundary conditions required for the calibration are really met exactly.
Claims (19)
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