DE2407940A1

DE2407940A1 - Vorrichtung zur messung von kohlenwasserstoff

Info

Publication number: DE2407940A1
Application number: DE19742407940
Authority: DE
Inventors: Albert A Poli
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1973-02-28
Filing date: 1974-02-19
Publication date: 1974-09-26
Also published as: JPS49121591A; DE2407940C2

Description

Vorrichtung zur Messung von Kohlenwasserstoff Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Messung des Anteils der Kohlenwasserstoff-Fraktion mit einem niedrigen Siedepunkt und der gesamten Kohlenwasserstoffe ohne diese Fraktion in einer Gasprobe.
Bei der Überwachung von Luftverschmutzungen hat sich es als notwendig herausgestellt, eine getrennte quantitative Messung der Kohlenwasserstoff-Fraktion 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 enteil 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 interpretierende Aufzeichnung der schwereren Kohlenwasserstoffe erhalten, wenn Methan von den gesamten Kohlenwasserstoffen abgezogen wird.
In der DT-Patentanmeldung P 21 64 491.7-52 ist eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Pressung von Kohlenmonoxyd und den gesamten Kohlenwasserstoffen in einer Gasprobe erläutert. Die Messung geschieht mit Hilfe von Wasserstoff-Flammendetektorenmit'nei; 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 Kohlenwasserstoff-Fraktion mit niedrigem Siedepunkt in 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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die in der Lage ist, gleichzeitig die Kohlenwasserstoff Fraktion mit einem niedrigen Siedepunkt in einer Gasprobe und die gesamten Kohlenwasserstoffe in dieser Probe ohne die Fraktion zu messen, wobei die Messung auf einer kontinuierlichen Basis durchgeführt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß erste und zweite Detektoren zur Feststellung von Kohlenwasserstoffen in Gasen vorgesehen sind mit einer Leitung zur Zuführung eines Teils der Gasprobe an den ersten Detektor und einer zweiten Leitung zur gleichzeitigen Zuführung des Probenrests an den zweiten Detektor, daß in der zweiten Leitung ein Reaktor zur Entferung sämtlicher Kohlenwasserstoffe vorgesehen ist, mit Ausnahme einer Fraktion derselben mit einem vorgegebenen niedrigem Siedepunkt, derart, daß der durch die Leitung dem zweiten Detektor zugeführte Gasprobenanteil nur aus der Fraktion mit niedrigem Siedepunkt zusammengesetzt ist, daß Meßanordnungen zur Messung und Anzeige des Anteils der von dem zweiten Detektor festgestellten Fraktion mit niedrigem Siedepunkt und Meßanordnungen zur Messung der gesamten Kohlenwasserstoffe in dem durch die erste Leitung dem ersten Detektor zugeführten Probenteil vorgesehen sind und daß über eine Verbindungsschaltung der sich auf die Fraktion mit niedrigem Siedepunkt beziehende Meßwert von dem Meßwert der gesamten Kohlenwasserstoffe abziehbar und der Anteil der verbleibenden Rohlenwasserstoffe anzeigbar ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.
Anhand der beigefügten Zeichnung wird im folgenden Aufbau und Wirkungsweise eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung im einzelnen näher erläutert.
Gemäß der beigefügten Zeichnung sind ein Paar Detektoren, die bevorzugt Wasserstoff-Flammenbrenner 1 und 2 sind, wie sie üblicherweise bei der Wasserstoff-Flammenanalyse 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 Basisteilen 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, gemäß einem Merkmal vorliegender Erfindung enthält jedoch die zweite Verzwepngsleitung 12 einen katalytischen 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 ist, der Kohlenwasserstoffe in Kohlendioxyd und Wasser umwandelt, wenn er von einer elektrischen Ileizvorrichtung 17 im katalytischen Bett erwärmt wird.
Dementsprechend werden dem Brenner 1 die gesamten Kohlenwasserstoffe in der Gasprobe zugeführt, 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 Verzweiungsleitungen 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 Verzweiungsleitungen zu kompensieren.
Je niedriger der Siedepunkt eines Kohlenwasserstoffes ist, um so schwieriger ist es, es zu verbrennen. Beispielswweise ist es schwieriger,Xethan als Ethan zu verbrennen und es ist schwieriger, Ethan im Vergleich zu Propan zu verbrennen. 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 2400C und 265 0C wird lediglich Methan nicht verbrannt. Wird eine niedrigere Temperatur verwendet, beispielsweise etwa 2200C, dann verbleiben sowohl Methan als auch Ethan 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 Kohlenwasserstoff-Fraktion mit hohem Siedepunkt aus der Gasprobe, die zu verbrennen ist, selektieren.
Der Kollektor jedes Brenners ist elektrisch ibcr eine Leitung 20 mit dem Einganganschluß eines Llektrometers 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 Kohlenwasserstoff-Fraktion mit niedrigem Siedepunkt entspricht.
Das von jedem Elektrometer als Folge der Messung des elektrischen Potentials 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 Eingangsanschlüsse eines Verstärkers 24 verbunden, dies häng davon ab , mit welchen der Eingangsanschlüsse des Elektrometers 21 die Leitung 20 vom Brenner 1 verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Elektrometer 21 mit dem negativen Eingangsanschluß der Verst!rkers 24 verbunden. In diesem Falle ist das andere Elektrometer über eine Leitung 25 mit dem negativen Eingangsanschluß eines Verstärkers 26 verbunden, wobei gemäß einem weiteren Merkmal eine zusätzliche Leitung 27 die Leitung 25 mit dem positiven Eingangsanschluß des Verstärkers 24 verbindet, aus Gründen, auf die weiter unten noch eingegangen wird. Dieser positive Eingangsanschluß 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 Kohlenwasserstoff-Fraktion mit niedrigem Siedepunkt. Allerdings ist die elektrische Schaltung so getroffen, daß das Ausgangssignal des zweiten Elektrometers 22 über die Leitung 27 von dem größeren Ausgangs signal 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 Kohlenwasserstoff-Fraktion 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 registiert werden.

Claims

Patentansprüche f

1. orrichtung zur gleichzeitigen Messung des Anteils der Kohlenwasserstoff-Fraktion mit einem niedrigen Siedepunkt und der gesamten Kohlenwasserstoffe ohne diese Fraktion in einer Gasprobe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß erste und zweite Detektoren (1, 2) zur Feststellung von Kohlenwasserstoffen in Gasen vorgesehen sind mit einer Leitung (11) zur Zuführung eines Teils der Gasprobe zum ersten Detektor (1) und einer zweiten Leitung (12) zur gleichzeitigen Zuführung des Probenresteszum zweiten Detektor (2), daß in der zweiten Leitung (12) ein Reaktor (15) zur Entfernung sämtlicher Kohlenwasserstoffe vorgesehen ist, mit Ausnahme einer Fraktion derselben mit einem vorgegebenen niedrigem Siedepunkt, derart, daß der durch die Leitung (12) dem zweiten Detektor (2) zugeführte Gasprobenanteil nur aus der Fraktion mit niedrigem Siedepunkt zusammengesetzt ist, daß Meßanordnungen (22, 26, 33) zur Messung und Anzeige des Anteils der von dem zweiten Detektor (2) festgestellten Fraktion mit niedrigem Siedepunkt und Meßanordnungen (21) zur Messung der gesamten Kohlenwasserstoffe in dem durch die erste Leitung (11) dem ersten Detektor (1) zugeführten Probenteil vorgesehen sind und daß über eine Verbindungsschaltung (27) der sich auf die Fraktion mit niedrigem Siedepunkt beziehende Meßwert von dem Meßwert der gesamten Kohlenwasserstoffe abziehbar und der Anteil der verbleibenden Kohlenwasserstoffe anzeigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (15) ein geheiztes Bett (16) eines oxydierenden Katalysators umfaßt, derart, daß sämtliche in den Reaktor eintretende Kohlenwasserstoffe mit Ausnahme der Fraktion mit niedrigem Siedepunkt von diesem zu Kohlendioxyd und Wasser umgewandelt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktion mit niedrigem Siedepunkt Methan und der oxydierende Katalysator Kupfer und Manganoxyde umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren aus einem Paar Plasserstoff-Flammenbrenner bestehen, wobei jeder Brenner mit je einer der Verzweigungsleitungen (11, 12) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (1, 2) den ihnen über die Leitungen (11, 12) zugeführten Gasanteile proportionale elektrische Signale erzeugen und die Meßanordnungen (Elektrometer 21, 22) diese Signale messen, wobei das kleinere Signal von dem größeren abgezogen und der Restwert angezeigt wird.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Elektrometer (21, 22) ausgebildeten Meßanordnungen die elektrische Leitfähigkeit des ersten und zweiten Wasserstoff-Flammenbrenners (1, 2) jeweils messen und den Elektrometern erste und zweite Verstärker (24, 26) mit negativen und positiven Eingangsanschlüssen nachgeschaltet sind, wobei das erste Elektrometer (21) über eine Leitung (23) mit einem der Eingangsanschlüsse des ersten Verstärkers (24) und das zweite Elektrometer (22) über eine Verbindungsleitung (27) mit dem zweiten Eingang des ersten Verstärkers (24) verbunden ist sowie mit dem Eingangsanschluß entgegengesetzter Polarität des zweiten Verstärkers (26), derart, daß das Ausgangssignal des zweiten Elektrometers (22) den Teil des Ausgangssignals des ersten Elektrometers (21) eliminiert, der auf die Fraktion mit niedrigem Siedepunkt zurückzuführen ist.