DE4125555C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Langzeitüberwachung von gasförmi
gen und aerosolgebundenen chlorierten Kohlenwasserstoffen und chemisch
verwandten Schadstoffen in einem Abgaskanal mit einer Probenahmeein
richtung.
Die kontinuierliche Messung und Analyse von organischen und metallischen
Schadstoffen in Abgas- und Abluftströmen (u. a. aus Feuerungsanlagen) ist
derzeit für viele chemische Verbindungen technisch noch nicht möglich. Zu
diesen Verbindungen zählen auch die chlorierten Dibenzodioxine und
-furane (PCDD/PCDF), das Quecksilber sowie PCB und verschiedene
PAKs, die als besonders stark toxische Stoffe einer strengen Kontrolle be
dürfen.
Derzeit werden überwachungsbedürftige technische Einrichtungen
(Anlagen), die entsprechende Schadstoffe emittieren, gemäß Immissions
schutzgesetz in festgelegten Intervallen durch Einzelmessungen kontrolliert.
Diese Messungen erfolgen im Absaugverfahren mit anschließenden Ver
dünnungs- bzw. Kondensationsmethoden zur Abtrennung der Schadstoffe
für die darauf folgende Analyse (Gaschromatographie bzw. Massenspektro
metrie).
Andererseits ist bekannt, daß es Adsorbentien gibt, welche in der Lage sind,
große Mengen von organischen Schadstoffen langfristig zu adsorbieren,
z. B. Aktivkoks bzw. Kalk-Aktivkoksgemische mit oder ohne Additive. Die ad
sorbierte Schadstoffmenge bezogen auf die Adsorbensmasse, wird dabei
Schadstoff-Beladung genannt.
Verschiedene Untersuchungsergebnisse zeigen, daß z. B. Formaktivkoks,
hergestellt aus Steinkohle, bei einer Beladung von mehreren Mikrogramm je
Gramm,die Beladungsgrenze noch nicht erreicht hat, d. h., weiterhin
Schadstoffe nahezu vollständig adsorbieren kann. Aus diesem Grund wer
den Aktivkoks-Adsorptionsanlagen in jüngster Zeit zur weitergehenden
Rauchgasreinigung (insbesondere Dioxin Abscheidung) bei Abfallverbren
nungsanlagen eingesetzt.
Aus der US 39 65 748 ist ein Apparat bekannt, der zur Mes
sung von Feststoffpartikeln in Abgasströmen eingesetzt werden kann. Dieser
Apparat arbeitet nach dem Prinzip der isokinetischen Probenahme, indem
ein Teilstrom des Abgases aus dem Abgaskanal über ein Feststoffilterele
ment geleitet wird. Eine Gasadsorption findet nicht statt.
Auf der DE 82 36 360 U1 ist eine Probenahmevorrichtung für staubhaltige
Gasströme bekannt, die eine Partikelschüttung als Vorfilter (Mineralstoffe
wie z. B. SiO21A1203, CaO u. ä.) besitzt, weiche die eigentliche Meßsonde
(z. B. elektrochemische Sensoren) vor Staubeinflüssen schützt. Die Vorrich
tung ist dem isokinetischen Prinzip genau entgegengerichtet.
Aus der DE 03 44 616 A2 ist eine weitere Vorrichtung zur Entnahme einer Gas
probe bekannt. Die Gasprobe wird dabei mittels eines geregelten Treibgas
stromes nach der Verdünnungsmethode aus dem Entnahmeraum abgesaugt
und über eine Leitung dem Meßgerät zugeführt. Die Verdünnung dient dazu,
das Meßgerät vor chemisch aggressiven und korrosiven Gasbestandteilen
zu schützen, indem es die Konzentration herabsetzt. In der Vorrichtung fin
det keine Adsorption von Komponenten des entnommenen Gases statt.
Aus der DE 34 22 062 A1 ist ein Verfahren zur Langzeitbestimmung des
Schadstoffgehalts von feststoffbeladenen Abgasströmen bekannt, welches
durch isokinetische Absaugung eines Teilstromes mit anschließender Fest
stoffabtrennung und Gaswäsche in der Lage ist, den Schadstoffgehalt der
abgeschiedenen Parikel sowie denjenigen der in der Waschflüssigkeit fest
zustellen. Nicht erfaßt werden gasformige Schadstoffe, die sich in den ver
wendeten Waschflaschen nicht oder nur in geringen Mengen lösen, wie z. B.
Dioxine und Furane.
Aus der B 21 20 392 A ist ein Meßverfahren zur Bestimmung der Partikel
verteilung von Aerosolen in durchströmten mehrschichtigen, porösen
Kugelschichten bekannt. Das dort bezeichnete Filterverfahren mit anschlie
ßender kapillarer Aufnahme der abgeschiedenen Flüssigkeit in auß
genden Kanälen eignet sich vornehmlich zur Bestimmung von flüssigen oder
gemischt fest-flüssigen Aerosolen. Die Partikelgrößenverteilung wird durch
Gewichtszunahme der einzelnen Kugelfilterschichten unterschiedlichen
Durchmessers und der zugehörigen saugfähigen Randelemente ermittelt.
Aus der DE 41 07 902 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung zur In-Line-Analyse der
Partikelgrößenverteilung von Aerosolen in Abgasen bekannt. Die Klassifizie
rung der Partikel gemäß ihrer Größe erfolgt in mehreren Klassifiziereinheiten
bestehend je aus einer speziellen Düse und einer Prallplatte, die so
ausgeführt sind, daß sie genau abgegrenzte Partikelgrößen abscheiden. Die
Messung der jeweils nicht abgeschiedenen Partikel erfolgt durch Streulicht
detektoren. Nebeltröpfchen werden in einer angeschlossenen Heizstufe ver
dampft und lassen sich somit getrennt erfassen.
Aus der DE US 41 41 238 ist ein anderes Verfahren zur Bestimmung des Feststoff
gehaltes von Gasströmen bekannt, welches wie ein Elektrofilter arbeitet. Es
handelt sich hierbei auch um ein in ein In-Line-Verfahren, welches nach dem iso
kinetischen Prinzip betrieben wird und die Feststoffpartikel durch elektrosta
tische Kräfte an einer Hochspannungselektrode anlagert.
Der hier vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Langzeitüberwachung von chlorierten Kohlenwasserstoffen und che
misch verwandten Schadstoffen anzugeben, welches eine summarische
Aussage über die Schadstoffbelastung einer Abgas emittierenden Anlage
ermöglicht. Dabei soll kein mit Schadstoffen beladener Abgasteilstrom aus
dem Abgaskanal entnommen werden. Diese Aufgabe wird durch ein Verfah
ren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Wei
terbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, ein einfaches und wirtschaft
liches Verfahren entwickelt zu haben, mit dessen Hilfe sich Emissionen der
zuvor genannten Abgasbestandteile (Schadstoffe) kontinuierlich überwa
chen lassen, in dem die langfristige Adsorptionsfähigkeit (Potential) der Ak
stivkohle oder ähnlich wirkender Adsorbentien als "Memory-Effekt" genutzt
wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher
beschrieben.
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Adsorbersonde (1) wird in den Gasstrom
eingebracht und von diesem durchströmt. Die Überwindung der Strömungs
druckverluste (Reibung usw.) besorgt ein Druckluft-Treibstrahl (2)
(Strahlsauger) bzw. ein Ventilator (3). Die Saugwirkung wird pneumatisch
oder elektrisch so geregelt,daß die Strömungsgeschwindigkeit am Eintritt
der Sonde mit denjenigen der vorbeistreichenden Strömung im Abgaskanal
übereinstimmt (Prinzip der isokinetischen Strömungsableitung). Die Strö
mungsgeschwindigkeitsmessung (F) erfolgt je nach Höhe der Geschwindig
keit mittels Staurohren (Pilot-Rohr) oder Hitzdraht-Anemometern an beiden
Meßorten.
Nach der Geschwindigkeitsmessung am Sondeneintritt erweitert sich der
Strömungsquerschnitt der Sonde konisch als Diffusor (4). wobei die Strö
mung sich verzögert und eine Geschwindigkeit < 0,1 m pro Sekunde er
reicht, die notwendig ist, um eine ausreichende Adsoption zu gewährleisten.
Die Sondenerweiterung wird deshalb entsprechend der maximal möglichen
Geschwindigkeit im Abgaskanal dimensioniert
Öffnungsverhältnis: ca. 1:10).
Nach der Erweiterung ist die folgende als Rohr bzw. Kanal ausgebildet, in dem
sich das Adsorbens als eine mindestens zweigeteilte Schicht (Schüttung
oder als poröser Festkörper) befindet. Im Fall einer Schüttung wird diese
durch Gitter, Jalousien oder ähnliche Vorrichtungen gegen Austragung gesi
chert. Zwischen beiden Schüttungen kann ein statischer Mischer (5) zur
besseren Temperatur- und Konzentrationsverteilung im Abgas eingebracht
sein. Die erste Adsorerschicht (6) dient als eigentliche Analyseschicht; die
zweite (7) als Kontrollschicht bei Überschreiten der Beladungsgrenze der
ersten Schicht. In Folge hinter den Adsorberschichten (6 + 7) sind die Saug
vorrichtungen (Ventilator, Strahlsauger) und eine Temperaturkontrolle (T)
angeordnet. Die Temperaturkontrolle initiiert bei Erwärmung gegenüber der
umgebenden Strömung die Zugabe von Inertgas (8) (z. B. N2) zur Erstickung
von möglichen Glimmbränden.
Das Probengas wird durch die Saugvorrichtung dem Abgasstrom direkt wie
der beigemischt.
Die Probenahmesonde kann z. ß. durch Schraubverbindung geöffnet wer
den um die Adsorberschichten nach Ablauf des Überwachungsintervalles
(1-12 Monate) getrennt zu entnehmen und im Labor zu untersuchen.
Die Laboruntersuchung geschieht extraktiv durch bekannte Verfahren (z. B.
Toluol-Extraktion in Soxhlet-Apparatur). Die Wiederfindungsrate beträgt bei
diesem Verfahren ca. 70-80% und wird für jedes Adsorbens anhand von
Vergleichsanalysen (z. B. 13C-Markiernngsmethode) kalibriert und arithme
tisch auf das Analysenergebnis angerechnet.
Die Sonde sollte an einem solchen Ort in den Abgaskanal eingebracht wer
den, dessen Schadstoffkonzentration als repräsentativ für den gesamten Ka
nalquerschnitt anzusehen ist. In Fig. 3 ist eine mögliche Anordnung im Ab
gaskanal dargestellt.
Claims (3)
1. Verfahren zur Langzeitüberwachung von gasförmigen und aerosolge
bundenen chlorierten Kohlenwasserstoffen und chemisch verwandten
Schadstoffen in einem Abgaskanal mit einer Probenahmeeinrichtung,
wobei
- - ein Teilstrom des Abgases isokinetisch durch eine Probenahme sonde (1) mit Adsorberschüttung (6. 7) gesaugt wird,
- - die Strömungsgeschwindigkeit (F) des Abgases im Abgaskanal und am Eintritt der Probenahmesonde (1) gemessen wird,
- - die isokinetische Durchströmung der Probenahmesonde (1) mit tels geregelter Fremdenergie durch eine Triebstrahldüse (2) oder einen Ventilator (3) so geregelt wird, daß die Strömungsge schwindigkeit am Eintritt der Probenahmesonde (1) mit denjenigen im Abgaskanal übereinstimmt,
- - das Verfahren so durchgeführt wird, daß sich die gesamte Probe nahmeeinrichtung im Abgaskanal befindet und der Teilstrom des Abgases dem Abgasstrom nach dem Durchströmen der Adsor berschüttung (6, 7) der Probenahmesonde (1) wieder beigemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Teilstroms des
Abgases nach dem Durchströmen der Adsoberschüttung (6. 7) in der
Probenahmesonde (1) gemessen wird und dem Gasstrom bei Erwär
mung gegenüber der umgebenden Abgasströmung Inertgas (8) zuge
geben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Adsorberschüttung
(6. 7) in zwei Schichten geteilt wird, die getrennt aus der Probenahme
sonde (1) entnehmbar sind.
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