DE4125555C2 - - Google Patents

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.