Behandelen van het luchtemissiemonster

Bij een extractieve meting van luchtemissies kunnen stofdeeltjes en condensatie van waterdamp of andere stoffen de meting beïnvloeden. De meetinstantie of het bedrijf past daarom een filter toe om stofdeeltjes te verwijderen en droogt of verdunt het afgasmonster om condensatie tegen te gaan. Droging of verdunning is niet nodig bij een verwarmde analyser.

Inhoud

Deze pagina behandelt de volgende onderwerpen:

Emissiemetingen

Emissiemetingen kunnen direct in het emissiekanaal (in situ) plaatsvinden of door een monster uit het emissiekanaal te nemen (extractief).

Stoffiltering van het monster

Stofdeeltjes in het afgas kunnen de monstername of analyse op de volgende manieren verstoren:

Stofdeeltjes kunnen afzetten in het monsternamesysteem. Hierdoor kan het systeem verstoppen en te meten componenten kunnen adsorberen aan afgezet stof.
Stofdeeltjes kunnen de optische analyse in de meetcel verstoren (bij continu extractief meten).
Stofdeeltjes kunnen de absorptievloeistof of het absorptiemateriaal verstoren (bij discontinu extractief meten).

Het monsternamesysteem heeft een stoffilter om verstoring door stof te voorkomen. Het stoffilter bevindt zich voorop de sonde (in-stack), of direct na de monsternamesonde buiten het emissiekanaal (out-stack). Daardoor is ongefilterd transport van het monster door het monsternamesysteem zo kort mogelijk.

Het stoffilter is van een inert materiaal gemaakt. Componenten kunnen zo niet reageren met het filtermateriaal. Het filtermateriaal is daarom afhankelijk van de te meten component. Het filter heeft een constante temperatuur tijdens de monstername. Dit voorkomt dat condensaat van componenten of water ontstaat op het filter. Voor waterdamp is een temperatuur van 110-120 °C meestal voldoende om condensatie te voorkomen. Voor koolwaterstoffen met een hoger kookpunt is een hogere temperatuur nodig.

De meetinstantie kan het stof op het filter later analyseren. Dit is vooral van belang bij metingen naar componenten die gasvormig en stofgebonden aanwezig kunnen zijn in het afgas. Bijvoorbeeld bij zware metalen en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s).

Voorkomen van condensaat in het meetsysteem

Het is om verschillende redenen onwenselijk dat damp in het monster condenseert:

Te meten gasvormige componenten of stofdeeltjes kunnen oplossen in condensaat en neerslaan in het monsternamesysteem. Hiermee gaat de component verloren.
Het condensaat kan optische analyseapparatuur verstoren, waardoor de meting niet goed verloopt.
Condensaat kan de capaciteit van adsorptie en absorptiemiddelen verlagen. Hierdoor kan de gemeten component verloren gaan doordat deze niet adsorbeert.
De component die wordt gemeten kan condenseren. Dit is vooral van belang bij metingen naar vluchtige organische stoffen (VOS). Deze stoffen komen in het afgas voor in de gasfase, maar bij afkoelen van het monster condenseert het grootste deel van deze VOS-damp.

Om condensatie te voorkomen, verwarmt de meetinstantie het monsternamesysteem. Of een deel van het monsternamesysteem:

Voor discontinue extractieve metingen verwarmt de meetinstantie de onderdelen van het monsternamesysteem tot en met het absorptie- of adsorptiemiddel. Het is niet praktisch om een monster verwarmd te transporteren naar het laboratorium voor de analyse.
Bij een continue extractieve meting zijn alle onderdelen verwarmd, totdat het monster in het meetinstrument is geanalyseerd (warme analyse). Of tot het gecontroleerd is behandeld om condensatie te voorkomen. Bijvoorbeeld door te drogen of verdunnen.

Het is belangrijk dat alle verwarmde delen en koppelingen van het meetsysteem goede isolatie hebben. Dit voorkomt koude overgangen waarop damp lokaal kan condenseren.

Warme analyse

De meetinstantie verwarmt alle onderdelen van het monsternamesysteem: sonde, leidingwerk, filtratiesysteempompen en het meetinstrument. De temperatuur van het monster zakt dan niet zover dat de verzadigde dampdruk wordt bereikt. De dampen in het monster condenseren dus niet. Deze vorm heet warme analyse, omdat de temperatuur van het monster tijdens de analyse in het meetinstrument minimaal even hoog is als de afgastemperatuur.

Het bedrijf of de meetinstantie gebruikt warme analyse bijvoorbeeld bij meten naar VOS. Het meetsysteem verwarmt het monster tijdens transport en in het meetinstrument (de FID, vlamionisatiedetector). VOS en water in het monster condenseren hierdoor niet, en de analyse vindt dus plaats in warm en nat afgas.

De meetinstantie kan het monster ook drogen of verdunnen voor de analyse. Dit voorkomt condenseren van damp in het monster. In het meetsysteem is er verwarming van onderdelen tot het punt van drogen of verdunnen van het monster. Daarna analyseert het meetinstrument het monster, of bindt de te meten component in de adsorptiestof.

Drogen

Door drogen of verdunnen daalt de concentratie damp en wordt de druk van de damp in het monster lager. Hierdoor bereikt de damp bij afkoelen niet de verzadigde dampdruk en voorkomt het condensatie tijdens de analyse. De analyseapparatuur blijft op een constante temperatuur, zodat de omgevingstemperatuur geen invloed heeft op de analyse.

De volgende methoden zijn mogelijk als monsterbehandeling om condensatie van (water)damp tegen te gaan:

droogmiddelen
drogen met een gaskoeler
permeatiedroging
verdunning

Droogmiddelen

De meetinstantie vangt bij discontinue metingen het vocht af door het monster door een droogmiddel te leiden. Veelgebruikte middelen zijn zwavelzuur, silicagel of een molzeef. Een droogmiddel is niet geschikt voor continue meetsystemen, omdat componenten kunnen adsorberen aan het droogmiddel. Meetinstanties gebruiken deze methode bij discontinue metingen om het droge afgezogen monstervolume te bepalen, nadat de te meten component is afgevangen.

Drogen met een gaskoeler

Meestal droogt de meetinstantie het gasmonster door het te koelen. In de koeler koelt het monster geconditioneerd af tot ongeveer 4 °C. De damp condenseert en de concentratie dampen daalt in het gasmonster. Afvoeren van het condensaat uit de koeler moet snel gebeuren om de contacttijd met het monster, dat doorgaat naar de analyseapparatuur, te minimaliseren.

Bij koelen moet worden voorkomen dat stoffen (als SO₂ en NO₂) oplossen in condensaat in de koeler. De koelers zijn zo ontworpen dat er een minimale contacttijd is tussen het monster en condensaat. Hiervoor heerst er onderdruk in de koeler. De meetinstantie plaatst de pomp daarom vaak na de koeler in de monstername opstelling, om de onderdruk te realiseren.

Permeatiedroging

Een permeatiedroger heeft een membraan dat selectief doorlaatbaar is voor waterdamp. Door deze selectieve doorlaatbaarheid kan waterdamp worden gescheiden van de rest van het gasmonster.

In de droger gaat het gasmonster langs het membraan. Waterdamp in het gasmonster gaat door het membraan heen, terwijl andere componenten achterblijven. Aan de andere zijde van het membraan voert een tegenstroom met spoelgas de waterdamp af. Het voordeel van deze methode is dat er geen watercondensaat ontstaat waarin componenten in het gasmonster in kunnen oplossen.

Daartegenover is het nadeel dat een membraan kan vervuilen, waardoor de droogcapaciteit afneemt. Het membraan is daarnaast niet altijd volledig ondoorlaatbaar voor de componenten in het gasmonster. Daardoor kunnen ook andere componenten verloren gaan. Deze methode wordt beperkt toegepast bij continue metingen.

Verdunnen

Tijdens verdunning wordt er geen damp uit het gasmonster gehaald. De meetinstantie verdunt het gasmonster met stikstof (N₂) of droge lucht. Hierdoor daalt de concentratie damp in het gasmonster en wordt de druk van de damp lager.

De meetinstantie verdunt het gasmonster in de praktijk vaak 25 tot 100 keer. Deze factor is van belang, omdat de gemeten concentratie in het monster hiermee wordt gecorrigeerd naar de werkelijke concentratie. Verdunnen is niet geschikt als droogtechniek bij meting van een component met een lage concentratie in het gasmonster. De concentratie van de component kan door verdunnen lager worden dan de detectielimiet van de analyseapparatuur.

Verdunnen met droge lucht beïnvloedt de concentratie zuurstof en waterdamp in het gasmonster. Meten van de zuurstofconcentratie en waterdampgehalte moet in het onverdunde gasmonster gebeuren, om te kunnen herleiden naar droog afgas bij een referentiegehalte zuurstof.