Intensificator FID si monitor

Transkript

1 Masurarea compusilor organici foarte volatili cu ajutorul detectorului de ionizare cu flama (FID) - EN Conform Art. 8(5) din HG 699/2003 (Art. 9 din Directiva 1999/13/EC) trebuie verificate conditiile prevazute la Art. 5 alin. 8 si 9 privind suma concentratiilor masice ale fiecarui compus organic volatil. In toate celelalte cazuri trebuie verificat daca sunt respectate conditiile privind masa totala a carbonului organic emis ( mg C/Nm 3 ), daca Anexa IIA la Directiva VOC nu prevede altceva. Directiva VOC nu prevede in acest scop nici o metoda de masurare. In principiu masa carbonului organic emis poate fi determinata prin aplicarea a doua proceduri de masurare: Determinarea carbonului total prin determinarea carbonului captat prin absorbtie in silica-gel Determinarea carbonului total prin aplicarea principiului de masurare a detectorului de ionizare cu flama (FID) De regula se determina procentul de total-carbon in procesul de masurare a emisiei pentru a se face dovada respectarii valorilor limita ale emisiei cu ajutorul unui detector de ionizare cu flama (cu ajutorul procedurii ADS nu se capteaza hidrocarburile care ard la temperatura mica; procentul mare de CO 2 si ca vapori de apa limiteaza aplicarea procedurii ADS). In cele ce urmeaza sunt prezentate bazele procedurii de masurare. Sursa de tensiune Electrozi ioni Flama Aer de ardere Arzator Intensificator FID si monitor Sursa: Fa. Sick/Maihak Gaz de ardere Gaz de proba Principiul de masurare al FID se bazeaza pe chemi-ionizarea substantelor organice intr-o flama de hidrogen. Astfel substantele organice sunt descompuse piroliptic si apoi ionizate. Curentul de ioni care apare intr-un camp electric este intensificat si afisat electric. Semnalul de masurare este aproximativ proportional cu numarul atomilor de carbon legati din gazul din care se preleveaza probe. Pagina 1 din 11

2 Semnal = r * C c C c = concentratia de carbon din gazul supus masurarii Factorul proportionalitate (=factorul response) depinde atat de formulele de legare si de elementele cu care se leaga atomii de carbon datorita posibilitatii diferite de ionizare cat si de tipul instrumentului de masurare si a conditiilor de operare ale acestuia. Compusii organici in care sunt prezenti heteroatomi, de ex. N, O, S, Cl, rapund in general cu o sensibilitate mai redusa. Nu se inregistreaza monoxid de carbon si dioxidul de carbon. Factorul response r = afisajul indicat pe ecranul aparatului/valoarea de referinta FID este calibrat cu ajutorul gazelor pentru de verificare certificate, de regula amestecuri de propan cu aer. Der FID ist werksseitig in [ppm] geeicht. In cazul in care in gazul supus masurarii se constata prezenta unui compus organic necunoscut, se aplica urmatoarea formula: C cp [mg C/Nm 3 ] = (n Propan * M C * C VP [ppm])/v Propan n Propan = numarul atomilor de carbon dintr-o molecula = 3 M C = masa molara a carbonului = 12 g/mol V Propan = volumul molar al propan-ului la o temperatura de 0 C, 1013 hpa (22,4 l/mol) C cp [mg C/Nm 3 ] = 1,608 * C VP [ppm] Astfel, C VP reprezinta valoarea masurata obtinuta in ppm (parts per million) carbon in functie de propan, si anume ca echivalent propan. Prin urmare, C CP reprezinta concentratia masica in mg C/Nm 3 indicata ca echivalent propan; si anume concentratia masica C CP indica ce concentratia masica a propanului corespunde semnalului FID dat de gazul supus masurarii. Pentru stabilirea concentratiei masice a carbonului din compusul organic neidentificat concentratia masica sus-mentionata sub forma de echivalent propan se imparte la factorul response r s al substantei: C CS [mg C/Nm 3 ] = C cp [mg C/Nm 3 ]/r s = 1,608 *C VP [ppm]/r s Din motivele prezentate mai sus trebuie efectuata o calibrare in cazul emisiilor de substante definite sau de amestecuri de substante sau efectuat un calcul in baza factorului response care urmeaza a fi determinat in urma calibrarii cu propan. In cazul amestecurilor complexe se va lua in calcul un factor response reprezentativ. Exemplu 1: In gazul rezidual se gaseste ca si compus organic volatil exclusiv acetona. Semnalul obtinut: 54 ppm; etalonarea pe propan; factorul response al acetonei: 0,77 C Acetona [mg C/Nm 3 ] = 1,608 * 54 ppm/0,77 = 112,7 mg C/m 3 Transformare in C Aceton [mg/nm 3 ]; masa moleculara a acetonei (C 3 H 6 O) = 58; raport Pagina 2 din 11

3 carbon/masa molecula f = 3* 12/58 = 0,62 C Acetona [mg/nm 3 ] = C Acetona [mg C/Nm 3 ] / f = 182 mg/nm 3 resp. C Aceton [mg/nm 3 ] = 1,608*C VP [ppm]/(r s * f) S Exemplu 2: Proces de prelucrare a lacurilor, in aerul rezidual exista un amestec de toluen, etanol si acetat etilic intr-un raport de amestec constant in timp. Caracteristicile cunoscute ale aerului rezidual sunt urmatoarele: Substanta Factor response r i Masa molara [g/mol] Masa totala- Procent de greutate x i Numarul atomilor de carbon dintr-o molecula k i Toluen 1,08 92,14 0,12 7 Etanol 0,76 46,07 0,19 2 Acetat etilic 0,75 88,11 0,69 4 Calcularea masei de carboni-a procentului de greutate y i : y i = (x i * k i )/Σ(x i *k i ) De aici rezulta pentru fiecare substanta in parte: ytoluen = 0,21 yethanol = 0,10 yethylacetat = 0,69 Factorul response al amestecului de solventi: R ges = Σ(y i r i ) = 0,21*1,08 + 0,10*0,76 + 0,69*0,75 = 0,82 Semnalul cu 95,1 ppm da o concentratie masica ca echivalent propan de 153 mg/nm 3. De aici rezulta pentru concentratia masica a emisiei suma substantelor organice volatile din gazul rezidual, indicat ca total-c: C VOC [mg C/Nm 3 ] = 1,608 * 95,1 ppm/0,82 = 187 mg C/m 3 Efectuarea masurarii: Pentru a se evita ca timpul alocat pentru timpul de reglare sa fie mare, sondele de prelevare a probei si conductele de gaz de unde se preleveaza probe trebuie sa fie pe cat posibil de scurte. Pentru ca precizia masurarii sa creasca sondele de prelevare a probei, filtrele si conductele de gaz de unde se preleveaza proba trebuie sa poate fi incalzite pana la ca. 200 C Pagina 3 din 11

4 Inainte si dupa efectuarea unei serii de masurare afisajul cu valorile masurate de pe ecranul instrumentului de masurare trebuie verificat si eventual reglat. Curgerea aerului de ardere ar trebui sa fie realizat de asa maniera, incat pe de-o parte flama sa arda in siguranta, iar pe de alta parte punctul de roua al gazului de proba sa nu scada prin diluare, pentru evitarea condensarii in conducta de gaz rezidual a detectorului. Exemple de aplicare pentru determinarea emisiilor de substante organice, indicate ca total-carbon: 1. Emisii eliberate in cadrul procesului de vopsire la retusarea suprafetelor vehiculelor Au fost determinate emisiile eliberate in cadrul procesului de vopsire prin aplicarea tehnologiei conventionale de pulverizare in aer cu ajutorul aerului comprimat prin utilizarea vopselelor cu continut de solventi (40 greutate.% corp solid si 60greutate% solvent). S-au efectuat masurari pentru trei vopsiri separate. Pe langa valorile masurate ale temperaturii si ale concentratiei de total-carbon sunt prezentate in urmatoarele grafice suplimentar inclusiv valorile medii momentane ale concentratiei (calculate de la inceperea procesului de vopsire). Pagina 4 din 11

5 Pulverizare anterioara Vorspritzen Pulverizare ulterioara Nachspritze mg 3 Uscare Zwischentrocknen intermediara Vaporizare Abdunste Valoare Mittelwert medie Grenzwert Valoarea limita T [ C] Valuare Aktueller masurata Messwert actuala mg C/m 3 Imag 2.1 Concentratia Abluft-Konzentration si temperatura und Temperatur aerului rezidual bei der la prima ersten lacuire Pulverizare Vorspritzen anterioara Pulverizare ulterioara Nachspritzen Uscare Zwischen intermediara -trocknen Vaporizare Abdunsten Valoarea limita Grenzwert Valaorea medie Mittelwert T [ C] Valoarea masurata Aktueller Messwert actuala mg C/m 3 Imag 2.2 Abluft-Konzentration Concentratia si temperatura und Temperatur aerului rezidual bei der la zweiten a doua lacuire Vorspritzen Pulverizare anterioara Uscare Zwischen intermediara -trocknen Nachspritzen Pulverizare ulterioara Abdunsten Vaporizare Valoarea limita Grenzwert Valaorea medie Mittelwert T [ C] Valoarea masurata actuala Aktueller Messwert Abluft-Konzentration Concentratia si temperatura und aerului Temperatur rezidual la a bei treia der lacuire dritten Lackierung Pagina 5 din 11

6 2. Emisii eliberate in procesul de lacuire a pieselor de metal Debitul volumic al gazului rezidual: ca m 3 /h 2 =gazul de verificare mg C/m 3 Concentratia de C total 1 =gazul nul Timp [Min] 3. Masurari ale emisiei efectuate la o instalatie de lacuire a lemnului dotata cu biospalator Aerul rezidual cu continut de solventi din rezervor si din instalatiile de lacuire este transmis la biospalatorul in doua trepte cu dispozitiv de activare pentru regenerarea apei utilizata pentru spalare si cu biofiltru pentru curatare fina. Compozitia medie a gazului brut: Poluant Concentratia masica Mase % Acetona Etanol 13 6 Acetat etilic 11 5 n-butanol 2 1 n-acetat butilic 8 4 Debitul volumic al gazului brut: m 3 /h Pagina 6 din 11

7 mg C/m 3 Gaz brut Valoarea limita Reingas Gaz pur Ora Gaz brut gaz epurat -----valoarea limita conf. TA Luft 50 mgc/m 3 Pagina 7 din 11

8 4. Untersuchung des Reinigungsverhaltens einer Katalytischen Nachverbrennung am Beispiel einer Druckerei Imag. 1: Capacitatea de curatare depinde de debitul volumic al gazului rezidual Gaz pur Gaz brut Ca mgc/m 3 4 masini de tiparit aflate in functiune 5 Druckmaschinen in Betrieb Ca. 24 mgc/m ppm 500 ppm 700 ppm Rezultat: La exploatarea a 5 masini de tiparit concentratia maxima a gazului brut este de ca mg C/m 3 ; iar concentratia gazului pur ca. 24 mg C/m 3 La oprirea din functiune a masinii de tiparit R 50/8 concentratia gazului pur este de aproximativ 0 mg C/m 3 ; la un debit volumic al gazului rezidual astfel mai scazut catalizatorul poate sa functioneza la capacitate optima -> Capacitatea de curatare depinde foarte mult de debitul volumic al gazului rezidual! Pagina 8 din 11

9 Abb. 2: Fluctuatii ing gazul epurat si gazul brut Gaz pur Gaz brut 3 masini de tiparit aflate in functiune 2 masini de tiparit aflate in functiune 3 masini de tiparit aflate in functiune T = 352 C 100 ppm 500 ppm 700 ppm Rezultat: Aparitia fluctuatiilor gazului brut si ale gazului pur Marja de fluctuatie in cazul gazului brut este de ca. 15%; a gazului epurat de ca. 200% Fluctuatiile au o influenta mare asupra valorii gazului epurat -> acestea sunt de o importanta semnificativa pentru proiectarea instalatiei de purificare a gazului rezidual Momentul de aparitie si durata fluctuatiilor nu au putut fi corelate cu nici o conditie de productie Pagina 9 din 11

10 Imag. 3: Concentratia gazului brut si a gazului epurat emis dintr-o instalatie de post-ardere catalitica (KNV) in cazul unei instalatii de tiparire cu tipar pe rotativa offset cu uscare prin incalzire cu aer cald 1000 ppm 900 ppm 800 ppm Gaz 700 ppm 600 ppm 500 ppm 400 ppm 300 ppm 200 ppm 100 ppm Gaz epurat 10 ppm Ergebnis: In gazul epurat emis din instalatia de post-ardere catalitica KNV se poate respecta o concentratie masica a emisiei de <50 mg C/m 3 (concentratia masica a gazului brut: 1168 mg C/m 3 ; concentratia gazului epurat: 0 24 mg C/m 3 ; capacitatea de curatare: ca. 99%). Capacitarea de curatare depinde de temperatura catalizatorului (in acest caz este necesar ca temperatura sa fie de 350 C). Pagina 10 din 11

11 5. Monitorizarea randamentului unui absorber: masurarea gazului brut si a gazului pur in procesul de curatare a suprafetelor (curatarea recipientelor de metal) Gaz epurat Gaz brut 20 ppm 60 ppm Rezultat: Concentratia gazului pur max. 42 mg C/m 3 ; concentratia gazului brut max. 93 mg C/m 3 ; randamentul ca. 45% -> Adsober-ul are eficienta scazuta -> Este necesara luarea unor masuri de optimizare! Pagina 11 din 11