Messung biogener Gase: Konzentrationsverschiebungen durch Auskondensation von Gasfeuchte

Abstract

Emissionsmessungen biogener Gase bei hohen Quellentemperaturen und Feuchtegehalten stellen besondere Anforderungen an die Messtechnik. Auf den Gaswegen zum Analysator kann es bei Absinken des Temperaturniveaus zu Taupunktunterschreitungen und damit zu Kondensationen kommen. Muß der Analysator aufgrund seines Meßprinzipes bei niedrigen Temperaturen unterhalb des Taupunktes des Emissionsgases betrieben werden, ist eine Absenkung des Wassergehaltes erforderlich, um kondensierende Feuchte im Messgerät zu vermeiden. Ein Weg zur Absenkung des Wassergehaltes ist der Einsatz eines Messgaskühlers, in dem bei definierter Temperatur der Taupunkt durch Auskondensation abgesenkt wird. Auf zwei Weisen kann es dadurch zu Fehleinschätzungen der Emissionen kommen. Durch die Auskondensation des Wasseranteils wird der relative Anteil des Messgases erhöht, die Konzentration steigt an. Umgekehrt wird bei löslichen Gasen ein Teil des Gases durch das Kondensat ausgewaschen, die Konzentration sinkt dadurch ab. Da Ammoniak in Wasser gut löslich ist, besteht die Erwartung, dass bei Kondensation des Wasseranteils in hohem Maß Ammoniak gelöst und ausgewaschen wird. Berechnungen auf Basis von Ansätzen der Luftzustände und der Löslichkeit von Ammoniak zeigen einen überraschenden Befund: unterhalb einer bestimmten Messgaskühlertemperatur tritt eine Konzentrationsabsenkung, oberhalb tritt eine Konzentrationserhöhung auf. Zur ?oeberprüfung wurden die berechneten Konzentrationskurven mit einer speziell zusammengestellten Apparatur nachgemessen. Die Messergebnisse bestätigen mit hoher Genauigkeit die gewählten Ansätze und den Einfluss der Kondensation auf die Analytkonzentration. Zusätzlich können mit der experimentellen Methode Gaslöslichkeiten bei niedrigen Partialdrücken vermessen werden. Die berechneten und durch Messungen verifizierten Beziehungen ermöglichen die Auslegung und Betriebsweise von Messgaskühlern, deren quantitativ festgelegte Konzentrationsverschiebungen sich korrigieren lassen.