Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 1 GÁZELEMZŐ KÉSZÜLÉKEK Kovács Viktória Barbara BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 2 KÁROS ANYAG EMISSZIÓ MÉRÉS Káros anyagok Emisszió mérőrendszer – In-situ (in-stack, cross-stack) – Ex-situ (extraktív, mintavételezés) Mintavevő műszerek követelményei ElemzőkEGR Tanszéken: – NDIR (CO, CO 2, CH 4, ….)Servomex 1400B4 SPX O 2 /CO 2 Thermo 48C CO – FID (THC, C x H y, VOC)Bernath Atomic Modell 9900 THC – PMD (O2)Servomex 1400B4 SPX O 2 /CO 2 – (H)CLD (NO, NOx,)Thermo 42C NO-NO 2 -NOx Cellás mérőrendszer Kromatográfia Régebbi mérőrendszerek

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 3 TÜZELÉS SORÁN KELETKEZŐ SZENNYEZŐ ANYAGOK CO 2 :üvegházhatás CO : mérgező (fulladás ~700ppm-től) THC (VOC, PAH) – sokféle káros tulajdonság vegyületfüggő: – pl:metán: üvegházhatás, de az aromások rákkeltők NOx (NO, NO 2, N 2 O): SOx (SO 2, SO 3 ): (Dioxin, furán vegyületek: teratogén, mutagén) savas ülepedés

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 4 IN-SITU MÉRÉS – HELYSZÍNI MÉRÉS Előny –Nem kell mintát előkészíteni –Kis holtidő Hátrány –Drágábba felszerelés –Több komponens mérése kritikus –Nedves állapotot mér NOx reduction with SCR_SICK.mp4:

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 5 EX-SITU - MINTAVEVŐ RENDSZER Előny – Mérés a kibocsátástól messze is megoldható – Több rendszer is üzemeltethető egyszerre – Kis koncentrációk is mérhetők Hátrány – Több egységből épül fel – Nagy holtidő – Korrózió, vezetékeldugulás veszélye – Vízkicsapódás (befagyhat, korrózió) – Korom lerakódás („cső emlékezik”)

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 6 MÉRŐMŰSZEREK KÖVETELMÉNYEI 1. Lehetőleg fizikai elven mérjen (kémiai is lehet) 2. Gyors legyen (min. mp-es reakcióidő) 3. Időben stabil legyen 4. Megfelelő érzékenységgel rendelkezzen 5. Szelektív legyen 6. Keresztérzékenysége kicsi legyen 7. Lineáris karakterisztikájú legyen 8. Időjárástól független legyen 9. Védett legyen 10. Lehetőség szerint olcsó legyen

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 7 TELJES BIZONYTALANSÁG - U(Y)[%] Például: MSZ EN O 2 koncentráció meghatározásra

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 8 TELJES BIZONYTALANSÁG - U(Y)[%] Kiterjesztett bizonytalanság: Teljes bizonytalanság: U(C O2,% ) = ± u(C O2,% ) * k k=2 A műszer (mért érték) elfogadható, ha: U(C O2,% ) < mért érték 6%-a

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 9 MŰSZEREK KALIBRÁLÁSA U = analóg kimenez, áram (4-20 mA) vagy feszültség (0-1V, 0-10V) C = null és végkitérés koncentrációk C r, CmCm Ideális: C m = C x Valóság: C m = aC x +b, vagy nem lineáris

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 10 INFRAVÖRÖS SPEKTROSZKÓPIA Az infravörös spektroszkópia, mely a rezgési spektroszkópia egyik formája, az analitikai kémia egy elemzési módszere, a színképelemzés tárgykörébe tartozik. A módszer lényege, hogy a vizsgálandó mintát besugározzuk infravörös EM sugárzással λ: 780 nm –1000 μm (f: 300 GHz – 384 THz) mintán áteső, vagy a mintáról visszaverődő, a minta molekuláris tulajdonságai által módosított sugárzás változását a megfelelő detektorok jelkülönbségén mérjük Kertész Károly: Folyamatos gázelemzés

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 11 CH 2 CSOPORT REZGÉSEI CH 2 X 2 MOLEKULÁBAN Szimmetrikus nyúlás Aszimmetrikus Nyúlás Ollózás RingásCsóválásCsavarodás

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 12 NDIR (NON-DISPERSIVE INFRARED ABSORPTION) NDIR SZENZOR ELVI FELÉPÍTÉSE IR_1.avi:

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 13 NDIR (NON-DISPERSIVE INFRARED ABSORPTION) NDIR.avi:

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 14 NDIR (NON-DISPERSIVE INFRARED ABSORPTION)

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 15 NDIR (NON-DISPERSIVE INFRARED ABSORPTION) INFRAVÖRÖS ABSZORPCIÓS MÉRÉSI ELV

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 16 NDIR – CO 2 IR_3.avi:

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 17 INFRAVÖRÖS ABSZORPCIÓS MÉRÉSI ELRENDEZÉS GAS FILTER CORRELÁCIÓS IR (GFC) MÓDSZER

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 18 FTIR - FURIER TRANSFORMED IR SPECTROSCOPY A gázállapotú molekulák a rájuk jellemző frekvencián rezegnek. A rez- gésekhez tartozó frekvencia az adott molekula energiaállapotát jellemzi. Az infravörös besugárzás hatására a molekula egy magasabb energiaállapotba kerül, miközben a rá jellemző frekvencián sugárzást nyel el. Az FTIR-spektrométer széles spektrális tartományban gyűjt egyidejűleg spektrális adatokat. A fényforrásból, ami a mérendő hullámhosszak teljes spektrumát tartalmazza, egy interferométeren keresztül jut a fény a mintára, ahonnan kilépő fény spektruma pillanatról-pillanatra más. Minden pillanatban megmérik, hogy az így besugárzott energia mekkora részét nyeli el a minta. A nyers adatoknak (interferogram) tényleges spektrummá alakításához a Fourier-transzformációt alkalmazzák. A folyamat eredménye az IR abszorbciós spektrum, mely egyedileg azonosíthatóvá teszi a molekulát.

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 19 FTIR - FURIER TRANSFORMED IR SPECTROSCOPY A molekulák a rájuk jellemző abszorbciós spektrumukkal azonosíthatók. Kivételt képeznek a kétatomos gázmolekulás, mint az O 2, N 2, H 2, Cl 2, F 2, és a nemesgázok, valamint a nagyon alacsony abszorbciós képességű H 2 S. Az abszorbció mértéke arányos az adott komponens koncentrációjával (Lambert-Beer törvény) HCl molekula a 2880 cm-1 hullámszámon rezeg Abszorbancia fénysebesség hullámhossz ___________ Frekvencia = Kertész Károly: Folyamatos gázelemzés

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 20 NDIR/ FTIR ÖSSZEHASONLÍTÁS Gas Filter Correlációs IR Egy szűrő által meghatározott keskeny frekvenciasávban mér Egy szűrővel csak egy komponens mérhető Többkomponensű gázkeverékek további szűrők alkalmazását teszik szükségessé További szűrők használata további kalibrációt feltételez. Fourier Transform Infrared (FTIR) A Spektrometer egyidejűleg a teljes spektrumon mér és teljes elnyelési spektrumot állít elő. Egyidejűleg számos molekula vizsgálható Ugyanazok az optikai eszközök használhatóak bármely komponens mérésére, nem szükséges minden komponensre kalibrálni. IR_2.avi Kertész Károly: Folyamatos gázelemzés

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 21 THERMO 48C CO ELEMZŐ GFC IR

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 22 KEMILUMUNESZCENCIA A nitrogén-monoxid molekula ózon hatására nitrogén dioxiddá oxidálódik, miközben a nitrogén- dioxid molekulák egy arányos része gerjesztett állapotba kerül. NO+O 3 → (1-n)·NO 2 + n·NO 2 *+O 2 A gerjesztett állapotból a stabil állapotba történő átalakulás során a molekula fényenergiát bocsát ki. A kibocsátott fényt egy detektorral elektromos jellé alakítva a koncentrációval arányos jel mérhető. NO 2 * → NO 2 + hv

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 23 CLD (CHEMILUMINESCENT DETECTOR) Alapja:NO+O 3 →NO 2 *+O 2 Chemiluminescence magic.mp4: Infrared

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 24 NO X MÉRÉS 1- O 2 vagy levegő; 2- ózon generátor; 3- reakció kamra; 4- foto elektronsokszorozó; 5- kijelző; áram ellátás; 7- NOx konverter (üvegszerű fűtött szén-ágy); 8- szűrő; 9- minta; 10- NO Konverzió hatásfoka hőmérséklet függő NO 2 redukció NO-vá NO+O 3 →NO 2 *+O 2

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 25 THERMO 42C NO-NO2-NOX ELEMZŐ CLD NO+O 3 →NO 2 *+O 2 Konverter -Hatásfok hőmérséklet függő: molibdén kb. 325°C-ra melegítve -Felépítés: szigetelt ház, fűtés, replaceable cserélhető patron, K-típusú termoelem

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 26 FID - FLAME IONISATION DETECTOR A szerves kötésben lévő szén hidrogénlángban bekövetkező ionizációján alapul. A FID által mért ionáram függ az égésgáz lángjában elégő szerves vegyületek szénatomjainak számától, a kötési formától (egyenes vagy elágazó lánc) és a kötési partnerektől (~1 a ből képez iont). A válaszjelfaktor a detektor specifikus felépítésétől és a beállított üzemeltetési körülményektől függ. A következő ábra azt az elvet mutatja be, amikor a detektorban a gázmintát olyan hidrogénlángba vezetik, ami egy egyenfeszültségű elektromos térben helyezkedik el. A gázminta elégése egy specifikus ionáramot kelt, melyet megfelelő műszerrel mérnek.

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 27 FID ÉGŐFELÉPÍTÉSE I. CH + O  CHO + + e - -Mérhető áram: A -Minta nélkül: A -Detektor válaszjel ~ mérendő *10 7 -Érzékenysége TCD-hez képest Fid.swf

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 28 FID ÉGŐFELÉPÍTÉSE II. CH + O  CHO + + e V a lángnál

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 29 FID – LÁNG FELÉPÍTÉSE

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 30 FID - LÁNGIONIZÁCIÓS DETEKTOR CH + O  CHO + + e -

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 31 UV-FID CH + O  CHO + + e -

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 32 OXIGÉN MÉRSE - PARAMÁGNESES DETECTOR A kiegyenlítetlen, páratlan spínű elektronokkal rendelkező atomok, mint az oxigén paramágnesességet mutatnak, azaz az ilyen atomokra a külső mágneses tér vonzást gyakorol.oxigén paramágnesességet külső mágneses tér vonzást gyakorol A füstgázok egyéb összetevői nem vagy nagyon kis mértékben rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal, ezért alkalmas az oxigén szelektív mérésére. Meghatározott geometriájú mérőcellát mágneses térbe helyezve a paramágneses tulajdonságú molekulák egyirányú áramlása idézhető elő. Az áramlás mértékét érzékelő detektor mérőjele arányos a gázkeverék oxigéntartalmával.

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 33 PMD (PARAMAGNETIC DETECTOR)

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 34 PMD (PARAMÁGNESES DETEKTOR) O2+100Nitrogen-0.42 Air+21 (száraz)Chlorine-0.13 CO2-0.61Hydrogen-0.12 Argon-0.58Acetylene-0.38 Ammonia-0.58N2O-0.58 Ethane-0.83NO+43.8 Methane-0.37NO Keresztérzékenység

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 35 O 2 MÉRÉS ALTERNATÍV MEGOLDÁSA CIRKÓNIUM SZONDA 1- levegő; 2- füstgáz; 3- érzékelő; 4- elektrolit (cirkónium-dioxid); 5- füstgáz oldal; 6-referencia oldal; 7- oxigén ionáram Oxygen Sensor.avi:

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 36 CELLÁS MÉRŐRENDSZEREK TESTO 350 –platina – SO 2 aktív szén, arany - CO, platina COSO 2 NONO 2 H2SH2S CO SO NO NO H2SH2S Keresztérzékenység Anód: CO+H 2 O -> CO 2 +2H + +2e - Katód: ½ O 2 +2H + +2e - -> H 2 O

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 37 GÁZKROMATOGRÁFIA Oszlop v. Kolonna Vivőgáz GC Columns.avi:

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 38 GÁZKROMATOGRAM

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 39 KALIBRÁCIÓ/KAZÁNOS LABOROK MŰSZEREI O2: SERVOMEX 570A (PM) CO/CO2/CH4: H&B URAS 10E CO: H&B URAS 2T (NDIR) NO: H&B Radas 1 (NDUV)

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 40 EGR AKKREDITÁLT EMISSZIÓ MÉR LABORATÓRIUMA THC (FID): Bernath Atomic 9000 NO/NO 2 /NOx (CLD): Thermo 42 C HL CO (NDIR): Thermo 48 C HL SO 2 (PFA): Thermo 43 C HL O 2 (PM): Servomex 1400B4 SPX CO 2 (NDIR): Servomex 1400B4 SPX CH 4 (NDIR): MAIHAK, S-710 AVL 415 smoke analyser Thermo = Thermo Environmental Instruments

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 41 RÉGEBBI MÉRŐMŰSZEREK Gázok hővezetési tényezőjének különbözősége alapján működő készülék: – ha mérő és a referencia csatornában nem azonos gáz van az másképp fogja hűteni az ellenállásokat, – a mérendő gáz koncentrációjával arányosan megváltozik az ellenállása a mérőcsatornában az ellenállásnak – Gyakorlatban: Wheatstone-híd 4 db azonos platina huzalokkal. 2-2 a mérő és a referencia csatornában van, ellenállás változást mér itt is

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 42 RÉGEBBI MÉRŐMŰSZEREK Égés során felszabaduló hő hatása alapján működő készülék: – a mintagázban lévő éghető gáz, a nagy hőmérsékletű katalizátor mellett áramolva elég, a felszabaduló hőáram pedig a katalizátor hőmérsékletének emelkedését okozza, ami arányos a mintagázban lévő vizsgált éghető gáz koncentrációjával – Gyakorlatban: Wheatstone-híd platina huzalokkal, egyik referencia a másik a mérő, + 2 hőmérsékletváltozásra érzéketlen ellenállás

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 43 RÉGEBBI MÉRŐMŰSZEREK Duplex-Mono készülék: – CO 2 meghatározása elnyeletés alapján Orsat készülék : – elnyelető oldat, mintagáz térfogatcsökkenésből lehet következtetni az egyes komponensek mennyiségére CO +SO 2 -KOH O 2 -lúgos pirogallol oldat CO-ammóniás rézklorid

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 44 RÉGEBBI MÉRŐMŰSZEREK Kémiai elven működő készülék: – A vizsgálandó gázt egy reagenssel töltött üvegcsövön áramoltatják át. – Gázok meghatározott reagenssel történő reakciója során a reagens eredeti színe megváltozik. – Az elszíneződő csőhosszúság a gázkoncentrációra jellemző. – A üvegcsövön, lévő skálán a gázalkotó mennyisége leolvasható. – A szonda csak egyszer használható – ilyen az alkohol szonda

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 45 KÉRDÉSEK 1. Melyek az égéstermékben előforduló legjelentősebb gáznemű légszennyezők és miért károsak? 2. Az égéstermékek (füstgázok, kipufogógázok) milyen előkezelését igénylik a emisszió mérő műszerek? 3. Hogyan mérjük a O 2 koncentrációt (PMD) ? 4. Hogyan mérjük a CO 2 koncentrációt (NDIR)? 5. Hogyan mérjük a CO koncentrációt (NDIR)? 6. Hogyan mérjük a NOx koncentrációt (CLD)? 7. Hogyan mérjük a THC koncentrációt (FID)?

Kovács Viktória Barbara| Gázelemző készülékek| © 2015 BMEGEENAG51 és BMEGEENAG71| KF83 | 2015/16-1| 46 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! Kovács Viktória Barbara D207B