DE102023002568A1 - Method for collecting CO2 with the isotopes 12C and/or 13C and/or 14C - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sammeln von CO2, insbesondere CO2 mit den Isotopen 12C und/oder 13C und/oder 14C aus einem Probengas, insbesondere aus dem Abgas von Verbrennungsanlagen, bei dem das im Probengas vorhandene CO2-Gas durch wenigstens eine für CO2 permeable Membran hindurch in einer CO2-Gas absorbierenden oder CO2-Gas bindenden Flüssigkeit, insbesondere in Natronlauge, gesammelt wird. The invention relates to a method for collecting CO 2 , in particular CO 2 with the isotopes 12 C and/or 13 C and/or 14 C from a sample gas, in particular from the exhaust gas of combustion plants, in which the CO 2 gas present in the sample gas is collected through at least one membrane permeable to CO 2 in a CO 2 gas-absorbing or CO 2 gas-binding liquid, in particular in sodium hydroxide solution.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sammeln von CO2, insbesondere CO2 mit den Isotopen 12C und/oder 13C und/oder 14C aus einem Probengas, insbesondere aus dem Abgas von Verbrennungsanlagen, bei dem das im Probengas vorhandene CO2-Gas durch wenigstens eine für CO2 permeable Membran hindurch in einer CO2-Gas absorbierenden oder CO2-Gas bindenden Flüssigkeit, insbesondere in Natronlauge, gesammelt wird.The invention relates to a method for collecting CO 2 , in particular CO 2 with the isotopes 12 C and/or 13 C and/or 14 C from a sample gas, in particular from the exhaust gas of combustion plants, in which the CO 2 gas present in the sample gas is collected through at least one membrane permeable to CO 2 in a CO 2 gas-absorbing or CO 2 gas-binding liquid, in particular in sodium hydroxide solution.
Das Sammeln von CO2 in der Flüssigkeit kann z.B. dadurch erfolgen, dass das CO2-Gas in der Flüssigkeit gelöst oder chemisch gebunden wird. Beispielsweise bindet Natronlauge das CO2 unter Bildung von Natriumcarbonat. Eine andere geeignete Flüssigkeit ist die Lauge von Kalziumhydoxid.The collection of CO 2 in the liquid can be achieved, for example, by dissolving the CO 2 gas in the liquid or by chemically binding it. For example, caustic soda binds the CO 2 to form sodium carbonate. Another suitable liquid is calcium hydroxide lye.
Ein solches Verfahren kann z.B. eingesetzt werden, um die Anteile von fossilen oder biogenen Anteilen in einem Verbrennungsprozess zu ermitteln, da es bekannt ist, dass fossile und biogene Ausgangsbestandteile unterschiedliche Anteile von KohlenstoffIsotopen aufweisen. Anhand der Isotopenverhältnisse im CO2-Gas kann somit auf die jeweiligen Anteile fossiler und biogener Ausgangsbestandteile geschlossen werden.Such a method can be used, for example, to determine the proportions of fossil or biogenic components in a combustion process, since it is known that fossil and biogenic starting components have different proportions of carbon isotopes. The isotope ratios in the CO 2 gas can thus be used to determine the respective proportions of fossil and biogenic starting components.
Es sind Verfahren bekannt, die solch eine Aufgabe übernehmen können. Dazu gehört das Verfahren, das Probengas mit Atemkalk in Verbindung zu bringen. Dies hat einige Nachteile zu verzeichnen.There are known methods that can perform such a task. One of these is the method of combining the sample gas with soda lime. This has some disadvantages.
Das Befüllen und Leeren der das Atemkalk-Pulver aufnehmenden Gefäße muss mit Schutzanzügen und mit Pressluftatmer erfolgen; die Gefahr, dass das Ergebnis fälschende CO2 aus der Atemluft der Laboranten in die Probe gelangt ist groß.The containers containing the soda lime powder must be filled and emptied using protective suits and compressed air breathing apparatus; there is a high risk that CO2 from the laboratory technicians' breath will get into the sample and falsify the result.
Ferner ist es fraglich, ob der gesamte Anteil an CO2 in den Atemkalk gelangt und gebunden wird; dazu muss die Kontaktfläche sehr groß bemessen werden. Verbrauchter Atemkalk gilt als besonders überwachungsbedürftiger Abfall; ein Nachweis ist erforderlich, um eine ordnungsgemäße Entsorgung zu gewährleisten.Furthermore, it is questionable whether the entire amount of CO2 gets into the soda lime and is bound; for this to happen, the contact surface must be very large. Used soda lime is considered waste that requires special monitoring; proof is required to ensure proper disposal.
In einem anderen bekannten Verfahren lässt man das Probengas als Blasen in eine CO2-Gas absorbierende Flüssigkeit, z.B. Natronlauge perlen, wodurch ein direkter Kontakt zwischen CO2-Blasen und der Flüssigkeit entsteht. Ob damit der gesamte Anteil an CO2 in der Lauge gebunden wird ist fraglich, insbesondere weil die Blasenoberfläche tiefer in der Blase liegendes Gas abschirmt. Die Verweilzeit der Blasen in der Flüssigkeit ist dabei weiterhin unbestimmt und nicht kontrollierbar.In another known method, the sample gas is bubbled into a liquid that absorbs CO 2 gas, e.g. sodium hydroxide solution, which creates direct contact between the CO 2 bubbles and the liquid. It is questionable whether the entire amount of CO 2 in the solution is bound in this way, particularly because the surface of the bubbles shields gas lying deeper in the bubble. The residence time of the bubbles in the liquid is still uncertain and cannot be controlled.
Zur Erzeugung von Blasen kann z.B. ein vom Gas durchströmtes Element, beispielsweise eine Nutsche, aus Sinterglas genutzt werden. Problematisch ist dabei, dass bei Verwendung von Natronlauge als CO2-Gas bindendes oder CO2-Gas absorbierende Flüssigkeit, das Sinterglas nicht lange standhält, da das Sinterglas, insbesondere die Kontaktstellen der feinen Glaskugeln untereinander, durch die Lauge in Verbindung mit dem durchströmenden Gas aufgelöst werden. Ein solches Blasen erzeugendes Element hat somit keine lange Standzeit.To generate bubbles, an element made of sintered glass through which gas flows, such as a Nutsche filter, can be used. The problem is that if caustic soda is used as a liquid that binds or absorbs CO 2 gas , the sintered glass does not last long, as the sintered glass, in particular the contact points between the fine glass beads, are dissolved by the caustic in combination with the gas flowing through. Such an element that generates bubbles does not therefore last long.
Ferner ist bei den vorgenannten Verfahren von Nachteil, dass die Zu- und Abfuhr des Probengases nicht von der das Gas absorbierenden oder das Gas bindenden Flüssigkeit getrennt ist. Daher müssen alle Werkstoffe, insbesondere der zur Flüssigkeit zuführenden und/oder von der Flüssigkeit wegführenden Elemente, aus laugenfestem Material vorgesehen werden. Die Gefahr eines Austritts von der mit dem Gas reagierenden oder das Gas bindenden Flüssigkeit, z.B. Natronlauge an den Steckverbindern für die Zu- und Ableitung von Probengas ist nicht wirksam zu verhindern.Another disadvantage of the aforementioned methods is that the supply and discharge of the sample gas is not separated from the liquid absorbing or binding the gas. Therefore, all materials, in particular the elements supplying the liquid and/or leading away from the liquid, must be made of alkali-resistant material. The risk of leakage of the liquid reacting with the gas or binding the gas, e.g. caustic soda, at the connectors for the supply and discharge of sample gas cannot be effectively prevented.
Weiterhin ist von Nachteil, dass es durch im Füssigkeitskontakt undicht gewordene Stellen oder Verbindungen der Rohrleitungen zu einer Verdünnung des Probengases mit der Um- oder Außenluft führen können. Das Probengas kann somit CO2-Gasanteile aus der Umgebungsluft enthalten.Another disadvantage is that leaks in places or pipe connections where liquids come into contact can lead to dilution of the sample gas with the ambient or outside air. The sample gas can therefore contain CO 2 gas components from the ambient air.
Weiterhin ist es z. B. aus der Patentanmeldung
Das z.B. aus einer Abgasleitung bzw. einem Kamin stammende Probengas einer Verbrennungsanlage hat naturgemäß eine hohe Temperatur und einen hohen Wasserdampf- oder Wasseranteil. Auch durch solche Anteile im Probengas kann das Sammeln von CO2 aus dem Probengas verfälscht werden.The sample gas from a combustion plant, for example from an exhaust pipe or chimney, naturally has a high temperature and a high water vapor or water content. Such components in the sample gas can also distort the collection of CO 2 from the sample gas.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem zuverlässig und konstruktiv einfach bei einer wirtschaftlichen Betriebsweise CO2, insbesondere CO2 mit den Isotopen 12C und/der 13C und/oder 14C aus einem Probengas gesammelt wird, vorzugsweise der gesamte Anteil von CO2aus dem der Flüssigkeit zugeführten Anteil von Probengas gesammelt wird und vorzugsweise das gesammelte CO2 so vorbereitet wird, dass es für eine Auswertung, z.B. mit Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS), des Verhältnisses der Isotopenanteile von 12C und/oder 13C und/oder 14C zueinander geeignet ist und dieses Verhältnis ausgewertet wird.The invention has set itself the task of developing a method with which CO 2 , in particular CO 2 with the isotopes 12 C and/or 13 C and/or 14 C, is collected from a sample gas in a reliable and structurally simple manner and in an economical manner, preferably the entire proportion of CO 2 is collected from the proportion of sample gas fed to the liquid and preferably the collected CO 2 is prepared in such a way that it is suitable for an evaluation, e.g. with accelerator mass spectrometry (AMS), of the ratio of the isotope proportions of 12 C and/or 13 C and/or 14 C are suitable for each other and this relationship is evaluated.
Vorzugsweise wird mit diesem Verfahren der Anteil von biogenen Brennstoffen in Verbrennungsanlagen nachgewiesen, insbesondere wobei eine Falschluftzufuhr, insbesondere aus Raumluft mit einem Anteil von nur 0,004% CO2 gegenüber 5 % bis 10 % CO2 Anteil im Probengas vermieden wird, insbesondere um Verluste bei der Geltendmachung, bzw. bei der Gutschrift von CO2-Zertifikaten und höhere Kosten oder weniger Einnahmen der Anlage zu vermeiden.Preferably, this method is used to detect the proportion of biogenic fuels in combustion plants, in particular by avoiding the supply of false air, in particular from room air with a proportion of only 0.004% CO 2 compared to 5% to 10% CO 2 in the sample gas, in particular in order to avoid losses when claiming or crediting CO 2 certificates and higher costs or lower revenues for the plant.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Probengas zunächst durch eine Kältefalle geleitet und hierbei getrocknet wird und das im getrockneten Probengas vorhandene CO2-Gas durch wenigstens eine für CO2 permeable Membran hindurch in einer CO2-Gas absorbierenden oder CO2-Gas bindenden Flüssigkeit, insbesondere in Natronlauge, gesammelt wird.This object is achieved according to the invention in that the sample gas is first passed through a cold trap and dried in the process and the CO 2 gas present in the dried sample gas is collected through at least one membrane permeable to CO 2 in a CO 2 gas-absorbing or CO 2 gas-binding liquid, in particular in sodium hydroxide solution.
Als getrocknetes Probengas wird dabei ein Probengas verstanden, welches einen geringeren Wasserbestandteil aufweist, als das nicht getrocknete Probengas, vorzugsweise weist getrocknetes Probengas keine Wasserbestandteile mehr auf.Dried sample gas is understood to mean a sample gas which has a lower water content than the non-dried sample gas; preferably, dried sample gas no longer has any water components.
Unter einer Kältefalle wird dabei ein Leitungsabschnitt verstanden, durch den das Probengas hindurchgeleitet wird und hierbei zumindest so weit abkühlt, dass Wasserbestandteile aus dem Probengas auskondensieren, somit also das aus der Kältefalle austretende getrocknete Probengas trockener ist als das eintretende Probengas. Die Trocknung ist dabei umso effektiver, je kälter die Kältefalle ist, insbesondere je tiefer diese unter Null Grad Celsius abgekühlt ist.A cold trap is a section of pipe through which the sample gas is passed and cooled at least to the point where water components condense out of the sample gas, meaning that the dried sample gas leaving the cold trap is drier than the sample gas entering it. The drying is more effective the colder the cold trap is, especially the deeper it is cooled below zero degrees Celsius.
Die Erfindung kann dabei vorsehen, dass das Probengas vor der Kältefalle in einem beheizten Leitungsabschnitt geführt wird, um ein Auskondensieren von Wasser in Leitungsbereichen vor der Kältefalle zu vermeiden.The invention can provide that the sample gas is guided in a heated line section upstream of the cold trap in order to avoid condensation of water in line areas upstream of the cold trap.
Durch das Trocknen des Probengases wird erfindungsgemäß erreicht, dass Wasserbestandteile aus dem Probengas nicht die CO2-permeable Membran belegen können, oder zumindest im Vergleich zu nicht getrocknetem Probengas weniger belegen können, so dass die Diffusion von CO2 durch die Membran nicht oder zumindest weniger durch Wasseranlagerungen beeinträchtigt wird. Es wird so besser als beim Stand der Technik gewährleistet, dass das CO2 aus dem Probengas in die Flüssigkeit übertreten und in dieser gesammelt werden kann, z.B. durch chemische Bindung an der Flüssigkeit oder Lösung in der Flüssigkeit.By drying the sample gas, the invention ensures that water components from the sample gas cannot cover the CO 2 -permeable membrane, or at least that they can cover less than non-dried sample gas, so that the diffusion of CO 2 through the membrane is not impaired or at least less impaired by water deposits. This ensures better than the prior art that the CO 2 from the sample gas can pass into the liquid and be collected in it, e.g. by chemical bonding to the liquid or dissolving in the liquid.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Probengas in einen Behälter eingeleitet wird, in welchem ein das Probengas führender Behälterbereich mittels wenigstens einer CO2permeablen Membran von einem die Flüssigkeit aufweisenden Behälterbereich getrennt ist. Eine solche Membran kann grundsätzlich jegliche Form haben, z.B. als Flachmembran ausgebildet sein.Preferably, the sample gas is introduced into a container in which a container region carrying the sample gas is separated from a container region containing the liquid by means of at least one CO 2 permeable membrane. Such a membrane can in principle have any shape, e.g. be designed as a flat membrane.
Eine solche Membran ist vorzugsweise durch einen Schlauch aus einem CO2-permeablen Material, insbesondere Silikon, gebildet, insbesondere wobei der das Probengas führende Behälterbereich das innere Volumen des wenigstens einen Schlauches umfasst und der die Flüssigkeit aufweisende Behälterbereich um den wenigstens einen Schlauch herum ausgebildet ist. Die schlauchförmige Membran kann so gleichzeitig die Funktion eines Leitungselementes übernehmen, mittels dem das Probengas durch den Behälter geleitet wird. Das Probengas kann dabei gleichzeitig im Behälter durch mehrere Schläuche aus einem CO2-permeablen Material geleitet werden. Die Führung der Medien kann auch genau umgekehrt erfolgen, also die Flüssigkeit kann im Schlauch aus einem CO2permeablen Material, insbesondere Silikon, und das Probengas außen um diesen herum geführt sein.Such a membrane is preferably formed by a tube made of a CO 2 -permeable material, in particular silicone, in particular wherein the container region carrying the sample gas comprises the inner volume of the at least one tube and the container region containing the liquid is formed around the at least one tube. The tubular membrane can thus simultaneously take on the function of a conduit element by means of which the sample gas is guided through the container. The sample gas can be guided simultaneously in the container through several tubes made of a CO 2 -permeable material. The media can also be guided in exactly the opposite way, i.e. the liquid can be guided in the tube made of a CO 2 -permeable material, in particular silicone, and the sample gas can be guided around the outside of the tube.
Die Erfindung sieht bevorzugt weiterhin vor, dass stromabwärts des Behälters mittels einer Sensorik in einem vom Behälter wegführenden Leitungsbereich der CO2 - Gehalt des vom Behälter wegströmenden Probengases ermittelt wird. Bevorzugt wird weiterhin in Abhängigkeit des gemessenen CO2 - Gehalts die Verweilzeit des Probengases im Behälter geregelt..The invention preferably further provides that the CO 2 content of the sample gas flowing away from the container is determined downstream of the container by means of a sensor in a line area leading away from the container. Preferably, the residence time of the sample gas in the container is also regulated depending on the measured CO 2 content .
Dabei kann es z.B. vorgesehen sein, dass bei einem gemessenen CO2 - Gehalt größer Null die Verweilzeit verlängert wird, so dass durch diese Verlängerung der CO2-Gehalt des Probengases verringert wird.For example, it may be provided that if the measured CO 2 content is greater than zero, the residence time is extended so that the CO 2 content of the sample gas is reduced by this extension.
Vorzugsweise sieht die Erfindung vor, dass der CO2-Gehalt im Probengas, welches das erfindungsgemäße Verfahren durchlaufen hat, einen vorbestimmten Sollwert, insbesondere den Wert Null erreicht, dass also alles CO2 aus dem getrockneten Probengas in der Flüssigkeit gesammelt wurde. So wird sichergestellt, dass die Isotopenverhältnisse korrekt messbar sind, was hingegen nicht der Fall ist, wenn die Permationsraten für CO2 verschiedener Isotope unterschiedlich ist und CO2 im Probengas verbleiben würde.Preferably, the invention provides that the CO 2 content in the sample gas which has undergone the method according to the invention reaches a predetermined target value, in particular the value zero, i.e. that all CO 2 from the dried sample gas has been collected in the liquid. This ensures that the isotope ratios can be measured correctly, which is not the case if the permeation rates for CO 2 of different isotopes are different and CO 2 would remain in the sample gas.
Es kann weiterhin auch vorgesehen sein, dass stromaufwärts vom Behälter mittels einer Sensorik in einem zum Behälter führenden Leitungsbereich der CO2 - Gehalt des zum Behälter strömenden Probengases ermittelt wird. So kann z.B. durch Messungen des CO2-Gehaltes vor und nach dem Behälter eine Qualitätssicherung betrieben werden.It can also be provided that the CO 2 content of the sample gas flowing to the container is determined upstream of the container by means of a sensor in a line section leading to the container. For example, by measuring Quality assurance can be carried out by measuring the CO2 content before and after the container.
Die Verweilzeit im Behälter kann z.B. verändert werden durch Änderung des Abströmquerschnittes in dem wegführenden Leitungsbereich oder durch Führung des Probengases im Kreislauf durch den Behälter. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass durch Änderung von Stellgrößen, wie dem vorgenannten Abströmquerschnitt oder der Verweilzeit des Gases in einem Kreislauf eine Regelung des CO2-Gehaltes auf einen Sollwert, insbesondere auf den Wert Null erfolgt.The residence time in the container can be changed, for example, by changing the outflow cross-section in the outgoing line area or by guiding the sample gas in a circuit through the container. In particular, it can be provided that by changing control variables, such as the aforementioned outflow cross-section or the residence time of the gas in a circuit, the CO 2 content is regulated to a setpoint value, in particular to the value zero.
Die Erfindung sieht vorzugsweise vor, dass mittels einer Pumpe das Probengas als ein Anteil aus einer Abgas führenden Abgasleitung einer Abgas produzierenden Anlage, insbesondere einer Verbrennungsanlage entnommen wird. Insbesondere macht sich die Erfindung hier zu Nutze, dass CO2 im Probengas üblicherweise gleichverteilt vorliegt, so dass eine Sammlung von CO2 aus einem Anteil des Abgases ausreichend ist.The invention preferably provides that the sample gas is taken as a portion from an exhaust gas-carrying exhaust line of an exhaust gas-producing plant, in particular an incineration plant, by means of a pump. In particular, the invention makes use of the fact that CO 2 is usually evenly distributed in the sample gas, so that a collection of CO 2 from a portion of the exhaust gas is sufficient.
Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in der Abgasleitung mittels eines Massenstromsensors / Volumenstromsensors ein Messwert für den Massenstrom / Volumenstrom des in der Abgasleitung strömenden Abgases gemessen wird und in Abhängigkeit des Messwertes die Pumpe geregelt oder gesteuert wird. Insbesondere wird so erzielt, dass bei einer Erhöhung des Messwertes die Fördermenge der Pumpe erhöht wird und/oder dass bei einer Verringerung des Messwertes die Fördermenge der Pumpe verringert wird.In this case, it is preferably provided that a measured value for the mass flow / volume flow of the exhaust gas flowing in the exhaust line is measured in the exhaust line by means of a mass flow sensor / volume flow sensor and the pump is regulated or controlled depending on the measured value. In particular, this achieves that if the measured value increases, the pump delivery rate is increased and/or that if the measured value decreases, the pump delivery rate is reduced.
Um eine Trocknung des Probengases zu erzielen wird die Kältefalle vorzugsweise mit einer Temperatur betrieben, die kleiner ist als die Temperatur des Probengases. Diese Betriebstemperatur kann in einer möglichen Ausführung so gewählt sein, dass diese größer ist als Null Grad Celsius. So wird zwar aus Auskondensieren von Wasser aus dem Probengas erreicht, aber verhindert, dass die Kältefalle, bzw. der Leitungsweg für das Probengas durch die Kältefalle vereist. Es kann so vorzugsweise das Probengas kontinuierlich durch die Kältefalle geführt werden. Das in der Kältefalle anfallende Kondensat kann vorzugsweise gesammelt werden, z.B. in einem Kondensatbehälter oder von der Kältefalle weggepumpt werden.In order to achieve drying of the sample gas, the cold trap is preferably operated at a temperature that is lower than the temperature of the sample gas. In one possible design, this operating temperature can be selected so that it is greater than zero degrees Celsius. This achieves condensation of water from the sample gas, but prevents the cold trap or the line for the sample gas through the cold trap from freezing over. In this way, the sample gas can preferably be continuously guided through the cold trap. The condensate that accumulates in the cold trap can preferably be collected, e.g. in a condensate container or pumped away from the cold trap.
Um mit besonders hoher Güte eine Trocknung des Probengases in der Kältefalle zu erzielen, insbesondere soweit, dass das getrocknete Probengas keine Wasserbestandteile mehr aufweist, oder diese zumindest vernachlässigbar sind, sieht es die Erfindung vor, dass die Kältefalle mit einer Temperatur kleiner als Null Grad Celsius, insbesondere kleiner als -50 Grad Celsius, aber größer als -78 Grad Celsius betrieben wird.In order to achieve particularly high-quality drying of the sample gas in the cold trap, in particular to the extent that the dried sample gas no longer contains any water components, or these are at least negligible, the invention provides that the cold trap is operated at a temperature of less than zero degrees Celsius, in particular less than -50 degrees Celsius, but greater than -78 degrees Celsius.
Hierdurch wird sichergestellt, dass CO2 nicht in der Kältefalle auskondensiert, hingegen Wasser aber sicher auskondensiert. Es kann vorgesehen sein, dass die Leitungsführung in der Kältefall so dimensioniert ist, dass trotz einer Wassereisbildung die Kältefalle für das Probengas durchgängig bleibt. Insbesondere kann trotzdem vorgesehen sein, die Kältefalle bei dieser Betriebsweise intermittierend zu betreiben, also nach einer vorbestimmten Betriebszeit abzutauen. Ein technisch besonders einfacher Betrieb der Kältefalle mit sehr effizienter Wasserkondensation kann hingegen erzielt werden, wenn diese mit einer Temperatur kleiner als -70 Grad Celsius, vorzugsweise kleiner als - 78 Grad Celsius, insbesondere mit der Temperatur am Sublimationspunkt von CO2, insbesondere also -78,5 Grad Celsius betrieben wird. Dies kann z.B. erzielt werden, wenn die Kältefalle mit Trockeneis, also eisförmigen/festen CO2 als Kühlmittel betrieben wird. Z.B. können Leitungsbereiche der Kühlfalle, die vom Probengas durchströmt werden aussen von in Alkohol schwimmenden Trockeneis benetzt sein. Derart tiefe Temperaturen können auch durch andere technische Maßnahmen erzielt werden.This ensures that CO 2 does not condense out in the cold trap, but that water does condense out safely. The pipe routing in the cold trap can be dimensioned in such a way that the cold trap remains open to the sample gas despite the formation of water ice. In particular, the cold trap can still be operated intermittently in this mode of operation, i.e. defrosted after a predetermined operating time. A technically particularly simple operation of the cold trap with very efficient water condensation can, however, be achieved if it is operated at a temperature of less than -70 degrees Celsius, preferably less than -78 degrees Celsius, in particular at the temperature at the sublimation point of CO 2 , in particular -78.5 degrees Celsius. This can be achieved, for example, if the cold trap is operated with dry ice, i.e. ice-like/solid CO 2, as a coolant. For example, pipe areas of the cold trap through which the sample gas flows can be wetted on the outside with dry ice floating in alcohol. Such low temperatures can also be achieved by other technical measures.
Bei einer so starken Abkühlung des Probengases in der Kältefalle kann ggfs. nicht ausgeschlossen werden, dass auch CO2-Anteile im Probengas in der Kältefalle auskondensieren.If the sample gas is cooled so strongly in the cold trap, it cannot be ruled out that CO2 components in the sample gas may also condense out in the cold trap.
Unabhängig von der Art der Betriebsweise sieht es die Erfindung in einer vorteilhaften Weiterbildung vor, dass auch das im Kondensat der Kältefalle enthaltene CO2-Gas durch wenigstens eine für CO2 permeable Membran hindurch in einer CO2-Gas absorbierenden oder CO2-Gas bindenden Flüssigkeit, insbesondere in Natronlauge, gesammelt wird.Irrespective of the type of operation, the invention provides in an advantageous further development that the CO 2 gas contained in the condensate of the cold trap is also collected through at least one membrane permeable to CO 2 in a CO 2 gas-absorbing or CO 2 gas-binding liquid, in particular in caustic soda.
CO2 kann z.B. in auskondensiertem Wasser gelöst sein oder bei genügend tiefer Temperatur aus selbst auskondensiert sein. Die Erfindung zielt darauf ab, auch solche CO2 Anteile zu sammeln.CO 2 can, for example, be dissolved in condensed water or can condense itself at a sufficiently low temperature. The invention aims to collect such CO 2 components.
So kann mit der Erfindung bevorzugt auch dieser CO2-Anteil, insbesondere dieser gelöste oder auskondensierte CO2-Anteil gesammelt und erfasst bzw. hinsichtlich der Isotopenverhältnisse ausgewertet werden. Die Erfindung stellt so wiederum vorzugsweise sicher, dass alle CO2-Anteile aus dem Probengas gesammelt werden.Thus, the invention can preferably also be used to collect and record this CO 2 portion, in particular this dissolved or condensed CO 2 portion, or to evaluate it with regard to the isotope ratios. The invention thus preferably ensures that all CO 2 portions are collected from the sample gas.
Z.B. sieht es die Erfindung hierfür vor das Kondensat, z.B. kondensiertes Wasser mit darin gelösten CO2, oder auch wieder in die Gasphase übergetretenes zuvor auskondensiertes CO2 über eine CO2-permeable Membran in eine CO2-sammelnde / bindende Flüssigkeit übertreten zu lassen und darin zu sammeln. Z.B. kann Kondensat-Wasser mit einer Kondensatpumpe direkt aus der Kältefalle abgepumpt werden und entlang einer Membran durch einen Behälter mit CO2_sammelnder Flüssigkeit geführt werden, z.B. wie zuvor genannt durch eine Schlauchmembran hindurch, die außen von der Flüssigkeit umgeben ist. Wieder in die Gasphase übergetretene zuvor auskondensiertes CO2 kann ebenso gefördert werden oder strömt selbsttätig aufgrund der Expansion in/durch einen solchen Behälter.For example, the invention provides for the condensate, e.g. condensed water with CO 2 dissolved in it, or previously condensed CO 2 that has returned to the gas phase, to pass through a CO 2 -permeable membrane into a CO 2 -collecting / binding liquid and to collect in it. For example, condensate water can be pumped out directly from the cold trap using a condensate pump and passed along a membrane through a container with CO 2 collecting liquid, e.g. as mentioned above through a hose membrane that is surrounded by the liquid on the outside. Previously condensed CO 2 that has returned to the gas phase can also be conveyed or flows automatically into/through such a container due to expansion.
Die Erfindung kann z.B. vorgesehen sein, dass das Kondensat in einen anderen Behälter geleitet wird, in welchem ein das Kondensat führender Behälterbereich mittels wenigstens einer CO2-permeablen Membran von einem die CO2 sammelnde Flüssigkeit aufweisenden Behälterbereich getrennt ist, vorzugsweise, wobei die wenigstens eine Membran durch einen Schlauch aus einem CO2-permeablen Material, insbesondere Silikon, gebildet wird, insbesondere wobei der das Kondensat führende Behälterbereich das innere Volumen des . wenigstens einen Schlauches umfasst und der die Flüssigkeit aufweisende Behälterbereich um den wenigstens einen Schlauch herum ausgebildet ist.The invention can, for example, provide that the condensate is led into another container in which a container region carrying the condensate is separated by means of at least one CO 2 -permeable membrane from a container region containing the liquid collecting CO 2 , preferably wherein the at least one membrane is formed by a tube made of a CO 2 -permeable material, in particular silicone, in particular wherein the container region carrying the condensate comprises the inner volume of the at least one tube and the container region containing the liquid is formed around the at least one tube.
Es ist hingegen bei der Erfindung besonders bevorzugt vorgesehen, dass das im Kondensat der Kältefalle enthaltene CO2-Gas in derselben Flüssigkeit gesammelt wird, in der auch das CO2-Gas aus dem getrockneten Probengas gesammelt wird. In diesem Fall muss somit nur diese eine Flüssigkeit hinsichtlich der Isotopenverhältnisse untersucht werden, was die Auswertung vereinfacht.However, it is particularly preferred in the invention that the CO 2 gas contained in the condensate of the cold trap is collected in the same liquid in which the CO 2 gas from the dried sample gas is collected. In this case, only this one liquid needs to be examined with regard to the isotope ratios, which simplifies the evaluation.
Erfindungsgemäß ist es dabei in einer Weiterbildung vorgesehen, dass das Kondensat aus der Kältefalle zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durch denselben Behälter geleitet wird wie das getrocknete Probengas, insbesondere das getrocknete Probengas durch wenigstens einen ersten Behälterbereich, z.B. Schlauch aus einem CO2permeablen Material, geleitet wird und das Kondensat zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig durch wenigstens einen zweiten Behälterbereich, insbesondere Schlauch aus einem CO2-permeablen Material, geleitet wird.According to the invention, it is provided in a further development that the condensate from the cold trap is at least partially, preferably completely, passed through the same container as the dried sample gas, in particular the dried sample gas is passed through at least a first container region, e.g. hose made of a CO 2 -permeable material, and the condensate is at least partially, preferably completely, passed through at least a second container region, in particular hose made of a CO 2 -permeable material.
Die verschiedenen CO2 - Anteile aus getrockneten Probengas und Kondensat durchlaufen somit erfindungsgemäß zwar verschiedene Behälterbereiche / Schlauchmembranen im Behälter, werden aber in derselben Flüssigkeit gesammelt.According to the invention, the different CO2 components from dried sample gas and condensate pass through different container areas / tube membranes in the container, but are collected in the same liquid.
Unter einer zumindest teilweisen Leitung des Kondensates durch denselben Behälter wird vorzugsweise verstanden, dass zumindest der CO2-Anteil des Kondensates durch den Behälter geleitet wird, vorzugsweise aber nicht die übrigen Bestandteile des Kondensates, wie z.B. Wasser.At least partial passage of the condensate through the same container is preferably understood to mean that at least the CO 2 portion of the condensate is passed through the container, but preferably not the other components of the condensate, such as water.
Sofern die Kältefalle mit einer Temperatur unter der Sublimationstemperatur von CO2 betrieben wird ist vorzugsweise dabei vorgesehen, dass zur Überführung von kondensierten CO2 aus der Kältefalle in den Behälter, insbesondere zur Führung durch die wenigstens eine schlauchförmige Membran, die Kältefalle nach einem Schritt der Probengastrocknung auf eine Temperatur von größer -78 Grad Celsius, vorzugsweise größer -70 Grad Celsius, insbesondere aber kleiner Null Grad Celsius erwärmt wird.If the cold trap is operated at a temperature below the sublimation temperature of CO 2 , it is preferably provided that, in order to transfer condensed CO 2 from the cold trap into the container, in particular for guiding it through the at least one tubular membrane, the cold trap is heated to a temperature of greater than -78 degrees Celsius, preferably greater than -70 degrees Celsius, but in particular less than zero degrees Celsius, after a step of sample gas drying.
So wird erreicht, dass das in der Kältefalle auskondensierte CO2 wieder in den gasförmigen Zustand übergeht, vorzugsweise hingegen auskondensiertes Wasser in . eisförmigen Zustand in der Kältefalle verbleibt. Vorzugsweise verbleibt die Kältefalle bei dieser Erwärmung auf einer Temperatur kleiner als -60 Grad Celsius.This ensures that the CO 2 condensed in the cold trap returns to the gaseous state, while preferably the condensed water remains in the cold trap in the form of ice. The cold trap preferably remains at a temperature of less than -60 degrees Celsius during this heating process.
Es kann aber auch vorgesehen werden, dass die Kältefalle nach einem Schritt der Trocknung des Probengases auf eine Temperatur über Null Grad Celsius erwärmt wird und das flüssige Kondensat inklusive Wasseranteil zu der wenigstens einen Membran, insbesondere durch wenigstens eine schlauchförmige Membran geleitet wird, um das wieder gasförmige CO2 und/oder im Wasser gelöste CO2 durch die Membran hindurch in die Flüssigkeit zu übertragen und darin zu sammeln.However, it can also be provided that the cold trap is heated to a temperature above zero degrees Celsius after a step of drying the sample gas and the liquid condensate including the water content is passed to the at least one membrane, in particular through at least one tubular membrane, in order to transfer the gaseous CO 2 and/or CO 2 dissolved in the water through the membrane into the liquid and to collect it therein.
Die Erfindung kann vorsehen, dass die Kältefalle intermittierend zwischen zwei Temperaturbereichen betrieben wird, vorzugsweise wobei die Temperatur in einem ersten Temperaturbereich geeignet ist, um das Probengas zu trocknen, also den Wasseranteil zu reduzieren, vorzugsweise zu eliminieren, vorzugsweise diese Temperatur kleiner ist als die Temperatur am Sublimationspunkt von CO2 und in einem zweiten Temperaturbereich die Temperatur geeignet ist, das zuvor gewonnene Kondensat zumindest teilweise zur / durch die wenigstens eine Membran zu leiten, insbesondere diese Temperatur größer ist als die Temperatur am Sublimationspunkt von CO2, vorzugsweise aber kleiner ist als Null Grad Celsius, vorzugsweise kleiner ist als -20 Grad Celsius, vorzugweise kleiner ist als minus 50 Grad Celsius. So kann im zweiten Temperaturbereich das CO2 aus dem Kondensat in der Flüssigkeit gesammelt werden, insbesondere in derselben Flüssigkeit, in der auch das CO2 aus dem getrockneten Probengas gesammelt wird.The invention can provide that the cold trap is operated intermittently between two temperature ranges, preferably wherein the temperature in a first temperature range is suitable for drying the sample gas, i.e. for reducing the water content, preferably for eliminating it, preferably this temperature is lower than the temperature at the sublimation point of CO 2 and in a second temperature range the temperature is suitable for at least partially conducting the previously obtained condensate to/through the at least one membrane, in particular this temperature is higher than the temperature at the sublimation point of CO 2 , but preferably less than zero degrees Celsius, preferably less than -20 degrees Celsius, preferably less than minus 50 degrees Celsius. In the second temperature range, the CO 2 from the condensate can thus be collected in the liquid, in particular in the same liquid in which the CO 2 from the dried sample gas is also collected.
Bei einer Betriebstemperatur der Kältefalle mit einer Temperatur größer Null Grad Celsius, insbesondere im Bereich von 10 bis 1 Grad Celsius, weiter bevorzugt von 5 bis 1 Grad Celsius, wird ein Vereisen vermieden, aber dennoch eine genügend starke Trocknung des Probengases erreicht. Das flüssige Wasserkondensat kann z.B. zeitlich parallel zum getrockneten Probengas durch einen anderen oder denselben Behälter eingangs beschriebener Art geführt werden, um CO2 aus diesem in die Flüssigkeit zu überführen.At an operating temperature of the cold trap with a temperature greater than zero degrees Celsius, in particular in the range of 10 to 1 degrees Celsius, more preferably 5 to 1 degrees Celsius, a Freezing is avoided, but the sample gas is still dried sufficiently. The liquid water condensate can, for example, be passed through another or the same container as described above at the same time as the dried sample gas in order to transfer CO 2 from the container into the liquid.
Die Erfindung kann in einer Weiterbildung auch vorsehen, dass stromabwärts des Behälters mittels einer Sensorik in einem vom Behälter wegführenden Leitungsbereich der CO2 - Gehalt des vom Behälter wegströmenden Kondensates ermittelt wird und in Abhängigkeit des gemessenen CO2 - Gehalts die Verweilzeit des Kondensates im Behälter geregelt wird, insbesondere bei einem CO2 - Gehalt größer Null die Verweilzeit . verlängert wird, insbesondere durch Änderung des Abströmquerschnittes in dem wegführenden Leitungsbereich oder durch Führung des Kondensates im Kreislauf durch den Behälter.In a further development, the invention can also provide that downstream of the container, the CO 2 content of the condensate flowing away from the container is determined by means of a sensor in a line section leading away from the container and the residence time of the condensate in the container is regulated depending on the measured CO 2 content, in particular if the CO 2 content is greater than zero, the residence time is extended, in particular by changing the outflow cross-section in the line section leading away or by circulating the condensate through the container.
Bevorzugt sieht es die Erfindung vor, dass das Probengas, insbesondere auch das Kondensat, kontinuierlich durch jeweils einen, vorzugsweise einen gemeinsamen Behälter geführt wird, um das CO2 durch eine Membran in die Flüssigkeit zu überführen und darin zu sammeln.The invention preferably provides that the sample gas, in particular also the condensate, is continuously passed through one, preferably a common container in order to transfer the CO 2 through a membrane into the liquid and to collect it therein.
In einer möglichen Ausführungsform kann die Erfindung auch vorsehen, dass der das getrocknete Probengas und/oder der das Kondensat führende Behälterbereich bis zum Erreichen eines im Behälterbereich gemessenen vorbestimmten Druckes gefüllt wird, insbesondere nach Erreichen des vorbestimmten Druckes eine weitere Befüllung gestoppt wird und das getrocknete Probengas und/oder das Kondensat für das Sammeln von CO2 im Behälterbereich verbleibt. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass nach Erreichen des vorbestimmten Druckes ein Ventil in der Zuführleitung des Behälters geschlossen wird und zusammen mit einem Ventil in der Auslaßleitung des Behälters zum Zweck der Übertragung von CO2 in die Flüssigkeit geschlossen bleibt.In a possible embodiment, the invention can also provide that the container area carrying the dried sample gas and/or the condensate is filled until a predetermined pressure measured in the container area is reached, in particular after the predetermined pressure is reached, further filling is stopped and the dried sample gas and/or the condensate remains in the container area for the collection of CO 2. For this purpose, it can be provided that after the predetermined pressure is reached, a valve in the supply line of the container is closed and remains closed together with a valve in the outlet line of the container for the purpose of transferring CO 2 into the liquid.
Der Verbleib im Behälter erfolgt vorzugsweise bis zum Unterschreiten eines vorbestimmten in demselben Behälterbereich gemessenen Druckwertes oder Druckgradienten oder bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer. Nachdem diese geprüfte Bedingung eingetreten ist wird anschließend das getrocknete Probengas und/oder der das Kondensat aus dem jeweiligen Behälterbereich entlassen. In dieser Ausführung, wird der Behälter somit nicht kontinuierlich, sondern batchweise mit getrocknetem Probengas und/oder Kondensat gefüllt.The sample preferably remains in the container until the pressure falls below a predetermined value or pressure gradient measured in the same container area or until a predetermined period of time has elapsed. After this tested condition has occurred, the dried sample gas and/or the condensate is then released from the respective container area. In this version, the container is therefore not filled continuously, but in batches with dried sample gas and/or condensate.
Durch die erfindungsgemäße Befüllung wirkt die vorzugsweise schlauchförmige Membran wie ein dehnbarer Ballon. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Flüssigkeit aus dem Bereich um die Membran herum bei der Druckbeaufschlagung der Membran mit Probengas und/oder Kondensat verdrängt werden kann, z.B. in ein Ausgleichsgefäß.Due to the filling according to the invention, the preferably tubular membrane acts like an expandable balloon. It is preferably provided that liquid from the area around the membrane can be displaced when the membrane is pressurized with sample gas and/or condensate, e.g. into an equalizing vessel.
Anhand der Unterschreitung eines Druckmesswertes und/oder des zeitlichen Gradienten dieses Messwertes im jeweiligen Behälterbereich, der das getrocknete Probengas bzw. das Kondensat umfasst, oder anhand des Ablaufes einer vorbestimmten Zeit kann z.B. festgestellt oder sichergestellt werden, ob bzw. dass alles CO2 in der Flüssigkeit gesammelt wurde, insbesondere weil nach Erreichen dieses Zustandes der Druckwert und/oder der Gradient nicht weiter fällt oder die gewählte Zeitdauer das vollständige Sammeln sicherstellt, z.B. aufgrund von Erfahrungswerten.Based on the undershoot of a pressure measurement value and/or the temporal gradient of this measurement value in the respective container area that includes the dried sample gas or the condensate, or based on the elapse of a predetermined time, it can be determined or ensured, for example, whether or that all CO 2 in the liquid has been collected, in particular because after this state has been reached the pressure value and/or the gradient does not fall any further or the selected time period ensures complete collection, e.g. based on empirical values.
Insbesondere anhand des Gradienten kann auch festgestellt werden, ob die Flüssigkeit hinsichtlich Ihrer Eignung CO2 zu sammeln, insbesondere chemisch zu binden oder in Lösung gehen zu lassen, erschöpft ist, vorzugweise, weil mit zunehmender Erschöpfung die Geschwindigkeit des Sammelns pro Zeiteinheit und somit der Gradient abnimmt. Die Unterschreitung eines minimal geforderten Gradientenwertes kann somit anzeigen, dass die Flüssigkeit sich dem Zustand der Erschöpfung nähert und auszutauschen ist. Die Größe des Gradienten kann auch genutzt werden, um die Funktion der Membran zu prüfen. Überschreitet z.B. der zeitliche Gradient einen vorbestimmten Grenzwert, so kann darauf geschlossen werden, dass die Membran defekt ist und Gas auch konvektiv durchlässt.The gradient in particular can be used to determine whether the liquid is exhausted in terms of its ability to collect CO2 , particularly to chemically bind it or dissolve it, preferably because the rate of collection per unit of time and thus the gradient decreases with increasing exhaustion. If the gradient falls below a minimum required value, this can indicate that the liquid is approaching exhaustion and needs to be replaced. The size of the gradient can also be used to test the function of the membrane. If, for example, the temporal gradient exceeds a predetermined limit, it can be concluded that the membrane is defective and is also allowing gas to pass through convectively.
Die Erfindung kann somit vorzugsweise auch vorsehen, diesen Gradienten zu überwachen, um die Notwendigkeit des Austausches der Flüssigkeit und/oder der Membran anzuzeigen.The invention can thus preferably also provide for monitoring this gradient in order to indicate the need to replace the liquid and/or the membrane.
Der gemessene Druckwert kann vorzugsweise einen Differenzdruck gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck oder einen CO2-Partialdruck repräsentieren, insbesondere im getrockneten Probengas und/oder im (vorzugsweise wieder gasförmigen) Kondensat.The measured pressure value can preferably represent a differential pressure compared to the atmospheric ambient pressure or a CO 2 partial pressure, in particular in the dried sample gas and/or in the (preferably again gaseous) condensate.
Die Erfindung kann auch vorsehen, die Leitfähigkeit der Flüssigkeit messtechnisch zu erfassen und auszuwerten. Da sich die Leitfähigkeit mit zunehmender Sammlung von CO2 in der Flüssigkeit ändert, kann das Überschreiten und/oder Unterschreiten eines Grenzwertes der Leitfähigkeit die Notwendigkeit zum Austausch der Flüssigkeit anzeigen.The invention can also provide for the conductivity of the liquid to be measured and evaluated. Since the conductivity changes as the amount of CO2 accumulates in the liquid, exceeding and/or falling below a limit value of the conductivity can indicate the need to replace the liquid.
In allen möglichen Ausführungen sieht es die Erfindung vorzugsweise vor, dass die zum Sammeln des CO2-Gases genutzte Flüssigkeit, insbesondere Natronlauge, nach Entnahme aus dem Behälter oder ein aus der Flüssigkeit hergestelltes Produkt, mittels Massenspektrometrie auf die Anteile, insbesondere relativen Anteile von Kohlenstoffisotopen untersucht wird, insbesondere um hieraus Rückschlüsse auf den Anteil biogener und/oder fossiler Ausgangsstoffe der Verbrennung zu ziehen.In all possible embodiments, the invention preferably provides that the liquid used to collect the CO 2 gas, in particular Caustic soda, after removal from the container or a product made from the liquid, is analyzed by means of mass spectrometry for the proportions, in particular relative proportions, of carbon isotopes, in particular in order to draw conclusions about the proportion of biogenic and/or fossil starting materials in the combustion.
Beispielsweise kann dafür die Flüssigkeit vor der massenspektrometrischen Untersuchung eingedickt, insbesondere getrocknet werden, vorzugsweise wobei ein verbleibendes Pulver massenspektrometrisch untersucht wird.For example, the liquid can be thickened, in particular dried, before the mass spectrometric analysis, preferably with a remaining powder being analyzed by mass spectrometry.
Die Erfindung kann vorsehen, dass das zunächst über eine beheizte Leitung geförderte und damit noch heiße Probengas einer Kältefalle zugeführt und darin getrocknet wird.The invention can provide that the sample gas, which is initially conveyed via a heated line and is thus still hot, is fed to a cold trap and dried therein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.Embodiments of the invention are described below.
Mit dem bevorzugt getrockneten Probengas wird eine Membran angeströmt, vorzugsweise über einem Gasmischer-Wasserabscheider (18), einem Gassensor (4) und über einem Steckverbinder (14), insbesondere wobei die Membran eine beliebige geometrische Form haben kann. Abströmseitig der Membran (17, 21, 22) wird vorzugsweise das nun von CO2 abgereicherte Probengas mit einem Gassensor hinsichtlich des CO2-Anteils vermessen, vorzugsweise wird idealerweise ein Nullwert des Gassensor-Messwertes gemessen. Damit ist sichergestellt, dass der gesamte zu sammelnde Gasanteil / CO2-Anteil des Probengases auch gesammelt wurde.The preferably dried sample gas is passed over a membrane, preferably over a gas mixer-water separator (18), a gas sensor (4) and over a connector (14), in particular whereby the membrane can have any geometric shape. Downstream of the membrane (17, 21, 22), the sample gas, now depleted of CO 2 , is preferably measured with a gas sensor with regard to the CO 2 content, preferably a zero value of the gas sensor measurement value is ideally measured. This ensures that the entire gas content / CO 2 content of the sample gas to be collected has also been collected.
Es kann weiterhin aber nicht ausgeschlossen werden, dass Anteile des zu sammelnden CO2-Gases in der zuvor in der Kältefalle / dem Kältetrockner auskondensierten Flüssigkeit enthalten, z.B. gelöst oder selbst auskondensiert sind.However, it cannot be ruled out that parts of the CO2 gas to be collected are contained in the liquid previously condensed in the cold trap / refrigeration dryer, e.g. are dissolved or have condensed themselves.
Um jedoch nahezu 100% des Anteils an CO2 und damit des Anteils an den biogenen CO2-Komponenten des Probengases, vorzugsweise des mit einer Pumpe (2) geförderten Probengases zu erfassen, bzw. zu sammeln ist es bevorzugt vorgesehen, die in der Kältefalle (3) auskondensierte Flüssigkeit (25) in einem Behälter mit einer Membrane, insbesondere beliebiger geometrischer Form (17, 21, 22), in Kontakt zu bringen, welche die auskondensierte Flüssigkeit und eine in dem Behälter (19) befindliche, Gas absorbierende oder Gas bindende Flüssigkeit (16) trennt. Dort werden dann die in der Kondensflüssigkeit gelösten Gasanteile durch die Membran permetieren und in der Gas absorbierenden oder Gas bindenden Flüssigkeit (16) gesammelt/gebunden. Somit kann hier von einer Flüssig-Flüssig-Methode gesprochen werden.However, in order to detect or collect almost 100% of the proportion of CO 2 and thus the proportion of the biogenic CO 2 components of the sample gas, preferably of the sample gas conveyed by a pump (2), it is preferably provided to bring the liquid (25) condensed in the cold trap (3) into contact in a container with a membrane, in particular of any geometric shape (17, 21, 22), which separates the condensed liquid and a gas-absorbing or gas-binding liquid (16) located in the container (19). There, the gas components dissolved in the condensed liquid will then permeate through the membrane and be collected/bound in the gas-absorbing or gas-binding liquid (16). This can therefore be referred to as a liquid-liquid method.
Wirkungsweise des Verfahrens am Ausführungsbeispiel der Figur 1Mode of operation of the method using the embodiment shown in Figure 1
Das Probengas mit dem zu sammelnden CO2-Anteil tritt, z.B. vom Kamin kommend über eine beheizte Rohrleitung bei (1), gefördert von der Pumpe (2) in die Sammelstrecke ein. The sample gas with the CO 2 content to be collected enters the collection line, e.g. coming from the chimney via a heated pipe at (1), conveyed by the pump (2).
In der Kältefalle mit Wasserabscheider (3) wird das Gas getrocknet und tritt z.B. in den Behälter (18) mit Puffer- und Mischvolumen. Der vorzugsweise eingesetzte Behälter (18) dient, wenn der Wasserabfluss der Kältefalle (3) eine Störung hat gleichzeitig als Wasserabscheider.In the cold trap with water separator (3), the gas is dried and enters, for example, the container (18) with buffer and mixing volume. The container (18), which is preferably used, also serves as a water separator if the water outflow from the cold trap (3) is disrupted.
Das getrocknete und insbesondere nun gut gemischte Probengas wird vorzugsweise mit dem CO2-Sensor (4) auf den aktuellen CO2-Gehalt gemessen. Der Wert wird vorzugsweise mit dem Signalausgang (6) an einen Datenlogger überspielt und aufgezeichnet. Über den Steckverbinder (14) fließt das Probengas in die Membrane (17), hier z.B. eine Schlauchmembrane zum Steckverbinder (15).The dried and particularly now well-mixed sample gas is preferably measured for the current CO 2 content using the CO 2 sensor (4). The value is preferably transferred to a data logger using the signal output (6) and recorded. The sample gas flows via the connector (14) into the membrane (17), here e.g. a hose membrane to the connector (15).
Nachdem aus dem Probengas durch die Membrane (17) das zu sammelnde Gas, z.B. CO2, mittels Permeation von der Gas absorbierenden oder mit dem Gas reagierende Flüssigkeit (16) aufgenommen wurde, wird es im Gassensor (5) auf einen niederen Gasgehalt als in Sensor (4) gemessen und geprüft.After the gas to be collected, e.g. CO 2 , has been absorbed from the sample gas through the membrane (17) by means of permeation by the liquid (16) absorbing the gas or reacting with the gas, it is measured and checked in the gas sensor (5) for a lower gas content than in sensor (4).
Im Massedurchflußregler (9) wird das von der Verbrennungsanlage im Eingang (8) eingehende, von der aktuellen Rauchgasmenge abhängigem Signal ausgewertet, angezeigt und dem Rauchgasvolumen im Kamin entsprechend die Probegasmenge geregelt. Über Ausgang (10) wird ein Signal zum Datenlogger übermittelt.In the mass flow controller (9), the signal coming from the combustion plant at the inlet (8), which depends on the current amount of flue gas, is evaluated and displayed, and the sample gas quantity is regulated according to the volume of flue gas in the chimney. A signal is transmitted to the data logger via the output (10).
Das Manometer (11) mit Signalausgang (20) dient der Überwachung und Aufzeichnung des korrekten Ablaufes des Verfahrens.The pressure gauge (11) with signal output (20) is used to monitor and record the correct execution of the process.
Der in die Gas aufnehmende oder mit dem Gas reagierenden Flüssigkeit (16) permeierte Gasanteil wird gesammelt und z.B. nach vorher festgelegte Zeitdauer oder festgestellter Erschöpfung gegen frische Flüssigkeit ausgetauscht. Die beladene Flüssigkeit (16) wird zu weiteren Behandlung wie Trocknen und Wiegen in ein Labor gegeben. Die Probe wird an einer geeigneten Stelle zur Erfassung des Verhältnisses 12C zu 13C zu 14C weitergeleitet.The gas portion that permeates into the gas-absorbing liquid (16) or reacts with the gas is collected and exchanged for fresh liquid, for example after a predetermined period of time or after exhaustion has been determined. The loaded liquid (16) is sent to a laboratory for further treatment such as drying and weighing. The sample is sent to a suitable location to determine the ratio of 12 C to 13 C to 14 C.
Wirkungsweise des Verfahrens am Ausführungsbeispiel der Figur 2Mode of operation of the method using the embodiment shown in Figure 2
Das Probengas mit dem zu sammelnden Anteil tritt bei (1), gefördert von der Pumpe (2) in die Sammelstrecke ein. In der Kältefalle mit Wasserabscheider (3) wird das Gas getrocknet und tritt vorzugsweise in den Behälter (18) mit Puffer- und Mischvolumen. Der vorzugsweise eingesetzte Behälter (18) dient, wenn der Wasserabfluss des Kältetrockners (3) eine Störung hat gleichzeitig als Wasserabscheider. The sample gas with the portion to be collected enters the collection section. The gas is dried in the cold trap with water separator (3) and preferably enters the container (18) with buffer and mixing volume. The container (18) that is preferably used also serves as a water separator if the water outflow of the cold dryer (3) is disrupted.
Bei dieser Anwendung ist ein Massedurchflussmesser und -anzeiger (25) hinter dem Behälter (18) geschaltet. Darauf folgt ein fernbetätigtes Ventil (23). Das getrocknete und vorzugsweise nun gut gemischte Probengas wird im CO2-Sensor (4) auf den aktuellen CO2-Gehalt gemessen. Der Wert wird z.B. mit dem Signalausgang (6) an einen Datenlogger überspielt und aufgezeichnet. Über den Steckverbinder (14) fließt das Probengas in die Membrane (22), hier z.B. in zylinderförmiger Gestaltung.In this application, a mass flow meter and indicator (25) is connected behind the container (18). This is followed by a remote-controlled valve (23). The dried and preferably now well-mixed sample gas is measured in the CO 2 sensor (4) for the current CO 2 content. The value is transferred to a data logger, for example, using the signal output (6), and recorded. The sample gas flows into the membrane (22), here in a cylindrical design, via the connector (14).
Der Ablauf der Sammlung des Messgases ist wie folgt: Die Pumpe (2) drückt das Probegas gegen das geschlossene Eingangsventil (23). Das Ausgangsventil (24) ist ebenfalls geschlossen. Nun öffnet das Eingangsventil (23), das Probengas fließt über den Sensor (4), dem Steckverbinder (14) in die Membrane (22), der Steckverbindung (15) den Gassensor (5) gegen das geschlossene Ausgangsventil (24). Im Manometer (11) steigt der Druck an bis eine eingestellte Schwelle erreicht ist und der Schaltkontakt schließt. Mit diesem Signal wird das Eingangsventil (23) geschlossen. Die Probegasmenge steht nun im Behäterbereich, der dieses Probengas aufnimmt, hier in der Membrane. Durch die Wirkung des Gas absorbierenden oder mit dem Gas reagierende Flüssigkeit (16) permetiert das zu sammelnde Gas in die Flüssigkeit (16); innerhalb der Membrane entsteht erfindungsgemäß ein Unterdruck. Der Unterdruck wird von Manometer (11) erfasst, der geschlossene Kontakt öffnet wieder nach Unterschreiten eines Grenzdruckes, das Ventil (23) und (24) öffnen wieder. Neues Probengas strömt in die Membrane (22) bis die Ventile wieder schließen.The process for collecting the sample gas is as follows: The pump (2) presses the sample gas against the closed inlet valve (23). The outlet valve (24) is also closed. The inlet valve (23) now opens, the sample gas flows via the sensor (4), the connector (14) into the membrane (22), the plug connection (15) and the gas sensor (5) against the closed outlet valve (24). The pressure in the pressure gauge (11) increases until a set threshold is reached and the switching contact closes. This signal closes the inlet valve (23). The sample gas quantity is now in the container area that takes in this sample gas, here in the membrane. Due to the effect of the liquid (16) absorbing the gas or reacting with the gas, the gas to be collected permeates into the liquid (16); according to the invention, a negative pressure is created within the membrane. The negative pressure is measured by the pressure gauge (11), the closed contact opens again when the pressure falls below a limit, the valves (23) and (24) open again. New sample gas flows into the membrane (22) until the valves close again.
Über veränderliche Schaltdauer, Pausenzeiten der Förderung oder der Pumpendrehzahl lassen sich Anpassungen an die Abgasmenge im Kamin vornehmen.Adjustments to the amount of exhaust gas in the chimney can be made by changing the switching duration, pause times for the pumping or the pump speed.
Wirkungsweise des Verfahrens am Ausführungsbeispiel der Figur 3Mode of operation of the method using the embodiment shown in Figure 3
Das Probengas mit dem zu sammelnden Anteil tritt bei (1), gefördert von der Pumpe (2) in die Sammelstrecke ein. In der Kältefalle mit Wasserabscheider (28) wird das Gas getrocknet und tritt in den vorzugsweise eingesetzten Behälter (18) mit Puffer- und Mischvolumen ein. Von dort fließt das Probengas weiter, wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben.The sample gas with the portion to be collected enters the collection section at (1), conveyed by the pump (2). The gas is dried in the cold trap with water separator (28) and enters the preferably used container (18) with buffer and mixing volume. From there, the sample gas flows on as described in examples 1 and 2.
Anders als in den vorgenannten Beispielen 1 und 2 wird das Kondensat nicht entsorgt. Das Kondensat, insbesondere Kondenswasser wird mit der Pumpe (27) über die Leitung (26) in eine Membrane (17, 21, 22) gefördert und auf dem Weg durch die Membrane in die . im Gefäß (31) befindliche mit dem Gas reagierende oder Gas absorbierende Flüssigkeit (16) entgast. Das erfindungsgemäß entgaste Kondensat wird über den Auslass für entgastes Kondensat (30) entsorgt. Gemäß
Die Ausführung der
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 11
- Probengaseingangsample gas inlet
- 22
- Probengaspumpesample gas pump
- 33
- Kältefalle mit Wasserabscheidercold trap with water separator
- 44
- CO2-Eingangsmessung vor der MembraneCO 2 input measurement before the membrane
- 55
- CO2-Ausgangsmessung nach der MembraneCO 2 output measurement after the membrane
- 66
- Signalausgang zur Dokumentation Eingangsgassignal output for documentation of input gas
- 77
- Signalausgang zur Dokumentation Ausgangsgassignal output for documentation of output gas
- 88
- Signaleingang zur Regelung des Durchsatzes an Abgas in AbgasleitungSignal input for controlling the flow rate of exhaust gas in the exhaust pipe
- 99
- Massedurchflussregler und -anzeigermass flow controllers and indicators
- 1010
- Signalausgang zur Dokumentation der ProbengasdurchsatzesSignal output for documenting the sample gas throughput
- 1111
- Druckanzeiger mit Schaltkontakt und AusgangssignalPressure indicator with switching contact and output signal
- 1212
- Lochblendepinhole
- 1313
- Probengasausgangsample gas outlet
- 1414
- Steckverbindung Probengaseingangplug connection sample gas inlet
- 1515
- Steckverbindung Ausgang des messgasfreien oder -reduzierten ProbengasesPlug connection output of the sample gas-free or reduced sample gas
- 1616
- CO2-sammelnde FlüssigkeitCO 2 -collecting liquid
- 1717
- Membran, hier z.B. Schlauchmembranemembrane, here e.g. tubular membrane
- 1818
- Sicherheits-Wasserabscheider und Probengasmischungsafety water separator and sample gas mixture
- 1919
- Behälter zur Aufnahme der Gas sammelnden Flüssigkeitcontainer for collecting the gas-collecting liquid
- 2020
- Signalausgang zur Dokumentation der Druckverhältnissesignal output for documenting pressure conditions
- 2121
- Membrane, z.B. Flachmembranemembrane, e.g. flat membrane
- 2222
- Membrane, z.B. in ZylinderformMembrane, e.g. in cylindrical shape
- 2323
- Fernbetätigtes EingangsventilRemote-operated inlet valve
- 2424
- Fernbetätigtes AusgangsventilRemotely operated outlet valve
- 2525
- Massendurchflussmesser und -anzeigermass flow meters and indicators
- 2626
- Einlass des Kondensatsinlet of the condensate
- 2727
- Regelbare PumpeAdjustable pump
- 2828
- Kältetrockner mit Kondensatpumperefrigeration dryer with condensate pump
- 2929
- Gasausganggas outlet
- 3030
- Auslass für entgastes Kondensatoutlet for degassed condensate
- 3131
- Behälter zur Aufnahme der Gas sammelnden Flüssigkeitcontainer for collecting the gas-collecting liquid
- 3232
- Probengasfluss wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben.Sample gas flow as described in Examples 1 and 2.
Wirkungsweise des Verfahrens am Ausführungsbeispiel der Figur 1Mode of operation of the method using the embodiment shown in Figure 1
Das Probengas mit dem zu sammelnden CO2-Anteil tritt, z.B. vom Kamin kommend über eine beheizte Rohrleitung bei (1), gefördert von der Pumpe (2) in die Sammelstrecke ein. In der Kältefalle mit Wasserabscheider (3) wird das Gas getrocknet und tritt in den Behälter (18) mit Puffer- und Mischvolumen. Der Behälter (18) dient, wenn der Wasserabfluss der Kältefalle (3) eine Störung hat gleichzeitig als Wasserabscheider.The sample gas with the CO 2 content to be collected enters the collection section, e.g. coming from the chimney via a heated pipe at (1), conveyed by the pump (2). In the cold trap with water separator (3), the gas is dried and enters the container (18) with buffer and mixing volume. The container (18) also serves as a water separator if the water outflow from the cold trap (3) is disrupted.
Das getrocknete und nun gut gemischte Probengas wird mit dem CO2-Sensor (4) auf den aktuellen CO2-Gehalt gemessen. Der Wert wird mit dem Signalausgang (6) an einen Datenlogger überspielt und aufgezeichnet. Über den Steckverbinder (14) fließt das Probengas in die Membrane (17), hier z.B. eine Schlauchmembrane zum Steckverbinder (15).The dried and now well mixed sample gas is measured for the current CO 2 content using the CO 2 sensor (4). The value is transferred to a data logger using the signal output (6) and recorded. The sample gas flows into the membrane (17) via the connector (14), here e.g. a hose membrane to the connector (15).
Nachdem aus dem Probengas durch die Membrane (17) das zu sammelnde Gas, z.B. CO2, mittels Permeation von der Gas absorbierenden oder mit dem Gas reagierende Flüssigkeit (16) aufgenommen wurde, wird es im Gassensor (5) auf einen niederen Gasgehalt als in Sensor (4) gemessen und geprüft.After the gas to be collected, e.g. CO2, has been absorbed from the sample gas through the membrane (17) by means of permeation by the liquid (16) absorbing the gas or reacting with the gas, it is measured and checked in the gas sensor (5) for a lower gas content than in sensor (4).
Im Massedurchflußregler (9) wird das von der Verbrennungsanlage im Eingang (8) eingehende, von der aktuellen Rauchgasmenge abhängigem Signal ausgewertet, angezeigt und dem Rauchgasvolumen im Kamin entsprechend die Probegasmenge geregelt. Über Ausgang (10) wird ein Signal zum Datenlogger übermittelt.In the mass flow controller (9), the signal coming from the combustion plant at the inlet (8), which depends on the current amount of flue gas, is evaluated and displayed, and the sample gas quantity is regulated according to the volume of flue gas in the chimney. A signal is transmitted to the data logger via the output (10).
Das Manometer (11) mit Signalausgang (20) dient der Überwachung und Aufzeichnung des korrekten Ablaufes des Verfahrens.The pressure gauge (11) with signal output (20) is used to monitor and record the correct execution of the process.
Der in die Gas aufnehmende oder mit dem Gas reagierenden Flüssigkeit (16) permeierte Gasanteil wird gesammelt und z.B. nach vorher festgelegte Zeitdauer oder festgestellter Erschöpfung gegen frische Flüssigkeit ausgetauscht. Die beladene Flüssigkeit (16) wird zu weiteren Behandlung wie Trocknen und Wiegen in ein Labor gegeben. Die Probe wird an einer geeigneter Stelle zur Erfassung des Verhältnisses 12C zu 13C zu 14C weitergeleitet.The gas portion that permeates into the gas-absorbing liquid (16) or reacts with the gas is collected and exchanged for fresh liquid, for example after a predetermined period of time or after exhaustion has been determined. The loaded liquid (16) is sent to a laboratory for further treatment such as drying and weighing. The sample is sent to a suitable location to determine the ratio of 12 C to 13 C to 14 C.
Wirkungsweise des Verfahrens am Ausführungsbeispiel der Figur 2Mode of operation of the method using the embodiment shown in Figure 2
Das Probengas mit dem zu sammelnden Anteil tritt bei (1), gefördert von der Pumpe (2) in die Sammelstrecke ein. In der Kältefalle mit Wasserabscheider (3) wird das Gas getrocknet und tritt in den Behälter (18) mit Puffer- und Mischvolumen. Der Behälter (18) dient, wenn der Wasserabfluss des Kältetrockners (3) eine Störung hat gleichzeitig als Wasserabscheider.The sample gas with the portion to be collected enters the collection section at (1), conveyed by the pump (2). The gas is dried in the cold trap with water separator (3) and enters the container (18) with buffer and mixing volume. If the water outlet of the cold dryer (3) is faulty, the container (18) also serves as a water separator.
Bei dieser Anwendung ist eine Massedurchflussmesser und -anzeiger (25) hinter dem Behälter (18) geschaltet. Darauf folgt ein fernbetätigtes Ventil (23). Das getrocknete und nun gut gemischte Roh- oder Messgas wird im CO2-Sensor (4) auf den aktuellen CO2-Gehalt gemessen. Der Wert wird mit dem Signalausgang (6) an einen Datenlogger überspielt und aufgezeichnet. Über den Steckverbinder (14) fließt das Probengas in die Membrane (22), hier z.B. in zylinderförmiger Gestaltung.In this application, a mass flow meter and indicator (25) is connected behind the container (18). This is followed by a remote-controlled valve (23). The dried and now well-mixed raw or measuring gas is measured in the CO 2 sensor (4) for the current CO 2 content. The value is transferred to a data logger via the signal output (6) and recorded. The sample gas flows into the membrane (22) via the connector (14), here for example in a cylindrical design.
Der Ablauf der Sammlung des Messgases ist wie folgt: Die Pumpe (2) drückt das Probegas gegen das geschlossene Eingangsventil (23). Das Ausgangsventil (24) ist ebenfalls geschlossen. Nun öffnet das Eingangsventil (23), das Probegas fließt über den Sensor (4), dem Steckverbinder (14) in die Membrane (22), der Steckverbindung (15) den Gassensor (5) gegen das geschlossene Ausgangsventil (24). Im Manometer (11) steigt der Druck an bis eine eingestellte Schwelle erreicht ist und der Schaltkontakt schließt. Mit diesem Signal wird das Eingangsventil (23) geschlossen. Die Probegasmenge steht nun in der Membrane. Durch die Wirkung des Gas absorbierenden oder mit dem Gas reagierende Flüssigkeit (16) permetiert das zu sammelnde Gas in die Flüssigkeit (16); innerhalb der Membrane entsteht erfindungsgemäß ein Unterdruck. Der Unterdruck wird von Manometer (11) erfasst, der geschlossene Kontakt öffnet wieder nach Unterschreiten eines Grenzdruckes, das Ventil (23) und (24) öffnen wieder. Neues Probengas strömt in die Membrane (22) bis die Ventile wieder schließen.The process of collecting the sample gas is as follows: The pump (2) presses the sample gas against the closed inlet valve (23). The outlet valve (24) is also closed. Now the inlet valve (23) opens, the sample gas flows via the sensor (4), the connector (14) into the membrane (22), the connector (15) and the gas sensor (5) against the closed outlet valve (24). The pressure in the pressure gauge (11) increases until a set threshold is reached and the switch contact closes. The inlet valve (23) is closed with this signal. The sample gas quantity is now in the membrane. Due to the effect of the liquid (16) absorbing the gas or reacting with the gas, the gas to be collected permeates into the liquid (16); a vapor is formed inside the membrane. According to the invention, a negative pressure is created. The negative pressure is recorded by the pressure gauge (11), the closed contact opens again when the pressure falls below a limit, the valves (23) and (24) open again. New sample gas flows into the membrane (22) until the valves close again.
Über veränderliche Schaltdauer, Pausenzeiten der Förderung oder der Pumpendrehzahl lassen sich Anpassungen an die Abgasmenge im Kamin vornehmen.Adjustments to the amount of exhaust gas in the chimney can be made by varying the switching duration, pause times for the pumping or the pump speed.
Wirkungsweise des Verfahrens am Ausführungsbeispiel der Figur 3Mode of operation of the method using the embodiment shown in Figure 3
Das Probengas mit dem zu sammelnden Anteil tritt bei (1), gefördert von der Pumpe (2) in die Sammelstrecke ein. In der Kältefalle mit Wasserabscheider (28) wird das Gas getrocknet und tritt in den Behälter (18) mit Puffer- und Mischvolumen ein. Von dort fließt das Rohgas weiter, wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben. The sample gas with the portion to be collected enters the collection section at (1), conveyed by the pump (2). The gas is dried in the cold trap with water separator (28) and enters the container (18) with buffer and mixing volume. From there, the raw gas flows on as described in examples 1 and 2.
Anders als in den vorgenannten Beispielen 1 und 2 wird das Kondensat nicht entsorgt. Das Kondensat, insbesondere Kondenswasser wird mit der Pumpe (27) über die Leitung (26) in eine Membrane (17, 21, 22) gefördert und auf dem Weg durch die Membrane in die im Gefäß (31) befindliche mit dem Gas reagierende oder Gas absorbierende Flüssigkeit (16) entgast. Das erfindungsgemäß entgaste Kondensat wird über den Auslass für entgastes Kondensat (30) entsorgt.Unlike in the aforementioned examples 1 and 2, the condensate is not disposed of. The condensate, in particular condensate water, is conveyed by the pump (27) via the line (26) into a membrane (17, 21, 22) and degassed on the way through the membrane into the liquid (16) in the vessel (31) which reacts with the gas or absorbs the gas. The condensate degassed according to the invention is disposed of via the outlet for degassed condensate (30).
Wirkungsweise des Verfahrens am Ausführungsbeispiel der Figur 4Mode of operation of the method using the embodiment shown in Figure 4
Die Wirkungsweise ist identisch mit der
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 10 2020 005 098 A1 [0011]
DE 10 2020 005 098 A1 [0011]
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|---|---|---|---|
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2023
- 2023-06-24 DE DE102023002568.2A patent/DE102023002568A1/en active Pending
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication |