Lösungen zur Überwachung von THC / NMHC mit Gasanalysatoren für Gesamtkohlenwasserstoffe und FID

Das Kohlenstoff-Ansprechverhalten eines Flammenionisationsdetektors ist über etwa fünf Konzentrationsdekaden nahezu linear. Außerdem ist FID das ausdrücklich genannte Referenzmessverfahren in EPA Method 25A, EN 12619 und den meisten entsprechenden MCERTS- und VDI-3481-Regelwerken. Dadurch ist FID die einzige Technologie, die zugleich eine belastbare Grundlage für die Einhaltung von Vorschriften und einen ausreichend breiten Messbereich bietet, um mit demselben Messgerät sowohl Messungen im Sub-ppmC-Bereich an Werksgrenzen als auch Hochfahrereignisse an Fackeln abzudecken.

THC ist die Summe aller Kohlenstoffatome in flüchtigen organischen Verbindungen, angegeben als ein einzelner Wert (üblicherweise in ppmC). NMHC entspricht THC abzüglich Methan und wird in der Regel gemessen, indem das Messgas vor dem FID durch einen katalytischen Methanabscheider geleitet wird. Bei der VOC-Spezierung werden einzelne Verbindungen wie Benzol, Toluol und Formaldehyd erfasst; dafür umfasst unser Sortiment an VOC-Gasanalysatoren PID-, GC-MS- und photoakustische Messverfahren. Für reine Methanmessungen – etwa bei Erdgaslecksuche, Biogas aus Fermentern und LEL-Alarmen – eignen sich unsere Detektoren für brennbare Gase und Methananalysatoren. Würde man diese Anwendungsbereiche in einer einzigen Produktnummer zusammenfassen, wären sowohl die regulatorische Belastbarkeit als auch die Bedienbarkeit beeinträchtigt.

Bei einer beheizten FID-Konfiguration mit NMHC-Funktion wird das Messgas durch einen vorgeschalteten katalytischen Methanabscheider (Pt / Pd bei ~400 °C) geleitet. Dieser oxidiert CH₄, während höhere Kohlenwasserstoffe passieren. Das Signal des Abscheiderkanals wird vom THC-Signal abgezogen; das Ergebnis ist NMHC. Eine beheizte FID-Lösung für THC misst standardmäßig THC und kann durch den optionalen Methanabscheider für NMHC-Messungen ergänzt werden; die Konfiguration wird bei der Projektprüfung festgelegt.

NDIR ist eine preisgünstige Option für nicht regulierte Entlüftungsanzeigen bei einfachen Gasmatrizes, wenn der Bediener ausdrücklich ein verbindungsspezifisches Ansprechverhalten akzeptiert. NDIR wird in EPA Method 25B aufgeführt und kommt bei einigen industriellen Prozessanzeigen zum Einsatz. Es ist jedoch nicht das Standardmessverfahren für die THC-Berichterstattung mit CEMS und bei einer Prüfung kein direkter Ersatz für FID.

Wählen Sie in der Praxis FID, wenn ein Referenzmessverfahren vorgeschrieben ist (EPA Method 25A, EN 12619), die Gasmatrix schwere VOCs enthält, die sich in einem NDIR-Messgasweg bei Umgebungstemperatur niederschlagen würden, NMHC-Daten benötigt werden (Methanabscheider-Modus) oder der Konzentrationsmessbereich mehr als etwa 1.000 ppmC umfasst. Preisgünstige NDIR-Gasanalysatoren eignen sich für vereinfachte Prozessregelungen mit leichten VOCs, ohne Vorschriften zur Einhaltung und bei eingeschränkter Versorgung mit Betriebsmitteln. Sie decken jedoch weder Gasmatrizes mit schweren VOCs noch die Empfindlichkeit im Sub-ppmC-Bereich an Werksgrenzen ab.

Nein. Photoionisationsdetektoren eignen sich hervorragend für LDAR-Kontrollgänge, Prüfungen in Lösemittelräumen, Werksgrenzmessungen und die Reaktion auf Vorfälle. Sie sprechen jedoch nicht auf Methan an, erreichen bei feuchtem, lösemittelreichem Abgas die Sättigung und sind kein Referenzmessverfahren für stationäre Quellen. PID bleibt hier ein Screening-Messgerät. Für die VOC-Spezierung mit Lösemitteln siehe unser Sortiment an VOC-Gasanalysatoren.

Nur wenn spezifizierte NMHC-Daten zu den Projektergebnissen gehören – meist für eine Prüfung nach Method 25C, eine NMOC-Untersuchung von Deponiegas oder eine VOC-Charakterisierung auf Forschungsniveau. GC-FID eignet sich für Labor- und periodische Messgasanalysen. Es ist kein kontinuierlich online arbeitender THC-Analysator. Ein GC-FID auf einem CEMS-Rack verursacht zusätzlichen Aufwand für Trägergas, Säulenkonditionierung und Messverfahrensvalidierung, der bei einem kontinuierlich messenden beheizten FID-Gesamt-Kohlenwasserstoffanalysator entfällt.

Für ein beheiztes THC-FID-Messgerät werden vor Ort vier Dinge benötigt: hochreines H2-Brenngas (99,999 % / 5.0 Güteklasse, üblicherweise aus einer separaten Flasche oder einem Generator), Verbrennungsluft in Nullgasqualität, gereinigtes oder zertifiziertes Nullgas für Messspannen- und Nullpunktprüfungen sowie eine beheizte Probenahmeleitung, die tatsächlich von Anfang bis Ende beheizt ist. Wer bei einem dieser Punkte spart — besonders bei kalten Stellen in der Probenahmeleitung — riskiert, dass die THC-Messwerte von den Referenzverfahren der Prüfung abweichen.

Schwerere Kohlenwasserstoffe können sich niederschlagen, bevor sie den FID erreichen, wodurch der THC-Messwert zu niedrig ausfällt. EPA Method 25A schreibt vor, dass alle zum Gasanalysator führenden Probenahmekomponenten auf ≥110 °C beheizt werden. Auch die Probenahmeleitung sollte auf ≥110 °C gehalten werden, um Kondensation zu verhindern. Als Sollwert schreibt die Norm nicht 191 °C / 375 °F vor. In der Praxis können Ingenieure höhere Sollwerte für beheizte Leitungen festlegen, darunter etwa 191 °C, wenn die Gasmatrix feucht ist oder hochsiedende VOCs enthält. Dieser Wert ist als projektspezifische Praxis für beheizte Leitungen zu verstehen, nicht als Anforderung der Method 25A. Für die Einhaltung von Vorschriften ist die durchgängige Integrität des Messgases entscheidend: Von der Sondenspitze bis zum FID darf es keine Kaltstellen geben; dies ist bei der festgelegten Temperatur zu überprüfen. Weitere Informationen zum passenden Arbeitsablauf für die VOC-Spezierung mit Lösemitteln finden Sie bei unseren VOC-Gasanalysatoren.

EPA Method 25A ist das US-Referenzverfahren zur Bestimmung der Gesamtkonzentration gasförmiger organischer Stoffe mit einem beheizten kontinuierlichen FID-Gasanalysator. Das Verfahren legt die Gasentnahmesonde, beheizte Probenahmekomponenten bei ≥110 °C zur Vermeidung von Kondensation (höhere Sollwerte für die beheizte Leitung hängen von der Gasmatrix ab), Anforderungen an die FID-Ansprechfaktoren, die Rückführbarkeit von Null- und Messspanngasen (Propan oder Methan als Referenz für die Kohlenstoffzahl), Kalibrierfehler, Kalibrierdrift und Kriterien für die Datenverarbeitung fest. Eine beheizte FID-Lösung für THC wird nach Method 25A ausgelegt — Temperatur der beheizten Leitung, beheizter FID-Ofen, Anschlüsse für Null- und Messspanngas, Verriegelungen und Datenausgänge sind auf das Messverfahren abgestimmt. Die Kompatibilität mit Method 25A, der Zielumfang nach EN 12619, der VDI-3481-Kontext, der MCERTS-Zielumfang und der Zielumfang für Gesamtkohlenwasserstoff-CEMS nach US EPA PS-8A werden im Rahmen der technischen Projektprüfung bestätigt. Eine beheizte FID-Lösung für THC / EPA Method 25A ist als projektbezogen geprüfter Gasanalysator-Umfang mit Method-25A-Fähigkeit zu verstehen, nicht als bereits zertifiziertes CEMS von der Stange.

H₂-Brenngas wird bei FID-Gasanalysatoren in Industrieanlagen routinemäßig gemäß den üblichen Sicherheitsverfahren für Gase verwendet. Ein sachgerecht ausgelegter beheizter FID-Gesamt-Kohlenwasserstoffanalysator verfügt über ein vollständiges Verriegelungssystem mit H₂-Drucküberwachung, Luftdrucküberwachung, Flammenausfallerkennung und Störmeldung für die beheizte Leitung. Bei einem Fehler schaltet das System den FID ab und schließt das H₂-Zufuhrventil. An unbemannten Überwachungsstationen werden häufig H₂-Generatoren (Elektrolyse vor Ort mit deionisiertem Wasser) anstelle von Flaschen verwendet, um den logistischen Aufwand für Gasflaschen zu vermeiden. Die H₂-Versorgungsleitung am Standort, die Anforderungen für explosionsgefährdete Bereiche und die Auslegung des H₂-Generators sollten bei der Systemspezifikation bestätigt werden.

Die Zerstörungs- und Abscheideleistung (DRE) wird wie folgt berechnet: (ppmC am Eintritt – ppmC am Austritt) / ppmC am Eintritt × 100 %. Bei einer Zweipunktkonfiguration wird ein beheizter FID-Gesamt-Kohlenwasserstoffanalysator vor und einer hinter der RTO oder dem katalytischen Oxidator installiert. Beide Gasanalysatoren messen gleichzeitig und nutzen synchronisierte Kalibrierzyklen. Das DCS berechnet die DRE live anhand der kontinuierlichen ppmC-Signale. Diese Anordnung unterstützt die TOC-Berichterstattung für lösemittelverwendende Prozesse, wenn EN 12619 oder die frühere EN 13526 gilt, sowie die Genehmigungsanforderungen an die DRE gemäß 40 CFR Part 63. Der große Messbereich eines beheizten FID-Gasanalysators deckt den konzentrierten Messgasstrom am Eintritt ab; der zweite Gasanalysator lässt sich auf den niedrigen Konzentrationsmessbereich am Austritt konfigurieren und basiert auf derselben Geräteplattform.

Das beheizte FID-System benötigt weder einen Feuchtetrockner noch einen Peltierkühler, da das Messgas im gesamten beheizten Messgasweg über dem Taupunkt gehalten wird. Ein Grobpartikelfilter am Einlass der beheizten Sonde gehört jedoch zur Standardausstattung, um die Brennerdüse vor Ablagerungen zu schützen. Bei sehr hoher Partikelbelastung (Sinteranlage, Ofenabgas) kann ein beheizter Filter mit automatischer Rückspülung vorgesehen werden. Der Druckregler und Durchflussregler für das Messgas, die bei NDIR-Systemen zum SCS gehören, werden durch die in das beheizte FID-Ofenmodul integrierte Durchflussregelung im beheizten Messgasweg ersetzt. H₂-Brenngas und Verbrennungsluft in Nullgasqualität sind erforderliche Betriebsmittel, die NDIR-Systeme nicht benötigen.

Die wichtigsten Referenzregelwerke für beheizte FID-CEMS zur THC- und NMHC-Messung sind: US EPA Method 25A (kontinuierliche Messung der Gesamtkonzentration organischer Stoffe mit beheiztem FID) und Method 25B als NDIR-basierte Variante, EN 12619 (europäische Norm zur Messung des gesamten organischen Kohlenstoffs in Emissionen stationärer Quellen mit dem FID-Messverfahren), EN 13526 (ältere Norm zur kontinuierlichen TOC-Messung mit FID bei lösemittelverwendenden Prozessen, die nur noch genannt wird, wenn eine Genehmigung oder Projektspezifikation darauf verweist) sowie VDI 3481 Teil 3 (deutsche Norm für beheizte FID-Messungen). Für die CEMS-Typzulassung gehören MCERTS (Zertifizierungssystem der britischen Umweltbehörde) und US EPA Performance Specification 8A (Zielumfang für Gesamtkohlenwasserstoff-CEMS) zu den relevanten Zertifizierungswegen. Eine beheizte FID-Lösung von GESHINE für THC und EPA Method 25A ist auf diese Referenzregelwerke ausgelegt; der aktuelle Zertifizierungsstatus, die Zertifikatsnummern und die Gültigkeitszeiträume müssen zum Zeitpunkt der Angebotserstellung bestätigt werden.