Conditionering voor online stofmetingen in emissie, proces en omgeving

De grootste uitdagingen voor stationaire stofmetingen met een optisch meetprincipe zijn de condities van de bemonsteren gasstroom (of omgevingslucht). Voor veel processen geldt dat de het vochtgehalte te hoog is om direct optisch het stofgehalte af te leiden. Tevens komen we in de processtromen voorafgaand aan eventuele reinigingsbehandeling een te hoge belading aan deeltjes tegen voor dit meetprincipe. Bij het conditioneren van het gas is het noodzakelijk om onnodige verliezen te beperken. We werken in hoofdzaak met 3 principes: verwarmen, verdunnen of verwijderen van water met behulp van een permeatiedroger (Nafion®-membraan).

Verdunning van gasstromen

Het eerste probleem ontstaat als het aantal deeltjes te hoog is voor de deeltjes analyser. Het is dan niet meer mogelijk om onderscheid te maken tussen de afzonderlijke deeltjes. Om dit te voorkomen kan verdunning worden toegepast om de concentratie deeltjes sterk te verminderen. Door gebruik te maken van een verdunner, in het onderstaande voorbeeld wordt de luchtstroom verdund met lucht vrij van deeltjes in een verhouding van 1:8.5, ontstaan er echter een aantal neveneffecten waarvoor men moet corrigeren. Er treedt een onevenredig verlies op van het aantal deeltjes met verschillende diameters. Dit wordt veroorzaakt door botsingen tussen de deeltjes onderling. De kans dat een groot deeltje botst op een ander groot deeltje is groter dan de kans dat een klein deeltje botst op een klein deeltje.

Verwarmen van gasstromen

Een tweede conditioneringsstap is het verwarmen van het gas. Dit is een mogelijkheid wanneer men condensatie verwacht of men wil onderzoeken waaruit de fijnstof bestaat. Indien wordt gekozen voor het verwarmen van het gas wordt het proces van aerosolvorming omgekeerd. Afhankelijk van de gekozen temperatuur is het mogelijk dat bepaalde organische componenten worden afgebroken en deeltjes verdwijnen in de real time meting. Indien het fijnstof bestaat uit een organische en anorganische fractie wordt het mogelijk om via deze methode iets te zeggen over de samenstelling van het fijnstof. 

Chemisch drogen

Een mogelijkheid om zonder verlies van deeltjes water uit de gasstroom te verwijderen is het gebruik van Nafion slangen. Dit is een variant op Teflon waaraan o.a. een sulfonzuurgroep is toegevoegd. Water wordt door deze groep aangetrokken en diffundeert dan via de sulfonzuurgroepen naar de zijde met de laagste waterconcentratie.

De detectie van fijnstof gebeurt vaak in omgevingen waar de lucht vrij droog is en de deeltjes aantallen gering zijn. Fijnstof is op te delen in twee fracties:

Primair fijnstof:

ontstaat door wrijving. Denk bijvoorbeeld aan het malen van stoffen in de industrie door mengvoerder- of chemiebedrijven. Een ander voorbeeld is winderosie die deeltjes langs gebouwen of rotsen schuurt. Ook bij de verbranding van fossiele brandstoffen als kolen, olie en gas komt primair fijn stof vrij. Dit primair fijn stof komt rechtstreeks als stofdeeltjes in de lucht. 

Secundair fijnstof:

ontstaat als moleculen van verzurende stoffen binden tot zouten. Denk dan aan stoffen als stikstofoxiden (NOx), zwaveldioxide (SO₂) en ammoniak (NH₃). Deze kunnen zich ook aan primair fijnstof hechten.

Passende conditionering

Elke conditioneringstap heeft zijn voor- en nadelen. Voor iedere procesapplicatie zullen we – indien mogelijk - passende conditionering adviseren. Hierbij rekeninghoudend met: verliezen van vluchtige componenten in aerosolvorm indien de temperatuur toeneemt, toewijzing van massa aan waterdruppeltjes, de deeltjesconcentratie, de brekingsindex en de dichtheid van de componenten. In geval de interesse uitgaat naar grovere stofdeeltjes (>1 micron) is de isokinetische monstername een must. Kleinere deeltjes gedragen verdelen zich meer homogeen en dan kan de afwijking als gevolg van het niet isokinetisch bemonsteren klein zijn. In geval de metingen discontinue zijn, kan het gebruik van een draagbare monitor met juiste conditionering in een geschikte kast een goede oplossing zijn. In geval continue gemeten wordt over langere periode van maanden, of permanent 365 dagen per jaar, bevelen we systemen aan met een duurzaam pompsysteem, geschikt voor continue meting. Op het moment als er niet direct stof gemeten kan worden in een kanaal op basis van tribo-elektrisch of optisch meetprincipe komt de uitdaging kijken van het toepassen van de juiste conditionering en het meest optimale meetprincipe voor de gewenste online bepaling van stof.