Oberflächen-Ionisationsdetektor zur Online-Messung von Alkalien in Prozessgasen

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 102093

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0071;F-Biomasse

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bei der Umwandlung von Biomasse zu Strom oder Syngas können die in Spuren vorhandenen Alkalien Anlageteile schädigen (Turbinen, Katalysatoren, Wärmetauscher, Brennstoffzellen) oder Prozessschritte verunmöglichen. Der Alkali-Detektor funktioniert nach dem Oberflächen-Ionisationsprinzip. Mit ihm könnten die Spuren von Alkalien (K, Na) in Prozessgasen online messbar und kritische Konzentration überwachbar gemacht werden.

Schlussbericht (Deutsch)

Moderne Technologien zur effizienten Wärme- und Stromerzeugung aus Biomasse oder Abfällen stellen hohe Anforderungen an die Gas-Analysesysteme. Für eine effiziente Verstromung muss die Biomasse zuerst vergast und das Produktgas in einem weiteren Schritt in Brennstoffzellen oder Gasturbinen verstromt werden. Bei der Verbrennung- oder Vergasung von Biomasse geht ein Teil der darin enthaltenen Alkalien in die Gasphase über. Dabei können durch die Alkalien im Produktgas Korrosions- und Verkrustungsprozesse an Anlagenteilen entstehen. Um diese Prozesse zu verstehen und zu kontrollieren, muss die Fracht an Alkalien im Prozessgas zeitlich aufgelöst und mit hoher Sensitivität bestimmt werden. Eine zusätzliche Herausforderung an die Beprobungs- und Messtechnik stellen die teils sehr hohen Partikel- und Teerfrachten in den Prozessgasen dar. Gegenwärtiger Stand der Technik ist die Messung von Alkalien über Gaswäscher oder Filter, welche lediglich eine offline Bestimmung mit einer zeitlichen Auflösung von mehreren Minuten bis Stunden zulassen. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein neuer Alkali-Detektors (SID II) geplant und konstruiert, der auf dem Prinzip der Oberflächenionisation beruht. Mit dem SID II konnten wesentliche Verbesserungen gegenüber der ersten am PSI konstruierten Version des Detektors realisiert werden. Das neue Gerät zeichnet sich durch eine höhere Reproduzierbarkeit der Messung, sowie eine geringere Anfälligkeit auf Verschmutzungen im Prozessgas aus. Mit dem SID II können Alkali-Gehalte im Gas bis unter 1Gg/m3 mit einer zeitlichen Auflösung von einer Sekunde quantifiziert werden. Durch die Kopplung des SID II mit einem Ultraschallzerstäuber konnte eine Kalibration erstellt werden, die eine lineare Korrelation von Alkalikonzentration zu Signalstärke über knapp drei Grössen zeigt. Zusätzlich konnte durch einen Verdünnungsaufbau der lineare dynamische Messbereich des Detektors nochmals um zwei Grössenordnungen hin zu höheren Konzentrationen erweitert werden. Der SID II wurde sowohl für Messungen im Labor als auch für die Quantifizierung von Alkalien in realen Prozessgasen erfolgreich eingesetzt. Dabei wurde in den Messungen von Prozessgasen eine durchgehende Datenaufnahme von bis zu fünf Stunden durchgeführt.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Chemical Processes and Materials Research Group, Paul Scherrer Institut

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Wellinger,Marco
Wochele,Jörg
Ludwig,Christian

Zugehörige Dokumente

• Oberflächen-Ionisationsdetektor zur Online-Messung von Alkalien in Prozessgasen | MOPSID: Monitoring of process gases with a surface ionization detector - Schlussbericht [PDF] 730 kB