DE202008003790U1 - Vorrichtung zur schnellen Onlinemessung in Biogas - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zur automatischen und vorbehandlungsfreien und onlinefähigen Messung
von Biogasparametern mit
• Einem Automaten zur automatischen Probenbereitstellung, evtl. Anreicherung und Messung von Proben aus dem Labor oder aus Fließsystemen
• Einem Adsorptionsapparat zur automatischen Erhöhung der Analytkonzentration
• Einer Vorrichtung zur automatischen Überführung des Biogases in eine Messapparatur bzw. zur Zuführung einer Sende- und Empfangsoptik zum Filterkuchen
• Einem Spektrometer zur automatischen Vermessung des Extrakts
• Einem chemometrischen Kalibrationsmodell zur Auswertung des aktuellen Spektrums hinsichtlich der chemischen, physikochemischeb und physikalischen Biogaseigenschaften
• Einem elektronischen System zur Umsetzung der chemometrisch-spektroskopischen Resultate in ein übertragbares Signal beispielsweise zur Prozesssteuerung
• Einem Automaten zur automatischen Probenbereitstellung, evtl. Anreicherung und Messung von Proben aus dem Labor oder aus Fließsystemen
• Einem Adsorptionsapparat zur automatischen Erhöhung der Analytkonzentration
• Einer Vorrichtung zur automatischen Überführung des Biogases in eine Messapparatur bzw. zur Zuführung einer Sende- und Empfangsoptik zum Filterkuchen
• Einem Spektrometer zur automatischen Vermessung des Extrakts
• Einem chemometrischen Kalibrationsmodell zur Auswertung des aktuellen Spektrums hinsichtlich der chemischen, physikochemischeb und physikalischen Biogaseigenschaften
• Einem elektronischen System zur Umsetzung der chemometrisch-spektroskopischen Resultate in ein übertragbares Signal beispielsweise zur Prozesssteuerung
Description
- Hintergrund
- Biogasanlagen sind in der Lage, den in organischem Material enthaltenen Kohlenstoff bzw. den darin chemisch gespeicherten Energieinhalt zu einem sehr hohen Prozentsatz in effizient nutzbaren Brennstoff umzuwandeln.
- Es entsteht dabei ein Gasgemisch, welches hauptsächlich aus Methan, Kohlendioxid und Ammoniak sowie als Nebenbestandteilen aus Schwefelwasserstoff, Alkoholen, Aldehyden, Ketonen, Säuren und höheren Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt ist.
- Diese Zusammensetzung ist vom Anlagenzustand und von der Art und dem Zustand der Einsatzmaterialien abhängig. Insofern ist die Biogaszusammensetzung immer relativ starken Schwankungen unterworfen, dies gilt auch für Summenparameter wie z. B. den Wobbe-Index.
- Um die Qualität des Produkts und die optimale Betriebsweise der Biogasanlage nachweisen bzw. regeln zu können ist eine kontinuierliche Überwachung der Biogasparameter (s. o.) mittels Onlineanalytik unverzichtbar.
- Eine kontinuierliche Überwachung der Biogasparameter ist ebenfalls Voraussetzung für eine Einspeisung des Gasesgemisches in öffentliche oder industrielle Gasnetze.
- Funktionsprinzip der neuen Biogas-Messtechnik
- Alle heute üblichen Verfahren zur Messung von Biogasparametern sind sehr aufwändig und teuer, zu langsam, d. h. nicht an Zeitkonstante der Parameterschwankung angepasst oder aber nicht onlinefähig.
- Die hier vorgeschlagene Messtechnik funktioniert dergestalt, dass ein optisches Spektrum der zu untersuchenden Probe nach einem chemometrischen Kalibrationsmodell ausgewertet wird. Abhängig von der Art und der Konzentration der im Biogas zu bestimmenden Gaskomponenten ist dafür der ultraviolette, der visuelle oder der infrarote Spektralbereich bzw. eine Kombination daraus zu verwenden.
- Die Chemometrie ist ein mathematisch-statistisches Verfahren zur Extraktion physikalischer bzw. chemischer Informationen aus ein- und mehrdimensionalen Datensätzen.
- So ist beispielsweise die Reproduktion des Spektrums einer Reinsubstanz A aus einem Satz von A enthaltenden Gemisch-Spektren möglich, wenn in einem chemometrischen Verfahren anhand von Kalibrierspektren (Spektren von A in bekannter Konzentration enthaltenden Gemischen) ein Zusammenhang ermittelt wurde. So sind Vorhersagemodelle für die Konzentration von A in A enthaltenden Gemischen generierbar.
- Ebenso ist dieses Verfahren auf die Konzentrationsbestimmung von Substanzgruppen anwendbar sowie auf die Bestimmung physikochemischer und kolligativer Eigenschaften von Substanzgemischen.
- Parallel und gleichzeitig sind damit alle Haupt- und Nebenkonzentrationen sowie daraus ableitbare Summenparameter oder physikalische Größen bestimmbar.
- Es sind eine Reihe mathematischer Prozeduren zum Thema bekannt, beispielsweise die regularisierte Diskriminanzanalyse, (RDA), die Hauptkomponentenanalyse (PCR), die partially-least-squares-Methode (PLS) oder die multiple lineare Regression (MLR).
- Die Methode der Chemometrie ist in ihrer Anwendbarkeit nicht auf spektroskopische Daten beschränkt, spektroskopische Daten sind aber, wenn sie zur Charakterisierung von Stoff- oder Systemeigenschaften geeignet sind, besonders leicht und schnell zu generieren.
- Voraussetzung für den Einsatz von Spektroskopie ist eine hinreichende spektroskopische Repräsentation von Stoff- oder Gemischeigenschaften.
- Vorgehensweise:
- Es werden chemometrische Kalibrationsmodelle für die Konzentrationen der Haupt- und Nebenkomponenten sowie für Summenparameter oder physikalische Größen von Biogasen erstellt.
- Von einem Teilstrom des Biogases wird in regelmäßigen Zeitintervallen ein Spektrum gemessen, welches nach o. g. Kalibrationsmodellen ausgewertet werden kann.
- Mit der oben genannten Vorrichtung lässt sich die Onlineanalyse von Biogasen solchermaßen durchführen, dass
-
- 1. ein Teilstrom des Biogases mittele einer Pumpe kontinuierlich durch eine Gasküvette geleitet wird,
- 2. von diesem Gasgemisch ein Spektrum mithilfe eines Spektrometers gemessen wird,
- 3. dieses Spektrum nach einem oder mehreren vorher erstellten chemometrischen Kalibrationsmodellen hinsichtlich der Konzentrationen der Haupt- und Nebenkomponenten sowie Summenparametern oder physikalischen Größen ausgewertet wird,
- 4. Die Schritte 1 bis 3 werden automatisch von einem softwaregesteuerten Spektrometer durchgeführt.
- Die Eigenschaften und Vorteile, welche sich mit dieser Erfindung erzielen lassen:
-
- • Die neue Messtechnik ist sehr viel schneller und damit kostengünstiger als die DIN-Methoden
- • Die Messtechnik ist voll automatisierbar
- • Die Messtechnik ist onlinefähig
- • Durch die Flexibilität des Kalibrationsprinzips und des Spektralbereichs des eingesetzten Spektrometers ist die Messtechnik an viele Analysenprobleme anpassbar.
Claims (6)
- Vorrichtung zur automatischen und vorbehandlungsfreien und onlinefähigen Messung von Biogasparametern mit • Einem Automaten zur automatischen Probenbereitstellung, evtl. Anreicherung und Messung von Proben aus dem Labor oder aus Fließsystemen • Einem Adsorptionsapparat zur automatischen Erhöhung der Analytkonzentration • Einer Vorrichtung zur automatischen Überführung des Biogases in eine Messapparatur bzw. zur Zuführung einer Sende- und Empfangsoptik zum Filterkuchen • Einem Spektrometer zur automatischen Vermessung des Extrakts • Einem chemometrischen Kalibrationsmodell zur Auswertung des aktuellen Spektrums hinsichtlich der chemischen, physikochemischeb und physikalischen Biogaseigenschaften • Einem elektronischen System zur Umsetzung der chemometrisch-spektroskopischen Resultate in ein übertragbares Signal beispielsweise zur Prozesssteuerung
- Vorrichtung nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Kalibrationsmodells zur Messung weiterer Biogasparameter
- Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Einsatz als Messprinzip in der Flüssigphase
- Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Einsatz als Messprinzip in der Festphase
- Vorrichtung nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Kalibrationsmodells zur Messung der Konzentration anderer spektroskopisch aktiver Substanzen
- Vorrichtung nach Anspruch 1 unter Verwendung einer anderen Messtechnik wie z. B. Raman- oder Röntgenfluoreszenzspektroskopie statt NIR- oder UV-Vis-Spektroskopie
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| DE200820003790 DE202008003790U1 (de) | 2008-03-18 | 2008-03-18 | Vorrichtung zur schnellen Onlinemessung in Biogas |
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| DE102010031528B4 (de) * | 2010-07-19 | 2013-04-25 | Klaus Seeger | System zur Bestimmung eines Energiegehalts eines festen Brennstoffs und Verwendung des Systems |
| CN109306321A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-02-05 | 黑龙江省能源环境研究院 | 一种沼气发酵环境在线监控预警系统 |
| CN109406800A (zh) * | 2018-02-09 | 2019-03-01 | 北京华泰美景科技发展有限公司 | 一种燃煤电厂一次风煤粉元素在线自动分析系统 |
| WO2020160880A1 (fr) | 2019-02-07 | 2020-08-13 | IFP Energies Nouvelles | Procede pour la mesure de la concentration en especes gazeuses dans un biogaz |
| WO2021204450A1 (de) * | 2020-04-09 | 2021-10-14 | Sartorius Stedim Biotech Gmbh | Prozesssteuerung/-regelung auf basis einer spektroskopischen bestimmung unbestimmter substanzkonzentrationen |
-
2008
- 2008-03-18 DE DE200820003790 patent/DE202008003790U1/de not_active Expired - Lifetime
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| WO2020160880A1 (fr) | 2019-02-07 | 2020-08-13 | IFP Energies Nouvelles | Procede pour la mesure de la concentration en especes gazeuses dans un biogaz |
| FR3092665A1 (fr) | 2019-02-07 | 2020-08-14 | IFP Energies Nouvelles | Procede pour la mesure de la concentration en especes gazeuses dans un biogaz |
| WO2021204450A1 (de) * | 2020-04-09 | 2021-10-14 | Sartorius Stedim Biotech Gmbh | Prozesssteuerung/-regelung auf basis einer spektroskopischen bestimmung unbestimmter substanzkonzentrationen |
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