🌿 Amoniak (NH₃) w gazach odlotowych — metoda manualna absorpcyjna

Środowisko PN-EN ISO 21877

Przegląd

Emisje amoniaku pochodzą w dużej mierze z rolnictwa, z procesów chemicznych (np. produkcja nawozów), elektrowni, cementowni i spalarni odpadów z reaktorami SCR i nie-SCR (przebicie amoniaku). ISO 21877:2019 określa manualną metodę pomiaru — pobór i różne metody analityczne — do oznaczania stężenia masowego amoniaku w gazach odlotowych instalacji przemysłowych, np. obiektów spalania lub instalacji rolniczych. Metoda oznacza wszystkie związki lotne w temperaturze poboru, które podczas absorpcji dysocjują z wytworzeniem jonów amonowych — czyli lotną zawartość amoniaku w gazie. Jest niezależną metodą pomiaru (w EN 14181 nazywaną standardową metodą referencyjną), zwalidowaną w badaniach terenowych w zakresie około 8–65 mg/m³ w warunkach standardowych; dolną granicę wyznaczyły warunki pracy instalacji testowej, a metodę można stosować przy niższych stężeniach zależnie od czasu i objętości poboru oraz granicy wykrywalności analizy. Służy do monitoringu okresowego oraz do kalibracji i walidacji stałych automatycznych systemów pomiarowych amoniaku (w powiązaniu z ISO 17179). W Polsce norma obowiązuje jako PN-EN ISO 21877:2020-03.

Zasada metody

Reprezentatywną próbkę pobiera się ze strumienia gazu przez określony czas z określonym strumieniem; gdy w gazie są krople, konieczny jest pobór izokinetyczny. Sonda jest ogrzewana do temperatury zapewniającej odparowanie kropli i brak kondensacji pary wodnej; cząstki zatrzymuje określony filtr — w kominie (preferowany przy poborze nieizokinetycznym, bo nie wymaga osobnego grzania) albo poza kominem, wtedy ogrzewany do zadanej temperatury. Amoniak przechodzący przez filtr zbiera się w układzie absorpcyjnym zakwaszonym H₂SO₄ (roztwór 0,05 M, stężenie można zwiększyć przy wysokich stężeniach NH₃), a masę NH₄⁺ oznacza po poborze jedną z metod analitycznych rozdziału 9 (spektrometria wg ISO 7150-1, analiza przepływowa CFA/FIA wg ISO 11732, chromatografia jonowa wg ISO 14911). Objętość gazu mierzy się gazomierzem; stężenie masowe to iloraz masy amoniaku w roztworze (mg) i objętości gazu (m³), z przelicznikiem NH₄⁺→NH₃ fN = 0,944. Układ poboru: grzana sonda z wlotem z tytanu, kwarcu, szkła borokrzemowego lub PTFE; kwarcowy filtr płaski; dwie płuczki ze spiekiem (porowatość D1 lub drobniejsza) przy małych strumieniach albo impingery przy dużych; pompa, regulator strumienia, gazomierz z termometrem i manometrem, opcjonalnie wieża susząca; wszystkie elementy odporne na korozję; linia do płuczek ogrzewana co najmniej 15 K powyżej punktu rosy gazu, czas przebywania zminimalizowany. W obecności półlotnych soli amonowych temperatura poboru wpływa na równowagę gaz/ciało stałe; analiza pyłu (amoniak całkowity) nie jest objęta normą.

Zastosowania

• Pomiar przebicia amoniaku (ammonia slip) za instalacjami SCR/SNCR w elektrowniach, cementowniach i spalarniach odpadów
• Emisje amoniaku z zakładów chemicznych (produkcja nawozów) i instalacji rolniczych
• Kalibracja i walidacja stałych automatycznych systemów pomiarowych amoniaku (ISO 17179, EN 14181)
• Pomiary okresowe dla pozwoleń zintegrowanych i sprawozdawczości emisyjnej
• Równoległy pobór z innymi składnikami w bocznych liniach układu izokinetycznego

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-EN ISO 21877:2020-03 (ISO 21877:2019)

Tytuł (PL)

Emisja ze źródeł stacjonarnych — Oznaczanie stężenia masowego amoniaku — Metoda manualna

Title (EN)

Stationary source emissions — Determination of the mass concentration of ammonia — Manual method

Procedura krok po kroku

1. Planowanie

   Ustal miejsce i punkty pomiarowe (EN 15259), obecność kropli (→ pobór izokinetyczny), oczekiwane stężenie NH₃ i czas poboru tak, aby masa NH₄⁺ przekroczyła granicę oznaczalności analizy.

2. Zestawienie układu

   Zmontuj grzaną sondę, filtr (w kominie lub grzany), dwie płuczki z 0,05 M H₂SO₄, butlę ochronną, wieżę suszącą (przy gazomierzu suchym), pompę, przepływomierz i gazomierz; ogrzej linię do płuczek co najmniej 15 K powyżej punktu rosy; sprawdź szczelność.

3. Pobór

   Pobieraj próbkę przez określony czas z określonym strumieniem (przy izokinetyce — z linią boczną o stałym stosunku strumieni lub bez niej); rejestruj objętość, temperaturę i ciśnienie na gazomierzu. Przygotuj ślepą próbę terenową.

4. Odzysk próbek

   Przelej roztwory z obu płuczek osobno do butelek szklanych, PP lub PE, wypłucz elementy za filtrem wodą demineralizowaną i dołącz popłuczyny; oceń skuteczność absorpcji z udziału drugiej płuczki.

5. Analiza

   Oznacz NH₄⁺ wybraną metodą (spektrometria, CFA/FIA lub chromatografia jonowa) wobec krzywej wzorcowej, z uwzględnieniem rozcieńczenia i ślepych prób.

6. Obliczenia

   Oblicz masę NH₃ (fN = 0,944), objętość gazu w warunkach standardowych, stężenie masowe w mg/m³ na gaz suchy i po korekcie na referencyjne O₂; sporządź budżet niepewności (≤ 20 % wartości odniesienia).

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Roztwór kwasu siarkowego — ochrona oczu i rąk; roztwory po poborze zawierają sole amonowe i mogą zawierać kwaśne składniki spalin
• Grzana sonda i filtr grożą oparzeniem; praca na platformie kominowej z zabezpieczeniem przed upadkiem
• Amoniak w gazach i nieszczelnych króćcach drażni drogi oddechowe — ochrona dróg oddechowych przy otwieraniu króćców

Najczęstsze pytania