🔥 Brennwert und Heizwert fester Biobrennstoffe — Bombenkalorimeter
Kurz gefasst
Verbrennung einer Einwaage des Biobrennstoffs in Sauerstoff bei einem Druck von 3 MPa in einem mit Benzoesäure kalibrierten Bombenkalorimeter; der Brennwert bei konstantem Volumen bei 25 °C, der Heizwert rechnerisch (Feuchte, Wasserstoff). Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 18125:2017-07; Der GIG-Bereich: 8055–37581 kJ/kg (kalorimetrisches Verfahren). Das Verfahren umfasst 8 Schritte; eingesetzt wird sie unter anderem für: Abrechnung der Lieferungen von Energiebiomasse nach Energie (Pellets, Hackschnitzel, Stroh, Holzabfälle), Einstufung von Pellets und Briketts nach den Spezifikationen für Biobrennstoffe (der Heizwert im Anlieferungszustand), Energiebilanzen von Kesseln und Biomasseanlagen.
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 18125:2017-07
- Kategorie: Petrochemie
- Verfahrensschritte: 8
- Bezugstemperatur: 25 °C (die internationale Bezugstemperatur der Thermochemie)
- Sauerstoff: Druck in der Bombe 3 MPa, Reinheit ≥ 99,5 Volumenprozent, frei von brennbaren Stoffen — deshalb wird elektrolytischer Sauerstoff, der bis zu 4 % H2 enthalten kann, nicht verwendet
- Kalibriersubstanz: Zertifizierte Benzoesäure
Übersicht
Die Norm legt ein Verfahren zur Bestimmung des Brennwerts eines festen Biobrennstoffs bei konstantem Volumen und bei der Bezugstemperatur von 25 °C in einem Bombenkalorimeter fest, das durch die Verbrennung zertifizierter Benzoesäure kalibriert wird. Das Ergebnis ist der Brennwert der Analysenprobe bei konstantem Volumen, wobei das gesamte Wasser der Verbrennungsprodukte in flüssiger Form vorliegt. In der Praxis werden Biobrennstoffe bei konstantem atmosphärischem Druck verbrannt, und das Wasser wird entweder nicht kondensiert oder kondensiert — in beiden Fällen ist die nutzbare Wärme der Heizwert bei konstantem Druck; die Norm gibt Formeln für den Heizwert bei konstantem Volumen und bei konstantem Druck an. Die allgemeinen Grundsätze der Kalibrierung und der Versuche stehen im Haupttext und die Verfahren für die einzelnen Kalorimetertypen in den Anhängen A (adiabatische), B (isoperibole und mit konstantem Mantel) und C (automatische); der Anhang D enthält Prüflisten, E Rechenbeispiele und G Vorgabewerte für typische Biobrennstoffe.
Brennwert und Heizwert sind die Grundlage der Beurteilung der Qualität eines Brennstoffs als Energierohstoff; sie hängen stark von der Brennstoffart und der Feuchte ab (Biomasse 8–17 MJ/kg, Steinkohlen 16,7–29,3 MJ/kg nach der TU Wrocław). Für die Berechnung des Heizwerts bei konstantem Volumen werden die Gehalte an Feuchte und Wasserstoff der Analysenprobe benötigt und bei konstantem Druck grundsätzlich auch die an Sauerstoff und Stickstoff. Die Temperaturabhängigkeit des Brennwerts ist gering (unter 1 J/(g·K)).
Die Bombe kann zugleich dem Aufschluss der Probe für die Bestimmung von Schwefel und Chlor dienen (ISO 16994). Beim GIG wird der Brennwert von Biobrennstoffen nach PN-EN ISO 18125:2017-07 kalorimetrisch im Bereich 8055–37581 kJ/kg bestimmt und der Heizwert rechnerisch; isoperibole Kalorimeter führen die Messung in wenigen Minuten aus.
Prinzip der Methode
Eine Einwaage der Analysenprobe wird in Sauerstoff unter hohem Druck in einem Bombenkalorimeter unter festgelegten Bedingungen verbrannt. Die effektive Wärmekapazität des Kalorimeters wird in Kalibrierversuchen durch die Verbrennung zertifizierter Benzoesäure unter ähnlichen Bedingungen ermittelt. Der korrigierte Temperaturanstieg wird aus Beobachtungen der Temperatur vor, während und nach der Verbrennungsreaktion bestimmt (Zeit und Häufigkeit der Beobachtungen hängen vom Kalorimetertyp ab). Der Bombe wird zu Beginn Wasser zugegeben, um eine gesättigte Dampfphase zu erhalten und das gesamte gebildete Wasser (aus dem Wasserstoff und aus der Feuchte der Probe) als flüssig zu behandeln. Der Brennwert wird aus dem korrigierten Temperaturanstieg und der effektiven Wärmekapazität berechnet, unter Berücksichtigung der Zündenergie, der Verbrennung des Drahtes oder Fadens und der Wärmeeffekte der Nebenreaktionen (der Bildung von Salpetersäure) sowie einer Korrektur für die Energiedifferenz zwischen wässriger Schwefelsäure und gasförmigem SO2; der Effekt der Salzsäure darf bei Biobrennstoffen vernachlässigt werden.
Anwendungen
- Abrechnung der Lieferungen von Energiebiomasse nach Energie (Pellets, Hackschnitzel, Stroh, Holzabfälle)
- Einstufung von Pellets und Briketts nach den Spezifikationen für Biobrennstoffe (der Heizwert im Anlieferungszustand)
- Energiebilanzen von Kesseln und Biomasseanlagen
- Aufschluss der Probe für die Bestimmung von Schwefel und Chlor (ISO 16994, Verfahren A)
- Ringversuche von Laboratorien für feste Brennstoffe
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Bezugstemperatur | 25 °C (die internationale Bezugstemperatur der Thermochemie) |
| Sauerstoff | Druck in der Bombe 3 MPa, Reinheit ≥ 99,5 Volumenprozent, frei von brennbaren Stoffen — deshalb wird elektrolytischer Sauerstoff, der bis zu 4 % H2 enthalten kann, nicht verwendet |
| Kalibriersubstanz | Zertifizierte Benzoesäure |
| Zünddraht | Ni-Cr 0,16–0,20 mm oder Platin 0,05–0,10 mm; wahlweise ein Baumwollfaden |
| Ergebnis | Der Brennwert bei konstantem Volumen; der Heizwert bei konstantem Volumen und bei konstantem Druck rechnerisch |
| Der GIG-Bereich | 8055–37581 kJ/kg (kalorimetrisches Verfahren) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 18125:2017-07
- Titel (PL)
- Biopaliwa stałe — Oznaczanie wartości opałowej
- Title (EN)
- Solid biofuels — Determination of calorific value
Schritt-für-Schritt-Verfahren
-
Kalibrierung
Die effektive Wärmekapazität ε des Kalorimeters durch die Verbrennung zertifizierter Benzoesäure unter Bedingungen ermitteln, die denen der Versuche mit dem Brennstoff ähnlich sind, unter Berücksichtigung der Bedingungen des Zertifikats (Abschnitt 9: die Kalibriersubstanz, der Arbeitsbereich von ε, die Hilfsbeiträge, die Präzision von ε, die erneute Ermittlung).
-
Vorbereitung der Probe
Die Analysenprobe nach ISO 14780 (Abschnitt 7) vorbereiten und gleichzeitig die Feuchte nach ISO 18134-3 bestimmen; nötigenfalls einen Pressling pressen oder eine Verbrennungshilfe verwenden (Kapsel, Beutel, Benzoesäure).
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Vorbereitung der Bombe
Eine Portion in den Tiegel einwägen, den Zünddraht (Ni-Cr 0,16–0,20 mm oder Pt 0,05–0,10 mm) und nötigenfalls einen Baumwollfaden befestigen, der Bombe Wasser zur Sättigung der Dampfphase zugeben, sie schließen und mit Sauerstoff auf 3 MPa füllen (8.2).
-
Zusammenbau des Kalorimeters
Die Bombe in das Kalorimetergefäß mit einer abgemessenen Wassermenge stellen (Grundlage: eine konstante Masse Kalorimeterwasser oder eine konstante Gesamtmasse) und das Kalorimeter zusammenbauen (8.3).
-
Verbrennung und Temperaturmessung
Die Probe zünden und die Temperatur vor, während und nach der Verbrennung nach dem Verfahren für den betreffenden Kalorimetertyp aufzeichnen (8.4; Anhänge A–C).
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Korrigierter Temperaturanstieg
Den beobachteten Temperaturanstieg berechnen und um den Wärmeaustausch, die Rührleistung usw. korrigieren (8.6: isoperibole und Kalorimeter mit konstantem Mantel, adiabatische, Thermometerkorrekturen); auf eine Temperatur von 25 °C beziehen (8.7).
-
Analyse der Verbrennungsprodukte (wenn verlangt)
In der Bombenwaschflüssigkeit Salpeter- und Schwefelsäure mit eingestellten Lösungen bestimmen (8.5) oder die Vorgabewerte für typische Biobrennstoffe nehmen (Anhang G).
-
Berechnung
Der Brennwert bei konstantem Volumen aus θ und ε mit den Korrekturen für die Zündenergie, den Draht/Faden, die Salpetersäure und den Schwefel (Abschnitt 10); der Heizwert bei konstantem Volumen aus Feuchte und Wasserstoff und bei konstantem Druck zusätzlich aus Sauerstoff und Stickstoff (Abschnitt 12); auf die verlangten Bezugszustände umrechnen (10.5).
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Bombenkalorimeter | Adiabatisch (Anhang A), isoperibol oder mit konstantem Mantel (Anhang B) oder automatisch (Anhang C); eine Bombe für einen Sauerstoffdruck von 3 MPa | — |
| Kalorimetrische Thermometer | Nach ISO 651 / ISO 652 oder Platinfühler, Thermistoren, Quarzresonatoren mit einer festgelegten Temperaturabhängigkeit | — |
| Analysenwaage | Zum Einwägen der Probe, der Kalibriersubstanz und der Verbrennungshilfen | — |
| Pelletpresse (wahlweise) | Zum Formen von Presslingen aus dem Biobrennstoff oder aus Benzoesäure | — |
| Apparatur für die Analyse der Bombenwaschflüssigkeit (wenn verlangt) | Bürette, eingestellte Lösungen und Indikator für die Bestimmung von Salpeter- und Schwefelsäure | — |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Sauerstoff | — | Mit einem Druck, der ausreicht, die Bombe auf 3 MPa zu füllen, Reinheit ≥ 99,5 Volumenprozent, frei von brennbaren Stoffen |
| Zertifizierte Benzoesäure | 65-85-0 | Die Kalibriersubstanz mit zertifiziertem Brennwert; auch eine Verbrennungshilfe |
| Verbrennungshilfen | — | Mit bekanntem Brennwert, bekannter Zusammensetzung und Reinheit: Benzoesäure, n-Dodecan, Paraffinöl, Verbrennungsbeutel oder -kapseln |
| Eingestellte Lösungen und Indikator (nur für die Analyse der Bombenwaschflüssigkeit) | — | Ba(OH)2 0,05 mol/l, Na2CO3 0,05 mol/l, NaOH 0,1 mol/l, HCl 0,1 mol/l; der Indikator: Methylorange 0,25 g + Xylencyanol FF 0,15 g in 50 ml Ethanol 95 %, mit Wasser auf 250 ml aufgefüllt |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Bombe unter einem Sauerstoffdruck von 3 MPa — nur druckgeprüfte Bomben verwenden, die zulässige Probenmasse nicht überschreiten, Sauerstoff frei von brennbaren Stoffen, keine Schmierstoffe in der Sauerstoffarmatur
- Die Zündung von Proben unbekannter Reaktivität — der Schutzmantel des Kalorimeters, sich beim Zünden nicht über die Bombe beugen
- Die Bombenwaschflüssigkeit enthält Salpeter- und Schwefelsäure — Handschuhe und Schutzbrille beim Öffnen und Spülen der Bombe
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 18125:2017-07 — „Solid biofuels — Determination of calorific value“.
Wie funktioniert diese Methode?
Eine Einwaage der Analysenprobe wird in Sauerstoff unter hohem Druck in einem Bombenkalorimeter unter festgelegten Bedingungen verbrannt. Die effektive Wärmekapazität des Kalorimeters wird in Kalibrierversuchen durch die Verbrennung zertifizierter Benzoesäure unter ähnlichen Bedingungen ermittelt.
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Bezugstemperatur: 25 °C (die internationale Bezugstemperatur der Thermochemie); Sauerstoff: Druck in der Bombe 3 MPa, Reinheit ≥ 99,5 Volumenprozent, frei von brennbaren Stoffen — deshalb wird elektrolytischer Sauerstoff, der bis zu 4 % H2 enthalten kann, nicht verwendet; Kalibriersubstanz: Zertifizierte Benzoesäure; Zünddraht: Ni-Cr 0,16–0,20 mm oder Platin 0,05–0,10 mm; wahlweise ein Baumwollfaden.
Wie lange dauert die Prüfung?
Das Verfahren umfasst 8 Schritte. Die Norm gibt nicht für jeden Schritt eine Dauer an — maßgeblich ist das Verfahren des Labors.
Welche Geräte werden benötigt?
Bombenkalorimeter, Kalorimetrische Thermometer, Analysenwaage, Pelletpresse (wahlweise), Apparatur für die Analyse der Bombenwaschflüssigkeit (wenn verlangt).
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Abrechnung der Lieferungen von Energiebiomasse nach Energie (Pellets, Hackschnitzel, Stroh, Holzabfälle); Einstufung von Pellets und Briketts nach den Spezifikationen für Biobrennstoffe (der Heizwert im Anlieferungszustand); Energiebilanzen von Kesseln und Biomasseanlagen; Aufschluss der Probe für die Bestimmung von Schwefel und Chlor (ISO 16994, Verfahren A); Ringversuche von Laboratorien für feste Brennstoffe.
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Bombe unter einem Sauerstoffdruck von 3 MPa — nur druckgeprüfte Bomben verwenden, die zulässige Probenmasse nicht überschreiten, Sauerstoff frei von brennbaren Stoffen, keine Schmierstoffe in der Sauerstoffarmatur; Die Zündung von Proben unbekannter Reaktivität — der Schutzmantel des Kalorimeters, sich beim Zünden nicht über die Bombe beugen; Die Bombenwaschflüssigkeit enthält Salpeter- und Schwefelsäure — Handschuhe und Schutzbrille beim Öffnen und Spülen der Bombe.
Welches Labor führt diese Prüfung durch?
Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-EN ISO 18125.