🔥 Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in festen Biobrennstoffen — instrumentelles Verfahren (Verbrennung)

Petrochemie PN-EN ISO 16948

Übersicht

Die Norm beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Gesamtgehalts an Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in festen Biobrennstoffen. Instrumentelle Verfahren der C-, H- und N-Analyse sind allgemein verbreitet, oft anstelle der älteren chemischen Verfahren. Eine verlässliche Bestimmung dieser Elemente ist für die Qualitätskontrolle wichtig, und die Ergebnisse dienen als Eingangsdaten für die Berechnungen der Verbrennung von Biobrennstoffen: der Stickstoff hängt mit der NOx-Emission zusammen (Brennstoff-NOx), der Wasserstoff wird für die Berechnung des Heizwerts und der Kohlenstoff für die Ermittlung der CO2-Emission benötigt. Für Stickstoff unter 0,1 % ist das Kjeldahl-Verfahren am verlässlichsten.

Die Norm schreibt die Bauart des Geräts nicht vor — es gibt viele Bauteile und Konfigurationen, mit denen die Prüfung ausgeführt werden kann —, sondern stellt funktionale Anforderungen: die Verbrennungsbedingungen sollen den gesamten Kohlenstoff (einschließlich des Kohlenstoffs der mineralischen Carbonate), den Wasserstoff (einschließlich des Konstitutionswassers der Minerale) und den Stickstoff entsprechend in CO2, Wasserdampf sowie N2 und/oder Stickstoffoxide überführen; die Gase sind von störenden Bestandteilen zu befreien, der Wasserstoff aus Halogenverbindungen und aus den Sauerstoffsäuren des Schwefels ist als Wasserdampf freizusetzen, die Stickstoffoxide sind zu Stickstoff zu reduzieren, und das Detektionssystem soll ein mit den Konzentrationen korreliertes (am besten lineares) Signal liefern und die Berechnung der Ergebnisse ermöglichen.

Der Kalibrierung dienen reine organische Stoffe (Reinheit > 99,9 %, trocken), z. B. Acetanilid, Atropin, Benzoesäure, Cystin, Diphenylamin, EDTA, Phenylalanin, Sulfanilamid, Sulfanilsäure, TRIS — mit den C-, H-, N-Gehalten nach dem Zertifikat und nicht den theoretischen. Die Richtigkeit der Kalibrierung wird mit zertifizierten Referenzmaterialien geprüft (z. B. NBS 1573 Tomatenblätter, NBS 1575 Kiefernnadeln); bei Matrixeffekten wird mit mindestens zwei CRM/SRM kalibriert und zur Überprüfung werden andere verwendet. Beim GIG wird der Kohlenstoffgehalt von Biobrennstoffen nach PN-EN ISO 16948:2015-07 durch Hochtemperaturverbrennung mit IR-Detektion im Bereich 10,00–72,00 % bestimmt.

Prinzip der Methode

Eine bekannte Masse Probe wird in Sauerstoff oder in einer Mischung aus Sauerstoff und einem Trägergas unter Bedingungen verbrannt, unter denen sie in Asche und gasförmige Verbrennungsprodukte übergeht: hauptsächlich Kohlendioxid, Wasserdampf, elementaren Stickstoff und/oder Stickstoffoxide, die Oxide und Sauerstoffsäuren des Schwefels sowie Halogenwasserstoffe. Die Verbrennungsprodukte werden so behandelt, dass der an die Produkte des Schwefels und der Halogene gebundene Wasserstoff als Wasserdampf frei wird; die Stickstoffoxide werden zu Stickstoff reduziert und die bei der Gasanalyse störenden Produkte entfernt. Die Massenanteile von CO2, Wasserdampf und Stickstoff im Gasstrom werden mit geeigneten instrumentellen Verfahren der Gasanalyse quantitativ bestimmt. Trägergas ist Helium oder ein anderes vom Hersteller des Geräts angegebenes Gas; der Sauerstoff und die zusätzlichen Reagenzien nach den Angaben des Herstellers.

Anwendungen

• Berechnung des Heizwerts von Biobrennstoffen (Wasserstoff) und der CO2-Emission (Kohlenstoff)
• Beurteilung des Potenzials für Brennstoff-NOx-Emissionen (Stickstoff) bei der Verbrennung von Biomasse
• Qualitätskontrolle von Pellets, Hackschnitzeln und landwirtschaftlicher Biomasse
• Elementaranalyse für Verbrennungs- und Vergasungsbilanzen
• Umrechnung der Ergebnisse auf andere Bezugszustände nach ISO 16993

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN ISO 16948:2015-07

Titel (PL)

Biopaliwa stałe — Oznaczanie całkowitej zawartości węgla, wodoru i azotu

Title (EN)

Solid biofuels — Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Vorbereitung der Probe

   Die Analysenprobe nach den Regeln für die Vorbereitung von Biobrennstoffproben (ISO 14780) vorbereiten und die Feuchte für die Umrechnungen bestimmen (ISO 16993).

2. Kalibrierung

   Das Gerät mit reinen, trockenen organischen Stoffen (> 99,9 %) kalibrieren und dabei die C-, H-, N-Gehalte aus dem Zertifikat des Materials verwenden; der Kalibrierbereich soll die erwarteten Konzentrationen umfassen.

3. Überprüfung der Richtigkeit

   Ein zertifiziertes Referenzmaterial analysieren (z. B. NBS 1573, NBS 1575); ist die Wiederfindung wegen der Matrix oder des Bereichs unbefriedigend, mit mindestens zwei CRM/SRM kalibrieren und zur Überprüfung andere CRM verwenden.

4. Verbrennung der Probe

   Eine bekannte Masse Probe einwägen und in Sauerstoff oder in Sauerstoff mit einem Trägergas so verbrennen, dass der gesamte Kohlenstoff (darunter die Carbonate), der Wasserstoff (darunter das Konstitutionswasser) und der Stickstoff in die Gase übergehen.

5. Behandlung der Gase

   Den Wasserstoff aus den Halogenwasserstoffen und aus den Sauerstoffsäuren des Schwefels als Wasserdampf freisetzen, die Stickstoffoxide zu N2 reduzieren und die bei der Detektion störenden Bestandteile entfernen.

6. Detektion und Berechnung

   CO2, H2O und N2 im Gasstrom instrumentell bestimmen; die C-, H- und N-Gehalte der Probe aus den Signalen der Detektoren und der Masse der Probe berechnen; die Ergebnisse im verlangten Bezugszustand angeben (ISO 16993).

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Die Reagenzien des Analysators (Reaktorfüllungen, Absorbenzien) sind oft giftig und ätzend — Wechsel mit Handschuhen und Schutzbrille, unter dem Abzug
• Der Verbrennungsofen arbeitet bei hoher Temperatur mit Sauerstoff — Bedienung nach der Anleitung des Herstellers, Kontrolle der Gasdichtheit
• Helium- und Sauerstoffflaschen — Befestigung, Druckminderer, Lüftung des Raumes

Häufige Fragen