VDI 2456-2004 Stationary source emissions - Reference method for determination of the sum of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide - Ion chromatography method.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMessen gasfrmiger EmissionenReferenzverfahren fr die Bestimmung der Summe von Stickstoffmonoxid und StickstoffdioxidIonenchromatrographisches VerfahrenStationary source emissionsReference method for determination of the sum of nitrogen monoxide and nitrogen dioxideIon chrom

2、atography methodVDI 2456Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss (KRdL)Arbeitsgruppe Messen von NOx(E)Ausschuss EmissionsmessverfahrenVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 5VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth V

3、erlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure,Dsseldorf 2004Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger ein

4、em ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.40 November 2004The draft of this guideline has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).No guarantee can be given with respect to the En

5、glish transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . 43 Gerte, Betriebsmittel und Zubehr. . . . . . 43.1 Gerte und Betriebsmittel fr die Probenahme . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Gerte und Chemikalien fr dieProbenaufbereitung . . . . . . . . . . . . . 53.3 Gerte und Chemikalien fr die Analyse . . 64 Probenahme . . . . . . . . . . . . .

7、. . . . . . 64.1 Probenahmeapparatur . . . . . . . . . . . . 64.2 Vorbereitungen. . . . . . . . . . . . . . . . 64.3 Entnahme des Probengases . . . . . . . . . 94.4 Oxidation der Proben . . . . . . . . . . . . 94.5 Feldblindwert . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Analytische Bestimmung. . . . . . .

8、 . . . . . 115.1 Kalibrierung und berprfung der Analysenfunktion . . . . . . . . . . . . . . 115.2 Durchfhrung der ionenchromatographischenAnalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.3 Laborblindwert . . . . . . . . . . . . . . . 135.4 Berechnung des Ergebnisses . . . . . . . . 13 6 Strungen .

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Verfahrenskenngren . . . . . . . . . . . . . 14Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Scope . . . . . . . . . . .

10、. . . . . . . . . . . . 32 Principle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Apparatus, operating materials andaccessories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.1 Apparatus and operating materialsfor sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Apparatus and reagents for samplepreparat

11、ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.3 Apparatus and reagents for analysis . . . . . 64 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Sampling train . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Preparations. . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.3 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12、. 94.4 Sample oxidation . . . . . . . . . . . . . . . 94.5 Field blank . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Analytical determination . . . . . . . . . . . . 115.1 Calibration and checking of the analyticalfunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.2 Ion chromatographic analysis . . . .

13、. . . . 135.3 Laboratory blank . . . . . . . . . . . . . . . 135.4 Calculation of result . . . . . . . . . . . . . 136Interferences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Performance characteristics . . . . . . . . . . 14Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Frhere Ausgabe: 04.

14、03 Entwurf,deutschFormer edition: 04/03 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 2 VDI 2456VorbemerkungIn der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI undDIN Normenausschuss KRdL erarbeiten

15、Fach-leute aus Wissenschaft, Industrie und Verwaltung infreiwilliger Selbstverantwortung VDI-Richtlinienund DIN-Normen zum Umweltschutz. Diese be-schreiben den Stand der Technik bzw. den Stand derWissenschaft in der Bundesrepublik Deutschlandund dienen als Entscheidungshilfen bei der Erarbei-tung un

16、d Anwendung von Rechts- und Verwaltungs-vorschriften. Die Arbeitsergebnisse der KRdL flie-en ferner als gemeinsamer deutscher Standpunkt indie europische technische Regelsetzung bei CEN(Europisches Komitee fr Normung) und in dieinternationale technische Regelsetzung bei ISO(Internationale Organisati

17、on fr Normung) ein.Folgende Themenschwerpunkte werden in vier Fach-bereichen behandelt:Fachbereich I Umweltschutztechnik“Produktionsintegrierter Umweltschutz; Verfahrenund Einrichtungen zur Emissionsminderung;ganzheitliche Betrachtung von Emissionsminde-rungsmanahmen unter Bercksichtigung vonLuft, W

18、asser und Boden; Emissionswerte frStube und Gase; anlagenbezogene messtechni-sche Anleitungen; UmweltschutzkostenrechnungFachbereich II Umweltmeteorologie“Ausbreitung von Luftverunreinigungen in derAtmosphre; strfallbedingte Freisetzungen;mikro- und mesoskalige Windfeldmodelle; Wech-selwirkung zwisc

19、hen Atmosphre und Oberfl-chen; meteorologische Messungen; angewandteKlimatologie; Lufthygienekarten; human-bio-meteorologische Bewertung von Klima und Luft-hygiene; bertragung meteorologischer DatenFachbereich III Umweltqualitt“Wirkung von Luftverunreinigungen auf Mensch,Tier, Pflanze, Boden, Werkst

20、offe und Atmosphre;wirkungsbezogene Mess- und Erhebungsverfah-ren; Erfassung und Wirkung mikrobieller Luftver-unreinigungen; Olfaktometrie; UmweltsimulationFachbereich IVUmweltmesstechnik“Emissions- und Immissionsmesstechnik fr anor-ganische und organische Gase sowie fr Partikel;optische Fernmessver

21、fahren; Messen von Innen-raumluftverunreinigungen; Messen von Boden-luftverunreinigungen; Verfahren zur Herstellungvon Referenzmaterialien; Prfplne fr Mess-gerte; Validierungsverfahren; Messplanung; Aus-werteverfahren; QualittssicherungPreliminary noteIn the Commission on Air Pollution Prevention of

22、VDI and DIN Standards Committee KRdL ex-perts from science, industry and administration, act-ing on their own responsibility, establish VDI guide-lines and DIN standards in the field of environmentalprotection. These describe the state of the art in sci-ence and technology in the Federal Republic of

23、 Ger-many and serve as a decision-making aid in the pre-paratory stages of legislation and application of legalregulations and ordinances. KRdLs working resultsare also considered as the common German point ofview in the establishment of technical rules on theEuropean level by CEN (European Committe

24、e forStandardization) and on the international level byISO (International Organization for Standardization).The following topics are dealt with in four subdivi-sions: Subdivision I ”Environmental Protection Techniques“Integrated pollution prevention and control for in-stallations; procedures and ins

25、tallations for emis-sion control; overall consideration of measures foremission control with consideration given to theair, water and soil; emission limits for dusts andgases; plant-related measurement instructions; en-vironmental industrial cost accountingSubdivision II ”Environmental Meteorology“D

26、ispersion of pollutants in the atmosphere; emis-sions from accidental releases; micro- and meso-scale wind field models; interaction between theatmosphere and surfaces; meteorological measure-ments; applied climatology; air pollution maps;human-biometeorological evaluation of climateand air hygiene;

27、 transfer of meteorological dataSubdivision III ”Environmental Quality“Effects of air pollutants on man, farm animals, veg-etation, soil, materials, and the atmosphere; meth-ods for the measurement and evaluation of effects;determination of microbial air pollutants and theireffects; olfactometry; en

28、vironmental simulation Subdivision IV”Environmental Measurement Techniques“Techniques for emission and ambient air measure-ments of inorganic and organic gases as well asparticulate matter; optical open-path measurementmethods; measurement of indoor air pollutants,measurement of soil air pollutants;

29、 procedures forestablishing reference material; test procedures formeasurement devices; validation procedures;measurement planning; evaluation methods; qual-ity assuranceB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf

30、 2004 VDI 2456 3 Die Richtlinien und Normen werden zunchst alsEntwurf verffentlicht. Durch Ankndigung im Bun-desanzeiger und in der Fachpresse erhalten alle inte-ressierten Kreise die Mglichkeit, sich an einemffentlichen Einspruchsverfahren zu beteiligen.Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, d

31、assunterschiedliche Meinungen vor Verffentlichung derendgltigen Fassung bercksichtigt werden knnen.Die Richtlinien und Normen sind in den sechs Bn-den des VDI/DIN-Handbuches Reinhaltung der Luftzusammengefasst.EinleitungDie Emission von Stickstoffoxiden (NOx) aus Ver-brennungsprozessen oder anderen

32、industriellen Pro-zessen stellt ein nicht unwesentliches Emissionspo-tenzial dar. Die messtechnische Erfassung der Stick-stoffoxide, das heit die Summe von Stickstoffmono-xid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2), erfolgt heuteberwiegend mit Hilfe automatisch arbeitenderMesseinrichtungen. Zur Kalibrierung

33、 dieser Mess-einrichtungen ist die Anwendung eines manuellennasschemischen, validierten Referenzverfahrens(siehe VDI 2449 Blatt 2) erforderlich. Dieses Mess-verfahren kann zudem zur stichprobenartigen Ermitt-lung der NOx-Emissionen sowie zur berprfung derKonzentration von NO/NO2-Prfgasen fr die Emis

34、-sionsmesstechnik eingesetzt werden.In der vorliegenden Richtlinie wird ein manuellesMessverfahren beschrieben, bei dem die Probenahmemit einem evakuierten Gassammelgef erfolgt. Diegesammelten Stickstoffoxide werden anschlieendoxidiert, wobei alternativ zwei Oxidationsmittel einge-setzt werden knnen

35、 (Ozon oder Wasserstoffperoxid),und letztendlich in Nitrat berfhrt. Die Analyse derNitratkonzentration erfolgt ionenchromatographisch.Bei der Probenahme ist es mglich, z.B. mit Hilfeeiner kritischen Dse Probenahmezeiten von30 Minuten (Halbstundenmittelwert) zu realisieren;somit ist auch eine zeitpro

36、portionale Probenahme alsNetzmessung nach Richtlinie VDI 4200 durchfhrbar.1 AnwendungsbereichDas in dieser Richtlinie beschriebene nasschemischeMessverfahren eignet sich zur Bestimmung der Mas-senkonzentration von Stickstoffmonoxid und Stick-stoffdioxid in Abgasen. Die Stickstoffoxide werdenals Summ

37、e erfasst und konventionsgem als Stick-stoffdioxid in Milligramm pro Kubikmeter angege-ben. Das Verfahren ist im Konzentrationsbereich vonca. 30 mg/m3bis ca. 3.000 mg/m3NO2anwendbar.The guidelines and standards are first published asdrafts. These are announced in the Bundesanzeiger(Federal Gazette)

38、and in professional publications inorder to give all interested parties the opportunity toparticipate in an official objection procedure. Thisprocedure ensures that differing opinions can be con-sidered before the final version is published.The guidelines and standards are published in the six-volum

39、e VDI/DIN Reinhaltung der Luft (Air Pollu-tion Prevention) manual.IntroductionThe emissions of nitrogen oxides (NOx) from com-bustion processes or other industrial processes con-tribute significantly to air pollution. Nitrogen oxides,that is to say the total of nitrogen monoxide (NO) andnitrogen dio

40、xide (NO2), are predominantly deter-mined using automatic monitoring systems. Thesemonitoring systems are calibrated using a manual wetchemical validated reference method (see VDI 2449Part 2). This manual measurement method can in ad-dition be used for analysing random samples of NOxemissions and fo

41、r checking the concentration of NO/NO2calibration gases for emission metrology.This guideline specifies a manual measurementmethod in which sampling is performed using anevacuated gas collection vessel. The collected nitro-gen oxides are then oxidized using alternativelyozone or hydrogen peroxide an

42、d are finally convertedto nitrate. The nitrate concentration is analysed by ionchromatography.It is possible to achieve sampling times of 30 minutes(half-hourly mean value), for example using a criticalorifice; therefore, it is also possible to carry out sam-pling proportional with time as a grid me

43、asurementaccording to guideline VDI 4200.1ScopeThe wet chemical measurement method specified inthis guideline is suitable for determining the mass con-centration of nitrogen monoxide and nitrogen dioxidein exhaust gases. The nitrogen oxides are determinedas a sum and expressed by convention as nitro

44、gen di-oxide in milligrams per cubic metre. The method canbe used in the concentration range from approximately30 mg/m3to approximately 3.000 mg/m3of NO2.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 4 VDI 2456Das

45、Verfahren kann als Referenzverfahren frVergleichsmessungen nach VDI 3950 Blatt 1 bzw.DIN EN 14 181 im geregelten Bereich (z.B. TA Luft,13. BImSchV und 17. BImSchV) eingesetzt werden.2 Grundlagenber eine Probenahmeapparatur wird ein definiertesVolumen des Abgases in ein evakuiertes Gassammel-gef gesa

46、ugt. In einem nachfolgenden Oxidations-schritt werden die Stickstoffoxide (auer N2O) durchReaktion mit Ozon und Lsung in Wasser bzw. miteiner 3-%-Wasserstoffperoxid-Lsung quantitativ inSalpetersure berfhrt. Die analytische Bestim-mung (Messung der Nitratkonzentration) erfolgt io-nenchromatographisch

47、.3 Gerte, Betriebsmittel und Zubehr3.1 Gerte und Betriebsmittel fr dieProbenahmeProbengasentnahmesondebeheizbares Sttzrohr mit korrosionsbestndigem In-nenrohr (Innendurchmesser ca. 5 mm bis 9 mm), mitPartikelrckhaltesystemT-Stckz.B. aus Borosilicatglas, mit GL-Verschraubungenoder Kugelschliffen (geg

48、ebenenfalls beheizbar), mitkleinem InnenvolumenDrosselorganKritische Dse oder KapillareDurchlasscharakteristik: bei dem verwendeten Gas-sammelgef sollte, ausgehend von einem Anfangs-druck von 30 hPa bis 70 hPa, ber die Probenahme-dauer ein linearer Druckanstieg auf 400 hPa bis500 hPa stattfindenAnme

49、rkungen: Die Abhngigkeit der Durchlasscharakteristik von der Tempera-tur ist zu beachten. Kritische Dsen knnen selbst hergestellt werden, sind aberauch kommerziell erhltlich. Details ber kritische Dsen findensich in VDI 3490 Blatt 16 und in 1.Gassammelgefeaus Borosilicatglas; Volumen mindestens 1 l (mit ge-nau bekanntem tatschlichen Volumen); mitzwei Hhnen z.B. mit PTFE-Kken oder PTFE-Spindelhhnen und gegebenenfalls mit seitlichemTubus