Pomiar siloksanów w biogazie za pomocą FTIR

Firma Protea opracowała model analityczny, umożliwiający specjację siloksanów w trybie on-line. Technika pełnego spektrum FTIR pozwala na pomiar głównych komponentów gazowych oraz CH4, CO2, NH3 itp. Gazy składowiskowe zawierają szereg popularnych siloksanów oraz innych związków, które zamieszczono w poniższej tabeli. Skład biogazu będzie różny dla każdego ze składowisk odpadów czy innych źródeł. Firma Protea opracowała listę, zawierającą większość występujących w biogazach prostych i cyklicznych związków siloksanowych. Trimetylosilanol, chociaż nie jest siloksanem, może prowadzić do tworzenia siloksanów i jako taki związek został uwzględniony w modelu analitycznym.

Pomimo, że właściwości absorpcyjne grup siloksanowych są podobne, to zmiany w odpowiedzi poszczególnych związków, ze względu na niewielkie różnice częstotliwości drgań cząsteczek. W ten sposób możliwe jest uzyskanie unikalnego znacznika dla każdego gatunku siloksanów oraz wygenerowanie dokładnego modelu analitycznego dla procesu fermentacji.

Czym są siloksany?

Wytwarzanie energii elektrycznej z komór fermentacyjnych oraz składowisk odpadów cieszy się coraz większym zainteresowaniem, ponieważ wytwarzany biogaz jest formą energii odnawialnej. Związki krzemoorganiczne są obecne w produktach takich jak szampony i kosmetyki, a także produkty przemysłowe i smary, które trafiają na wysypiska odpadów. Związki te uwalniane są jako siloksany, w postaci biogazu czy gazów fermentacyjnych.

_atmosFIR CEM _ to kompletny system analiz wielogazowych z wykorzystaniem technologii FTIR.

• monitoring emisji w spalarni odpadów,

• monitoring emisji w zakładach wytwarzania energii,

• możliwość prostej integracji w istniejących obiektach,

• spełnia wymagania norm EN 15267-3, QAL1 i EN14181,

• system może być doposażony o akwizycję danych CEM (DAS), wówczas jest zgodny z wymaganiami US EPA 40cfr część 60 i 75,

• badanie gazów specjalistycznych (zastosowania dla laboratoriów)

• brak ograniczenia liczby monitorowanych gazów,

• komunikacja za pomocą ModBUS RTU, ModBUS TCP/IP i wymiana danych poprzez serwer OPC w standardzie.

Problemy generowane przez siloksany

Siloksany stanowią niewielkie zagrożenie dla atmosfery pod względem ich emisji, jednak gdy są spalane, to wytwarzana krzemionka jest bardzo szkodliwa dla ruchomych części silników gazowych. Ostatecznie, zwiększone zostają koszty utrzymania przy niższej produkcji energii, co powoduje mniejszą wydajność energetyczną. Przy stale rozwijającym się rynku, potrzeba analizy zawartości siloksanów stała się ważnym elementem oceny biogazu. Operator spalarni, może określić ilość usuwanych siloksanów podczas wstępnego spalania biogazu. Umożliwia to zastosowanie bardziej opłacalnego systemu oczyszczania oraz określenie skuteczności jego działania.

Rozwiązanie atmosFIR

Obecnie nie została opracowana standardowa metodyka do pomiarów gazowych siloksanów oraz brakuje również systemu monitoringu on-line dla procesów fermentacyjnych. Zwykła metoda analizy gazu, polega na ekstrakcji próbki gazu i jej analizy poza zakładem. Podczas ekstrakcji próbek gazowych, nieuchronnie następują straty siloksanów, ponieważ próbka może zostać zaadsorbowana na ścianie pojemnika. Często stosowaną metodą poboru jest absorpcja do cieczy i następnie analiza przez GC-MS lub GC-FID, jednakże nie jest to bezpośredni odczyt próbki gazowej.

Analiza

Pomiar siloksanów następuje w widmie średniej podczerwieni w obszarze absorpcji 850 – 1250 cm-1. W tym zakresie widoczna jest absorpcja IR, powodowana przez rozciąganie połączeń pomiędzy cząsteczkami Si-O oraz minimalnym zakłóceniami pochodzącymi z CH4.

Chemometria

Firma Protea jest dumna z faktu generowania dokładnych informacji dotyczących kalibracji oraz tych informacji do konkretnego modelu chemometrycznego dla aplikacji. Do analizy siloksanów używana jest technika modelowania PLS, która odnajduje subtelne różnice w widmach kalibracyjnych, a następnie wykorzystuje te informacje do przewidywania stężenia. Pozwala to na specjację i kwantyfikację każdego siloksanu.

Ponadto, model generuje również odpowiedzi zakłócające dla CH4 i CO2 i umożliwia dokładne uwzględnienie nakładania się absorbancji gazów tła.