Zusammenfassung
Erdgas besitzt unter den fossilen Primärenergieträgern eine besonders hohe Attraktivität wegen seiner Flexibilität, Effizienz und Sauberkeit. Verglichen mit anderen fossilen Primärenergieträgern erzeugt Erdgas bei seiner Verbrennung geringere lokale Schadstoffemissionen sowie die geringste CO\({}_{2}\)-Emission pro Energieeinheit, da das Stoffmengenverhältnis von Wasserstoff- zu Kohlenstoffatomen in Erdgas relativ hoch ist. Die hohe Flexibilität von Erdgas erlaubt ein weites Anwendungsfeld:
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Notes
- 1.
Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten.
- 2.
Archaeen stellen neben Bakterien und Eukaryoten (Pilze, Pflanzen, Tiere) die dritte Domäne der Lebewesen dar.
- 3.
Power-to-Gas: Elekrische Hydrolyse von Wasser und Herstellung von Wasserstoff.
- 4.
Ausnahme im Eichgesetz für Brenngase \(<6{,}5\) kWh/m3.
- 5.
Referenzbedingungen variieren je nach Branche und Land.
- 6.
Brennwert Kombination I nach DIN 51857.
- 7.
CO\({}_{e}\): Das CO-Equivalent ist die Summe aller unverbrannten Bestandteile im Abgas, z. B. CO, H\({}_{2}\), C\({}_{x}\)H\({}_{y}\), etc.
- 8.
λ: Luftzahl, Luftverhältnis, Verbrennungsluftverhältnis.
- 9.
Mechanischer Verbund: Stellglieder (z. B. Klappen) für Gas und Luft sind über Stangen mechanisch gekoppelt.
- 10.
Elektronischer Verbund: Stellglieder (z. B. Ventile) für Gas und Luft sind unabhängig voneinander elektrisch zu betätigen.
- 11.
Das Boudouard-Gleichgewicht spielt bei mehreren großtechnischen Prozessen wie z. B. dem Hochofenprozess oder der Erzeugung von Generatorgas eine wichtige Rolle. Als endotherme, volumenvergrößernde Reaktion liegt das Gleichgewicht bei Temperaturen über 1000 \({}^{\circ}\)C und Drücken um 0,1 MPa vollständig auf der Seite von CO.
- 12.
Betroffen sind generell sowohl die Eisen- als auch die Nichteisenmetalle (Jordan, Eckman 1925).
- 13.
XRF: (engl.: X-Ray Fluorescence), Röntgen Fluoreszenz Spektrometrie.
- 14.
S-OES: (engl.: Spark Optical Emission Spektrometrie), optische Emissionsspektrometrie mit Anregung durch elektr. Lichtbogenanregung (Anmerkung: „Spark“: Anregung in Ar Atmosphäre, „Arc“: Anregung in Luft).
- 15.
Wasserstoff ist das leichteste bekannte Element mit dem kleinsten kovalenten Radius (\(r_{c}=37\) pm) aller bekannten Elemente. Der nackte Atomkern des H-Atoms besteht aus einem einzelnen Proton (\(r=0{,}00087\) pm), das H\({}_{2}\) Molekül besitzt einen kovalenten Radius von 276 pm. Zum Vergleich: Fe (\(r_{c}=125\) pm), Fe\({}^{3+}\) (\(r_{c}=68\) pm), Abstand der Fe\({}^{3+}\) Atomrümpfe im Eisengitter (bbc-Gitter): \(\sim 287\) pm. Alle Angaben aus (Huheey 1983) und (TK Steel Research 2013).
- 16.
Ein vereinfachtes Modell der metallischen Bindung beruht auf der Vorstellung, dass nicht die neutralen Metallatome das Kristallgitter bilden sondern die Atomrümpfe (Kationen wie z. B. Fe\({}^{3+}\)), die ihre Valenzelektronen dem gesamten Kristallverbund frei beweglich zur Verfügung stellen. Diese freien, beweglichen Valenzelektronen durchdringen quasi als Wolke den gesamten Materialverbund und werden auch Elektronengas genannt. Das frei bewegliche Elektronengas erklärt die gute elektrische Leitfähigkeit der Metalle im Vergleich zu kovalent oder ionisch gebundenen Verbindungen.
- 17.
Zugegebenermaßen wurde für die ab initio Berechnungen ein perfekter Einkristall zu Grunde gelegt und es stellt sich die Frage in welchem Ausmaß solche Bedingungen in dem sehr inhomogenen Werkstoff Stahl tatsächlich vorliegen.
- 18.
D. h. reiner Sauerstoff fungiert als Trägergas (Transportmedium der Analysengase) als auch als Reaktionspartner während der Verbrennung (Oxidation).
- 19.
Es ist bekannt, dass SO\({}_{2}\) in Verbindung mit Feuchtigkeit nicht nur hochkorrosive Verbindungen bildet, sondern dass diese auch leicht an der Wandung von Leitungen adsorbiert werden. Die Folgen sind eine verzögerte Ausspülung bis hin zu Minderbefunden durch teilweise adsorbiertes SO\({}_{2}\) sowie erhöhte Korrosion. Dieses Phänomen lässt sich durch eine Temperierung der Leitungen nur abschwächen. Abhilfe schafft die sofortige Trocknung der Analysengase. Weiterhin sollte auf die kompatible Auswahl aller medienberührten Teile hinsichtlich Inertheit gegenüber den korrosiven Analysengasen geachtet werden. So sind z. B. Edelstahlleitungen (hoher Mn-Gehalt) in der petrochemischen Industrie dafür bekannt diverse Schwefelkomponenten wie SO\({}_{2}\), COS und Thiophene zu absorbieren. MnO wird sogar zur SO\({}_{2}\) Absorption bei RT eingesetzt (vgl. Tab. 15.15). Abhilfe beim Einsatz von Edelstahlleitungen schaffen inerte Beschichtungen wie Sulfinert\({}^{\text{\textregistered}}\) oder Silicosteel\({}^{\text{\textregistered}}\) oder vollfluorierte, diffusionsdichte Polymere wie PFA, PVDF.
- 20.
In Fällen in denen Mineralien oder Naturstoffe unbekannter Zusammensetzung analysiert werden, kann es durch enthaltene organische Bestandteile oder durch Kristallwasser während der Verbrennung zur Freisetzung größerer Mengen an Wasser kommen. In diesen Fällen ist der Einsatz eines vorgeschalteten inline-Membrantrockners (z. B. aus Nafion\({}^{\text{\textregistered}}\)) empfehlenswert. Falls die Probe Halogene enthält, wird dem Mg(ClO\({}_{4}\))\({}_{2}\) Feuchteabsorber in der Regel eine Halogenfalle (vgl. Tab. 15.15) vorgeschaltet.
- 21.
Obwohl die Wahrscheinlichkeit einer partiellen CO Bildung unter den vorhandenen Bedingungen als gering eingestuft werden kann, schreibt die ASTM E 1019 die Verwendung eines Oxidationskatalysators vor. Der ebenfalls mögliche Ansatz CO und CO\({}_{2}\) durch geeignete NDIR Detektoren parallel zu bestimmen und die beiden Signale zu einem gemeinsamen Kohlenstoffwert zu „verrechnen“ wäre damit nicht Normkonform.
- 22.
Steigt ein Signal langsamer an als es nach dem Maximum abfällt, nennt man das Peak „Fronting“.
- 23.
Die Verwendung des Wortes hot ist in diesem Zusammenhang unglücklich. Da die Probe für die Gesamtbestimmung in jedem Fall vollständig aufgeschmolzen werden muss, wäre carrier gas melt extraction die treffendere Bezeichnung.
- 24.
O, N in Stahl: \(\sim 2100\text{--}2200\,^{\circ}\)C; O, N in Ti und refraktären Metallen: \(\sim 2800\text{--}3000\,^{\circ}\)C (mit Ni-Flussmittel im Verhältnis \(10:1\)); H in allen Materialien: 1600–1650 \({}^{\circ}\)C (1800 \({}^{\circ}\)C bei Verwendung von Ar als Trägergas).
- 25.
Bei Temperaturen oberhalb von 1650 \({}^{\circ}\)C kommt es zu Wasserstoffminderbefunden, wahrscheinlich durch Bildung von Methan (CH\({}_{4}\)) durch Reaktion von H\({}_{2}\) mit dem Graphit des Tiegels.
Literatur
Abschn. 15.1
Giese, A.: Gasbeschaffenheitsschwankungen – Mögliche Auswirkungen auf industrielle Anwendungen. GASWÄRME International 02, 70–75 (2013)
Kastner, J.: Neue Aufgaben für die Gasbeschaffenheitsmessung in der industriellen Gasverwendung. gwf-Gas Erdgas 11, 834–842 (2013)
Kastner, J., Porsch. T.: Neues Sensormessverfahren zur Gasbeschaffenheitsmessung von Biogas. gwf-Gas Erdgas 10, 704–711 (2011)
Schley, P. Kastner, J. Wiegleb, G.: gas-lab Q1 – ein neues Messgerät zur Bestimmung von Gasbeschaffenheitskenngrößen, gwf-Gas Erdgas 4, 238–242 (2003)
Abschn. 15.1: Relevante Normen in der Gasmesstechnik
DVGW Arbeitsblatt G685. DVGW Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e. V., Bonn, November 2008 (2008)
DVGW Arbeitsblatt G260. DVGW Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e. V., Bonn, Mai 2008 (2008)
DVGW Arbeitsblatt G262. DVGW Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e. V., Bonn, September 2011 (2011)
DIN EN 16726 (Entwurf): Gasinfrastruktur – Beschaffenheit von Gas – Gruppe H; Deutsche Fassung prEN 16726 (2014)
ISO 6974-1:2012: Natural gas – Determination of composition and associated uncertainty by gas chromatography – Part 1: General guidelines and calculation of composition (2012)
ISO 6976:1995: Natural gas – Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe index from composition (1995)
ISO 12213: Natural Gas – Calculation of Compression Factor. Part 1: Introduction and Guidelines; Part 2: Calculation Using a Molar Composition Analysis; Part 3: Calculation Using Physical Properties
ISO 23874:2006(E) Natural Gas – Gas chromatographic requirements for hydrocarbon dewpoint calculation
Abschn. 15.2
Barwick, V.J., Prichard, E. (Hrsg.): Eurachem Guide: Terminology in Analytical Measurement – Introduction to VIM 3. ISBN 978-0-948926-29-7 (2011) www.eurachem.org.
CHPQA: CHPQA Guidance. United Kingdom Department of Energy and Climate Change https://www.gov.uk/combined-heat-power-quality-assurance-programme (2013)
Endress & Hauser Flowtec AG: Durchfluss Handbuch (2003)
Murnleitner, E.: State Detection and Feedback Control of the Anaerobic Waste Water Treatment. Dissertation, TU-München (2001) http://mediatum.ub.tum.de/doc/603312/603312.pdf
Neumann, H: Biogas. Was die Gasanalyse leisten muss. Top Agrar Energiemagazin 4, 14–17 http://www.topagrar.com/archiv/Gasanalyse-Das-bietet-der-Markt-992930.html (2012)
GUM: Uncertainty of measurement – Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement. ISO/IEC Guide 98-3, International Organization for Standardization (ISO), Geneva http://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_100_2008_E.pdf (2008)
Schlegel, H.G.: Allgemeine Mikrobiologie. Verlag Thieme, Düsseldorf (1992)
Abschn. 15.3
EU-Verordnung Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase
Heise, H.M. et al.: Gas analysis by infrared spectroscopy as a tool for electrical fault diagnostics in SF\({}_{6}\) insulated equipment. Fresenius J. Anal. Chem. 358(7), 793–799 (1997)
Mitter, H., Kurte, R.: Enhancement Factors for Moist Sulphur Hexafluoride (1–38). Int. J. Thermophys., eingereicht (2015)
Abschn. 15.4
Altfeld, K., Schley, P.: Entwicklung der Erdgasbeschaffenheiten in Europa. gwf-Gas/Erdgas 152, 544–550 (2011)
Altfeld, K., Bödeker, J., Frieling, H., Schley, P., Uhrig, M.: Modelling of Gas Flow in Pipelines Tracking Gas Quality. Proceedings of the International Gas Research Conference, Paris, 8.–10. Oktober 2008
DVGW: Berechnung von Druckverlusten bei der Gasverteilung. Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches. GW 303-1. DVGW, Bonn (2006)
Gasnetzzugangsverordnung vom 3. September 2010 (BGBl. I S. 1261)
Hellwig, M.: Entwicklung und Anwendung parametrisierter Standard-Lastprofile. Dissertation, TU München (2003)
Hielscher, A., Fiebig, C., Schley, P., Span, R., Schenk, J.: Brennwertverfolgung mit SmartSim – ein neuer Rechenkern zur Strömungssimulation. gwf-Gas/Erdgas 155, 736–743 (2014)
ISO 12213: Natural Gas – Calculation of Compression Factor. Part 1: Introduction and Guidelines; Part 2: Calculation Using a Molar Composition Analysis; Part 3: Calculation Using Physical Properties. International Standard ISO 12213, 2. Aufl. (2006)
ISO/GUM: Evaluation of Measurement – Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, JCGM 2008; Supplement 1 to the „Guide to the expression of uncertainty in measurement“ – Propagation of distributions using a Monte Carlo method
Mischner, J., Fasold, H.-G., Kadner, K.: gas2energy.net mit DVD: Systemplanerische Grundlagen der Gasversorgung. Oldenbourg Industrieverlag, München (2011)
Schenk, J., Schley, P., Hielscher, A.: Brennwertverfolgung in Verteilnetzen: Teil 2 – Auswertung Feldversuch und Implementierung. GWF/Gas, Erdgas 10(10), 676–683 (2011)
Schley, P., Schenk, J., Hielscher, A.: Brennwertverfolung in Verteilnetzen: Teil 1 – Entwicklung und Validierung des Verfahrens. GWF/Gas, Erdgas 152(9), 552–556 (2011)
Zanke, U.: Zur Berechnung von Strömungswiderstandsbeiwerten. Wasser & Boden 1 (1993)
Zanke, U.: Zum Übergang hydraulisch glatt- hydraulisch rauh. Wasser & Boden 10 (1996)
Abschn. 15.5
Messkonzept GmbH, Frankfurt, interner Bericht (2004)
Goeldner, H.D. et al.: US Patent 4,902.138 (1988)
Grienauer, H.: FTTCA Fourier-Transform-Thermal-Conductivity Analysis. Paper presented at the meeting of the Analysis Division of ISA, Anaheim (2006)
Grienauer, H.: FTTCA – Gasanalyse mit thermisch modulierten Wärmeleitfähigkeits-Sensoren mit Fourier-Analyse des Messsignals. 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme (2012)
Grunewald, A.U.: Modern Thermal Conductivity Technology. Paper presented at the Emerging Technology Conference, Houston (2001a)
Grunewald, A.U.: Method and Device for Determining Gas Concentrations in a Gas Mixture. Patent WO2001027604 A1 (2001b)
Grienauer, H.: persönliche Mitteilung (2014)
Siemens & Halske: Patent DRP 283677 (1913)
Völklein, F.: Fachhochschule Rhein Main, persönliche Mitteilung (2007)
Wagner, G.R.: TCS208 Wärmeleitfähigkeitssensor (1988)
Wassilijewa, A.: Wärmeleitung in Gasgemischen. Physikal. Zeitschr. 5(22), 737-742 (1904)
Abschn. 15.6
Baumbach, G.: Luftreinhaltung. Springer-Verlag (1993)
Technische Daten Kombi-Sonde KS1D im Gehäuse. Druckschrift DLT3033-15-aDE-002, LAMTEC Meß- und Regeltechnik für Feuerungen GmbH & Co. KG http://www.lamtec.de/produkte/feuerungsoptimierung/ks1d.html (2015)
Witte, G., Schmitz, U., Schütt, T.: O\({}_{2}\)- und CO-Reduktion an Feuerungsanlagen. Fachbericht. GASWÄRME International. Vol. 58. Ausgabe 1(2), 30–33 (2009)
Abschn. 15.6: Normen
Erhebungen des Schornsteinfegerhandwerks in der Bundesrepublik Deutschland für das Jahr 2013. Bundesverband des Schornsteinfegerhandwerks – Zentralinnungsverband (ZIV) – http://www.schornsteinfeger.de/bilder_ziv/files/erhebungen2013.pdf
Erste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen – 1. BImSchV). Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz. http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/bimschv_1_2010/gesamt.pdf. Zugegriffen: 26.01.2010
13. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über Großfeuerungs-, Gasturbinen- und Verbrennungsmotoranlagen – 13. BImSchV). Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz. http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/bimschv_13_2013/gesamt.pdf. Zugegriffen: 02.05.2013
Sicherheits- und Regeleinrichtungen für Brenner und Brennstoffgeräte für gasförmige oder flüssige Brennstoffe – Abgasfühler. Europäische Norm DIN EN 16340:2014-10 (D), Oktober 2014
Abschn. 15.7
Atkins, P.W.: Physikalische Chemie. 1. Aufl. S. 421, 435–439. VCH, Weinheim (1988)
Baukloh, W., Stromburg, W.: Über die Wasserstoffkrankheit einiger Metalle. Z. Metallkunde 29, 427–430 (1937)
Bergers, K., Flock, J. et al.: Determination of hydrogen in steel by thermal desorption mass spectrometry. Steel Research International 7(81), 499–507 (2010)
Colón, L.A., Baird, L.J.: Detectors in Modern Gas Chromatography. In: Grob, R.L., Barry, E.F. (Hrsg.) Modern Practice of Gas Chromatography, 284, 289–298, 4. Aufl. Wiley Interscience (2004)
Hollemann, A.F., Wieberg, E.: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. S. 720, 1128. 91–100. Aufl., Walter de Gruyter (1985)
Huheey, J. E.: Inorganic Chemistry. 3\({}^{\mathrm{rd}}\) Edition, S. 258–259, Tab. 6.1 und die in Fußnoten erwähnten Referenzen. Harper International SI Edition (1983)
Jordan, L., Eckman, J.R.: „Gases in Metals: II. The Determination of Oxygen and Hydrogen in Metals by Fusion in Vacuum“. NIST: Scientific papers of the Bureau of Standards, USA (1925)
Liebig, J.: Über einen neuen Apparat zur Analyse organischer Körper, und die Zusammensetzung einiger organischer Substanzen. Annalen der Physik 21, 1–47 (1831)
Katzarov, I.H., Paxton, A.T.: Vortrag F01 auf der Steely 2014 (2nd International Conference on Metals and Hydrogen, OCAS, Ghent 2014) King’s College, London. Conference Homepage: http://www.steelyhydrogen2014.be/
Prumbaum, R., Orths, K.: Verfahren und Einrichtung zur Schnellbestimmung von Gasen, insbesondere des Sauerstoffes, und der vorliegenden Bindungsformen in Metallen. Gießerei-Forschung 31(2/3), 71–82 (1979)
Sigma Aldrich/Supelco Website: CarbosieveTM S-II (…analyzing mixtures of permanent gases and C1-C2 Hydrocarbons …) http://www.sigmaaldrich.com/analytical-chromatography/analytical-products.html?TablePage=14540719
ThyssenKrupp Steel Research, Duisburg, persönliche Mitteilung (2013)
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Kastner, J. et al. (2016). Energietechnik. In: Gasmesstechnik in Theorie und Praxis. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-10687-4_15
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