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Prozessanalysentechnik

Lasermesstechnik für die Prozessoptimierung

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Ziele und erste Anwendungen des Konzepts

Das Verbundprojekt hatte somit drei wesentliche und scharf formulierte Ziele:

  • 1. Realisierung eines neuartigen Heterodyn-Messkonzeptes, indem die Strahlung mehrerer Infrarotlaser in einem Gerät kombiniert und gemeinsam gemessen wird. Dabei konnte laut VDI Technologiezentrum mittels preiswerter Kaufkomponenten und einer speziellen, selbst entwickelten Elektronik und Software ein hervorragendes Signal-zu-Rauschverhältnis für die verschiedenen Messkanäle erreicht und gleichzeitig eine äußerst kosteneffiziente Lösung realisiert werden.
  • 2. Als nächstes galt es dieses Messprinzips anzuwenden, um geringe Gaskonzentrationen (Verunreinigungen) in einem Prozessgasstrom mit hoher Temperatur, Druck und Volumendurchsatz zu detektieren. Dabei sollte das System sekundenschnell Messergebnisse liefern, damit entsprechende Regelkreise zügig in den Prozess eingreifen können. Gemeinsam mit dem Fachzentrum Prozessanalysentechnik der BASF in Ludwigshafen wurde eine erste Anwendung erschlossen: Die bis dato ungelöste Aufgabenstellung war die schnelle und empfindliche Messung des Katalysatorgiftes Kohlenmonoxid in verschiedenen brennbaren Prozessgasen. Es wurde eine Nachweisgrenze gemäß Namue NA61 von ca. 10 ppbV (d.h. einer Volumenverdünnung von 1: 100 Millionen) und eine Zeitauflösung von <10 Sekunden erreicht. Die entsprechenden Messdaten sind jedoch auch stark von den restlichen Gasen in der Gasmischung abhängig, weshalb sich auch nicht in jeder beliebigen Gasmatrix solch gute Resultate erzielen lassen.
  • 3. Das dritte wesentliche Ziel war die Anwendung des o.g. Verfahrens auf die Messung von Verunreinigungen/Spurenkonzentrationen in Flüssigkeiten. Hier wurde ebenfalls gemeinsam mit dem Fachzentrum Prozessanalysentechnik der BASF in Ludwigshafen als Pilotsubstanz Isocyanat in verschiedenen Lösungsmitteln gemessen. Dabei konnte aufgezeigt werden, dass diese Technologie eine extrem gute Nachweisempfindlichkeit hat und beispielsweise im Vergleich zu den weit verbreiteten Fourier-Transform-Spektrometern im Idealfall eine ca. 1000-fach bessere Nachweisgrenze erreichen kann. Konkret wurden Verdünnungsreihen im Labor des Fachzentrums aufgenommen, bei der die erreichbare Nachweisgrenze für das Isocyanat bei ca. 4 ppmV lag (d.h. eine Verdünnung von 1:250 000 konnte problemlos gemessen werden).

Tests unter realen Betriebsbedingungen

Nach der erfolgreichen Erprobung der Demonstratoren im Labor und dem Verifizieren aller sicherheitsrelevanten Parameter werden die Geräte demnächst auch unter realen Betriebsbedingungen in einer geeigneten Produktionsanlage bei BASF in Ludwigshafen getestet.

Bildergalerie

Zu einem späteren Zeitpunkt sollen weitere Anwendungen in anderen Technologiegebieten, wie beispielsweise der Medizin- und Umwelttechnik, adressiert werden, bei denen die oben genannten Attribute der Messtechnik ebenfalls vorteilhaft eingesetzt werden können und sich damit auch gesundheitliche, ökonomische und/oder ökologische Vorteile erzielen lassen.

Laut VDI Technologiezentrum können Demonstratoren bzw. die daraus abgeleiteten und zu einem späteren Zeitpunkt am Markt verfügbaren Geräte auf Grund ihrer Modularität für die Messung nahezu aller Gase und Flüssigkeiten modifiziert werden, sofern diese signifikante Absorptionsstrukturen im mittleren infraroten Spektralbereich (Wellenlängen von 3-12 Mikrometer) aufweisen.

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