Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung des Einflusses variabler Methangehalte auf die Aufkohlungsatmosphäre und Berücksichtigung der Aufkohlungswirkung von Methan bei der C-Pegel Regelung

Die Prozessregelung beim Gasaufkohlen basiert in der Regel auf den sich einstellenden thermodynamischen Gleichgewichten aus dem Zerfall der Kohlenstoffspendermedien. Die an den Aufkohlungsreaktionen beteiligten Atmosphärenbestandteile wie O2, CO, CO2, H2 und H2O werden dabei überwacht und zur Regelung des C-Pegels verwendet. Zum Erhöhen der Kohlenstoffaktivität kommen Kohlenwasserstoffe wie Erdgas oder Propan hinzu. Diese Reaktionen laufen in der Regel langsamer und nicht im Gleichgewicht ab und führen zur Anwesenheit unvollständiger Spaltprodukte wie Methan (CH4). Methan trägt zu einer weiteren, in ihrer Höhe unbekannten Aufkohlwirkung bei, die zu unzulässigen Abweichungen im Behandlungsergebnis führt. Besonders betroffen sind dabei Chargen mit großen Oberflächen, beim Einstellen hoher C-Pegel und niedriger Temperaturen und zu Prozessbeginn. So führen hohe Restmethangehalte von bis zu 10 % zu Abweichungen im Randkohlenstoffgehalt von bis zu 0,2 %. Ebenfalls als kritisch anzusehen sind schwankende Erdgasqualitäten (Zusammensetzung), die durch die Einspeisung von Biogas bereits alltäglich sind. Ohne eine messtechnische Erfassung des Methaneinflusses können Qualitätsstandards wie die CQI-9 nicht erfüllt werden. Insbesondere KMU der Lohnhärtereibranche sind von dieser Problematik betroffen, da hier häufiger wechselnde Prozesse und Chargengrößen vorkommen, wodurch keine serienmäßige Anpassung an Abweichungen möglich ist. Darüber hinaus ist auch in der Serienproduktion die Anpassung über Faktoren keine eigentliche Lösung des Problems.

Die angestrebten Forschungsergebnisse sollen den KMU mit der Entwicklung der Multiparameter C-Pegel-Regelung durch die messtechnische Erfassung aller beteiligten Aufkohlungsreaktionen Aufschluss über die Höhe der Abweichungen geben um bei offensichtlichem Handlungsbedarf eine neue, qualitätssichernde Prozessregelung einsetzen zu können. Entsprechende Handlungsanweisungen sollen den KMU über eine AWT-Richtlinie zur Verfügung gestellt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die Multi-Parameter-C-Pegel Regelung bietet ein umfassendes Regelungsmodell, das zusätzlich den Einfluss des Methangehalts bei Aufkohlungsbehandlungen berücksichtigt und liefert einen konkreten Anhaltspunkt zum betragsmäßigen Einfluss hoher Methangehalte auf das Aufkohlungsergebnis.

Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass das Methan einen wichtigen Einfluss auf das Aufkohlungsergebnis hat und die Fehler in den Aufkohlungsergebnissen aufgrund eines hohen Methangehalts in der Aufkohlungsatmosphäre durch Verwendung des Multi-Parameter Modells nachweislich vermieden werden können.

Es ist davon auszugehen, dass gerade kleine und mittlere Unternehmen, die im Aufkohlungsbetrieb häufiger wechselnde Chargengrößen behandeln und daher häufiger davon betroffen sind, dass Abweichungen im Kohlenstoffgehalt auftreten, von der Multi-Parameter C-Pegel Regelung profitieren werden. Auch zur Einhaltung von Standards wie CQI-9 und dadurch einer besseren Wettbewerbsfähigkeit ist der Einsatz der Multi-Parameter-Pegel-Regelung möglichst zeitnah empfehlenswert. Da die Multi-Parameter C-Pegel Regelung Anschluss an bestehende Qualitätsstandards bietet, wird eine technische Umsetzung innerhalb kurzer Zeit erwartet. Die zur Regelung notwendige Gasanalytik ist finanzierbar, ohne dass in weiterführende neue Anlagentechnik investiert werden muss. Daher ist eine zeitnahe Umsetzung in den Unternehmen realistisch.