DE60215972T2

DE60215972T2 - Methode zur betriebsüberwachung eines verfahrens mit verwendung von kohlenwasserstoffhaltigen reaktiven gasen

Info

Publication number: DE60215972T2
Application number: DE60215972T
Authority: DE
Inventors: Bernard Delperier; Eric Thibaudeau
Original assignee: SNECMA Propulsion Solide SA
Current assignee: Safran Ceramics SA
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: JP2005513267A; AU2002364333A1; CA2471266A1; NO20033681L; CN1606634A; US20050163929A1; EP1456433A1; RU2004116277A; NO20033681D0; UA77035C2; CA2471266C; FR2834052B1; RU2291914C2; CN1314833C; EP1456433B1; US7241470B2; DE60215972D1; FR2834052A1; JP4351060B2; WO2003054246A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft Prozesse, die ein reaktives Gas verwenden, welches einen oder mehrere gasförmige Kohlenwasserstoffe enthält, vor allem Prozesse zum Einsatzhärten von Werkstücken, zum Ausbilden von Überzügen aus pyrolytischem Kohlenstoff auf Substraten durch chemische Abscheidung aus der Gasphase oder aber zum Verdichten von porösen Substraten durch eine Matrix aus pyrolytischem Kohlenstoff, die mittels chemischer Gasphaseninfiltration gebildet wird.
Ein besonderes, jedoch nicht ausschließliches Gebiet zur Anwendung der Erfindung ist die Herstellung von Werkstücken aus Verbundwerkstoff umfassend ein Faserverstärkungssubstrat, oder einen Vorformling, das durch eine Matrix aus pyrolytischem Kohlenstoff verdichtet wird, insbesondere von Werkstücken aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff (C/C-Verbundwerkstoff).
Die zu verdichtenden Substrate werden in einem Ofen plaziert, in den ein reaktives Gas, das einen oder mehrere Vorläufer enthält, unter vermindertem Druck eingeleitet wird. Der Vorläufer ist von einem oder mehreren gasförmigen Kohlenwasserstoffen, typischerweise von Methan, Propan oder von einer Mischung dieser beiden gebildet. Die Betriebsparameter des Ofens werden eingestellt, um die Matrix aus pyrolytischem Kohlenstoff durch Zerlegung (Cracken) des Vorläufergases in Kontakt mit dem Substrat zu erzeugen. Ein Abgas, das Reaktionsnebenprodukte enthält, wird aus dem Ofen abgepumpt.
Üblicherweise sind die Betriebsparameter des Ofens, und zwar insbesondere die Temperatur des Ofens, der Druck in dem Ofen, die Durchflußmenge des reaktiven Gases in dem Ofen, die Zusammensetzung des reaktiven Gases, während des gesamten Verdichtungsprozesses konstant. Nun ändern sich aber die Infiltrationsbedingungen mit fortschreitendem Prozeß aufgrund des zunehmenden Zusetzens der anfangs vorhandenen Poren der Substrate. Die gewählten Parameter ergeben sich folglich aus der Ermittlung des besten Kompromisses zwischen dem Optimum, das für den Beginn der Verdichtung geeignet ist, und dem Optimum, das am Ende der Verdichtung geeignet ist, jedoch mit einem Risiko der Veränderung der Mikrostruktur des abgeschiedenen Matrixwerkstoffs aufgrund der Änderung der Porometrie der Substrate, d.h. der geometrischen Eigenschaften der Poren. Eine Anpassung der Betriebsparameter des Ofens im Laufe des Ablaufs des Verdichtungsprozesses könnte eine Optimierung des Gesamtprozesses derart ermöglichen, daß die für den Erhalt eines gewünschten Verdichtungsniveaus erforderliche Zeit verringert wird und daß dafür gesorgt wird, daß der Matrixwerkstoff mit der gewünschten Mikrostruktur gebildet wird.
So wurde seitens der Anmelderin in dem Dokument WO 96/31447 vorgeschlagen, die Betriebsparameter des Ofens zu variieren, um den Verdichtungsprozeß zu optimieren und gleichzeitig die Mikrostruktur des Werkstoffs der Matrix zu kontrollieren. Jedoch erfolgt diese Variation entsprechend einem voreingestellten Modell und berücksichtigt nicht den tatsächlichen Ablauf des Prozesses.
Es ist auch in dem Dokument US 5 348 774 vorgeschlagen worden, die Änderung des Gewichts der Substrate kontinuierlich zu messen, um die Entwicklung des Verdichtungsprozesses zu überwachen. In Abhängigkeit der gemessenen Änderung kann auf einige Parameter, insbesondere die Leistung eingewirkt werden, die an einen Induktor geliefert wird, der – durch Kopplung mit einem Sekundärteil (oder Suszeptor), welcher die Seitenwand des Ofens definiert – das Erhitzen des Ofens sicherstellt. Die Überwachung der Änderung des Gewichts der Substrate ermöglicht auch, das Ende des Verdichtungsprozesses zu erfassen. Dies erfordert eine besondere Einrichtung des Ofens, die ermöglicht, die Masse der Substrate bei den in dem Ofen herrschenden hohen Temperaturen kontinuierlich zu messen. Eine solche Einrichtung kann ferner das Fassungsvermögen für Substrate im nutzbaren Innenraum des Ofens beeinträchtigen.
Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzuschlagen, das ein kontinuierliches Überwachen eines Prozesses zur Verdichtung von Substraten durch eine Matrix aus pyrolytischem Kohlenstoff ermöglicht, ohne eine besondere Inneneinrichtung des Infiltrationsofens zu benötigen.
Allgemeiner gesagt besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Verfahren vorzuschlagen, das ein kontinuierliches Überwachen eines Prozesses ermöglicht, der in dem Ofen durchgeführt wird und bei dem ein reaktives Gas verwendet wird, das gasförmige Kohlenwasserstoffe mit relativ hoher Temperatur enthält, die zum Vorliegen von Teeren in einem aus dem Ofen abgeführten Abgas führen.
Erreicht wird dieses Ziel dank eines Verfahrens, wonach erfindungsgemäß das aus dem Ofen abgeführte Abgas einem Waschen durch ein Öl unterzogen wird, das in dem Abgas enthaltene Teere absorbiert, und wonach eine Information über den Ablauf des Prozesses anhand einer Messung der Menge der durch das Öl absorbierten Teere, vorteilhafterweise anhand einer Größe, die für die zeitliche Änderung der Menge der durch das Öl absorbierten Teere repräsentativ ist, erhalten wird.
Zu diesem Zweck kann man das Öl im geschlossenen Kreislauf zirkulieren lassen und mißt man die Zunahme des Ölvolumens und der Ölmasse. Nach einer Ausführungsform des Verfahrens wird so das Öl kontinuierlich aus einem Behälter entnommen, um in einen Abgasstrom eingeleitet zu werden, wird das mit Teeren beladene Öl in den Behälter zurückgeführt und wird die Information über den Ablauf des Prozesses anhand der Messung der Änderung des Ölstands in dem Behälter erhalten. Das Öl kann in einen Abgasstrom, der in einer Zerstäubungs- oder Sprühsäule, beispielsweise einer Venturi-Säule zirkuliert, eingespritzt werden.
Vorzugsweise ist das Öl ein aromatisches Öl, welches geeignet ist, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, die in dem Abgas enthalten sind, zu absorbieren. Das Öl kann insbesondere unter aromatischen Mineralölen, wie zum Beispiel Ölen auf Xylolbasis ausgewählt werden.
Die erhaltene Information über den Ablauf des Prozesses kann verwendet werden, um das Ende dieses Prozesses zu bestimmen.
Der Prozeß kann auch dadurch kontrolliert werden, daß gegebenenfalls – in Abhängigkeit der erhaltenen Information über den Ablauf des Prozesses – wenigstens einer der folgenden Betriebsparameter des Ofens modifiziert wird, nämlich die Temperatur des Ofens, der Druck in dem Ofen, die Durchflußmenge des reaktiven Gases in dem Ofen und die Zusammensetzung des reaktiven Gases.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor allem für die Überwachung von Prozessen zur Einsatzhärtung, zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase oder zur Verdichtung durch chemische Gasphaseninfiltration verwendbar.
Das Überwachen eines chemischen oder physikalisch-chemischen Prozesses durch Analyse von Reaktionsnebenprodukten in einem Auswurf eines Ofens oder Reaktors ist von seinem Prinzip her wohl bekannt. Im besonderen Fall einer chemischen Gasphaseninfiltration, bei der ein reaktives Gas verwendet wird, das gasförmige Kohlenwasserstoffe wie Methan und/oder Propan enthält, könnte in Betracht gezogen werden, das aus dem Ofen abgezogene Abgas zu analysieren, um die Menge eines erzeugten besonderen Reaktionsnebenproduktes, beispielsweise Benzol, zu messen, die ein guter Indikator für den Ablauf des Prozesses ist. Jedoch würde eine solche Messung aufgrund der Tatsache erschwert, daß das Abgas sehr zahlreiche leichte und schwere Kohlenwasserstoffe, darunter Teere in relativ großer Menge enthält, die in der Lage sind, Rohrleitungen und Meßgeräte schnell zu verschmutzen.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß das einfache Überwachen der Menge an Teeren, die durch ein Öl zum Waschen des Abgases absorbiert werden, eine zuverlässige Angabe bezüglich des Ablaufs des Prozesses liefert, ohne ein komplexes Gerät zu verwenden, und gleichzeitig in eine Anlage zur Behandlung des Abgases integriert werden kann. Um nämlich das Verschmutzen von Rohrleitungen zu verhindern und um den Anforderungen in Sachen Umwelt gerecht zu werden, ist eine Behandlung des Abgases, um es von den Teeren zu befreien, in hohem Maße wünschenswert. Ein Auswaschen mittels Öl ist ein effizientes Behandlungsverfahren. Die vorliegende Erfindung kann sich den Einsatz eines solchen Behandlungsverfahrens zunutze machen, um auf einfache und kostengünstige Weise eine kontinuierliche Überwachung des Prozesses durchzuführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden zur Unterrichtung gegebenen, jedoch nicht einschränkend zu verstehenden Beschreibung anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung besser verständlich; diese zeigt eine industrielle Anlage zur chemischen Gasphaseninfiltration, welche die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
Detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt auf sehr schematische Weise eine Anlage zur chemischen Gasphaseninfiltration, welche zur Verdichtung poröser Substrate durch eine Matrix aus pyrolytischem Kohlenstoff bestimmt ist. Der Prozeß der chemischen Gasphaseninfiltration kann vom Typ isotherm-isobar sein, d.h. ohne Temperatur- oder Druckgradient durch die Substrate, oder vom Typ mit Temperaturgradient, d.h. mit einer ungleichmäßigen Erwärmung der Substrate, oder aber vom Typ mit Druckgradient, d.h. mit an zwei gegenüberliegenden Seiten der Substrate herrschenden unterschiedlichen Drücken.
Ein Ofen 10, der in einer Hülle 12 untergebracht ist, nimmt zu verdichtende poröse Substrate 14 auf, beispielsweise Faservorformlinge von herzustellenden Werkstücken aus Verbundwerkstoff mit Kohlenstoffmatrix. Beispiele für Faservorformlinge sind Vorformlinge von divergenten Düsenteilen oder Elemente von divergenten Düsenteilen von Raketentriebwerken oder Vorformlinge von Bremsscheiben aus C/C-Verbundwerkstoff. Der Ofen 10 ist durch eine Seitenwand 16, die ein Sekundärteil, oder Suszeptor, beispielsweise aus Graphit bildet, sowie durch einen Boden 18 und einen Deckel 20, ebenfalls aus Graphit begrenzt. Der Suszeptor ist mit einem ihn umgebenden Induktor 22 gekoppelt. Das Erhitzen des Ofens wird durch Strahlung im wesentlichen des Suszeptors sichergestellt, welcher durch seine induktive Kopplung mit dem Induktor erhitzt wird.
Ein reaktives Gas wird über eine Leitung 24 durch einen in dem Boden 18 des Ofens ausgebildeten Eingang 19 eingeleitet. Das reaktive Gas enthält einen oder mehrere Vorläuferbestandteile des Kohlenstoffs sowie einen eventuellen Dotierungsstoff. In dem dargestellten Beispiel ist das reaktive Gas von zwei Bestandteilen gebildet, die aus Quellen 28a, 28b stammen, welche über Ventile 29a, 29b und eine Vorrichtung 27 zur Durchflußmessung mit der Leitung 24 verbunden sind. Ein Abgas wird durch einen in dem Deckel 20 ausgebildeten Ausgang 21 über eine Leitung 28, die mit einer Pumpvorrichtung 60 verbunden ist, welche die Zirkulation des reaktiven Gases in dem Ofen sicherstellt und in diesem den gewünschten verminderten Druck aufrechterhält, aus dem Ofen abgezogen.
Die gasförmigen Vorläufer von pyrolytischem Kohlenstoff sind vor allem Alkane, Alkyle und Alkene, typischerweise Methan, Propan oder eine Mischung der beiden, die Kohlenstoff durch Zerlegung (Cracken) in Kontakt mit den zu verdichtenden Substraten erzeugen. Der eventuell zugeordnete Dotierungsstoff bezeichnet hier einen Bestandteil des reaktiven Gases, der eine Funktion zur Aktivierung der Abscheidung aus pyrolytischem Kohlenstoff aus dem oder den Vorläufern unter den gewählten Betriebsbedingungen sicherstellt. Der Dotierungsstoff kann auch einen Vorläufer bilden. Bei einem reaktiven Gas, das eine Mischung aus Methan und Propan (beide Vorläufer) aus Quellen 28a und 28b enthält, kann somit das Propan unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen die Funktion des Dotierungsstoffes übernehmen.
Der endgültige Verdichtungsgrad der Substrate sowie die Mikrostruktur des pyrolytischen Kohlenstoffs werden vor allem durch die Betriebsparameter des Ofens bestimmt, die da sind:

– die Temperatur des Ofens,
– der Druck in dem Ofen,
– die Durchflußmenge des reaktiven Gases in dem Ofen,
– die Zusammensetzung des reaktiven Gases, nämlich vor allem Anteil des Vorläufers in dem reaktiven Gas und Anteil des eventuellen Dotierungsmittels.

Das Abgas enthält Nebenprodukte der Reaktion (Cracken) des oder der Vorläufer des pyrolytischen Kohlenstoffs, einen Bruchteil von Vorläufern, die keine Reaktion eingegangen sind, sowie aus dem Cracken des oder der Vorläufer stammendes Wasserstoffgas (H₂). Die Reaktionsnebenprodukte umfassen ungesättigte Kohlenwasserstoffe, leichte aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, monozyklische Kohlenwasserstoffe) sowie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), wie insbesondere Naphtalin, Pyren, Anthracen und Acenaphtylen, die in Form von Teeren kondensieren.
Gemäß der Erfindung erfolgt ein Überwachen des Ablaufs des Verdichtungsprozesses der Substrate dadurch, daß das Abgas einem Waschen mittels eines Öls unterzogen wird, das diese Teere absorbiert, und daß eine Größe erarbeitet wird, die für die Menge der durch das Öl absorbierten Teere repräsentativ ist.
Dieses Waschen mittels Öl ermöglicht ferner, die Teere zu entfernen, die ansonsten die Austrittsrohrleitungen des Ofens verschmutzen und die sich in der verwendeten Pumpvorrichtung, beispielsweise in dem Vakuumpumpenöl oder in einem Ejektorpumpen-Kondensat wieder finden können.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Waschen mittels Öl 30, die zwischen dem Ausgang des Abgases aus dem Ofen 10 und der Pumpvorrichtung 60 zwischengeschaltet ist, ist in der beiliegenden Figur dargestellt. Eine solche Vorrichtung ist auch in der französischen Patentanmeldung beschrieben, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung angemeldet wurde und den Titel „Verfahren und Anlage für die Behandlung von Kohlenwasserstoffe enthaltendem Abgas" trägt.
Die Vorrichtung zum Waschen mittels Öl ist vorzugsweise in der Nähe des Ausgangs des Ofens 10 angeordnet, um die Bildung von Teerablagerungen in der Rohrleitung, welche den Ausgang des Ofens mit der Waschvorrichtung verbindet, zu vermeiden, wobei diese Ablagerungen durch die Abkühlung des Abgases begünstigt werden.
Die Vorrichtung 30 zum Waschen mittels Öl umfaßt eine Zerstäubungs- oder Sprühsäule 32, die an ihrem oberen Teil mit der Leitung 28 verbunden ist. Die Säule 32 ist beispielsweise eine Venturi-Säule 34, die durch eine Einschnürung des Durchlaßquerschnittes für das Gas gebildet ist. An ihrem unteren Teil steht die Säule 32 mit einem Gaseinlaß 42 in Verbindung, der in der oberen Wand eines Behälters 40 zur Ölrezirkulation, in der Nähe eines Endes dessen ausgebildet ist. Ein Gasauslaß 44 öffnet sich ebenfalls in der oberen Wand des Behälters 40 und steht über eine Leitung 62 mit der Pumpvorrichtung 60 in Verbindung.
Ein Ölauslaß ist am unteren Teil des Behälters 40 ausgebildet und mit einer Pumpe 50 verbunden, die das Öl aus dem Behälter 40 abzieht, um dieses – unter Durchlaufen eines Wärmetauschers 52 – Düsen 36, 38 zuzuführen, die im wesentlichen axial in der Säule 32 angeordnet sind. Zusätzliche Düsen 46a, 46b können in dem Behälter 40 angeordnet sein, wobei die Düsen 46a, 46b stromabwärts des Tauschers 52, parallel zu den Düsen 36, 38 mit Öl beaufschlagt werden.
Der Wärmetauscher 52 wird von einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise kaltem Wasser durchströmt, um das aus dem Behälter 40 stammende Öl zu kühlen. Das Kühlwasser durchläuft auch einen Tauscher 54, beispielsweise in Form von Platten, der mit dem Tauscher 52 in Reihe geschaltet und innerhalb des Behälters 40 angeordnet ist.
Der Tauscher 54 ebenso wie die Düsen 46a, 46b sind in dem Behälter, zwischen dem Gaseinlaß 42 und dem Gasauslaß 44, oberhalb des Ölpegels angeordnet. Ein Tropfenabscheider 48 kann am Gasauslaß 44 des Behälters 40 angebracht sein.
Die Funktionsweise der Vorrichtung zum Waschen mittels Öl 30 ist folgende. Das den Düsen 36, 38 zugeführte Öl wird über den Abgasstrom, welcher die Säule 32 durchquert, zerstäubt, wobei diese Zerstäubung durch die Zunahme der Geschwindigkeit des Gases, welche durch das Vorliegen des Venturi-Rohres bedingt ist, begünstigt wird. Eine 36 der Düsen kann am oberen Teil der Säule 32, stromaufwärts des Venturi-Rohres 34 und die andere Düse 38 in der Nähe des Halses des Venturi-Rohres vorgesehen sein. Es kann eine einzige Düse 36 oder 38 verwendet werden.
Das zerstäubte Öl absorbiert einen großen Teil der durch das Abgas mitgeführten Teere, insbesondere die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK), die in das in dem Behälter 40 enthaltende Ölbad mitgenommen werden.
Das verwendete Öl muß eine Dampfspannung aufweisen, die gering genug ist, um nicht bei dem am Ausgang des Ofens 10 herrschenden Druck zu verdampfen, um das Abgas nicht mit Öldampf zu belasten. Unterrichtend sei gesagt, daß der Druck in dem Ofen 10 während eines herkömmlichen Prozesses zur Verdichtung poröser Substrate durch eine Matrix aus pyrolytischem Kohlenstoff im allgemeinen unter 10,1 kPa liegt. Das Öl muß ferner eine ausreichend niedrige Viskosität aufweisen, um in Umlauf gebracht zu werden und um bei Austritt aus den Düsen einen Nebel zu bilden.
Aus diesen Gründen wird vorzugsweise ein aromatisches Mineralöl verwendet, das eine Dampfspannung von unter 100 Pa bei 0°C aufweist.
Vorteilhafterweise wird ein Öl auf Xylolbasis, wie das unter der Bezeichnung „Jaritherm AX 320" von der französischen Gesellschaft Elf Atochem in den Handel gebrachte Syntheseöl verwendet, das zu 85 Gew-% aus Monoxylylxylol und zu 15 Gew-% aus Dixylylxylol besteht. Dieses Öl hat eine Viskosität von 60 Zentipoise bei 0°C und eine Dampfspannung bei 0°C von unter 100 Pa.
Die Wärmetauscher 52 und 58 werden mit kaltem Wasser mit einer Temperatur nahe 0°C gespeist, um das über die Düsen 36, 38 sowie über die Düsen 46a, 46b auf dem Weg zwischen dem Gaseinlaß und dem Gasauslaß des Behälters 40 eingespritzte Öl in höchstem Maße zu kühlen.
Der Tauscher 54 trägt dazu bei, die Kondensation von Teeren, die noch in dem Abgas am Ausgang der Säule 32 enthalten sind, zu begünstigen.
Der Tropfenabscheider 48, beispielsweise vom Typ mit Leitblechen, trägt dazu bei, einen am Ausgang des Behälters 40 vorliegenden Nebel zu „brechen", um die Tropfen abzuscheiden und um deren Koaleszenz zu bewirken, um sie in dem Ölbad aufzufangen.
Das Auffangen durch die Vorrichtung 30 zum Waschen mittels Öl ermöglicht, ein Maximum an Teeren, wie die PAK zu entfernen. Lediglich leichtere aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzole, monozyklische Kohlenwasserstoffe) können in dem gewaschenen Abgas verbleiben; aufgrund ihrer höheren Dampfspannung weisen sie jedoch nicht das Risiko eines Verschmutzens von Leitungen auf.
Die Pumpvorrichtung 60 umfaßt beispielsweise einen Ejektor-Kondensator 64 oder mehrere gleichartige, in Reihe angeordnete Ejektoren-Kondensatoren (wobei in der Figur ein einziger dargestellt ist), wobei angemerkt sei, daß andere Pumpvorrichtungen, beispielsweise Rotationspumpen verwendet werden können.
Der Ejektor-Kondensator 64 umfaßt einen Ejektorteil 66, der über einen Kessel 80 mit Wasserdampf beaufschlagt wird, und einen Kondensatorteil 68, der stromabwärts des Ejektors angeordnet ist. Der Kondensator 68 ist ein indirekter Kondensator, wobei das aus dem Ejektor stammende Gas in Kontakt mit Leitungen gebracht wird, die von einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise kaltem Wasser durchströmt werden.
Nach Durchlaufen des Kondensators 68 wird das Wasser einem Kühlturm 70 zugeführt, von wo aus es in einem Behälter 72 aufgefangen werden kann, von dem aus es über eine Pumpe 74 wieder dem Kondensator 68 zugeführt wird.
Das an einer Leitung 76 am Ausgang des Kondensators aufgefangene Kondensat enthält Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol sowie eventuelle Überreste von PAK, die in dem Wasser gelöst sind, das aus der Kondensation des Dampfes des Ejektors 66 stammt. Das Kondensat kann durch Adsorption auf Aktivkohle behandelt werden.
Am Ausgang des Kondensators gelangt das Abgas in eine Pumpe 78. Es kann eine Wasserstandspumpe verwendet werden, die über einen Tauscher gekühlt wird, so daß das aus der Behandlungsanlage abgezogene Gas praktisch Umgebungstemperatur aufweist.
Das abgezogene Gas enthält – zusätzlich zu der Restmenge an reaktivem Gas und dem aus dem Ofen 10 stammenden Wasserstoffgas H₂ – im wesentlichen ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Es kann über eine Leitung 79 zu einer Fackel geleitet oder wenigstens teilweise als Brenngas für den Kessel 80 verwendet werden. In letzterem Fall wird es in einem Pufferkolben 82 mit einem gasförmigen Brennstoff, wie Naturgas gemischt, um die Brenner 86 des Kessels 80 zu versorgen.
In dem dargestellten Beispiel erfolgt die Berechnung der Menge der durch das Waschöl absorbierten Teere durch Messen des Ölstandes in dem Behälter 40. Ein Sensor 58 liefert einem Verarbeitungskreis 90 ein für den Ölstand repräsentatives Signal, um eine für die Durchführung einer Überwachung des Verdichtungsprozesses verwendbare Information I zu erstellen. Der Sensor 58 kann von jeder bekannten Art, beispielsweise vom Typ Sensor mit schwingender Membran oder aber vom Typ Radarsensor sein, der in diesem letzteren Fall den Abstand zwischen der oberen Wand des Behälters, wo der Sensor untergebracht ist, und der Oberfläche des Öls mißt.
Die Information I ist beispielsweise für die zeitliche Ableitung des für den Ölstand repräsentativen Signals repräsentativ, so daß sie die zeitliche Änderung der Menge der in dem Abgas vorhandenen Teere darstellt.
Eine erste Möglichkeit besteht darin, die Information I zu überwachen, um das Ende des Verdichtungsprozesses zu erfassen. Der Verdichtungsprozeß kann als beendet betrachtet werden, wenn die Änderung des Ölstandes, d.h. die Änderung der Menge an in dem Abgas vorhandenen Teeren eine gegebene Schwelle übersteigt, beispielsweise um mehr als 2 % über einen gegebenen Beobachtungszeitraum zunimmt. Dieser kann eine bis mehrere Stunden betragen, wobei die Dauer der Verdichtungszyklen üblicherweise sehr lange ist.
Eine weitere Möglichkeit, die zusätzlich zur ersten genutzt werden kann, besteht darin, die Betriebseigenschaften des Ofens in Abhängigkeit des Wertes der Information I zu kontrollieren. Somit:

– kann dann, wenn die über einen gegebenen Beobachtungszeitraum gemessene Änderung des Ölstandes eine Schwelle S₁, beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 %, unterschreitet, auf die Verdichtungsparameter (zum Beispiel Temperatur, Zusammensetzung des reaktiven Gases) derart eingewirkt werden, daß die Verdichtung verstärkt wird,
– kann dann, wenn die Änderung des Ölstandes eine Schwelle S₂, beispielsweise in der Größenordnung von 1 %, übersteigt, auf die Verdichtungsparameter derart eingewirkt werden, daß die Verdichtung verlangsamt wird.

Unterrichtend sei gesagt, daß bei einem Nenndurchfluß von 500 l/Min. reaktivem Gas am Eingang des Ofens (Mischung aus Methan und Propan) die Schwelle S₁ einer Verringerung der Änderung der Teermasse von 0,5 g/Std. auf 2 g/Std. und die Schwelle S₂ einer Erhöhung der Änderung der Teermasse von 5 g/Std. auf 8 g/Std. entsprechen kann.
Am Ende des Prozesses kann ein wenigstens teilweises Entleeren des Behälters 40 am Ausgang der Pumpe 50 dadurch vollzogen werden, daß ein Ventil 51, das an einer die Pumpe 50 mit dem Tauscher 52 verbindenden Leitung angeordnet ist, geschlossen wird und daß ein Ventil 53, das an einer den Ausgang der Pumpe 50 mit einem Ausgang 56 für gebrauchtes Öl verbindenden Leitung angeordnet ist, geöffnet wird.
Das gesammelte gebrauchte Öl kann durch Verbrennen beseitigt werden, und es wird wieder sauberes Öl in den Behälter 40 gegeben.
Selbstverständlich können andere Mittel als das Messen der Zunahme des Pegels oder des Volumens in einem Rezirkulationsbehälter vorgesehen werden, um ein Überwachen der durch das Waschöl absorbierten Ölmenge durchzuführen, beispielsweise Mittel zum Messen der Zunahme der Ölmasse.
Man wird auch merken, daß die Änderung des Ölpegels oder der Ölmasse in dem Behälter 40 in eine für die Entwicklung des Verdichtungsprozesses repräsentative Größe, beispielsweise in eine Menge an in dem Abgas enthaltenem Benzoläquivalent umgewandelt werden kann.
Wie bereits angegeben, kann das erfindungsgemäße Verfahren für die Überwachung des Ablaufs von anderen Prozessen als der Verdichtung durch chemische Gasphaseninfiltration durchgeführt werden, Prozessen, die unter Einsatz eines reaktiven Gases, das gasförmige Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan und/oder Propan enthält, bei relativ hoher Temperatur und mit Erzeugung von Teeren in einem Abgas vollzogen werden. Diese anderen Prozesse sind vor allem die chemische Abscheidung aus der Gasphase zur Ausbildung von Überzügen aus pyrolytischem Kohlenstoff auf Substraten, die üblicherweise bei einer Temperatur von etwa 1000°C oder höher erfolgt, sowie das Einsatzhärten von Werkstücken in einem Ofen, bei dem eine Mischung aus Methan und Propan bei einer Temperatur von etwa 900°C verwendet werden kann.

Claims

Überwachungsverfahren für den Verlauf eines Prozesses, der in einem Ofen ausgeführt wird und wobei ein reaktionsfähiges Gas, das mindestens einen gasförmigen Kohlenwasserstoff enthält, benutzt wird, wobei der Prozeß die Regelung der Betriebsparameter des Ofens, die Einführung des reaktiven Gases, das mindestens einen gasförmigen Kohlenwasserstoff enthält, in den Ofen und das Abziehen des ausströmenden Gases, das Nebenprodukte der Reaktion des reaktiven Gases enthält, aus dem Ofen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabstrom einer Waschung durch ein Öl unterzogen wird, das im ausströmenden Gas enthaltene Teere absorbiert, und eine Information über den Verlauf des Prozesses mittels einer Messung der Menge von Teeren, die von dem Öl absorbiert werden, erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Information über den Verlauf des Prozesses aus einer Größe, die für die zeitliche Variation der Menge der vom Öl absorbierten Teere repräsentativ ist, erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Öl in geschlossenem Kreislauf zirkulieren läßt und das Anwachsen des Volumens des Öls gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl kontinuierlich aus einem Becken entnommen wird, um in einen Strom eines Gasabstroms eingespritzt zu werden, das mit Teeren beladene Öl in das Becken rückgeführt wird und die Information über den Verlauf des Prozesses aus der Messung der Ölpegelvariation in dem Becken erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Öl in geschlossenem Kreislauf zirkulieren läßt wird und den Anstieg der Ölmasse mißt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl in einen Strom eines Gasabstroms eingespritzt wird, der in einem Zerstäubungsturm zirkuliert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabstrom in einem Venturi-Turm zirkuliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl ein Öl ist, das geeignet ist, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, die in dem Gasabstrom enthalten sind, zu absorbieren.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl unter aromatischen Mineralölen ausgewählt wird.
Verfahren Nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die erhaltene Information über den Verlauf des Prozesses benutzt wird, um das Ende dieses Prozesses zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Information über den Verlauf des Prozesses benutzt wird, um den Prozeß zu steuern, indem man gegebenenfalls, je nach der erhaltenen Information über den Verlauf des Prozesses, wenigstens einen der folgenden Betriebsparameter des Ofens modifiziert: die Temperatur des Ofens, den Druck in dem Ofen, den Durchsatz des reaktiven Gases in dem Ofen und die Zusammensetzung des reaktiven Gases.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Überwachung eines Prozesses zur Verdichtung von porösen Substraten durch eine Matrix aus pyrolityschem Kohlenstoff, gebildet durch chemische Infiltration in Gasphase.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Überwachung eines Prozesses zur Bildung einer Beschichtung aus pyrolytischem Kohlenstoff auf Substraten durch chemische Abscheidung in Gasphase.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Überwachung eines Prozesses zum Zementieren von Teilen.