Entwicklung und Inbetriebnahme eines Dual-Resolution-Spektrometers zur Diagnose von katalytischen Prozessen

Masterthesis

Motivation

Das „Labor für Optische Diagnosemethoden und Erneuerbare Energien“ der Hochschule Darmstadt beschäftigt sich in Kooperation mit der TU Darmstadt (Fachgebiet RSM) mit der optischen Analyse reaktiver Strömungen. Diese Expertise soll zukünftig zur Diagnose industrieller katalytischer Verfahren eingesetzt werden. Konkret sollen heterogen-katalytische Prozesse analysiert werden, bei denen hohe Temperaturen und kurze Kontaktzeiten der Reaktanden mit dem Katalysator vorherrschen. Um die auftretenden Gasphasenreaktionen besser zu verstehen, soll eine neue Sensorik entwickelt werden, welche es erlaubt, erstmalig die Konzentrationen als Funktion des räumlichen Abstands vom Katalysator zu messen.

Fragestellung

Als Messprinzip wird die spontane Raman-Spektroskopie mit einem Hochleistungs-laser eingesetzt. Zur räumlichen Auflösung der Gaskonzentrationen, soll ein neuartiges, speziell auf die Anforderungen in katalytischen Prozessen ausgerichtetes Spektrometer entwickelt und konstruiert werden. Neben allen Hauptspezieskonzentrationen (alle Reaktions-E- und Produkte mit <= 1% Vol.) soll mit einem zweiten Kanal des Spektrometers die Signalantwort des Stickstoffs hoch aufgelöst wer-den. Anhand der Form des Signals kann auf diese Weise berührungslos die Temperatur bestimmt werden.

Für die Umsetzung des Konzepts sollen erstmalig zwei unterschiedliche Dispersionen (also spektrale Auflösungen) des Raman-Signals auf einer einzigen Kamera abgebildet werden. In der Literatur beschriebene Systeme basieren auf zwei separaten Kameras oder auf einer nachträglichen Überlagerung verschiedener Aufnahmen. Das neue System soll deutliche Vorteile gegenüber den bisherigen Ansätzen bieten. Die optischen Bauteile sind bereits größtenteils ausgewählt. Eine Entwicklung des (opto-)mechanischen Aufbaus ausgehend von Konzeption über Konstruktion, Aufbau und Erprobung steht jetzt im Fokus. Außerdem muss ein System entwickelt werden, um den detektierten Strahl um die optische Achse zu drehen.

Im Detail sollen folgende Arbeitspakete bearbeitet werden:

• Literaturrecherche zu ähnlichen optischen Aufbauten

• Konzipierung und Konstruktion der Optik und Mechanik des neuen Detektionssystems

• Aufbau und Inbetriebnahme des Systems (ggf. in Etappen)

• Justage und anschließende Versuche zur Validierung

Voraussetzungen:

• Spaß an konstruktiven Aufgabenstellungen

• Interesse an neuen Verfahren in der Energie- und Rohstoffwende

• Freude an interdisziplinärer Teamarbeit

• Evtl. Vorliebe für Fotografie

Beginn: Ab sofort!