KMU-innovativ Vorhersage des Metal Dusting-Angriffs durch multiskalige Simulation (MetDustKinetics)

Motivation
Metal Dusting ist ein hochaggressives Korrosionsphänomen, das in der chemischen Industrie unter Hochtemperaturbedingungen auftritt und erhebliche Schäden an Prozessanlagen verursacht. Die Folgen sind Notlösungen, wie schnelles, energieineffizientes Herunterkühlen von Prozessgasen oder vorsorglicher Austausch noch funktionsfähiger Komponenten. Dies hat negative Auswirkungen auf Effizienz, Anlagensicherheit und Ressourcenverbrauch. Eine präzise Vorhersage, wann und unter welchen Bedingungen Metal Dusting auftritt, ist bisher nicht möglich. Gerade vor dem Hintergrund steigender Energiepreise und der Notwendigkeit ressourceneffizienter Prozesse besteht ein akuter Bedarf an neuen, modellbasierten Simulationslösungen zur Risikoabschätzung.

Ziele und Vorgehen
Ziel des KMU-innovativ Projekts MetalDustKinetics ist die Entwicklung eines multiskaligen Simulationsmodells zur zuverlässigen Vorhersage von Metal Dusting Angriffen. Dazu werden Strömungs- und Reaktionsvorgänge im Gasraum mit Prozessen im Werkstoff, insbesondere der Diffusion im Festkörper sowie mit Modellen zur Reaktionskinetik gekoppelt. So können nicht nur mögliche Reaktionen, sondern auch deren Geschwindigkeit realistisch abgebildet werden. Kombiniert mit umfangreichen Materialdatenbanken und bewährter Gleichgewichtssoftware entsteht ein neuartiger Modellansatz. Zur Validierung der Modellergebnisse werden gezielte Schlüsselexperimente durchgeführt.

Innovationen und Perspektiven
Der neue Modellansatz eröffnet die Möglichkeit, komplexe Prozesse abzubilden, in denen Gas-Festkörper-Reaktionen und Transportvorgänge entscheidend ineinandergreifen. Damit lassen sich nicht nur Korrosionsphänomene, sondern auch andere Hochtemperaturprozesse in Chemie, Energie- und Werkstofftechnik bis zu Halbleiterfertigung zuverlässiger simulieren. Die erwarteten Verbesserungen in der Vorhersagegenauigkeit tragen zu längeren Anlagenstandzeiten, höherer Prozesseffizienz und besserer Ressourcennutzung bei. Gleichzeitig wird die Auslegung zukünftiger Anlagen deutlich sicherer und nachhaltiger möglich.

• DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI)
• GTT Gesellschaft für Technische Thermochemie und -physik mit beschränkter Haftung