Temperaturfeldmessung und Detektion von Hotspots in Schüttungen

Mehrphasenreaktoren mit katalytisch aktiven Festbetten werden in vielen Prozessen der chemischen bzw. petrochemischen Industrie eingesetzt. Katalysatorausnutzung und Reaktoreffizienz sinken durch Fehlverteilungen der Gas- und Flüssigphasen im durchströmten Packungsquerschnitt sowie durch Kanalbildung und Bypassströme. Derartige Fehlverteilungen können außerdem zur Ausbildung lokaler thermischer Hotspots in der Schüttung führen. Hotspots mindern die Produktausbeute und -qualität, stellen ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar und können bis zum Durchgehen des Reaktors führen. Die messtechnische Erfassung signifikanter Temperaturgradienten in der Packung ist dabei Voraussetzung zur optimierten Prozessführung und für die Einleitung regeltechnischer Sicherheitsmaßnahmen.
Basierend auf den von Prasser et al. (1998) entwickelten Gittersensoren zur Erfassung von Phasenverteilungen wurde ein neuer Temperaturgittersensor entwickelt, bei dem PT2000-Widerstandsthermometer in den Kreuzungspunkten eines 32x8 Leiterplatten-Arrays installiert sind. Exemplarisch wird die Anwendbarkeit eines flächigen Temperatursensors in einer Katalysatorschüttung demonstriert. Es werden lokale Wärmequellen erzeugt und deren Ausbreitungsdynamik in Abhängigkeit von den Strömungsbedingungen untersucht. Der entwickelte Temperaturflächensensor ermöglicht die Visualisierung des zeitlich und örtlich aufgelösten Temperaturfeldes im Reaktor.