Hydrodynamische Charakterisierung eines gas/flüssig-durchströmten geneigten Festbettdrehrohrreaktors

Rieselbettreaktoren unterliegen Limitierungen bei Gaslöslichkeit und Gasphasenstofftransport an den Katalysator, die z. B. durch adiabatischen Betrieb bei hohen Drücken und Temperaturen kompensiert werden. Außerdem führen inhomogene Phasenverteilungen und Benetzungszustände zu verminderter Katalysatorausnutzung sowie zur Ausbildung von Hotspots. Zur Prozessintensivierung wurde u. a. die dynamische Betriebsweise vorgeschlagen, bei der dem Reaktor ein periodisch variierter Flüssigkeitsstrom zugeführt wird. Dadurch können Filmdicke und Benetzungsgrad periodisch variiert und der Zugang der Gasphase an den Katalysator verbessert werden. In Reaktoren im industriellen Maßstab sind jedoch nur geringer Effekte zu erwarten, da die aufgeprägte Periodizität mit der Reaktorlänge abnimmt. Außerdem erfordert die Betriebsweise zusätzliche Aufwendungen für MSR-Technik, Lastwechselkompensation und Schnittstellenmanagement im Anlagenverbund.

Beim neuen Reaktorkonzept führt die Neigung zu einer Phasensegregation und damit jeweils zu einem direkten Zugang beider fluiden Phasen an den Katalysator. Die zusätzlich aufgeprägte Rotation bewirkt eine periodischen Be- und Entnetzung der Katalysatorschüttung. Von Vorteil ist, dass neben der Periodizität auch die Verweilzeit eingestellt werden kann.

Zur Bewertung des neuen Reaktorkonzepts wurden hydrodynamische Untersuchungen bei unterschiedlichen Neigungswinkeln und Reaktordrehzahlen sowie bei verschiedenen Flüssigkeiten und Durchsätzen durchgeführt. Mittels kompakter Gamma-Tomographie sowie Gittersenortechnologie wurden die Zweiphasenströmung hinsichtlich Phasenverteilungen, Strömungsform und Verweilzeitverhalten charakterisiert. Neben dem neuen Reaktorkonzept werden im Beitrag die eingesetzte bildgebende Messtechnik sowie die hydrodynamischen Charakterisierungsmethoden vorgestellt sowie die Ergebnisse zusammengefasst.