Reaktionstechnische und hydrodynamische Untersuchungen an einem geneigt rotierenden Festbettreaktor

Kontinuierlich betriebene Festbettreaktoren mit regellos gepackten Formkatalysa-toren in Rieselfahrweise werden für viele katalytische Gas/Flüssig-Reaktionen einge-setzt. Anwendungen sind beispielsweise die Hydrierung von Alkenen, die Hydro-desulfurierung von Mineralöl oder die Abwasseraufbereitung.
Stellt die Stoffübertragung der Gasphase an die aktiven Zentren des Katalysators den geschwindigkeitsbestimmenden Teilschritt der Reaktion dar, kann die periodische Betriebsweise, z. B. in Form von Strömungsmodulation, eine Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute bewirken. Weitere Vorteile der periodischen Betriebsweise sind die Verringerung von Fehlverteilungen und die Vermeidung von lokal überhitzten Stellen in der Katalysatorschüttung. Als Nachteile sind die Abnahme der positiven Effekte mit der Reaktorlänge sowie höhere Anforderungen an die Umsetzung im industriellen Maßstab, hervorgerufen durch die transienten Strömungsvorgänge im Reaktor und deren Auswirkungen auf den Anlagenverbund, bekannt.
Durch ein neuartiges periodisches Reaktorkonzept kann der Festbettreaktor unter quasi-stationären Bedingungen betrieben werden. Dabei ist der Reaktor geneigt und rotiert zusätzlich um seine Längsachse.
Durch die Neigung wird die Phasenseparation begünstigt, während die Rotation die periodische Be- und Entnetzung der Katalysatorschüttung hervorruft und somit den Zugang der Gasphase an die aktiven Zentren des Katalysators verbessert.
Mittels Gamma-Computertomographie wurden hydrodynamische Studien unter Variation von Reaktordrehzahl und -neigung sowie Variation von Flüssigphase, Durchsätzen und Packungsmaterial zur Aufklärung der Strömungsformen in einem Rohrreaktor (DI = 0,1 m und L = 1,2 m) durchgeführt.
Zur Bewertung des neuartigen Reaktorkonzepts wurde der Einfluss der Strömungs-formen auf die Raum-Zeit-Ausbeute der Hydrierung von α-Methylstyrol zu Cumol an Palladium auf kugelförmigem γ-Al2O3 untersucht.
Im Beitrag werden ausführlich hydrodynamische Studien und die darauf aufbauenden reaktionstechnischen Untersuchungen vorgestellt.