Please activate JavaScript!
Please install Adobe Flash Player, click here for download

entdeckt_01_2015

TITEL// DAS FORSCHUNGSMAGAZIN AUS DEM HZDR WWW.HZDR.DE 14 15 Hans-Ulrich Härting Hans-Ulrich Härting hat Verfahrenstechnik an der Technischen Universität Dresden und der Universität Sevilla (Spanien) studiert. Der 32-jähri- ge gebürtige Leipziger ist verheiratet und hat eine eineinhalbjährige Tochter. schiedenen Flüssigkeiten und Gasen erst ermöglicht. Strömen oder rieseln nun die Gase und Flüssigkeiten von oben nach unten durch den Reaktor, finden chemische Reaktionen am Katalysator statt, und die Zielprodukte verlassen den Reaktor am unteren Ende. So weit so gut. Doch so einfach ist es in der Praxis dann doch nicht. „Man hat bei den typischen Rieselströmungen immer gewisse Fehlver- teilungen im Reaktor“, erklärt Markus Schubert. „Bei vielen Reaktionen wird außerdem Wärme freigesetzt, die abgeführt werden muss. Da aber die Katalysatoren oft ganz schlechte Wärmeleiter sind und manche Bereiche kaum durchströmt werden, entstehen sogenannte Hot Spots, also heiße Zonen, die den Katalysator im schlimmsten Fall zerstören.“ Es können außerdem unerwünschte Nebenprodukte entstehen, die in einem zweiten Schritt aufwändig abgetrennt werden müssen. „Durch die Fehlverteilung wird der Katalysator nur unvollstän- dig ausgenutzt“, fügt Hans-Ulrich Härting hinzu. Für den Anla- genbetreiber ein unnötiger Kostenfaktor, denn der Katalysator sei oft auf Edelmetallbasis und somit auch „nicht ganz billig“. Das Aus für Hot Spots Bereits in seiner Promotion hat sich Markus Schubert, dessen Forschungen derzeit mit einem „Starting Grant“ des Europäischen Forschungsrats unterstützt werden, mit Festbett-Reaktoren beschäftigt. Seine damalige Arbeit hat er nun gemeinsam mit Doktorand Hans-Ulrich Härting zum geneigt rotierenden Festbett-Reaktor weiterentwickelt und technisch umgesetzt. Am Reaktor lassen sich die Neigung von aufrecht bis horizontal sowie die Drehzahl der Rotation um die eigene Achse variieren. „Durch die gezielte Kombination des Neigungswinkels und der Drehzahl kann man verschiedene Strömungsformen einstellen“, erklärt Härting. So kann die Strömung aus Flüssigkeit und Gas als Sichel-, Ring-, disperse oder stratifizierte Strömung auftreten. Da die beabsichtigte Reaktion im Inneren des Reaktors nur mithilfe des Katalysators stattfinden kann, ist es unabding- bar, dass Gas und Flüssigkeit diesen überhaupt erreichen. Im Dresdner Prototyp findet zuerst eine Phasentrennung statt, Gas und Flüssigkeit nehmen also jeweils getrennt voneinander Platz im Reaktor ein. „Durch die Drehung des Rohres werden die Katalysatorkugeln immer wieder benetzt, das heißt der Ka- talysator wird in die Flüssigkeit eingetaucht und läuft anschlie- ßend wieder trocken. Dadurch bekommt auch das Gas einen verbesserten Zugang zum Katalysator“, erklärt Hans-Ulrich Härting den Vorgang des ideal ablaufenden Betriebes bei der sogenannten stratifizierten Strömung. Gleichzeitig wird die entstehende Reaktionswärme beim Eintauchen des Katalysa- tors an die Flüssigkeit übertragen und abgeführt, gefährliche Hot Spots können so nicht entstehen. Da Gas und Flüssigkeit getrennt voneinander strömen, sich gegenseitig also nicht behindern, ist der Gegendruck für Pumpen und Kompressoren geringer – ein Fakt, der sich energetisch auszahlt. Industrieller Einsatz noch Zukunftsmusik „In unseren Studien konnten wir zeigen, dass es Betriebs- punkte gibt, bei denen eine Leistungssteigerung im Vergleich zu den etablierten Reaktoren vorliegt“, betont Hans-Ulrich Härting. Und die ist deutlich. Bis zu doppelt so groß sei der Umsatz. Eine Tatsache, die den Betreibern industrieller Anla- gen Freudentränen in die Augen treiben müsste. Mitnichten. „Wenn so ein großer Apparat einmal gebaut ist und einiger- maßen läuft, dann sind die Betreiber zurückhaltend, wenn es darum geht, sich etwas Neues hinzustellen“, zeigt sich Härting sachlich. „Bisher sind unsere Arbeiten auch noch sehr grundlagenorien- tiert, wir haben die Leistungssteigerung bisher nur an einem Modellsystem gezeigt“, erklärt sein Chef. Und er fügt hinzu: „Es gibt verschiedene Prozesse und Betriebsbedingungen, bei denen mit unserem Konzept die Reaktorleistung erhöht wer- den kann, aber eine universelle Schlussfolgerung zu ziehen, das wäre verfrüht.“ OPTIMIERT: Katalysatorkugeln er- möglichen chemische Reaktionen. Foto: Oliver Killig

Seitenübersicht