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Hydrierung von alpha-Methylstyrol in einem geneigt rotierenden Festbettreaktor

Härting, H.-U.; Lange, R.; Schubert, M.

Abstract

Rieselbettreaktoren finden in der chemischen Industrie breite Anwendung zur Realisierung heterogen-katalysierter Reaktionen insbesondere bei hohen Eduktdurchsätzen. Allerding ist die Reaktorleistung durch geringe Stoff- und Wärmeübertragungsraten begrenzt. Zusätzlich können sich Fehlverteilungen der Flüssigphase nachteilig auf Transportprozesse, Katalysatorausnutzungsgrad und -aktivität auswirken. Konzepte mit dynamischer Betriebsweise, wie beispielsweise die periodische Variation des Flüssigphasendurchsatzes am Reaktoreingang, wurden vorgeschlagen, bei denen die zeitgemittelten Raum-Zeit-Ausbeuten gesteigert werden konnten. Dispersionsvorgänge schwächen die positiven Effekte jedoch mit zunehmender Länge des Festbetts ab.
Ein alternatives quasi-periodisches Reaktorkonzept ist der geneigt rotierende Festbettreaktor, bei dem die zeitliche in eine örtliche periodische Betriebsweise überführt wird. Die Reaktorneigung führt zur Separation der Gas- und Flüssigphase; die überlagerte Reaktorrotation resultiert in einer periodischen Be- und Entnetzung der im Reaktor fixierten Katalysatorschüttung, wodurch die Zugänglichkeit der aktiven Zentren für die Edukte, insbesondere der Gasphase, über die gesamte Reaktorlänge verbessert wird. Beim neuen Reaktorkonzept können sowohl die Drehzahl als auch die Neigung in Abhängigkeit vom Reaktionssystem (Reaktionsrate, Flüssigkeitseigenschaften, Katalysator etc.) angepasst werden, um die Strömung (siehe Abbildung 1) für den jeweiligen Prozess zu optimieren.
Zur Leistungsbewertung des neuen Reaktorkonzepts wurde zusätzlich zur hydrodynamischen Charakterisierung die jeweilige Strömung hinsichtlich der Raum-Zeit-Ausbeute einer Modellreaktion vergleichend zum Rieselbettreaktor untersucht. Als Modellreaktion wurde die irreversible unselektive Hydrierung von α-Methystyrol zu Cumol (C9H10+H2 --> C9H12) verwendet, bei der bereits bei moderaten Prozessbedingungen Stoffübertragungs¬limitierungen der Gasphase auftreten (Khadilkar et al., 1999). Die Veränderungen beim Reaktionsumsatz in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen (p = 1 bar und 6 bar, T = 25 °C und 40 °C, isotherm) können damit direkt der Stoffübertragung zugeordnet werden. Für die reaktionstechnischen Studien wurde der Reaktor mit einer dünnen Schicht Palladium-Katalysator (kugelförmiges γ-Al2O3-Trägermaterial, Ø 4 mm, egg-shell, 0,1 Ma.-% Pd) in der Mittelebene des Reaktors (L = 1,6 m, D = 0,1 m) zwischen Inertmaterial befüllt.

Keywords: Hydrogenation; process intensification; fixed bed reactor; alpha-methylstyrene; inclination; rotation

  • Poster
    Jahrestreffen Reaktionstechnik 2014, 28.-30.04.2014, Würzburg, Deutschland

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-19775