Regulation of reactions with integrated adsorption for heterogenic catalysatic phases of gasreactions

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Die Integration einer adsorptiven Trennoperation in einen chemischen Reaktor stellt eine besonders wirkungsvolle Maßnahme zur Leistungssteigerung heterogenkatalytischer Synthesereaktionen in der Gasphase dar. Durch die Wahl eines geeigneten Adsorbens ermöglicht die Adsorption gerade bei höheren Reaktionstemperaturen (150-550 °C) einen sehr selektiven Eingriff in das Konzentrationsprofil. Die Adsorption weist weder unerwünschte Schlupfeffekte zwischen den Phasen noch kinetische Engpässe gegenüber der Reaktion auf. Die Nachteile der Adsorption liegen vor allem in der inhährent diskontinuierlichen Fahrweise, der zweckmäßigen Eingliederung der erforderlichen Regenerationsschritte und in den häufig geringen adsorbierten Mengen. Insbesondere Reaktionspartner wie Wasser, Ammoniak und Wasserstoff kommen daher wegen der nennenswerten adsorptiven Stoffspeicherung für eine Reaktionsführung mit integrierter Adsorption in Betracht. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und experimentelle Überprüfung von Kriterien zur Auslegung und Optimierung einer Reaktionsführung mit integrierter Adsorption. Der Einfluß der Adsorptionsisothermen auf den Reaktorbetrieb, die räumliche Verteilung der reaktiven und adsorptiven Funktionalitäten sowie die Integration einer geeigneten Temperaturführung stellen besondere Schwerpunkte der vorgesehenen Arbeiten dar. Die systematische Auswahl neuartiger Adsorptionsmittel für adsorptive Reaktionen soll durch eine detaillierte Erfassung des Adsorptionsverhaltens mit einer neuartigen Mikrowaage erfolgen, während nur kommerziell erhältliche Katalysatorsysteme zum Einsatz kommen. Die Ausnutzung von Koppelreaktionen zur Erweiterung des Einsatzbereichs adsorptiver Reaktoren wird ebenfalls erörtert. Reaktorkonzepte werden für zwei ausgewählte Reaktionssysteme anhand der jeweiligen Adsorptionsisothermen und Reaktionskinetiken entworfen und im Labormaßstab überprüft. Nach einer Validierung bzw. Weiterentwicklung der angewandten Modellansätze, der Ausarbeitung passender Meß- und Regelalgorithmen und der Eruierung des Optimierungspotentials werden die Reaktionsführungen anschließend zur Bewertung der Realisierbarkeit in einer Pilotanlage getestet.