Volumetric heat transfer: Investigations on reactor cooling by means of an integrated desorption process

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Der heterogenkatalytische Festbettrohrreaktor stellt einen der wichtigsten Reaktionsapparate der chemischen Industrie dar. Die einfache Bauart - der größte Vorteil des Rohrreaktors - erlaubt jedoch oftmals keine genaue Temperaturführung, so dass die notwendigen bzw. optimalen Werte für die Zielgrößen Umsatz, Selektivität, Katalysatorstandzeit und Reaktorsicherheit nicht erreicht werden können. Herkömmliche Verfahren zur Regelung der Temperaturprofile im Reaktor wie konvektive, reaktive oder regenerative Maßnahmen stoßen oft aufgrund reaktionstechnischer und/oder apparatetechnischer Eckdaten an die wirtschaftlichen bzw. technologischen Grenzen. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen nun für ein neues Konzept zur Kühlung bzw. Heizung von Festbettreaktoren die grundlegenden verfahrenstechnischen Zusammenhänge untersucht werden. Dabei werden mithilfe eines integrierten De- bzw. Adsorptionsverfahrens ortsnah die freigesetzte bzw. benötigte Reaktionswärme ohne aufwendige apparative Maßnahmen ab- bzw. zugeführt. Es wird erwartet, dass so die bisherigen Unzulänglichkeiten einer geringen Wärmeaufnahmekapazität regenerativer Verfahren durch die hohen De/Adsorptionswärmen aufgehoben werden können. Eigene überschlägige Berechnungen, detaillierte Simulationsrechnungen und auch experimentelle Voruntersuchungen für ein desorptives Kühlverfahren, versprechen eine Erhöhung der "Kühlleistung" bzw. Verlängerung der regenerativen Zykluszeit um den Faktor fünf bis zehn. Im Vergleich zur reaktiven Kühlung und Heizung besteht zudem eine verbesserte Möglichkeit zur Beeinflussung des Temperaturprofils sowie eine höhere chemische Kompatibilität gegenüber der Hauptreaktion.