Intensivierung des Stofftransportes in porösen Katalysatorstrukturen mithilfe gasbildender Reaktionen und Druckoszillation

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Heterogene Katalysatoren werden in der chemischen Industrie zahlreich verwendet. Dabei ist häufig die Diffusion innerhalb der Katalysatorpartikel ein limitierender Faktor, so dass bei der heterogenen Katalyse nur ein Teil der aktiven inneren Oberfläche genutzt werden kann. Die Diffusionshemmung führt aber auch häufig zu einer Verschlechterung der Selektivität. Zur Umgehung der Diffusionslimitierung wird in der Regel die Partikelgröße verkleinert, Feststofffraktionen mit kleineren Partikeldurchmessern lassen sich jedoch vor allem wegen der schlechteren Abtrennbarkeit nur mit wesentlich größerem apparativen bzw. energetischen Aufwand einsetzen. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens soll eine apparatetechnische Lösung entwickelt werden, um den Stofftransport für eine Flüssigphasenreaktion innerhalb eines porösen Katalysatorpartikels durch Druckoszillation zu intensivieren. Die Oszillation des Druckes bewirkt die Kontraktion und Expansion eines Gaspolsters innerhalb der Porenstruktur, wodurch neben der Diffusion eine Konvektion aufgeprägt wird. Es wird erwartet, dass durch eine Modulation des Druckes eine definiertere 'Verweilzeit' innerhalb der Poren erreicht werden kann und sich dadurch der Umsatz und die Selektivität gezielt positiv beeinflussen lassen, ohne die Partikelgröße zu verringern. Zur Aufklärung des Einflusses signifikanter Einflussgrößen auf die reaktionstechnischen Kenngrößen solcher Katalysatoren ist eine enge Verzahnung experimenteller und simulationsgestützter Methoden vorgesehen.