Druckverlust- und Temperaturprofilmessungen an einem Festbettreaktor im Technikumsmaßstab

Kontakt: Dr.-Ing. Andreas Lindermeir

Der Festbettreaktor ist der am häufigsten eingesetzte Reaktortyp für heterogen katalysierte Fluid-Feststoff-Reaktionen. Dabei wird der verwendete Katalysator auf unterschiedlich geformte, in der Regel keramische Trägerstrukturen aufgebracht und in einen rohrförmigen Reaktor geschüttet, wodurch das Partikelfestbett entsteht. Vorteil solcher Festbettreaktoren ist die effektive Kühlung des Reaktors über die Außenwand, insbesondere bei stark exothermen Reaktionen. Um eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Reaktor und dem Kühlmedium zu realisieren, wird der Durchmesser der Reaktorrohre auf einige Zentimeter verringert. In der chemischen Industrie werden bis zu mehreren Zehntausend solcher Rohre zu einem Bündel zusammengefasst. Die Komplexität der Konstruktion durch die Vielzahl der Rohre erhöht jedoch die Kosten solcher Apparate.

Ein innovativer Ansatz, den Wärmetransport in einem Rohreaktor zu verbessern, ist der Einsatz offenporiger metallischer Katalysatorträger, sogenannter Metallschwämme. Da Metalle eine vielfach höhere Wärmeleitfähigkeit besitzen als Keramiken, kann durch den Einsatz der Metallschwämme die radiale Wärmeübertragung in Festbettreaktoren erhöht werden. Dementsprechend können der Durchmesser der Rohre vergrößert, ihre Anzahl im Bündel verringert und somit Kosten gesenkt werden.

Im Rahmen eines ZIM-Projekts „Innovativer Entwicklungsprozess für optimale Schaumpellets als Katalysatorträger für Festbettreaktoren“ arbeitet die Arbeitsgruppe von Prof. Wehinger vom Institut für Chemische und Elektrochemische Verfahrenstechnik der TU Clausthal (ICVT) gemeinsam mit der Alantum Europe GmbH daran, das fluiddynamische Verhalten von Festbettreaktoren zu analysieren und mithilfe der CFD-Simulationen abzubilden, um die optimalen Eigenschaften der Metallschwämme für eine Reaktorschüttung zu ermitteln. Die für die Validierung der CFD-Modelle notwendigen experimentellen Arbeiten werden an einem 2500 mm hohen Rohrreaktor mit einem Durchmesser von 69 mm durch die Arbeitsgruppe Chemische Energiesysteme am CUTEC-Forschungszentrum durchgeführt. Dabei wird der Druckverlust der zu untersuchenden Schüttung über vier unterschiedliche Zonen gemessen. Weiterhin wird ein stationäres Temperaturprofil des Reaktors über 16 zentral im Partikelfestbett integrierte Temperaturmessstellen aufgenommen.