Regelmäßige Katalysatorformkörper für technische Synthesen

Abstract

Regelmäßige Katalysatarformkörper in der Form von sogenannten Monolithkatalysatoren mit geraden, parallelen Kanälen haben bei der Abgasreinigung und der Entstickung von Kraftwerksabgasen die bisher üblichen Katalysatorschüttungen weitgehend verdrängt. Ihr wesentlicher Vorteil ist der niedrige Druckverlust bei großer äußerer Katalysatoroberfläche und - im Vergleich zu Zufallsschüttungen - sehr gute Reproduzierbarkeit in der Formgebung und dem Betriebsverhalten. Diese Vorteile machen regelmäßige Katalysatorfarmkörper auch für chemische Synthesen außerordentlich interessant. Solche Monolithkatalysatoren mit geraden, parallelen Kanälen eignen sich allerdings wegen ihres ungenügenden radialen Misch- und Ausgleichsverhalten nur für adiabaten Betrieb. - In einer eingehenden Analyse werden deswegen Monolithe mit geraden, quadratischen und rechteckigen Kanälen, gewellte Strukturen in gekreuzter Anordnung, Flügelstrukturen für runde Rohre sowie Schüttungen aus Kugeln, Strängen und Zylindern untersucht. Ziel der Arbeiten ist es, die verfahrenstechnischen Parameter verschiedener technischer Katalysatoren zu analysieren, um daraus Maßnahmen für eine gezielte Verbesserung der Formgebung abzuleiten. Die Sichtbarmachung und Bestimmung der örtlichen Stoff- und Wärmeübertragung in der Struktur und an den wärmeübertragenden Wänden liefert in Verbindung mit dem örtlichen Mischverhalten einen direkten Vergleich über die Effektivität der Strukturen. Über die mathematische Modellbildung mit und ohne chemische Reaktion lassen sich sowohl für die adiabate als auch die isotherme Reaktionsführung die wesentlichen Informationen gewinnen, wie sie für eine optimale Auslegung von Katalysatorformkörpern in der chemischen Synthese und in der Umwelttechnik notwendig sind.