Adsorptive Reaktorarchitekturen: Konzeptuelle Grundlagen zur Funktionalitätsintegration

• Antragsteller: Professor Dr. David W. Agar
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266520792

In multifunktionalen Reaktoren werden chemische Reaktionen zusammen mit weiteren Grundoperationen in einem einzigen Apparat integriert. Diese Prozessintensivierungsmaßnahme ermöglicht höhere Produktivitäten sowie Selektivitätssteigerungen. Insbesondere können gleichgewichtslimitierte Reaktionen von der in situ Abtrennung von Produkten, was zu höheren Umsätzen führt, profitieren. Adsorptive Reaktoren stellen einen besonders vielversprechenden multifunktionalen Ansatz dar, weil die Funktionalitäten Adsorption und heterogenkatalysierte Reaktion eine hohe Kompatibilität aufweisen. Ein wesentlicher Vorteil von adsorptiven Reaktoren besteht in der Anwendung einer selektiven Adsorption über einen breiten Temperaturbereich, wodurch Konzentrations- und Temperaturprofile im Reaktor gezielt eingestellt werden können. Infolge der resultierenden erheblichen Erhöhung der Selektivität bzw. des Umsatzes kann unter Umständen auf eine aufwendige Nachbehandlung des Prozessabgases verzichtet werden. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es daher, den optimalen Integrationsgrad von Funktionalitäten auf der Pellet-Ebene und insbesondere auf der Reaktor-Ebene für adsorptive Reaktoren zu ermitteln, und allgemeine Auslegungskriterien auszuarbeiten.Da adsorptive Reaktoren sich besonders gut für umwelttechnische Reaktionsführungen eignen, werden zwei wichtige umweltrelevante Reaktionssysteme als Testfälle analysiert: zum einen das Claus-Verfahren zur Umsetzung des aus der Rohstoffstoffveredelung gewonnenen Schwefelwasserstoff zum Schwefel und zum anderen der Deacon-Prozess zum internen Recycling von Chlor im Chemieanlagendurch Chlorwasserstoffoxidation. Durch die Verfügbarkeit neuer Werkzeuge zur strukturierten Reaktorauslegung sowie neuartiger Katalysatoren in letzter Zeit eröffnet sich erhebliches Potenzial einer adsorptiven Reaktionsführung bei den genannten Verfahren. Angemessen modifizierte Katalysatoren, Adsorbentien und Reaktorkonzepte werden mit Hilfe von systematischen Prozessdesignstudien und Modellen, die durch experimentelle Validierung ergänzt werden, entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen