Einsatz von Membranen in Wirbelschichten für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen

In Fortführung der Arbeiten des Teilprojektes 7 soll im Rahmen der Forschergruppe die Wirbelschicht bezüglich ihres optimalen Einsatzes zur partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen untersucht werden. Das Hauptaugenmerk gilt dabei der oxidativen Dehydrierung von Ethan zu Ethylen. Neben dem Einsatz einer rechteckigen Gas-Feststoff-Wirbelschicht ohne Membran soll experimentell und theoretisch vor allem untersucht werden, ob eine Dosierung der Edukte vorzugsweise von Sauerstoff über eine oder mehrere in die Wirbelschicht eingetauchte Rohrmembran(en) aus Sintermetall bzw. Al2O3-Kompositwerkstoff den Umsatz und die Selektivität bei der Oxidation von Kohlenwasserstoffen positiv beeinflussen. Der Wirbelschichtreaktor hat im Querschnitt eine Breite von 100 x 100 mm und wird unter Normaldruck betrieben. Es sind verschiedene Edukt-Dosierungsstrategien zu vergleichen und unterschiedliche Katalysatoren (unimprägniert, imprägniert, beschichtet) und Reaktionsbedingungen (Ethankonzentrationen, Raumgeschwindigkeiten, Temperaturen) zu wählen. Einen wesentlichen Schwerpunkt bildet dabei die Untersuchung, inwieweit sich die intensiven Wärme- und Stoffaustauschvorgänge sowie Rückvermischungseffekte einer blasenbildenden Wirbelschicht im Vergleich zum konventionellen Festbettreaktor bzw. Rohrmembranreaktor auf das Reaktionsergebnis auswirken. In diesem Zusammenhang ist angedacht, einen zweistufigen Wirbelschichtreaktor in Modulbauweise sowie eine Strahlschicht als Sonderform der Wirbelschicht einzusetzen, die den Vorteil der räumlichen Trennung der Eduktzufuhr mit einer zirkulierenden Partikelbewegung und engen Verweilzeitverteilung verbindet.