Einfluss der Gas- und Dampfblasenbildung auf die effektive Kinetik heterogen-katalysierter Gas-, Flüssig-Reaktionen

Heterogen katalysierte Mehrphasenreaktionen sind von hoher Bedeutung in der chemischen Industrie. Bei der Dimensionierung und dem Scale-up chemischer Reaktoren wird man mit einer Vielzahl von Einflussfaktoren konfrontiert, welche die Gesamteffizienz entscheidend beeinflussen bzw. limitieren können. Eine bisher noch wenig berücksichtigte Problematik ist die durch eine chemische Reaktion ausgelöste Bildung von GasIDampfblasen in den Poren bzw. an der äußeren Oberfläche fester Katalysatorpartikel. Zwei grundlegend unterschiedliche Fälle sind zu unterscheiden: 1) Reaktionen, bei denen ein flüssiger Ausgangsstoffzu einem gasförmigen Stoffumgesetzt wird und 2) exotherme Flüssigphasenreaktionen, bei denen sich durch die Überhitzung des Katalysatorpartikels Dampfblasen in den Poren bzw. an der äußeren Oberfläche bilden können. In beiden Fällen kann die Wärme- und Stoffiibertragung (und damit auch die effektive Kinetik) im und um das Katalysatorkorn durch die Blasenbildung verändert werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Effekte der Blasenbildung anband zweier Modellreaktionen zu untersuchen. Als Beispiel für eine Reaktion mit gasförmigen Reaktionsprodukten wurde die metallkatalysierte Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoffan einem kommerziellen Ni-Katalysator studiert. Als Modellreaktion für eine exotherme Flüssigphasenreaktion wurde die ebenfalls Ni-katalysierte Hydrierung von I-Hexen zu n-Hexan untersucht. Auch hier sollten die Auswirkungen einer (möglichen) Blasenbildung studiert werden.