DD234942A1

DD234942A1 - Verfahren und anordnung zur katalysatoraktivitaetsbestimmung

Info

Publication number: DD234942A1
Application number: DD27363485A
Authority: DD
Inventors: Rainer Schoedel; Michael Keck; Ulrich Neumann
Original assignee: Leuna Werke Veb
Priority date: 1985-02-28
Filing date: 1985-02-28
Publication date: 1986-04-16

Abstract

Verfahren und Anordnung zur Katalysatoraktivitaetsbestimmung in Reaktionen mit Waermetoenungen mit dem Ziel, den Kostenaufwand fuer die katalytische Pruefung von Katalysatoren zu verringern. Die Aufgabe, Verfahren und Anordnung zu entwickeln, die mit geringem Aufwand zuverlaessige Kenngroessen liefern, wird geloest, indem man drei bis fuenf parallelgeschaltete und in einem Strahlungsofen beheizte Reaktionsrohre mit 0,05 bis 2 g Katalysatorprobe beschickt, die Gasstroemungsgeschwindigkeiten von 2 bis 30 l/h in den Reaktionsrohren mit parallelgeschalteten Drosseln einstellt, das umzusetzende Substrat in die zentrale, zu den Stroemungsreglern fuehrende, gereinigte Gasstroemung zudosiert, die Probenahme mittels des an den Reaktionsrohrausgaengen gekoppelten Mehrfachprobegeber gleichzeitig vornimmt, die Proben nacheinander dem Gaschromatographen zudosiert und die Temperatursteuerung des Strahlungsofens ueber in den Katalysatorschuettungen angeordneten Thermoelemente vornimmt. Die Spannungen der Thermoelemente werden mit einem rotierenden Abgreifer dem Sollwertgeber der Temperatursteuerung des Strahlungsofens zugeleitet. Die Anordnung besteht aus drei bis fuenf parallelgeschalteten Reaktionsrohren. Vor den Reaktionsrohreingaengen ist jeweils eine Drossel angeordnet. In die zu den parallelgeschalteten Drosseln fuehrende zentrale Gasversorgungsleitung ist eine Substratdosierstelle mit nachfolgendem Mischgefaess eingebaut. Die Reaktionsrohrausgaenge sind mit einem Mehrfachprobegeber gekoppelt. In die Reaktionsrohre, die in einem Strahlungsofen angeordnet sind, ragen Thermoelemente, die ueber einen rotierenden Abgreifer mit dem Sollwertgeber der Temperatursteuerung des Strahlungsofens zeitweise verbunden sind.

Description

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Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit in jedem einzelnen Reaktionsrohr getrennt eingestellt werden kann. Weiterhin ist für die erfolgreiche Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich, daß die Reaktionsrohrausgänge mit einem Probegeber verbunden sind, der eine gleichzeitige Probenahme vornimmt und mit dem man die Proben nacheinander einem Gaschromatographen zuführen kann. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die aufeinanderfolgende Temperaturmessung und damit die Temperatursteuerung in jedem Reaktor über einen Zeitraum von mindestens 2 see erfolgt. Ferner ist wichtig, daß als Ofen ein Strahlungsofen eingesetzt wird. Das Prinzip der Anordnung kann sowohl für katalytische Untersuchungen unter Normaldruck als auch für Untersuchungen unter erhöhtem Druck genutzt werden. Die Gasumstellungen sowie die Probendosiervorgänge können manuell bzw. automatisch vorgenommen werden. In der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgen die Gasumstellungen und Dosiervorgänge automatisch. Mit dem Auslösen des Dosiervorganges wird eine mikrorechnergestützte Auswerteeinheit zur Ermittlung der quantitativen Zusammensetzung der Reaktionsprodukte in Betrieb genommen. Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel

Die drei einzelnen Reaktoren der Mehrfachreaktoranlage werden mit den Versuchskatalysatoren (Pt-AI₂O₃) A, B und C beschickt, wobei die Katalysatoreinwaage 200 mg beträgt. Die Katalysatoren werden unter Wasserstoffströmung in einem Strahlungsofen temperaturprogrammiert auf 500⁰C hochgeheizt und 1 h bei dieser Temperatur ausgeheizt. Anschließend wird durch die Katalysatorschicht ein n-Heptan-Wasserstoffgemisch geleitet. Die Katalysatorbelastung beträgt 1,15 g n-Heptan/g. h. Die Herstellung dieses Gemisches erfolgt durch Einspritzen von n-Heptan mit einer Mikrodosiervorrichtung in die zentrale Wasserstoffleitung. Der Einspritzstelle ist ein Mischgefäß nachgeschalten. Der Ausgang des Mischgefäßes führt zu einem Gasverteiler, an dem drei durchflußgeregelte Drosseln angeschlossen sind. Der Gasdruck in den Leitungen bis zu den durchflußgeregelten Drosseln beträgt 0,2 MPa. Mit den durchflußgeregelten Drosseln sind über Tauchungen die drei Reaktoren verbunden. Zur Messung und Steuerung der Temperatur in den drei Reaktoren ragen Thermoelemente in die Katalysatorschichten. Die Temperatursteuerung erfolgt derart, daß die Thermospannungen der Thermoelemente der einzelnen Reaktoren über einen rotierenden Abgreifer dem Sollwertgeber der Temperatursteuerung des Strahlungsofens zugeleitet werden, wobei die Meßzeit für jedes Thermoelemtent 2 see beträgt. Nach den Reaktionszeiten von 30 und 90 min wird mit einem Mehrfachdosierprobegeber eine gleichzeitige Probenahme an den drei Reaktorausgängen vorgenommen. Die Proben werden automatisch nacheinander dem Gaschromatographen zur Analyse der Reaktionsprodukte zugeführt

In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse dargestellt.

Tabelle 1

Katalytische Kenndaten der nach dem Ausführungsbeispiel charakterisierten Pt-AI₂O₃-Katalysatoren Katalysator n-Heptan-Umsatz Aromatenbildung

in Mol-% in Mol-%

A 46,4 ± 0,7 22,9 ± 0,4

B 28,7 ±0,9 12,4 ±0,2

C 36,9 ± 0,8 23,5 ± 0,4

Die Ergebnisse zeigen, daß mit der erfindungsgemäßen Versuchsanordnung in kurzer Zeit und mit geringem Kostenaufwand zuverlässige Daten erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Katalysatoraktivitätsbestimmung in Reaktionen mit großen Wärmetönungen mit Integralströmungsreaktoren im Temperaturbereich von 293 bis 993 K nach vorhergehender Katalysatoraktivierung, dadurch gekennzeichnet, daß drei bis fünf parallelgeschaltete Reaktionsrohre, die in einem Strahlungsofen beheizt werden, mit 0,05 bis 2 g der verschiedenen Katalysatorproben beschickt werden, die Gasströmungsgeschwindigkeiten von 2 bis 30 l/h in den Reaktionsrohren mit parallelgeschalteten Drosseln eingestellt werden, das umzusetzende Substrat in die zentrale, zu den Strömungsreglern führende, gereinigte Gasströmung zudosiert wird, die Probenahme an den Reaktionsrohrausgängen mit einem Probegeber gleichzeitig vorgenommen wird, die Proben nacheinander dem Gaschromatographen zudosiert werden und die Temperatursteuerung des Strahlungsofens über in den Katalysatorschüttungen angeordneten Thermoelementen erfolgt, indem die Spannungen der Thermoelemente der Reaktionsrohre nacheinander mittels rotierenden Abgreifer dem Sollwertgeber der Temperatursteuerung des Strahlungsofens zugeführt werden, wobei die Übertragungszeit für jedes Thermoelement 1 bis 3 see beträgt.

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Erfindungsanspruch:

2. Anordnung zur Katalysatoraktivitätsbestimmung, dadurch gekennzeichnet, daß drei bis fünf Reaktionsrohre parallel geschalten sind, vor jedem Reaktionsrohreingang eine Drossel angeordnet ist, in die zu den parallel geschalteten Drosseln führende zentrale Gasversorgungsleitung eine Substratdosierstelle mit nachfolgendem Mischgefäß eingebunden ist, die Reaktionsrohrausgänge mit einem Mehrfachprobegeber gekoppelt sind, Reaktionsrohre in einem Strahlungsofen angeordnet sind und daß in allen Reaktionsrohren ein Thermoelement angebracht ist und die Thermoelemente über einen rotierenden Abgreifer mit dem Sollwertgeber der Temperatursteuerung des Strahlungsofens zeitweise verbunden sind.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der katalytischer! Aktivität von Versuchskatalysatoren und technischen Katalysatoren zum Zwecke der Qualitätskontrolle und für die Vorbereitung des Einsatzes der Katalysatoren in Produktionsanlagen für Reaktionen mit großer Wärmetönung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist schon seit langem bekannt, daß die katalytische Wirksamkeit von Katalysatoren mittels Mikroreaktortechnik in Laboratorien und Technika geprüft wird. Dabei sind in zahlreichen Fällen die Mikroreaktoren mit Gaschromatographen gekoppelt, mit denen eine Analyse der Reaktionsprodukte vorgenommen wird. Über den Einsatz einer solchen Mikroreaktortechnik berichtete bereits E. BAYER (Angew. Chemie 69, 732 (1957). Diese Methode ist durch die US-Patentschrift 2 905 539 bekannt. Bei den katalytischen Untersuchungen wird die Wirksamkeit der Katalysatoren in Abhängigkeit von der Temperatur, des Druckes, der Gaszusammensetzung und anderen Untersuchungsparametern geprüft. Es ist ferner bekannt, daß für viele heterogen-katalytisierte Reaktionen im technischen Maßstab Mehrrohrreaktoren eingesetzt werden. Dabei treten die Reaktionskomponenten gasförmig an einem Ende des Mehrrohrreaktors ein und durchströmen die einzelnen Rohre, in denen der Katalysator angeordnet ist. Hierbei wandein sich die Ausgangsstoffe um und die gasförmigen Reaktionsprodukte treten an den Reaktorausgängen aus und verlassen gesammelt die Reaktoranlage.

Die BRD-OS 2 714 939 nutzt einen technischen Mehrrohrreaktor zur Überprüfung der katalytischen Wirksamkeit von Katalysatoren aus, indem ein Rohr mit Versuchskatalysator gefüllt wird, das aus diesem Rohr austretende gasförmige Reaktionsprodukt aufgefangen und analysiert wird.

Für die Lösung von Suchforschungsproblemen sowie für die Qualitätskontrolle von technischen Katalysatoren ist diese Methode nur bedingt einsetzbar, da der Katalysatorprobenaufwand sehr groß ist und eine exakte Temperaturführung nicht möglich ist. Zudem besitzt diese Methode, wie auch die herkömmlichen Prüfeinrichtungen den Nachteil, daß der Aufwand von Zeit, Material und Energie relativ hoch liegt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmmung der katalytischen Wirksamkeit von Katalysatoren in Reaktionen mit großen Wärmetönungen zum Zwecke der Qualitätskontrolle und für die Vorbereitung des Katalysatoreinsatzes in Produktionsanlagen mit einem geringen Kostanaufwand.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Aktivität von Katalysatoren in Reaktionen mit Wärmetönungen zu entwickeln, die es gestatten, mit einem möglichst geringen Zeit-, Energie- und Materialaufwand zuverlässige und aussagekräftige Kenngrößen für die katalytische Aktivität von Versuchs- und technischen Katalysatoren zu erhalten.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Katalysatoraktivitätsbestimmung in Reaktionen mit großen Wärmetönungen mit Integralströmungsreaktoren im Temperaturbereich von 293 bis 993 K nach vorhergehender Katalysatoraktivierung dadurch gelöst, daß drei bis fünf parallel geschaltete Reaktionsrohre, die in einem Strahlungsofen beheizt we'den, mit 0,05 bis 2 g der verschiedenen Ka\«|jsatorproben beschickt werden, die Gasströmungsaeschwindigkeiten von 2 bis 30 l/h in den Reaktionsrohren mit parallel geschalteten Drosseln eingestellt werden, das umzusetzende Substrat in die zentrale, zu den Strömungsreglern führende, gereinigte Gasströmung zudosiert wird, die Probenahme an den Reaktionsrohrausgängen mit einem Probegeber gleichzeitig vorgenommen wird, die Proben nacheinander dem Gaschromatographen zudosiert werden und die Temperatursteuerung des Strahlungsofens über in den Katalysatorschüttungen angeordneten Thermoelementen erfolgt, indem die Spannungen der Thermoelemente der Reaktionsrohre nacheinander mittels rotierendem Abgreifer dem Sollwertgeber der Temperatursteuerung des Strahlungsofens zugeführt werden, wobei die Übertragungszeit für jedes Thermoelement 1 bis 3 see beträgt. Diese Aufgabe wird weiterhin durch eine Anordnung zur Katalysatoraktivitätsbestimmung erfindungsgemäß gelöst, indem drei bis fünf Reaktionsrohre parallel geschalten sind, vor jedem Reaktionsrohreingang eine Drossel angeordnet ist, in die zu den parallel geschalteten Drosseln führende zentrale Gasversorgungsleitung eine Substratdosierstelle mit nachfolgendem Mischgefäß eingebunden ist, die Reaktionsrohrausgänge mit einem Mehrfachprobegeber gekoppelt sind, die Reaktionsrohre in einem Strahlungsofen angeordnet sind und daß in allen Reaktionsrohren ein Thermoelement angebracht ist und die Thermoelemente über einen rotierenden Abgreifer mit dem Sollwertgeber der Temperatursteuerung des Strahlungsofens zeitweise verbunden sind. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die kurzzeitige nacheinanderfolgende Temperatursteuerung der einzelnen Reaktoren zu einer solchen Temperaturkonstanz führt, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung reproduzierbare katalytische Kenndaten von Katalysatoren erhalten werden.