DE650306C - Verfahren zur Durchfuehrung katalytischer Reaktionen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Durchführung katalytischer Reaktionen Die Geschwindigkeit heterogener katalytischer Reaktionen, deren gasförmige Reaktionsteilnehmer nur in geringer Konzentration anwesend sind, wird im wesentlichen durch die Transportgeschwindigkeit bedingt, mit der diese Gasbestandteile an den Kataly--sator gelangen bzw. die Reaktionsprodukte von letzterem wieder entfernt werden. Um die Reaktion zu beschleunigen, hat man den Katalvsator dem Gasgemisch in möglichst ,großem Oberfläche dargeboten, indem man ihn beispielsweise auf einen Träger aus porösem Material aufgebracht hat. Die Bruttoreaktionsgeschwindigkeit läßt sich hierdurch jedoch nicht über ein gewisses Maß steigern, (la die an der makroskopischen Oberfläche des 'Katalysators oder des Katalysatorträgers sich ausbildende Grenzschicht den Durchtritt der Reaktionsteilnehmer sowie der Reaktionsprodukte stark hemmt.
• Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur beschleunigten Durchführung heterogener katalytischer Reaktionen. Erfindu ' ngsgemäß wird der Katalysator auf während der Reaktion Elektrisch beheizten, porösen, aus Siliciumcarbid mit Silicium hergestellten Stäben aufgetragen. Der Katalysator ist dann die heißeste Stelle des Reaktionsraumes, und senkrecht zu seiner Oberfläche besteht ein starkes Temperaturgefälle. Hierdurch wird eine starke Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit erreicht, da durch den Temperaturgradienten am Katalysator einerseits die Transportgeschwindigkeit der Keaktionsteilnehiner durch die Grenzschicht hindurch stark erhöht wird, andererseits infolge der intensiven Konvektion die Stärke der Grenzschicht selbst vermindert wird.
• Es ist schon vorgeschlagen worden, den Katalysator selbst als Heizkörper eines keaktionsraums zu verwenden oder -ihn auf den Heizkörper aufzutragen. Man hat hierbei jedoch stets metallische Heizkörper verwendet, die nur eine glatte und damit geringe Oberfläche besitzen. Gemäß der Erfindung sollen dagegen, wie gesagt, als Träger für den Katalvsator aus Siliciumcarbid mit Silicium hergestellte Stäbe in Anwendung kommen, die porös sind und infolgedessen eine besonders große Oberfläche und trotzdem ein gutes elektrisches Leitvermögen aufweisen.
• Die Bildung eines großen Temperaturgefälles am Katalysator wird z. B. dadurch gefördert, daß in nahein Abstand von dem als Heizkörper dienenden Katalysatorträger die Gefäßwandungen angeordnet werden, die gegebenenfalls, zusätzlich gekühlt werden. Das umzusetzende Gasgemisch wird durch den zwischen Katalysatorträger und Wandung befindlichen Raum hindurchgeleitet.
• Wenn man bisher die Oberfläche des Katalysators dadurch vergrößerte, daß man ihn auf einen porösen Körper als Träger aufbrachte, so war bei der allgemein üblichen Außenheizung des Reaktionsgefäßes der Katalysator infolge des schlechten Wärmeleitvermögens poröser Stoffe im Gegensatz zu (lern vorliegenden Verfahren meist die kälteste Stelle des Reaktionsraumes. Im günstigsten Falle besaß er etwa die gleiche Temperatur wie das Gas, so daß dann der Temperaturgradient am Katalysator , besonders gering war. , Die Durchführung des Verfahrens wird für das Beispiel der katalytischen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in edelgashaltigem Sauerstoff näher erläutert. Bei der Anreicherung der Edelgase Krypton und Xenon in dem Sauerstoff von Luftzerlegungsanlagen werden gemeinsam mit den Edelgasen Kohlenwasser-Stoffe angesammelt, die vor der Reindarstellung der Edelgase bis auf einen nicht mehr nachweisbaren Gehalt entfernt werden müssen. iDies geschieht dadurch, daß sie mit dem Sauerstoff katalytisch an einem Edelmetallkontakt, wie Platin oder Palladium, verbrannt werden. Erfindungsgemäß wird als Katalysatorträger ein aus Siliciumcarbid mit Silicium hergestellter poröser Sjah verwendet, der gleichzeitig zur Heizung des Reaktionsraumes dient. Dem Reaktionsraum selbst wird die Form eines Rohres gegeben, - das konzentrisch zum Heizstab angeordnet wird. Durch den Ringraum zwischen G - efäßwand und Heizstab wird das umzusetzende Gas-,clemisch geleitet. je schmaler dieser Ringrauni ist und je schneller das Gas durch ihn hindurchströmt, desto kleiner wird die Grenzschicht am Katalysator und um so höher die Transportgeschwindigkeit durch sie hindurch. U'm die Stärke der Grenzschicht am Katalysator weiterhin herabzusetzen, wird dem Katalysatorträger außerdem eine makroskopisch möglichst glatte Oberfläche gegeben.
• Eine weitere Herabsetzung der Stärke der Grenzschicht tritt ein, wenn die Hauptrichtung der Konvektion senkrecht zur Strömungsrichtung liegt. Dies wird dadurch erreicht, daß man das Gas parallel zu dem erhitzten Katalvsator an diesem vorbeileitet, Wenn die Umsetzung im Katalysator wie ii-. dem Falle des Ausführungsbeispiels praktisch vollständig sein soll, wird das -Gas-.Remisch nicht wie bisher durch große Re-X.,tionsräume geleitet-, in denen es nur langsam ,a. whi Katalysator vorbeiströmt. Das Gas wird auch in diesem Falle mit größerer Geschwindigkeit an dem Katalysator vorbeigeleitet.und ,dafür mehrere Male durch dengkeaktionsraum geführt. Das wiederholte Überleiten

  des Gasgernisches über den Ka #*.a;tgr wird

  unter Vermeidung von Umwälz #e,in ein-

  facher Weise dadurch

  hitzte Katalysatorträger in einem senkrechten oder schräg aufsteigenden Ast eines geschlossenen Rohrsystems angeordnet wird und der Auftrieb, den das Gas durch die Erwärmung am Katalysator erfährt, den kontinuierlichen Umlauf bewirkt. Besonders wirksam sind diese Maßnahmen, wenn die Umsetzung unter erhöhten Drucken stattfindet, weil einerseits die Umlaufgeschwindigkeit der Gase in der Apparatur und andererseits die beschleunigende Wirkung der Konvektion hierdurch wesentlich erhöht werden, die beide mit dem Dichteunterschied zwischen warmein und kaltem Gas anwachsen.

Claims (2)

1. PATrNTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Durchführung kata-Ivtischer Reaktionen bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator auf während der keaktion elektrisch beheizten, porösen, aus Siliciürncarbid mit Silicium hergestellten Stäben aufgetragen ist.
2. 2. Verfahreil nach Anspruch i, dadurch Z, csekennzeichnet, daß durch geringen Abstand zwischen Gefäßwand und Katalvsator oder gegebenenfalls Kühlung d#r Reaktionsraumwände ein starkes Temperaturgefalle senkrecht zur Oberfläche des Katalysators aufrechterhalten wird.