In der chemischen Industrie spielt die heterogene Katalyse eine entscheidende Rolle, insbesondere in der effizienten und nachhaltigen Herstellung zahlreicher Produkte. Folglich ist eine Verbesserung der katalytischen Prozesse wesentlich, die unter anderem durch Entwicklung neuer Katalysatorsysteme und ein spezielles Reaktordesign erreicht werden kann. Bei der Katalysatorentwicklung ist das Testen der katalytischen Aktivität ein entscheidender Schritt, der fortlaufend verbessert wird. Um Ressourcen beim Testen von neuen Katalysatoren zu sparen, werden möglichst kleine Reaktoren bevorzugt, woraus auch die Entwicklung des Single Pellet String Reaktors (SPSR) entstanden ist. Dieser Reaktortyp ist dadurch gekennzeichnet, dass er über einen Durchmesser verfügt, der nur geringfügig größer ist, als der der Katalysatorpellets. Trotz seiner kompakten Bauweise weist der SPSR vergleichbare Dispersions- und Stofftransporteigenschaften wie größere Reaktoren auf und eignet sich daher besonders gut für kinetische Test von Katalysatorpellets.
Im Rahmen dieser Veröffentlichung wurden Wärme- und Stofftransportlimitierungen in Katalysatorpellets untersucht, welche einen maßgeblichen Einfluss auf die Katalysatoraktivität haben und bei der Evaluierung zu berücksichtigen sind. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wurde für die exotherme CO2 Methanisierung eine Zunahme der Limitierungen festgestellt, welche sich negativ auf den Umsatz auswirken. Die interne Stofftransportlimitierung hat sich dabei als besonders ausschlaggebend herausgestellt. Zudem wurde die Wärmeabfuhr über die Reaktorwand als einflussreicher Parameter auf die Aktivität identifiziert.
Insgesamt wurde eine ausführliche Einschätzung der Wärme- und Stofftransportlimitierungen basierend auf experimentellen und simulativen Daten erstellt, die für verlässliche kinetische Messungen essentiell ist.
[1] Gros Tabea, et al. “Fundamental insights into heat and mass transport phenomena in single pellet string reactors based on the exothermic CO2 methanation reaction.” Chemical Engineering Journal (2025) 160863.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160863