Allgemeine Angaben
| Thema: | Entwicklung eines kinetischen Modells für die oxidative Dehydrierung von Propan für eine Struktur-Wirkung-Analyse |
| Fachgebiete und Arbeitsrichtung: | Technische
Chemie, Reaktionstechnik heterogener Systeme, kinetische Modellierung |
| Leiter:
|
Prof. Dr. Reinhard Schomäcker Institut für Chemie Technische Universität Berlin Straße des 17. Juni 124-128 10623 Berlin Telefon: 030 314 24973 Telefax: 030 314 79552 E-Mail-Adresse: Schomaecker@TU-berlin.de |
Beschreibung
Die oxidative Dehydrierung von Propan wurde vom Sfb 546 als
Modellreaktion für die partielle Oxidation von kleinen Kohlenwasserstoffen gewählt,
weil sie an Übergangsmetalloxid-Katalysatoren in einem komplexen Netzwerk von
Parallel- und Folgereaktionen abläuft, in dem die Geschwindigkeit der Einzelreaktionen
sehr sensibel auf Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung, des Oxidationszustandes
und der Struktur reagiert. Für eine Diskussion von Struktur-Wirkungsbeziehungen
können einfache Aktivitäts- und Selektivitätsmessungen nicht herangezogen werden,
solange nicht bekannt ist, ob die Reaktion an allen untersuchten Katalysatoren
nach demselben Mechanismus abläuft. Für eine ausgewählte Gruppe von Vanadiumoxid-Katalysatoren
sollen in diesem Teilprojekt die Reaktionsnetzwerke aufgeklärt werden und die
kinetischen und thermodynamischen Parameter der Reaktion bestimmt werden. Als
Auswahlkriterium für die Katalysatoren wird sehr unterschiedliches Verhalten
bezüglich Aktivität und Selektivität in den bisherigen Untersuchungen herangezogen.
Als Referenz könnte auch ein industriell eingesetzter Vanadiumoxid- oder VPO-Katalysator
einbezogen werden. Da die partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen stark
exotherm abläuft, sind Versuche in Rohrreaktoren nur bedingt für detaillierte
kinetische Untersuchungen geeignet. Um starke Temperaturprofile im Reaktor zu
vermeiden, muss bei starker Verdünnung oder bei niedrigen Umsätzen gemessen
werden. Bessere Versuchbedingungen bietet ein grandientenfreier Differentialreaktor,
in dem die Reaktionsgeschwindigkeiten direkt unter isothermen Bedingungen gemessen
werden können. Anhand der Ergebnisse aus dem TP B3 soll eine Versuchsanlage
mit einem grandientenfreien Differentialreaktor konzipiert werden, die Messungen
in einem weiten Bereich von Versuchsbedingungen (Partialdrücke, Temperatur,
Katalysatormenge) ermöglicht. Die Temperaturkontrolle im Reaktor erfolgt durch
eine Kombination von Wandkühlung und Vortemperierung des eingespeisten Gases.
Nach einer Modellentwicklung und Bestimmung der kinetischen und thermodynamischen
Parameter steht eine Datenbasis für eine Diskussion der Ergebnisse der
Strukturuntersuchungen und der theoretischen Rechnungen zur Verfügung.
In einem zweiten Arbeitspaket sollen Nioboxid- bzw. Niobsäure-Katalysatoren
auf porösen Trägermaterialien präpariert werden und ebenfalls
für die oxidative Dehydrierung von Propan getestet werden. In einer orientierenden
Versuchsreihe soll zunächst untersucht werden, ob hier ähnlich starke
Einflüsse des Trägermaterials auf die Aktivität zu beobachten
sind.
Publikationen