Distribution of functionalities at different scales within a multifunctional reactor
Creators: name: Lawrence, Praveen Samuel
Publisher: name: Technische Universität Dortmund
Year: 2009
Subjects: subject: multifunctional reactor
subject: adsorptive reactor
subject: Claus process
subject: oxidative dehydrogenation
subject: 660

description: The performance of heterogeneous catalyst systems are influenced by mass and heat transport phenomena occurring in the catalyst pellet. Although, in general, transport resistances may be viewed as detrimental to the performance of catalysts, it has been demonstrated that a prudent structuring of catalyst activity within the pellet can actually exploit the transport limitations to enhance process performance (Morbidelli, et al., 1982). Analogous spatial structuring studies have also been carried out at a reactor level. This work highlights the potential benefits of a structured distribution of functionalities in multifunctional reactor systems at both the pellet and reactor levels. The concept of spatial structuring in multifunctional reactors is illustrated using two case studies - adsorptive reactors for the Claus process and bifunctional catalysts for styrene synthesis using oxidative reheat technology. The "approach to equilibrium" is a useful parameter to analyse how structuring can be carried out expediently within a reactor. The following key conclusions can be drawn from the work done: - structuring is crucial decision variable for any multifunctional reactor; - optimal distribution of functionalities at a reactor level (macrostructuring) improves the reactor performance and sometimes, the optimal macrostructure may be simply a uniform distribution of functionalities along the reactor length; - integration of functionalities at the pellet level circumvents transport limitations and improves the overall reactor performance; - microstructuring can improve the performance of a process, though often the micro-integration of functionalities is sufficient
description: Die Leistung heterogener Katalysatorsysteme unterliegt dem Einfluß von Massen- und Wärmetransportphänomenen innerhalb des Katalysator-korns. Obwohl allgemein Transportwiderstände als leistungsmindernd angesehen werden, konnte nachgewiesen werden, dass eine durchdachte Verteilung der Aktivitäten innerhalb des Katalysatorkorns die Transportlimitierung ausnutzen kann, um die Prozesseffizienz zu steigern (Morbidelli, et al., 1982). Analog wurden räumlich strukturierende Studien auf Reaktorniveau durchgeführt. Diese Arbeit beleuchtet den potentiellen Nutzen der Strukturierung von Funktionalitäten in multifunktionalen Katalysatorsystemen, sowohl innerhalb des Katalysatorkorns, als auch des Reaktors. Das Konzept der räumlichen Strukturierung in multifunktionalen Reaktoren wird anhand zweier Beispiele illustriert: adsorptive Reaktoren für den Clausprozeß und die bifunktional katalysierte Styrolsynthese unter Einsatz oxidativer Wärmespeicher-Technologie. Die Annäherung an den Gleichgewichtszustand ist eine hilfreiche Größe, um zu bestimmen, wie eine zweckmäßige Strukturierung im Reaktor stattfinden kann. Im Wesentlichen können die folgenden Schlüsse aus dieser Arbeit gezogen werden: - Strukturierung ist ein ausschlaggebender Entscheidendungsparameter in jedem multifunktionalen Reaktor; - Eine optimale Verteilung von Funktionalitäten auf Reaktorebene (Makrostrukturierung) verbessert die Leistung des Reaktors und die optimale Makrostruktur kann auch einfach eine gleichmäßige Verteilung der Funktionalitäten über die Reaktorlänge sein; - Integration der Funktionalitäten auf Katalysatorkornebene umgeht Transportlimitierungen und verbessert die Reaktorgesamtleistung; - Mikrostrukturierung kann die Leistung des Prozesses verbessern, obwohl meist die Mikrointegration der Funktionalitäten ausreicht.