Auf dem Weg zu einer umfassenden Magnetresonanztomographie heterogen katalysierter Reaktionen unter Verwendung der Methanisierung als Fallstudie

Abstract

Die Optimierung chemischer Reaktionen im Hinblick auf eine effizientere Energienutzung sowie die Einführung neuer Prozessrouten sind wichtige Faktoren, um das Ziel der Klimaneutralität in der chemischen Industrie erreichen zu können. Da chemische Reaktoren jedoch blickdicht und unzugänglich für viele Messmethoden sind, ist eine Bewertung der Effektivität verschiedener Optimierungsmaßnahmen nur schwer möglich. In dieser Arbeit wird eine neue Technik zur Untersuchung von Gasphasenprozessen in der katalytisch aktiven Zone eines chemischen Reaktors vorgestellt. Die Combined Temperature and Density (CTD)-Technik ist in der Lage, eine dreidimensionale Verteilung der Temperatur und der Moleküldichte zu messen, die zum Beispiel zur Lokalisierung von Hotspots in der katalytisch aktiven Zone verwendet werden kann. Die Methode wird auf die Methanisierungsreaktion unter Verwendung einer Saturation-Recovery-Sequenz angewandt, wobei die gleichzeitige Messung der Signalamplitude und der longitudinalen Relaxationszeit T1 ausgenutzt wird, um Informationen über Temperatur und Dichte von Methan direkt aus der Gasphase zu gewinnen. Die Unterschiede in der Temperatur- und Dichteverteilung lassen sich deutlich erkennen und ermöglichen so, die lokalen Reaktionslimitierungen zu identifizieren.