Zündzonen heterogener Reaktionen in gasdurchströmten Körnerschichten

Abstract

Zündzonen sind Schichtabschnitte, in denen längs weniger Korndurchmesser die Temperatur steil ansteigt und die exotherm reagierenden Gaskomponenten sich praktisch vollständig umsetzen. Sie können auftreten bei heterogenen Katalysen und bei Umsetzungen des Gases mit dem Feststoff. Ihre Entstehung hängt ab von der Größe der Reaktionsenthalpie und der Aktivierungsenergie sowie von der Schichttemperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und der Konzentration der betreffenden Gaskomponenten im Frischgas; hierfür kann eine bestimmte Bedingung angegeben werden. ‐ Durch das Zusammenspiel des Wärmerückflusses längs des Temperaturgradienten und der Gasströmung wandert die Zündzone entgegengesetzt oder mit dem Gasstrom. Diese Wanderung wurde an Zündzonen in Aktivkohleschichten bei Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 4 und 22 cm/sec (NTP im leeren Rohr) und Frischgaskonzentrationen zwischen 5 und 11% O₂ (in N₂) näher untersucht. Durch eine besondere Ofenkonstruktion, die mit der wandernden Zündzone mitgeführt wurde, konnten dabei adiabatische Verhältnisse sichergestellt werden. Für die Abhängigkeit der Wanderungsgeschwindigkeit und der Endtemperatur der Zündzonen von Gasströmung und Frischgaskonzentration wurde ein einfacher Zusammenhang gefunden. Er kann durch eine Modellvorstellung über den Mechanismus der Zündzonen‐Wanderung gedeutet werden. Dabei ergeben sich zusätzlich Abhängigkeiten von der Schicht‐Ausgangstemperatur und vom Korndurchmesser, die durch experimentelle Befunde ebenfalls bestätigt werden.