DE10159824A1 - Geordnete Packung für einen Reaktor - Google Patents

Geordnete Packung für einen Reaktor

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Oliver Bey
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Gerhard Olbert
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine geordnete Packung (1) für einen einphasig durchströmten Reaktor mit einem Heiz-/Kühlmantel mit parallel zueinander, in Reaktorlängsrichtung angeordneten Stromleitblechen (A, B), wobei mit einer Wellenlänge (lambda) periodisch geknickte oder gewellte Stromleitbleche (A) mit ebenen Stromleitblechen (B) alternieren, unter Ausbildung von zur Reaktorlängsrichtung geneigten Stromleitkanälen (2), und wobei die Stromleitbleche (A) den Reaktorquerschnitt vollständig ausfüllen und die Stromleitbleche (B) einen Randspalt (3) an der Reaktorinnenwand freilassen, dessen maximale Breite, gemessen in der Ebene senkrecht zur Reaktorlängsrichtung, kleiner als die Wellenlänge (lambda) der periodisch geknickten oder gewellten Stromleitbleche (A), bevorzugt kleiner als die halbe Wellenlänge der periodisch geknickten oder gewellten Stromleitbleche (A), ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine geordnete Packung für einen Reaktor sowie eine Verwendung.
  • Geordnete Packungen, das heißt mit regelmäßiger Geometrie systematisch aufgebaute Packungen sind in einer Vielzahl von Gestaltungen für den Einsatz in Stoffaustauschkolonnen wie auch in Reaktoren bekannt.
  • Beispielsweise werden bei den handelsüblichen Packungen, wie Montz A3 und Sulzer BX mehrere Lagen von Geweben - bei anderen Bauformen auch Blechen - in einer Stoffaustauschkolonne derart parallel zueinander in Kolonnenlängsrichtung angeordnet, dass benachbarte Lagen mehr oder weniger dicht abgeschlossene Kanäle bilden, durch die das Fluid strömt. Diese Kanäle werden vorzugsweise gegen die Reaktorlängsrichtung geneigt, wobei in der Regel angrenzende Lagen in verschiedene Richtungen geneigt sind. Diese Richtungen schließen regelmäßig mit der Vertikalen den gleichen Winkelbetrag, jedoch mit unterschiedlichem Vorzeichen, ein. Dabei können die Kanäle gerade oder gebogen sein. Statt Blech- oder Gewebelagen können auch Streckmetalllagen mit oder ohne Perforation verwendet werden.
  • Aus EP-A 0 785 019 ist eine Packung zur Verwendung in einer Stoffaustauschkolonne bekannt, mit abwechselnd aneinander angeordneten ersten gewellten bzw. geknickten und zweiten schwach gewellten oder bevorzugt ebenen Lagen, wobei die ersten mit den zweiten Lagen jeweils Stromleitkanäle einschließen, die gegen die Vertikale geneigt sind. Hierbei reichen die weniger oder nicht gewellten Lagen nicht in eine Randzone der Packung oder weisen in der Randzone der Packung eine erhöhte Gasdurchlässigkeit, insbesondere Löcher, auf. Die Randzone umfasst einen bis zwanzig, vorzugsweise drei bis zehn Stromleitkanäle. Durch diese besondere Ausgestaltung mit einer Randzone, die als konzentrisches Volumenelement im äußeren Bereich der Packung verstanden wird, wird eine erhöhte Stoffaustauschfläche zwischen der flüssigen und der sich hierzu im Gegenstrom bewegenden gasförmigen Phase und dadurch eine verbesserte Trennleistung der damit bestückten Stoffaustauschkolonne bei vergleichbarem Druckverlust gegenüber bekannten Packungen gewährleistet. Hierfür muss die Randzone mindestens einen Stromleitkanal umfassen.
  • Reaktionen mit hoher Wärmetönung werden häufig in Reaktoren durchgeführt, die mit einem Doppelmantel ausgestattet sind, durch den ein Wärmetauschmittel zirkuliert. Werden derartige Reaktoren mit geordneten Packungen bestückt, so tritt das Problem auf, dass die sich kreuzenden Stromleitkanäle das Reaktionsfluid im wesentlichen in Reaktorlängsrichtung lenken. Insbesondere bei Verwendung der Packungen als Katalysator oder Katalysatorträger für Reaktionen werden aus Gründen der Bereitstellung einer großen volumenspezifischen Oberfläche fein strukturierte Packungen bevorzugt. Dies hat eine hohe Anzahl von Kreuzungsstellen der Stromleitkanäle zur Folge, mit dem Ergebnis, dass der Stoff und Wärmetransport in Reaktorlängsrichtung überwiegt. Darüber hinaus wurden bekannte Packungen für Reaktoren mit dem Ziel optimiert, die zur Durchströmung der Packung aufgewendete Leistung weitgehend gleichförmig über den Reaktorquerschnitt zu verteilen. Dies führt jedoch ebenfalls zu einem schlechteren Wärmeübergang an der temperierten Wand. Erforderlich ist jedoch, insbesondere bei Reaktionen mit starker Wärmetönung, ein möglichst isothermes Temperaturprofil über die Reaktorlängs- und querrichtung. Hierfür ist ein guter Wärmetransport zur temperierten Wand erforderlich.
  • Aufgabe der Erfindung war es daher, eine geordnete Packung für einen Reaktor zur Verfügung zu stellen, die einen guten Wärmetransport zur temperierten Wand gewährleistet, und somit die Bildung von Hot-Spots vermeidet oder zumindest reduziert, die zu Einbußen an Selektivität und Katalysatorstandzeit führen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine geordnete Packung für einen einphasig durchströmten Reaktor mit einem Heiz-/Kühlmantel mit parallel zueinander, in Reaktorlängsrichtung angeordneten Stromleitblechen, wobei mit einer Wellenlänge (λ) periodisch geknickte oder gewellte Stromleitbleche mit ebenen Stromleitblechen alternieren, unter Ausbildung von zur Reaktorlängsrichtung geneigten Stromleitkanälen, und wobei die geknickten oder gewellten Stromleitbleche den Reaktorquerschnitt vollständig ausfüllen und die ebenen Stromleitbleche einen Randspalt an der Reaktorinnenwand freilassen, dessen maximale Breite, gemessen in der Ebene senkrecht zur Reaktorlängsrichtung, kleiner als die Wellenlänge (λ) der periodisch geknickten oder gewellten Stromleitbleche, bevorzugt kleiner als die halbe Wellenlänge der periodisch geknickten oder gewellten Stromleitbleche, ist.
  • Es wurde überraschend gefunden, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der geordneten Packung eine gezielte Erhöhung der Turbulenz im wandnahen Bereich, das heißt in dem Bereich, in dem die Wärme übertragen werden kann, erreicht wird.
  • Hierfür ist es erforderlich, den Randspalt eng auszulegen, und zwar mit einer maximalen Breite, gemessen in der Ebene senkrecht zur Reaktorlängsrichtung, kleiner als die Wellenlänge λ der periodisch geknickten oder gewellten Stromleitbleche, bevorzugt kleiner als die halbe Wellenlänge derselben.
  • Die erfindungsgemäße geordnete Packung umfasst, alternierend zu ebenen Stromblechen angeordnete, mit einer Wellenlänge λ periodisch geknickte oder gewellte Stromleitbleche. Hierbei wird als Wellenlänge λ in bekannter Weise der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Maxima der Wellen oder Knicke bezeichnet. Somit umfasst der Randspalt erfindungsgemäß weniger als einen Stromleitkanal an der Reaktorinnenwand, bevorzugt weniger als einen halben Stromleitkanal.
  • Die erfindungsgemäß geordnete Packung ist für einen einphasig durchströmten Reaktor ausgebildet, das heißt für einen Reaktor, der entweder ausschließlich von einer Gasphase oder einer Flüssigphase durchströmt wird.
  • Der Reaktor ist mit einem Heiz-/Kühlmantel ausgestattet, das heißt mit einem äußeren Doppelmantel, durch den ein Wärmetauschmittel zirkuliert, das je nach durchzuführender Reaktion, Reaktionswärme aufnimmt oder abgibt.
  • Die Erfindung ist nicht eingeschränkt bezüglich der geometrischen Form des Reaktorquerschnitts. Der Reaktorquerschnitt kann bevorzugt rund oder rechteckig ausgebildet sein.
  • Erfindungsgemäß ist nun die maximale Breite des Randspalts, gemessen in der Ebene senkrecht zur Reaktorlängsrichtung, kleiner als die Wellenlänge der periodisch geknickten oder gewellten Stromleitbleche. Die Erfindung ist grundsätzlich nicht eingeschränkt bezüglich der Untergrenze für die maximale Breite des Randspalts, diese ist lediglich fertigungstechnisch sowie durch den Mindestdurchsatz durch den Reaktor bedingt. Die Untergrenze kann hierbei bis zum 0,05-fachen der Wellenlänge, insbesondere bis zum 0,1- fachen der Wellenlänge der Wellen oder Knicke der Stromleitbleche reichen.
  • Dadurch, dass die Stromleitkanäle zur Reaktorlängsrichtung, aufgrund der Ausrichtung der Knicke oder Wellen geneigt sind, wird es Bereiche der Reaktorinnenwand geben, in denen Stromleitkanäle an die Reaktorinnenwand münden sowie Bereiche, in denen keine Stromleitkanäle an die Reaktorinnenwand münden.
  • Die ebenen Stromleitbleche werden bevorzugt dergestalt ausgebildet, dass sie in den Bereichen der Reaktorinnenwand, in denen Stromleitkanäle münden, einen größeren Randspalt freilassen, gegenüber den Bereichen der Reaktorinnenwand, in denen keine Stromleitkanäle münden. Eine derartige Ausbildung des Randspalts ist insbesondere für einen Reaktor mit rundem Querschnitt geeignet. Sie ermöglicht eine weitere Optimierung der Strömungsführung des Reaktionsfluids in der Packung und somit eine weitere Verbesserung des Wärmetransports zur temperierten Wand.
  • Bevorzugt ist der Randspalt dergestalt ausgeformt, dass die geringste radiale Ausdehnung desselben Null beträgt. Dadurch können die ebenen Stromleitbleche in einfacher Weise im Reaktor zentriert werden.
  • In bevorzugter Weise können die Stellen, an denen die geringste radiale Ausdehnung des Randspalts Null beträgt, das heißt an denen die ebenen Stromleitbleche bis an die Reaktorinnenwand reichen, im Packungslängsschnitt betrachtet, punktuell ausgebildet sein. Hierzu können die ebenen Stromleitbleche an den an die Reaktorinnenwand angrenzenden Seiten gezackt oder gewellt sein.
  • Die erfindungsgemäße Packung weist bevorzugt einen Neigungswinkel der Stromleitkanäle zur Reaktorlängsrichtung von 20 bis 70°, insbesondere von 30 bis 60°, auf. Für einen guten Wärmetransport zur temperierten Wand sind jeweils größere, in den oben genannten Bereichen liegende Werte besonders geeignet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Randspalt über die Reaktorhöhe ungleichförmig ausgebildet, wobei gleichermaßen eine kontinuierliche wie auch eine diskontinuierliche Veränderung der Breite des Randspalts über die Reaktorhöhe möglich ist. Durch die Variation des Randspalts über die Reaktorhöhe ist eine Anpassung an das Temperaturprofil der jeweiligen Reaktion möglich, indem in Bereichen mit großer Wärmetönung ein erhöhter Wärmetransport zur temperierten Wand gewährleistet wird und entsprechend in Bereichen mit geringerer Wärmetönung der Wärmetransport zur temperierten Wand zugunsten eines geringeren Druckverlustes reduziert wird.
  • Darüber hinaus ist es möglich, die Form, Wellenlänge und/oder Amplitude der Knicke oder Wellen der Stromleitbleche über die Reaktorlänge und/oder über den Reaktorquerschnitt variabel auszubilden. Dadurch kann die Form der Kanäle an die konkreten Bedingungen der durchzuführenden Reaktion angepasst werden.
  • Bevorzugte Querschnittsformen der Stromleitkanäle in der erfindungsgemäßen Packung sind dreieckig, abgerundet, rechteckig oder trapezförmig.
  • Bekannte geordnete Packungen sind in der Regel dergestalt aufgebaut, dass die Stromleitkanäle, die zwischen einem geknickten oder gewellten Stromleitblech und dem angrenzenden ebenen Stromleitblech ausgebildet werden gegenüber den Stromleitkanälen, die mit dem nächstfolgenden geknickten oder gewellten Stromleitblech ausgebildet werden, in verschiedene Richtungen geneigt sind, die regelmäßig mit der Vertikalen den gleichen Winkel, jedoch mit unterschiedlichem Vorzeichen, ausbilden. Demgegenüber ist für die erfindungsgemäße Packung eine Ausgestaltung bevorzugt, wonach zwei oder mehrere, aufeinanderfolgende geknickte oder gewellte Stromleitbleche die gleiche Orientierung aufweisen. Derartige Ausgestaltungen haben den Vorteil einer weiteren Verbesserung des Wärmetransports zur temperierten Wand.
  • Die geordnete Packung kann als Katalysator oder Katalysatorträger ausgebildet sein.
  • Es ist möglich, in die Stromleitkanäle Katalysatormaterial einzubringen. Dadurch kann der Wärmetransport zur temperierten Wand, unter gleichzeitiger Verringerung des Druckverlustes gegenüber einer Schüttung aus Katalysatormaterial, verbessert werden. Das eingebrachte Katalysatormaterial kann beispielsweise in Form eines Vlieses, insbesondere eines Vlieses mit großer spezifischer Oberfläche vorliegen, wie auch beispielsweise in Form eines offenporigen Metallschaumes. Es kann sich um ein geträgertes Katalysatormaterial, insbesondere ein auf Kugeln aufgebrachtes Aktivmaterial oder um ein Vollkatalysatormaterial handeln.
  • Die geordnete Packung kann gleichermaßen zur Durchführung von exothermen oder endothermen Reaktionen eingesetzt werden, bevorzugt zur Durchführung von Partialoxidationen, Selektivhydrierungen oder Aerosolhydrierungen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung sowie von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen im Einzelnen
  • Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen geordneten Packung, mit unterschiedlicher geometrischer Ausgestaltung des Randspalts in Fig. 1a bzw. 1b,
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung einer geordneten Packung im Längsschnitt mit kontinuierlicher Variation der Breite des Randspalts über die Packungshöhe in Fig. 2a und diskontinuierlicher Variation in Fig. 2b,
  • Fig. 3 schematische Darstellungen unterschiedlicher Strukturformen der gewellten oder geknickten Stromleitbleche A (Fig. 3a bis 3d),
  • Fig. 4 schematische Darstellungen ebener Stromleitbleche B im Längsschnitt, mit jeweils unterschiedlichen Ausformungen im Randbereich (Fig. 4a bis 4c) und
  • Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Packung.
  • Die Querschnittsdarstellung in Fig. 1 zeigt beispielhaft eine geordnete Packung 1 mit alternierend angeordneten gewellten Stromleitblechen A und ebenen Stromleitblechen B, die Stromleitkanäle 2 ausbilden, wobei die gewellten Stromleitbleche A den Reaktorquerschnitt vollständig ausfüllen und die Stromleitbleche B einen Randspalt 3 an der Reaktorinnenwand freilassen. Aus der vereinfachten Darstellung in Fig. 1a bzw. 1b ist deutlich zu erkennen, dass der Randspalt 3 jeweils ungleichförmig über den Reaktorquerschnitt ausgebildet ist, wobei unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen möglich sind, beispielsweise eine sichelförmige Ausgestaltung in Fig. 1a oder eine Ausgestaltung in Form von Kreisabschnitten wie in Fig. 1b.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine geordnete Packung, wobei zur Verdeutlichung in vereinfachender Weise jeweils nur ein ebenes Stromleitblech B dargestellt ist, mit kontinuierlich variierender Breite (in Fig. 2a) bzw. mit diskontinuierlich variierender Breite (in Fig. 2b). Dadurch wird der Randspalt 3 ungleichförmig über die Packungshöhe ausgebildet.
  • In Fig. 3a bis 3d sind schematisch unterschiedliche Strukturformen der gewellten oder geknickten Stromleitbleche A dargestellt: mit dreieckiger Prägungsform in Fig. 3a, gewellter Prägungsform in Fig. 3b, rechteckiger Prägungsform in Fig. 3c bzw. trapezförmiger Prägungsform in Fig. 3d.
  • Fig. 4 zeigt schematisch Längsschnittdarstellungen ebener Stromleitbleche B mit jeweils unterschiedlicher Ausbildung der Randbereiche, das heißt der Bereiche in denen die ebenen Stromleitbleche B bis an die Reaktorinnenwand reichen. Die geometrische Ausbildung kann hierbei bevorzugt gewellt (Fig. 4a), gezackt (Fig. 4b) oder rechteckig abgewinkelt (Fig. 4c) sein.
  • Fig. 5 zeigt schematisch eine geordnete Packung mit geknickten Stromleitblechen A und ebenen Stromleitblechen B, wobei in den Stromleitkanal 2 eine Füllung aus Inert- und/oder Katalysatormaterial eingebracht ist.
    • Beispiele
  • In einer Laborapparatur, umfassend eine rohrförmige Messstrecke mit einer Länge von 200 mm und einem Innendurchmesser von 25 mm, die mit einem Doppelmantel ausgestattet war, über den die Innenwand der Messstrecke mit Wasserdampf auf 100°C beheizt wurde, wurde eine aus alternierend angeordneten Ebenen und mit einer Amplitude von 1 mm und einer Wellenlänge von 4 mm periodisch gewellten Leitblechen, jeweils aus Kanthal®, die vier übereinander angeordnete, jeweils gegeneinander um 90° verdrehte Packungsabschnitte bildeten, bestückt. Die Messstrecke wurde von unten mit Luft bei Raumtemperatur angeströmt, die die Messstrecke über die vier Packungsabschnitte durchströmte. Sowohl am Eintritt als auch am Austritt der Luft aus der Messstrecke wurde ihre mittlere Temperatur gemessen.
  • Aus diesen mittleren Temperaturmesswerten wurde der radiale Gesamtwärmedurchgangskoeffizient αges ermittelt.
    • Vergleichsbeispiele V1 bis V3
  • Mit der oben beschriebenen Anordnung wurde zunächst der radiale Gesamtwärmedurchgangskoeffizient der Messstrecke ermittelt, in die eine Packung ausschließlich aus periodisch mit einer Amplitude von 1 mm und einer Wellenlänge von 4 mm gewellten Leitblechen, ohne ebene Leitbleche, aufgebauten Packung gemessen. Hierbei wurde der Luft-Durchsatz, wie in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt, vom Vergleichsbeispiel V1 über das Vergleichsbeispiel V2 zum Vergleichsbeispiel V3 erhöht. Die dabei gemessenen Druckverluste und aus der Differenz der mittleren Temperaturen der Luft zwischen Austritt und Eintritt in die Messstrecke berechnete radiale Gesamtwärmedurchgangskoeffizient sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.
    • Beispiele 1.1 bis 1.3
  • Die Versuchsanordnung wurde gegenüber den Vergleichsversuchen insoweit modifiziert, als zusätzlich zu den periodisch mit einer Amplitude von 1 mm und einer Wellenlänge von 4 mm gewellten Leitblechen alternierend ebene Leitbleche eingebaut wurden, unter Freilassung eines konzentrischen Randspalts von der Innenwand der Messstrecke mit einer Breite von 2 mm, das heißt entsprechend der halben Wellenlänge λ (4 mm) der gewellten Leitbleche. Es wurden die den Vergleichsbeispielen entsprechenden Durchsätze gefahren. In der nachfolgenden Tabelle die jeweils gemessenen Druckverluste sowie die über die gemessenen Temperaturdifferenzen berechneten radialen Gesamtwärmedurchgangskoeffizienten aufgeführt.
    • Beispiele 2.1 bis 2.3
  • Die Versuchsanordnung unterschied sich gegenüber den Beispielen 1.1. bis 1.3 insofern, als die ebenen Leitbleche einen engeren konzentrischen Randspalt an der Innenwand der Messstrecke, von 0,4 mm, entsprechend 1/10 der Wellenlänge (4 mm) der gewellten Leitbleche freiließen. Die gemessenen bzw. gemessenen und berechneten Werte für die Druckverluste bzw. radiale Gesamtwärmedurchgangskoeffizienten bei unterschiedlichen Luft-Durchsätzen sind in der Tabelle aufgeführt. Tabelle

  • Die Versuchsergebnisse zeigen, dass mit abnehmendem Randspalt, bei gleichbleibendem Durchsatz eines einphasigen, gasförmigen Mediums (Luft) durch die Messstrecke der radiale Gesamtwärmedurchgangskoeffizient stark ansteigt.

Claims (10)

1. Geordnete Packung (1) für einen einphasig durchströmten Reaktor mit einem Heiz- /Kühlmantel mit parallel zueinander, in Reaktorlängsrichtung angeordneten Stromleitblechen (A, B), wobei mit einer Wellenlänge (λ) periodisch geknickte oder gewellte Stromleitbleche (A) mit ebenen Stromleitblechen (B) alternieren, unter Ausbildung von zur Reaktorlängsrichtung geneigten Stromleitkanälen (2), und wobei die geknickten oder gewellten Stromleitbleche (A) den Reaktorquerschnitt vollständig ausfüllen und die ebenen Stromleitbleche (B) einen Randspalt (3) an der Reaktorinnenwand freilassen, dessen maximale Breite, gemessen in der Ebene senkrecht zur Reaktorlängsrichtung, kleiner als die Wellenlänge (λ) der periodisch geknickten oder gewellten Stromleitbleche (A), bevorzugt kleiner als die halbe Wellenlänge der periodisch geknickten oder gewellten Stromleitbleche (A), ist.
2. Geordnete Packung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Randspalt (3) über den Reaktorquerschnitt ungleichförmig ausgebildet ist, dergestalt, dass er in Bereichen der Reaktorinnenwand, in denen Stromleitkanäle (2) münden, die größte radiale Ausdehnung und in Bereichen, in denen keine Stromleitkanäle (2) münden, die geringste radiale Ausdehnung aufweist.
3. Geordnete Packung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geringste radiale Ausdehnung des Randspalts (3) Null beträgt.
4. Geordnete Packung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Stromleitkanäle (2) zur Reaktorlängsachse 20 bis 70°, bevorzugt 30 bis 60°, beträgt.
5. Geordnete Packung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Randspalt (3) über die Reaktorhöhe ungleichförmig ausgebildet ist.
6. Geordnete Packung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Stromleitkanäle (2) dreieckig, abgerundet, rechteckig oder trapezförmig ist.
7. Geordnete Packung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere, aufeinander folgende Stromleitbleche (A) die gleiche Orientierung aufweisen.
8. Geordnete Packung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei oder mehreren Packungsabschnitten aufgebaut ist, wobei aufeinanderfolgende Packungsabschnitte gegeneinander um 90° verdreht sind und wobei die Höhe jedes Packungsabschnitts bevorzugt das 0,5 bis 20-fache des Reaktorinnendurchmessers, bevorzugt das 1 bis 5-fache des Reaktorinnendurchmessers, beträgt.
9. Geordnete Packung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stromleitkanäle (2) Inertmaterial und/oder Katalysatormaterial eingebracht ist.
10. Verwendung einer geordneten Packung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Durchführung von exothermen oder endothermen Reaktionen, bevorzugt von Partialoxidationen, Selektivhydrierungen oder Aerosolhydrierungen.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1614462A1 (de) * 2004-07-09 2006-01-11 Basf Aktiengesellschaft Mehrkanalpackung mit Katalysatoren
WO2008030467A2 (en) 2006-09-05 2008-03-13 Velocys, Inc. Integrated microchannel synthesis and separation
EP2233209A2 (de) 2009-03-24 2010-09-29 Basf Se Formkörper
JP5661215B1 (ja) * 2014-09-19 2015-01-28 大陽日酸株式会社 規則充填物
CN114761117A (zh) * 2019-12-04 2022-07-15 托普索公司 通过电阻加热进行加热的原料气的吸热反应

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1614462A1 (de) * 2004-07-09 2006-01-11 Basf Aktiengesellschaft Mehrkanalpackung mit Katalysatoren
WO2008030467A2 (en) 2006-09-05 2008-03-13 Velocys, Inc. Integrated microchannel synthesis and separation
EP2073917A4 (de) * 2006-09-05 2018-01-03 Velocys, Inc. Integrierte mikrokanalsynthese und -trennung
EP2233209A2 (de) 2009-03-24 2010-09-29 Basf Se Formkörper
JP5661215B1 (ja) * 2014-09-19 2015-01-28 大陽日酸株式会社 規則充填物
CN114761117A (zh) * 2019-12-04 2022-07-15 托普索公司 通过电阻加热进行加热的原料气的吸热反应

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