Über die stationären Zustände exothermer Gasreaktionen an porösen Katalysatoren

Eine Schicht poröser Körner werde von einem Gas oder Gasgemisch durchströmt, das sich an dem Feststoff katalytisch in exothermer Reaktion umsetzt oder aber mit der Substanz der Körner selbst exotherm reagiert (z. B. Verbrennung von Koks). Bei adiabatischer Arbeitsweise nimmt die Temperatur mit steigendem Umsatz längs der Schicht entsprechend der Wärmebilanz stetig zu. Infolgedessen steigt auch die Geschwindigkeitskonstante der chemischen Reaktion längs der Schicht an, und es können daher bei stark exothermen Umsetzungen, die auch bei höheren Temperaturen noch einseitig verlaufen, die Transportvorgänge von Stoff und Wärme zwischen Gasstrom und Feststoffoberfläche maßgebenden Einfluß auf die Umsatzgeschwindigkeit gewinnen. In einem solchen Falle überhitzt sich die Körnerschicht gegenüber dem Gasstrom, und es bildet sich unter Umständen in der Schicht eine Temperaturstufe aus, die dem Gasstrom entgegen an den Schichtanfang zurückwandert (Zündvorgang). Ausschlaggebend für diese Erscheinungen ist die Bilanz zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeabfuhr an der Feststoffoberfläche; eine wichtige Rolle spielen hierbei die Reaktionsfähigkeit des Feststoffes (Porosität und innere Oberfläche) und der Wärmetransport in Längsrichtung der Schicht. Die Bedeutung und Auswirkung dieser Einflüsse werden im einzelnen aufgezeigt.