Optimierte Dosierung von Zeolith SiOLITE® mit dem LAMBDA Powder DOSER für die Methanolproduktion im Wirbelschichtreaktor
Forschungen der Catalysis and Reactor Engineering Group (CREG) am Aragon Institute of Engineering Research (I3A), Universität Saragossa, haben gezeigt, dass die Methanolsynthese aus CO₂ durch den Einsatz eines Sorbens signifikant verbessert werden kann. Frisches Sorbens wurde kontinuierlich in einen Wirbelschichtreaktor eingebracht und durch Segregation von der Katalysatorschicht getrennt, was einen stabilen stationären Betrieb ermöglichte. Ein herkömmlicher CuO/ZnO/Al₂O₃-Katalysator wurde mit SiOLITE® Zeolith (kristalline Alumosilikatminerale) als Sorbens kombiniert. Dabei wurden verschiedene Partikelgrößen und -anteile getestet, um die Fluiddynamik und Trennung in Katalysator-Sorbens-Mischungen zu untersuchen.
Referenz: Menéndez, M., Ciércoles, R., Lasobras, J., Soler, J., & Herguido, J. A. (2024). Preliminary assessment of sorption-enhanced methanol synthesis in a fluidized bed reactor with selective addition/removal of the sorbent. Catalysts, 14(409). doi.org/10.3390/catal14070409
Das Forschungsteam erreichte einen Mischungsindex von 0.31, was eine effektive Segregation und einen zuverlässigen Betrieb mit minimalem Katalysatorverlust bestätigte – nur 0.005 g/min unter optimalen Bedingungen. Kontinuierliche Sorbenszugabe und -entfernung wurden mit sehr geringem Katalysatorübertrag demonstriert. MATLAB-Reaktorsimulationen zeigten zusätzlich, dass die Sorbenszugabe die Methanolausbeute deutlich erhöht – entweder durch einen Betrieb bei niedrigerem Druck oder durch höhere Umsetzungen pro Durchlauf. Diese Machbarkeitsstudie unterstreicht das Potenzial der sorptionsverstärkten Methanolsynthese in Wirbelschichtreaktoren als effizientere und skalierbare Alternative zu konventionellen Prozessen.
Einsatz des LAMBDA DOSER für die kontinuierliche Sorbenszugabe
Ein wesentlicher Teil dieser Forschung war die Fähigkeit, Sorbens kontinuierlich, kontrolliert und reproduzierbar in den Reaktor einzubringen. Hierfür wurde der LAMBDA DOSER Feststoffdosierer verwendet, um das Sorbens am oberen Ende des Betts einzuspeisen und so den Feststoffstrom am Einlass zu bilden.
Der Reaktor wurde mit einer binären Mischung aus Katalysator und Sorbens (30 Vol-% CuO/ZnO/Al₂O₃ – 70 Vol-% Zeolith SiOLITE®) beladen und unter präzise angepassten Bedingungen betrieben. In den Anfangsversuchen traten höhere Katalysatorverluste auf, verursacht durch Gasaustritt über einen seitlichen Auslass, der den für eine ordnungsgemäße Fluidisierung erforderlichen Gasstrom verringerte. Nach der Korrektur des Stickstoffdurchflusses auf 1’429 mL/min arbeitete das System unter optimalen Bedingungen und gewährleistete eine effiziente Trennung von Katalysator und Sorbens.
Während der einstündigen Experimente wurden die austretenden Feststoffe alle zehn Minuten beprobt, um Katalysatorverluste zu bewerten. Insgesamt wurden 12.3 g Katalysator und 38.4 g Sorbens eingesetzt. Die Tests bestätigten, dass der größte Teil des Sorbens aus der Jetsam-Zone entfernt wurde, während neues Sorbens kontinuierlich zugeführt wurde – und die Segregation während des gesamten Betriebs aufrechterhalten blieb. Die Katalysatorverluste waren extrem gering – stets unter 0.6 %, und unter den besten Bedingungen sogar unter 0.1 %.
Fazit
Der LAMBDA DOSER war entscheidend für die kontinuierliche und präzise Zugabe des Sorbens in den Wirbelschichtreaktor. Er ermöglichte eine effektive Trennung vom Katalysator, minimierte Verluste und erlaubte eine reproduzierbare und stabile Betriebsweise, wodurch das Konzept der sorptionsverstärkten Methanolsynthese bestätigt wurde. Durch die Möglichkeit der kontinuierlichen Sorbenszugabe und -entfernung bei minimaler Störung trug der LAMBDA DOSER zu höheren Methanolausbeuten bei und demonstrierte das Skalierungspotenzial für industrielle Anwendungen. Diese Arbeit zeigt eine zuverlässige, effiziente und kontrollierbare Strategie zur CO₂-zu-Methanol-Umwandlung in Wirbelschichtreaktoren.
Was macht die LAMBDA DOSER und HI-DOSER Pulverdosierer einzigartig?
Der LAMBDA DOSER verfügt über quarzgeregelte Elektronik, die den Motor der Antriebseinheit mit höchster Präzision steuert – ähnlich den Mechanismen in hochwertigen elektronischen Uhren. Das offene Spiralverteilersystem verhindert Verdichtung und Verstopfungen und gewährleistet einen gleichmäßige und konsistenten Dosierung Pulverfluss, indem das Material effizient zur Mitte des Dosierauslasses geleitet wird.
Sowohl der LAMBDA DOSER als auch der HI-DOSER sind ideal für den Einsatz in Laminar-Flow-Werkbänken und automatisieren die präzise Pulverdosierung, wodurch langsame manuelle Prozesse ersetzt werden. In Kombination mit einer Waage kann ein exaktes Abwiegen bestimmter Mengen realisiert werden.
Diese Dosierer bieten hochgradig einstellbare Dosiergeschwindigkeiten über drei Größenordnungen. Beispielsweise kann der DOSER NaCl mit Raten von 50 mg/min bis 50 g/min fördern. Der HI-DOSER arbeitet im Langsam-Modus (60 mg/min bis 60 g/min) und im Schnell-Modus (250 mg/min bis 250 g/min) unter Standardlaborbedingungen, wobei spezielle Konfigurationen bis zu 10 mg/min ermöglichen.
Die Behälter für DOSER und HI-DOSER sind in Größen von 0.2 L, 1 L, 3 L und 6 L erhältlich – mit optionalen Schutzbeschichtungen für erhöhte Sicherheit beim Handling und Betrieb.
Für weitere Informationen über den LAMBDA DOSER und HI-DOSER besuchen Sie www.lambda-instruments.com/de/pulverdosierer/ oder kontaktieren Sie uns unter sales@lambda-instruments.com.