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Der vorliegende Beitrag behandelt spezifische Aspekte der Sicherheitstechnik bei heterogen katalysierten Oxidationsreaktionen. Ergebnisse von Explosionsuntersuchungen an Ethen-Sauerstoffgemischen in einem kontinuierlich betriebenen Mikroreaktor, die beispielsweise für den Ethylenoxidprozess relevant sind, werden vorgestellt. Der Anfangsdruck der untersuchten Eduktgemische lag zwischen 1000 hPa und 10000 hPa bei Anfangstemperaturen zwischen Umgebungstemperatur und einer Temperatur bis zu 673 K. Mikrostrukturierte Reaktoren bieten einen erweiterten Bereich von Betriebsbedingungen. Die Untersuchungen zielen auf den sicheren Betrieb eines Mikroreaktors bei Bedingungen, die bei konventionellen Reaktoren als innerhalb des Explosionsbereichs eingestuft werden, ab. In bestimmten Grenzen kann eine Unterdrückung von Explosionen in einem Mikroreaktor erreicht werden. Es ist jedoch nicht möglich, einen Mikroreaktor unter allen Bedingungen sicher zu betreiben. Aus diesen Gründen wurde die Explosionsausbreitung durch einen mikrostrukturierten Reaktor hindurch und die Zündung einer Gasphasenexplosion durch Hot-Spots in dem Reaktor untersucht. Die angewandten Untersuchungsmethoden sind Gegenstand aktueller Normungsaktivitäten.
The present contribution reports on specific aspects of safety engineering in heterogeneously catalysed oxidation reactions. Results for ethene-oxygen-mixtures in a continuous-flow micro reactor are reported related to the safety issues of the ethylene oxide process. Initial pressure is ranging from below 1 bar up to 10 bar at initial temperatures ranging from room temperature up to 673 K. Micro structured reactors offer an extended range of operating conditions. The key issue to be discussed in the present contribution is how to safely operate a micro reactor at conditions in conventional devices to be characterised as inside the explosion region. Within certain limits suppression of explosion inside a micro reactor can be achieved.
This holds true for chain reactions as well as runaway reactions. Nevertheless it is not possible to safely operate micro structured reactors at any condition. Therefore, explosion propagation through a Micro structured reactor and initiation of gas phase explosions by hot spots inside the reactor were investigated.
The investigation methods applied are subject to actual standardization.
The present issue reports on a specific aspect of safety engineering of the heterogeneously catalysed oxidation of ethene in a continuous-flow microreactor. Conversion of ethene and the corresponding surface temperature of the catalyst were monitored for different reactor temperatures and total flow rates with a stoichiometric ethene/oxygen mixture for total oxidation. Safe operation of the highly exothermic oxidation was possible, but not in the whole parameter range. At high reactor temperatures and flow rates, ignition of an explosion inside the microreactor caused by a hot spot on the surface of the catalyst was observed for the first time.