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Judith Krautwald

• Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines „Thermogravimetrie-Reaktors“, der als einfacher Ersatz für das Standardprobengefäß eine Zwangsdurchströmung in konventionellen Thermowaagen erlaubt. Die Vorteile gegenüber der Standardkonfiguration einer konventionellen Thermowaage werden anhand eines praktischen Beispieles, der Dehydrierung von Ethanol, aufgezeigt. Die Thermogravimetrie ist hervorragend zur kinetischen Untersuchung heterogen katalysierter Reaktionen geeignet, deren Desaktivierung mit einer Änderung der Katalysatormasse einhergeht (z.B. Verkokung). Während sich die Kinetik der Gasphasenreaktion aus der kontinuierlichen Analyse der Gasphase ermitteln lässt, folgt die Desaktivierungsgeschwindigkeit in solchen Fällen unmittelbar aus der zeitlichen Änderung der Katalysatormasse. Reaktion und Desaktivierung sind somit simultan und unter Reaktionsbedingungen untersuchbar. Trotz ihrer hohen Attraktivität für die Heterogene Katalyse werden konventionelle Thermowaagen für reaktionskinetische UntersuchungenDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines „Thermogravimetrie-Reaktors“, der als einfacher Ersatz für das Standardprobengefäß eine Zwangsdurchströmung in konventionellen Thermowaagen erlaubt. Die Vorteile gegenüber der Standardkonfiguration einer konventionellen Thermowaage werden anhand eines praktischen Beispieles, der Dehydrierung von Ethanol, aufgezeigt. Die Thermogravimetrie ist hervorragend zur kinetischen Untersuchung heterogen katalysierter Reaktionen geeignet, deren Desaktivierung mit einer Änderung der Katalysatormasse einhergeht (z.B. Verkokung). Während sich die Kinetik der Gasphasenreaktion aus der kontinuierlichen Analyse der Gasphase ermitteln lässt, folgt die Desaktivierungsgeschwindigkeit in solchen Fällen unmittelbar aus der zeitlichen Änderung der Katalysatormasse. Reaktion und Desaktivierung sind somit simultan und unter Reaktionsbedingungen untersuchbar. Trotz ihrer hohen Attraktivität für die Heterogene Katalyse werden konventionelle Thermowaagen für reaktionskinetische Untersuchungen bisher nur im geringen Umfang eingesetzt. In den meisten Fällen führen ungünstige Strömungsverhältnisse zum Auftreten einer Stofftransportlimitierung, wodurch die ermittelte Kinetik nicht oder nur bedingt auf andere Reaktoren übertragbar wäre. Bei einem neueren Modell wird sich der Vorteil der Zwangsdurchströmung durch hohe Wartungs- und Investitionskosten erkauft. Demgegenüber sind konventionelle Thermowaagen vergleichsweise günstig und genießen überdies eine sehr weite Verbreitung. Gelänge die Realisierung einer Zwangsdurchströmung in einer konventionellen Thermowaage, würde deren Flexibilität für reaktionskinetische Untersuchungen erheblich erweitert. Bliebe das Grundsystem hierbei erhalten, stünde zugleich eine äußerst preisgünstige Alternative zur Verfügung. Dadurch ließen sich an der Probe eindeutige Strömungsverhältnisse einstellen, wodurch das Anwendungsgebiet der weit verbreiteten Grundsysteme für reaktionskinetische Untersuchungen in einfacher Weise erheblich erweitert würde. Das war die Motivation für die vorliegende Arbeit.…
• This thesis presents the development of and results from a “thermogravimetry reactor” which, as a simple substitute for the standard sample vessel, will enable forced flow in conventional thermobalances. Furthermore, the advantages compared to the standard configuration of a conventional thermobalance are explained through practical examples (the dehydrogenation of ethanol). Thermogravimetry is exceptionally well suited for the kinetic investigation of heterogeneously catalysed reactions in which deactivation simultaneously leads to a change of catalyst mass (as in the case with coking). While the kinetics of the gaseous phase reaction can be derived from continuous analysis of the gaseous phase, the speed of deactivation can in this case be directly derived from the change of catalyst mass over time. By this means, reaction and deactivation can be investigated simultaneously and under actual reaction conditions. Despite being highly attractive for heterogeneous catalysis, conventional thermobalances are so far rarely used forThis thesis presents the development of and results from a “thermogravimetry reactor” which, as a simple substitute for the standard sample vessel, will enable forced flow in conventional thermobalances. Furthermore, the advantages compared to the standard configuration of a conventional thermobalance are explained through practical examples (the dehydrogenation of ethanol). Thermogravimetry is exceptionally well suited for the kinetic investigation of heterogeneously catalysed reactions in which deactivation simultaneously leads to a change of catalyst mass (as in the case with coking). While the kinetics of the gaseous phase reaction can be derived from continuous analysis of the gaseous phase, the speed of deactivation can in this case be directly derived from the change of catalyst mass over time. By this means, reaction and deactivation can be investigated simultaneously and under actual reaction conditions. Despite being highly attractive for heterogeneous catalysis, conventional thermobalances are so far rarely used for investigating reaction kinetics. In most cases, unfavourable flow conditions lead to mass transfer limitations, so the kinetics derived are not, or only under certain conditions, applicable for different reactors and conditions. In a new thermobalance model, the advantage of forced flow is balanced against high investment and maintenance costs. Conversely, conventional thermobalances are relatively cheap and widely used. If forced flow could be applied in conventional thermobalances, their flexibility for investigating reaction kinetics would be greatly extended. Furthermore, if the basic thermobalance could be preserved in the new apparatus, it would offer an extremely low-priced alternative, with similar capabilities to the newer, and more expensive versions. This was the motivation for the thesis.…