Konrad Koschnick, M.Eng.

Diagnose heterogen-katalytischer Gasphasenreaktionen mittels spontaner Raman Spektroskopie

Heterogen-katalytische Prozesse spielen bei der Synthese von 90% aller Grundlagenchemikalien eine entscheidende Rolle. In den letzten Jahren haben Reaktionen, die direktere und energetisch effizientere Synthesepfade erlauben, wie zum Beispiel die Oxidative Dehydrogenation (ODH) von Ethanol zu Acetaldehyd oder das Oxidative Coupling of Methane (OCM) zur Gewinnung von Ethylen, eine zunehmende Aufmerksamkeit erfahren. Beide Prozesse befinden sich noch im Forschungs-Stadium, weshalb die technische Weiterentwicklung von Katalysatoren mit ausreichender Selektivität und hoher Prozessstabilität von großer Wichtigkeit ist. Um das allgemeine Verständnis und die Modelle numerischer Simulationen zu verbessern, werden experimentelle Daten benötigt, die neben der heterogenen Reaktion an der Oberfläche des Katalysators auch die Gasphasenreaktionen abbilden. Für die Diagnose dieser Gasphasenreaktionen eignet sich insbesondere die spontane Raman-Spektroskopie, die es erlaubt, den vollständigen thermo-chemischen Zustand (alle Hauptspezies-Konzentrationen und die lokale Temperatur) simultan, in-situ und nicht intrusiv zu messen. Allerdings stellen die extremen Prozessbedingungen für die spektroskopische Messtechnik eine Herausforderung dar, wie etwa die breitbandige Wärmestrahlung, emittiert von den Wänden des Strömungskanals, welche die eigentliche Raman-Streuung spektral überlagert.

Um diese Limitierung zu überwinden, wird ein neuartiges Raman-Spektrometer entwickelt, welches es trotz der Überlagerung durch breitbandige Hintergrundstrahlung erlauben soll, räumlich aufgelöste Konzentrations- und Temperaturprofile bis in die Grenzschicht an der Katalysatoroberfläche aufzunehmen. Hierfür soll das Spektrometer mit zwei dedizierten Kanälen entweder die Polarisationseigenschaften des zu messenden Signales ausnutzen oder in einer anderen Konfiguration die hochaufgelöste Stickstoff-Thermometrie erlauben.