Katalytische Gasreaktionen im Explosionsbereich am Beispiel der Äthylen‐Oxidation

Zur Untersuchung katalytischer Gasreakt onen im Explosionsbereich wurde ein Laborreaktor konstruiert, in dem explosible Gasgemische gefahrlos hergestellt und umgesetzt werden können. Als Modellreaktion diente die Oxidation von Äthylen mit O2/N2‐Gemischen bei Atmosphärendruck und 80 bis 200 °C an einem Pd‐Trägerkontakt, bei der in geringfügiger Nebenreaktion Essigsäure gebildet wird. Die Essigsäure‐Selektivität erwies sich weitgehend unabhängig von der über den ganzen Explosionsbereich variierten Zusammensetzung des Frischgases. Dies ist auf eine stationäre Sorptionsschicht zurückzuführen, die durch Zersetzung und Polymerisation des Äthylens auf der Katalysatoroberfläche entsteht. Bei intermittierender Arbeitsweise kann die jeweilige Neubildung dieser Polymerisatschicht am zeitlichen Verlauf der Totaloxidation (zu CO2) und der Teiloxidation (zu Essigsäure) verfolgt werden. Die Essigsäure‐Bildung verläuft über eine Reaktion von Äthylen mit chemisorbiertem Sauerstoff, d. h. sie geht zurück bei Verdrängung des Sauerstoffs von der Katalysatoroberfläche. Hieraus ergeben sich Möglichkeiten zur Verbesserung der Essigsäure‐Selektivität durch Änderung der Katalysatoreigenschaften sowie durch Wahl einer günstigen instationären Betriebsweise.