Vordruckregler für die Katalyseforschung

In der Katalyseforschung werden häufig Druckregler eingesetzt, um die optimalen Betriebsbedingungen für katalytische Prozesse zu erforschen. Diese Prozesse erfordern meist hohe Temperaturen und hohen Druck, um eine Kondensation der chemischen Komponenten zu verhindern und die für die Reaktion notwendige Aktivierungsenergie bereitzustellen. Zur Ermittlung idealer Prozessbedingungen, unter denen ein Katalysator für eine bestimmte chemische Reaktion optimal funktioniert, wird in der Regel ein großer Druckbereich untersucht. Dabei wird ein Druckregler von Bronkhorst verwendet, um ein dombelastetes Regelventil unter Druck zu setzen.

Katalysatoren sind Stoffe, welche die Aktivierungsenergie eines chemischen Prozesses (i. d. R. Temperatur und Druck) herabsetzen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Allerdings finden viele chemische Reaktionen, bei denen Katalysatoren eingesetzt werden, dennoch unter extremen Bedingungen statt. Deswegen besteht großes Interesse daran, die Betriebsbedingungen energetisch zu optimieren. Ein Beispiel sind Fischer-Tropsch-Reaktionen, bei denen ein Gasgemisch aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff bei hohen Temperatur- und Druckwerten auf einem festen Katalysator in (flüssige) Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird.

Unsere Lösung

Eine Kombination aus einem  EL-PRESS Prozessdruckregler (PPC – process pressure controller) von Bronkhorst mit zwei integrierten Hochdruck-Magnetregelventilen in einem Vor- und Nachdruck-Regelkreis und einem dombelasteten Regelventil wird verwendet, um den Vordruck eines Katalyseforschungsreaktors zu regeln.

Im dombelasteten Regelventil trennt eine flexible Membran eine Referenzkammer von der Prozesskammer. Der EL-PRESS Prozessdruckregler ermittelt und regelt den Druck in der Referenzkammer, die wiederum 1:1 den Druck in der Prozesskammer regelt – welche direkt mit dem Katalyseforschungsreaktor verbunden ist. Ein Drucksensor misst den Ist-Druck und vergleicht diesen mit dem voreingestellten Sollwert. Der PID-Regler entscheidet daraufhin, ob das Einlassventil geöffnet wird, um den Prozessdruck zu erhöhen, oder das Entlastungsventil, um den Druck zu senken. Der interne PID-Regler des PPC gewährleistet einen reibungslosen Druckwechsel in beide Richtungen.  Das dombelastete Regelventil ist auf den gewünschten Druck eingestellt, um den gewünschten Prozessdruck zu erzielen.

Typische Katalyseprozesse finden bei Druckwerten von einigen zehn bis mehreren hundert bar statt. Stickstoff aus einer Gasflasche kann verwendet werden, um die Referenzseite der Domdruckventils anzusteuern. Da der maximale Druck in solchen Gasflschen üblicher Weise bei 200 bar liegt, kann nur der Unterschied zwischen diesem Druck und dem Prozessdruck zur Regelung dessen verwendet werden. Der PID-Regler und der kleine Totraum der Referenzseite sorgen für einen Minimalverbrauch des komprimierten Steuergases. Die im EL-PRESS Prozessdruckregler verwendeten Ventile können einen Druckunterschied von bis zu 200 bar regeln.