F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S

MIKROWELLENBEHEIZTE KATALYTISCHE REAKTOREN

Aufgrund ihrer hochporösen Struktur und

großen geometrischen Oberfläche sowie

ihres guten Durchströmungsverhaltens eig-

nen sich offenzellige Schaumkeramiken

hervorragend für die Verwendung als struk-

turierte Katalysatorträger in heterogen

katalysierten Gasreaktionen. Durch eine

Mikrowellenbeheizung von Reaktoren lässt

sich gegenüber klassischen Beheizungs-

methoden ein optimiertes Wärmemanage-

ment bei Reaktionen mit diskontinuierli-

chen Gaszusammensetzungen oder starken

Schwankungen der Gastemperatur errei-

chen. Dabei sind die dielektrischen Eigen-

schaften der Katalysatoren entscheidend

für den Eintrag und die Eindringtiefe der

Mikrowellenenergie in den Reaktor.

Das Spektrum der am Fraunhofer IKTS ent-

wickelten offenzelligen Schaumkeramiken

reicht von stark mikrowellenabsorbierenden

Keramiken aus SiC bis zu mikrowellentrans-

parenten Oxid- und Silikatkeramiken. Durch

Kombination unterschiedlicher Materialien

gelingt die gezielte Einstellung der dielektri-

schen Eigenschaften von Katalysatoren für

eine homogene Reaktorbeheizung mittels

Mikrowellenstrahlung. Tests in der CO/HC-

Oxidation bzw. DeNOx-SCR-Reaktion bele-

gen die hohe Dynamik der Mikrowellen-

beheizung von Reaktoren, die innerhalb

weniger Sekunden nahezu vollständige

Reaktionsumsätze ermöglicht.

Leistungsangebot

- Entwicklung und Charakterisierung von

strukturierten keramischen Katalysato-

ren mit gezielt eingestellten dielektri-

schen Eigenschaften

- Prüfstandsuntersuchungen zur Validie-

rung des Mikrowellenverhaltens von

Katalysatoren in heterogenen Gasreak-

tionen

- Auslegung und Entwicklung von mikro-

wellenbeheizten Reaktoren in Koopera-

tion mit dem Fraunhofer-Institut für

Chemische Technologie ICT, Pfinztal

Fraunhofer-Institut für Keramische

Technologien und Systeme IKTS

Winterbergstraße 28

01277 Dresden

Ansprechpartner

Dr. Uwe Petasch

Telefon 0351 2553-7616

uwe.petasch@ikts.fraunhofer.de

Dipl.-Krist. Jörg Adler

Telefon 0351 2553-7515

joerg.adler@ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

1 Reaktionsrohr mit Schaumkeramik-

Katalysator (Quelle: Fraunhofer ICT).

2 Temperaturverteilung im Mikrowellen-

reaktor (Quelle: Fraunhofer ICT).

3 Mikrowellenbeheizbare Schaumkeramik

mit katalytischer Funktionalisierung.

4 Mikrowellenreaktor.

5 Modellgasprüfstand zur Aktivitätsunter-

suchung von Abgaskatalysatoren.

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F R A U N H O F E R I N S T I T U T E F O R C E R A M I C T E C H N O L O G I E S A N D S Y S T E M S I K T S

MICROWAVE HEATED CATALYTIC REACTORS

Due to their highly porous structure, high

geometric surface area and outstanding

flow properties, open-celled ceramic foams

offer several benefits for application as

structured catalyst supports in heterogene-

ously catalyzed gas reactions. Contrary to

conventional heating methods, microwave

heating of reactors offers the possibility to

reach an optimized thermal management

for reactions with discontinuous gas com-

positions or strong fluctuations in the gas

temperature. A sufficient energy entry and

homogeneous and deep penetration of the

microwave energy into the reaction cham-

ber is mainly influenced by the dielectric

properties of the used catalysts.

The spectrum of open-celled ceramic foams

developed at Fraunhofer IKTS ranges from

strongly microwave absorbing silicon car-

bide ceramics to microwave-transparent

oxide and silicate ceramics. By combining

materials with different dielectric behavior,

the catalyst properties can be specifically

adjusted for homogeneous reactor heating

by means of microwave radiation. Catalytic

tests in CO/HC oxidation or DeNOx-SCR

reaction demonstrate the high dynamics of

microwave heating, which enables high

conversion rates within only a few seconds.

Services offered

- Development and characterization of

structured ceramic catalysts with specifi-

cally adjusted dielectric properties

- Test-bench experiments for the valida-

tion of the microwave behavior of cata-

lysts in gas phase reactions

- Design and development of microwave-

heated reactors in cooperation with the

Fraunhofer Institute for Chemical Tech-

nology ICT, Pfinztal

1 Tube reactor with open-celled ceramic

foam as catalyst (source: Fraunhofer ICT).

2 Temperature distribution in the micro-

wave reactor (source: Fraunhofer ICT).

3 Microwave-heated ceramic foam with

catalytic coating.

4 Microwave reactor.

5 Synthetic-gas test bench for performance

characterization of exhaust catalysts.

Fraunhofer Institute for Ceramic

Technologies and Systems IKTS

Winterbergstrasse 28

01277 Dresden, Germany

Contact

Dr. Uwe Petasch

Phone +49 351 2553-7616

uwe.petasch@ikts.fraunhofer.de

Dipl.-Krist. Joerg Adler

Phone +49 351 2553-7515

joerg.adler@ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

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