Salzbadreaktoren

Rohrbündel-Festbettreaktoren für heterogen katalysierte Gasphasenreaktionen mit Wärmeträgersalzen zur präzisen Temperaturführung – die Referenztechnologie für höchste Selektivität und Ausbeute bei chemischen Prozessen oberhalb 250-300°C Betriebstemperatur.

Salzbadreaktoren bilden den Kern des DWE-Portfolios. Durch den Einsatz von Wärmeträgersalzen auf der Mantelseite lassen sich chemische Reaktionen bei Temperaturen von über 250 °C mit außergewöhnlich präziser Temperaturführung betreiben. Die hohe Wärmekapazität und der hervorragende Wärmeübergang des Salzes gewährleisten selbst bei stark exothermen Reaktionen und Reaktoren mit mehreren zehntausend Rohren eine nahezu isotherme Fahrweise.

Das Ergebnis sind höhere Selektivitäten, maximale Produktausbeuten, lange Katalysatorstandzeiten sowie ein sicherer und robuster Anlagenbetrieb. Neben exothermen Anwendungen eignet sich die Technologie auch für endotherme Prozesse bis etwa 600 °C. Wärmeträgersalze ermöglichen die Einkopplung großer Wärmeströme im Bereich mehrerer zehn Megawatt und bieten gleichzeitig einen außergewöhnlich großen Betriebstemperaturbereich. Dadurch lassen sich Mehrzonen-Reaktoren mit unterschiedlichen Temperaturniveaus ebenso realisieren wie Temperaturwechsel von unter 300 °C auf über 500 °C.

Etablierte Prozesse — Technologieführerschaft im Salzbadreaktor

Bei etablierten salztemperierten Prozessen ist DWE der weltweit führende Anbieter.

Luftaufnahme des DWE-Werksgeländes am Donauhafen Deggendorf

Anwendungen (exotherme Partialoxidationen)

Phthalsäureanhydrid (PSA) und Maleinsäureanhydrid (MSA)

Acrylsäure (AA) und Acrolein (AC)

Methylmethacrylat (MMA)

Reaktormerkmale

Rohrbündelreaktoren mit bis zu 60.000 Rohren, ein- und mehrstufig

Wärmeabfuhr bis zu 80 MW je Reaktor

Betriebstemperaturen bis zu 600 °C

Mehrzonen-Reaktoren mit stark unterschiedlichen Temperaturbereichen

Baugrößen bis 12 m Durchmesser, 80 m Länge, 1.500 t Stückgewicht

Radialstrombauweise, hochlegierte Werkstoffe, optional Spezialplattierung (bis) und Sonderlegierungen

Sektorbauweise für bessere Transportfähigkeit bei großen Inlandsdistanzen

Containment-Design, druckstoßfeste Reaktoren für erhöhte Betriebssicherheit und Anlagenverfügbarkeit

In-situ Abreinigung von verkokten Katalysatoren durch großen Betriebstemperaturbereich des Wärmeträgers z.B.: 250°C – 550°C

Duale Betriebsweisen – Exotherm und Endotherm – im selben Apparat möglich

Fertigungsvorsprung

Mit steigender Reaktorgröße und Rohrzahl wächst die Anforderung an Fertigungsqualität und Temperaturführung überproportional. Genau in diesem Grenzbereich liegt die Erfahrung von DWE — belegt unter anderem durch den weltgrößten salzbetrieben Reaktor (Wanhua 12 m Durchmesser, 73000 tpa MA ).

Salzbadreaktor von DWE für exotherme Prozesse oberhalb von 300 °C

Ausblick — Salzbadreaktoren für die Prozesselektrifizierung

Dieselbe Bauweise eröffnet neue Perspektiven für die Elektrifizierung chemischer Prozesse. Während Salzbadreaktoren bislang überwiegend für exotherme Anwendungen eingesetzt werden, ermöglichen Fortschritte bei der elektrischen Beheizung heute deutlich größere Leistungsklassen. Wurden die elektrischen Heizer ursprünglich vor allem zum Aufheizen der Salzschmelze und zum Ausgleich von Wärmeverlusten eingesetzt, können moderne Systeme mittlerweile Wärmeleistungen von mehreren zehn Megawatt – typischerweise 10 bis 70 MW – bereitstellen. Dadurch lässt sich die bewährte Salzbadtechnologie erstmals auch für großtechnische endotherme Prozesse nutzen und Prozesswärme von bis zu 600 °C bereitstellen. Die Wärmezufuhr erfolgt elektrisch – bei gleicher Präzision und Gleichmäßigkeit der Temperaturführung.

Der erste industrielle Anwendungsfall dieser Entwicklung ist der gemeinsam mit Shell Catalysts & Technologies realisierte RWGS-Reaktor zur Erzeugung von Synthesegas aus CO₂ und H₂. Das Projekt zeigt, wie die bewährte Salzbadreaktortechnologie von klassischen exothermen Anwendungen auf energieintensive endotherme Prozesse übertragen werden kann. Die etablierte Reaktorbauweise bleibt dabei unverändert; neu ist die Bereitstellung großer Wärmeströme über das Salzbad und damit ein skalierbarer Pfad zur Elektrifizierung und Defossilisierung chemischer Produktionsprozesse.

Reaktionsrohre eines Rohrbündelreaktors von DWE

Prozessentwicklung,
Numbering-Up und Lebenszyklus

Ein wesentliches Merkmal dieser Reaktortechnologie ist die direkte Übertragbarkeit vom Pilotmaßstab in die Großanlage. Gemeinsam mit Technologie- und Lizenzgebern entwickelt DWE das zugehörige IP-Equipment in eigenen Pilotanlagen. Ausgangspunkt ist dabei stets ein Einrohrreaktor – bereits mit kommerzieller Rohrlänge, kommerziellem Rohrdurchmesser und kommerziellem Katalysator einschließlich der späteren Partikelgeometrie.

Dadurch entfallen die sonst häufig erforderlichen Skalierungsschritte von kurzen Laborreaktoren auf mehrmeterlange Reaktionsrohre oder von Katalysatorpulvern auf kommerzielle Formkörper. Bereits im Pilotmaßstab werden die Strömungs-, Wärmeübertragungs- und Reaktionsverhältnisse des späteren Produktionsreaktors abgebildet. Da das einzelne Reaktionsrohr mit dem Rohr der späteren Großanlage identisch ist, erfolgt die Übertragung in den industriellen Maßstab durch „Numbering-Up“.

Die Leistung wird durch die Anzahl der Rohre erhöht, nicht durch Änderungen der Reaktionsbedingungen, der Rohrgeometrie oder des Katalysators. Das Verhalten eines Einzelrohrs kann dadurch mit hoher Genauigkeit auf Reaktoren mit mehreren zehntausend Rohren übertragen werden. Dieses Vorgehen ermöglicht eine risikoarme und schnelle Industrialisierung neuer Prozesse. So wurde beispielsweise der World-Scale-MSA-Reaktor für Wanhua ohne zwischengeschalteten Demonstrationsreaktor direkt aus dem kommerziellen Einrohrkonzept entwickelt. Als Originalhersteller begleitet DWE die Anlagen anschließend über ihren gesamten Lebenszyklus – von Revamps und Kapazitätserhöhungen über Ersatzteilversorgung bis hin zu Inspektion, Instandhaltung und Modernisierung in OEM-Qualität.