Aufbau, Funktionsweise und Einsatzgebiete von Pulsationsreaktoren

Die Pulsationsreaktor-Technologie ist ein Verfahren zur Herstellung von feinteiligen Pulvern mit besonderen Eigenschaften. Im Pulsationsreaktor können einfache Oxide wie Zinkoxid, dotierte Partikel wie Zirkoniumoxid mit Dotierungselementen, Mischoxide wie Spinell, auf Trägern aufgebrachte Oxide, aber auch unter reduzierender Atmosphäre Metalle oder Kohlenstoff produziert werden.

Diese Technologie ermöglicht es, die Partikeltemperatur durch sehr hohe Aufheizraten und stark erhöhten Wärmeübergang vom Heißgas an das Partikel im thermischen Prozess einzustellen und damit Partikelgröße, Oberflächenbeschaffenheit und Phasenzusammensetzung gezielt zu beeinflussen.

Verfahren

Die IBU-tec Advanced Materials betreibt bereits seit dem Jahr 2000 Pulsationsreaktoren im industriellen Maßstab und hat durch deren Weiterentwicklung die Leistungsfähigkeit erheblich verbessert. Mit der neuesten Anlage können die Parameter wie die Materialbehandlungstemperatur (250°-1250°C), die Verweilzeit (100ms -10s) oder auch die Frequenz (10 Hz-300 Hz) und Amplitude (0 mbar- 50 mbar) in weiten Bereichen flexibel eingestellt werden.
Prinzipiell handelt es sich bei einem Pulsationsreaktor um einen periodisch-instationär arbeitenden Rohrreaktor, in dem gasgetragene Stoffe thermisch behandelt werden können. Die Erzeugung des pulsierenden Heißgasstromes erfolgt bei Pulsationsreaktoren innerhalb eines Heißgaserzeugers durch die Verbrennung von Erdgas oder Wasserstoff mit Umgebungsluft. Das Heißgas strömt durch ein Resonanzrohr, in das pulverförmiges, flüssiges oder gasförmiges Edukt aufgegeben werden kann. Die Behandlung erfolgt durch die Heißgasströmung innerhalb des Resonanzrohres und wird durch geeignete Abkühlung definiert beendet. Das fertige Produkt wird in einem Filter abgeschieden, aus dem mit Hilfe eines Schleusensystems das Produkt während des laufenden Prozesses entnommen und in Fässer oder Bigbags abgefüllt werden kann. Im gesamten Reaktor - inklusive Filter - herrscht ein leichter Unterdruck, wodurch ein Austreten von Produkt in die Umwelt vollständig ausgeschlossen werden kann.

Wirkungsweise

Durch das Pulsieren der Heißgasströmung bildet sich im Resonanzrohr eine nahezu kolbenförmige Strömung mit einer über den Rohrdurchmesser fast konstanten Temperatur aus. Die kolbenförmige Strömung führt zu einer engen Verweilzeitverteilung, wodurch zusammen mit den geringen Temperaturgradienten im Behandlungsraum eine sehr homogene Behandlung des Eduktes sichergestellt wird. Neben den homogenen Behandlungsbedingungen bewirkt die pulsierende Heißgasströmung einen erhöhten konvektiven Wärme- und Stofftransport zu bzw. von den Partikeln. Dadurch werden hohe Aufheizraten bei pulverförmigen und flüssigen Edukten erreicht.
Der Pulsationsreaktor ist ein seit über zehn Jahren industriell erprobtes Herstellungsverfahren für pulverförmige Rohstoffe. Während der 20 Jahre andauernden Entwicklung des Pulsationsreaktors bei der IBU-tec stellte sich immer wieder heraus, dass im Pulsationsreaktor erzeugte Materialien besondere Eigenschaften aufweisen: Hohe spezifische Oberflächen, eine gesteigerte Reaktivität, sehr homogene Produkte und Partikel bis in den Nanometerbereich mit engen Größenverteilungen sind nur einige der Beispiele. Typische Anwendungsfelder sind hierbei Katalysatormaterialien, Hochleistungskeramiken, transparenter UV Schutz, Farbpigmente, Katalysatorträgerkeramiken und Batteriewerkstoffe.