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Erfolgsfaktor Werkstoffwahl

Die (Prozess-)Kette bricht am schwächsten Glied

| Autor / Redakteur: Dominik Stephan / Matthias Back

(Bild: © James Steidl - Fotolia.com Milton Beychok)

Wer in der Chemieindustrie arbeitet, kennt das Problem: Aggressive Medien und hohe Temperaturen beanspruchen Behälter, Armaturen und Einbauten bis aufs Äußerste. Damit der Apparat nicht zur Sollbruchstelle der Prozesskette wird, ist die Auswahl eines geeigneten Werkstoffs unerlässlich …

Berlin, 1912: Clemens Pasel, ein Angestellter aus dem Krupp’schen Patentbüro, übergibt ein kurzes Schriftstück an das kaiserliche Patentamt. Die Formel, die der Krupp-Mitarbeiter den preußischen Beamten vorlegt, suchten Forscher in ganz Europa fieberhaft: Einen nichtrostenden Stahl. Besonders die aufblühende Chemieindustrie verlangte nach einem Material, das agressiven Medien und extremen Temperaturen standhalten konnte.

Einen unverdächtigen Büroangestellten wie Pasel zu schicken, war nichts als ein cleverer Schachzug des Krupp-Forschungsdirektors Professor Benno Strauß. Der Stahlpapst der Essener hatte mit dem rostfreien Nirosta den ersten austenitische Edelstahl der Welt geschaffen. Der Durchbruch in der Chemie erfolgte ein Jahr später: Als 1913 bei der BASF die Ammoniak-Synthese anlief, kamen erstmals Reaktoren aus austenitischen Chrom-Nickel-Stählen zum Einsatz. Heute kann die chemische Industrie auf Legierung für die unterschiedlichsten Zwecke zurückgreifen. Es kommt ganz auf die Anwendung an – so sind Stähle mit Chromzusatz gut härtbar und verformen sich wenig bei Erwärmung. Legierungen mit Nickel sind korrosionsfester und besser zu schweißen.

„Einer für Alle“ ist keine gute Idee

Allen rostfreien Stählen gemein ist die gute Umformbarkeit: Durch Walzen, Schmieden oder Treiben lassen sich vielfältige Apparate, Kessel und Rohrleitungen aus diesen Legierungen fertigen. Und auch wenn sich Gewinde aus Edelstahl leicht festfressen, überwiegen die Vorteile wie Langlebigkeit und leichte Reinigung. Rostfreie Stähle haben daher ein breites Anwendungsfeld im Apparatebau sowie in der Pharma- und Lebensmittelindustrie. Lediglich Chlorid-Ionen, wie sie z.B. bei Reaktionen mit Salzsäure auftreten, führen schnell zu Loch- und Spannungsrisskorrosion.

Doch nicht nur Stähle, auch andere Metalle und Legierungen stehen bei Apparatebauern hoch im Kurs: Titan ist, trotz eines hohen Preises (das 35-fache von rostfreien Stählen), wegen seiner ausgezeichneten chemischen Beständigkeit und vergleichsweise einfachen Verarbeitung begehrt. Legierungen auf Titanbasis werden daher vor allem dort angewandt, wo Edelstähle nicht in Frage kommen, wie etwa für chloridhaltige Medien. Reines Titan ist die erste Wahl für die Chlor-, Harnstoff oder Essigsäureproduktion, aber auch für Meerwasserentsalzungsanlagen.

Auf die Oberfläche kommt es an

Reaktoren aus keramischen Werkstoffen, die in der Frühzeit der chemischen Industrie Gang und Gebe waren, spielen heute keine Rolle mehr. Auch reine Glasapparate sind außerhalb von Labor und Technikum quasi bedeutungslos. Als Beschichtung kann das Material dennoch punkten: Glasemail sorgt für hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, sowie eine glatte, leicht zu reinigende Oberfläche. Allerdings sind Emailierungen schwierig herzustellen und müssen mit großer Sorgfalt gehandhabt werden.

Auch Kunststoffe können Reaktoroberflächen aufwerten: Polymerbeschichtungen isolieren gegen elektrischen Strom und Temperaturdifferenzen und sind säure- und laugenbeständig. Zudem sind sie leicht zu formen und, verglichen mit Legierungen, relativ preiswert. Allerdings sind Kunststoffe auch temperaturempfindlich, wenig fest und brennbar, weswegen sie für Hochtemperaturanwendungen häufig nicht in Frage kommen. Der Siegeszug der Kunststoffe ist dennoch nicht aufzuhalten: Schon jetzt werden schwer entflammbare Kunststoffrohre für die Chemieindustrie gefertigt. Als nächstes sollen Polymere in der Meerwasserentsalzung das extrem teuren Titan ersetzen helfen.

Wenn Apparate, Rohre oder Armaturen aufgrund von Werkstoffversagen oder Korrosion beschädigt werden, können die Auswirkungen katastrophal sein. Eine Kette ist eben doch nur so stark wie ihr schwächstes Glied – auch ein chemischer Prozess kann nur so gut sein, wie die Produktionsanlage erlaubt. Es scheint daher nicht vermessen zu sagen, dass die Entwicklung moderner Werkstoffe – insbesondere rostfreier Stähle – die großen Massenverfahren der chemischen Industrie des 20. Jahrhunderts erst möglich gemacht haben. Ein weiter Weg, seit der Büroangestellte Clemens Pasel 1912 an die Türen des kaiserlichen Patentamts in der Gitschiner Straße in Berlin klopfte.

* Der Autor ist Redakteur der PROCESS. E-Mail-Kontakt: dominik.stephan@vogel.de

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