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Mikroreaktionstechnik Explosivstoffe durch Mikroreaktionstechnik sicher kontrollieren

Autor / Redakteur: Dusan Boskovic*, Tobias Türcke*, Stefan Löbbecke*, Jens Schlirf**, Paul Gerhard Ginsberg** und Walte / Marc Platthaus

Bei der Durchführung stark exothermer, giftiger oder anderer potenziell gefährlicher Reaktionen hilft die Mikroreaktionstechnik. Das Fraunhofer Institut für Chemische Technologie ICT hat einen Mikroreaktorprozess entwickelt, mit dem sich die Qualität kommerzieller Sprengstoffe gezielt und sicher überprüfen lässt.

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Abb. 1: Explosionsgefährliche Reaktionssysteme lassen sich mithilfe von Mikroreaktorprozessen sicher auslegen und handhaben.
Abb. 1: Explosionsgefährliche Reaktionssysteme lassen sich mithilfe von Mikroreaktorprozessen sicher auslegen und handhaben.
( Bild: Archiv )

Das Fraunhofer Institut für Chemische Technologie forscht seit 50 Jahren auf dem Gebiet der Treib- und Explosivstoffe. Seit Gründung des Institutes wurde das Angebot an Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen stetig erweitert und umfasst heute neben der Explosivstofftechnik unter anderem die Detektion von Explosivstoffen für die Terrorismusbekämpfung, den Brandschutz und die Entwicklung neuer Syntheseverfahren, wie der Mikroreaktionstechnik. Diese Technik ermöglicht das schnelle und vor allem sichere Arbeiten bei der Durchführung stark exothermer, giftiger oder anderweitig gefahrgeneigter Reaktionen.

Vorteile der Mikroreaktionstechnik für explosionsgefährliche Reaktionen

Durch den Einsatz mikrostrukturierter Reaktoren, Mischer und anderer mikroverfahrenstechnischer Komponenten, die Dimensionen im Sub-Millimeter- bzw. Sub-Milliliter-Bereich aufweisen, ergeben sich viele Vorteile. In Mikroreaktoren lassen sich eine starke Intensivierung von Wärme- und Stofftransport sowie die sehr präzise kontinuierliche Prozessführung realisieren. So können gegenüber konventionellen Syntheseverfahren signifikante Verbesserungen im Hinblick auf Ausbeute, Selektivität und Produktqualität erreicht werden. Darüber hinaus bietet die Mikroreaktionstechnik Zugang zu neuen Syntheseprodukten und Prozessfahrweisen. Weltweite Forschungsaktivitäten haben dies in den letzten Jahren eindrucksvoll demonstriert [1].

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Ein Spezialgebiet der Mikroverfahrenstechnik ist die Entwicklung von Mikroreaktorprozessen für die Auslegung und Handhabung explosionsgefährlicher Reaktionssysteme. Aufgrund des geringen Innenvolumens der eingesetzten Bauteile und der exakten Reaktionsführung lässt sich die Sicherheit, verglichen mit konventionellen Reaktionssystemen, deutlich verbessern.

Nitrierung von Ethylenglykol liefert Sprengstoff-Bestandteil

Ein Bestandteil kommerzieller Sprengstoffe für den Bergbau ist Ethylenglykoldinitrat (EGDN). Von der Firma Eurodyn Sprengmittel wird EGDN großtechnisch im Strahlmischer durch Nitrierung von Ethylenglykol mit einem Überschuss an Mischsäure hergestellt. Bei der Mischsäure handelt es sich um eine Mischung aus Schwefel- und Salpetersäure. Die Reaktion ist stark exotherm und das Produkt zudem hochexplosiv – daher wird unter strengen Sicherheitsvorkehrungen gearbeitet. Da An- und Abfahrvorgänge, wie bei den meisten chemischen Prozessen, das höchste Risiko beinhalten, wird zudem kontinuierlich gearbeitet. Darüber hinaus müssen die Ausgangsstoffe einer intensiven Qualitätskontrolle unterzogen werden. Verunreinigungen können hier nicht nur zu einer schlechteren Produktqualität, sondern auch zu einer Störung des Gesamtprozesses und damit zu einer unmittelbaren Gefährdung von Menschen und Anlagen führen.

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