cav – Prozesstechnik für die Chemieindustrie 1-2.2023

Mit dem Dichtungswerkstoff werden Ein -
lagerungstests mit dem im Elektrolyseur
verwendeten Medium durchgeführt
Versuchsaufbau für einen H 2 -Permeationstest
von +5 und bei FKM-Werkstoffen einen
Faktor von +3 bis über 16 aufweisen. Daher
gelten getestete Werkstoffe in H 2 -Anwendungen
als klare Empfehlung.
Auch das Einsatzgebiet selbst kann ein
wichtiges Auswahlkriterium für die Elastomerdichtung
sein. So sind bei Dichtungen
für Erdgas mit 10%igem Wasserstoffanteil
für unterschiedliche Druck- und Temperaturbereiche
verschiedene DIN-DVGW-Zertifizierungen
für die Werkstoffe erforderlich
(DVGW = Deutscher Verein des Gas- und
Wasserfaches).
Praxisbeispiel Elektrolyseur
Allerdings ist die Permeabilität nicht immer
das ausschlaggebende Kriterium für die
Auswahl des Elastomerwerkstoffes. Ein Hersteller
von AEM-Elektrolyseuren zur Wasserstofferzeugung
(AEM = Anion Exchange
Membrane) hatte Probleme mit den Elastomerdichtungen.
Der eingesetzte NBR-Werkstoff
fiel bereits nach kurzer Zeit aus. Das
Medium im Elektrolyseur war 5%ige Kalilauge
(KOH), wobei die Temperatur maximal
65 °C betrug. Als Material schlug der
Dichtungshersteller C. Otto Gehrckens
(COG) zunächst einen peroxydisch vernetzten
EPDM-Werkstoff vor. Aber auch dieser
fiel nach ca. 100 Stunden aus. Einlagerungsversuche
in Kalilauge (KOH-Anteil 5 %) bei
65 °C ergaben keine signifikanten Materialveränderungen.
Daher wurde vermutet, dass
die Materialunverträglichkeit mit den verwendeten
Werkstoffen im Elektrolyseur
selbst zusammenhängt. Als Katalysator für
die AEM-Elektrolyse kam Nickel zum Einsatz.
Jedoch greift Nickel die Kohlenstoff-
Doppelbindungen im Dien des EPDM-Werkstoffs
an und zerstört den Kautschuk.
COG schlug daraufhin vor, ein Ethylen-Propylen-Copolymer
(EPM) einzusetzen. Dieser
Kautschuk enthält kein Dien und somit keine
Doppelbindungen im Polymer. Zudem ist
er sehr beständig gegenüber Kalilauge im
angegebenen Temperaturbereich. Der eingesetzte
O-Ring aus EPM wies nach einer Betriebszeit
von über 6000 Stunden keine signifikanten
Veränderungen auf.
Das Beispiel zeigt, dass bei Wasserstoffprojekten
verschiedene, teils komplexe Sachverhalte
eine wichtige Rolle spielen können,
um die Dichtungswerkstoffe zu beurteilen.
Speziell entwickelte Werkstoffe
COG hat umfassende Erfahrungen in diversen
Wasserstoffprojekten gesammelt und für
unterschiedliche Kunden Lösungen für Elastomerdichtungen
entwickelt. Hieraus ist die
Dichtungswerkstoffreihe H 2 -Seal mit zwei
leistungsstarken Werkstoffen entstanden.
Speziell für Wasserstoffanwendungen wurden
ein FKM und ein EPDM-Compound
konzipiert. Beide Werkstoffe sind das Ergebnis
intensiver Entwicklungsarbeit und haben
ihre Eignung für Wasserstoffanwendungen
bei externen Prüfungen der Wasserstoffpermeabilität
durch ein unabhängiges Labor
unter Beweis gestellt. Im Fokus der Testreihe
steht die Vermessung der Wasserstoffpermeabilität
durch ein Druckanstiegsverfahren
in Anlehnung an DIN 53380.
Der von den COG-Experten entwickelte
FKM-Werkstoff Vi 208 mit einer Härte von
80 Shore A überzeugt im Test mit einem
sehr guten Wasserstoffpermeationskoeffizienten
von nur 281 Ncm 3 mm m -2 Tag -1
bar -1 im Mittelwert und weist damit eine
H 2 -Dichtigkeit auf, die deutlich über dem
liegt, was bei FKM-Compounds im Normalfall
erwartet werden kann. Eine hohe chemische
Beständigkeit und ein breiter Einsatztemperaturbereich
von -10 bis +200 °C
runden das Werkstoffprofil ab. Auch der
EPDM-Werkstoff AP 208 hat beim H 2 -Permeationstest
mit – für einen EPDM – sehr
überzeugenden Werten abgeschnitten, der
Wasserstoffpermeationskoeffizient liegt bei
1317 Ncm 3 mm m -2 Tag -1 bar -1 . Mit einem
Druckverformungsrest von