Dimethylether

Vorlage:Infobox Chemikalie

Dimethylether (DME, veraltet: Dimethyläther) ist der einfachste Ether und ein Dialkylether. Er enthält zwei Methylgruppen als organische Reste. Dimethylether ist polar und findet in flüssiger Form als Lösemittel Verwendung sowie als Biokraftstoff.

Eigenschaften

Dimethylether ist ein (bei Normalbedingungen) farbloses, hochentzündliches, narkotisch wirkendes Gas. Die Verbindung siedet bei −24 °C. Die molare Verdampfungsenthalpie beträgt am Siedepunkt 21,51 kJ/mol.<ref>V. Majer, V. Svoboda: Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data Compilation. Blackwell Scientific Publications, Oxford 1985, S. 300.</ref> Unter Druck sind bis zu 34 % in Wasser löslich.

Thermodynamische Eigenschaften

Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 4,11475, B = 894,669 und C = −30,604 im Temperaturbereich von 194,93 bis 248,24 K.<ref name="Kennedy">R. M. Kennedy, M. Sagenkahn, J. G. Aston: The heat capacity and entropy, heats of fusion and vaporization, and the vapor pressure of dimethyl ether. The density of gaseous dimethyl ether. In: J. Am. Chem. Soc. 63, 1941, S. 2267–2272, Vorlage:DOI.</ref> Die kritischen Größen betragen für die kritische Temperatur 126,9 °C, für den kritischen Druck 53,7 bar und für die kritische Dichte 0,271 g·cm⁻³.<ref name="GESTIS" />

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Dimethylether bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische mit einem Flammpunkt von −42 °C.<ref name="GESTIS" /> Der Explosionsbereich liegt zwischen 2,8 Vol.-% als untere Explosionsgrenze (UEG) und 24,4 Vol.-% als obere Explosionsgrenze (OEG).<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes">E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen. Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003.</ref> Der maximale Explosionsdruck beträgt 9,8 bar.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Die Grenzspaltweite wurde mit 0,84 mm (50 °C) bestimmt.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIB.<ref name="Brandes" /> Mit einer Mindestzündenergie von 0,17 mJ sind Dampf-Luft-Gemische extrem zündfähig.<ref name="Chen">Hsu-Fang Chen, Chan-Cheng Chen: A quantitative structure activity relationship model for predicting minimum ignition energy of organic substance in J. Loss Prev. Proc. Ind. 67 (2020) 104227, Vorlage:DOI.</ref> Die Zündtemperatur beträgt 240 °C.<ref name="GESTIS" /><ref name="Brandes" /> Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T3.

Herstellung

Er kann zum Beispiel durch säurenkatalysierte Kondensation aus 2 Molekülen Methanol (unter Abspaltung von Wasser) gewonnen werden:

Dimethylether entsteht als Nebenprodukt der Methanolsynthese und wird üblicherweise direkt aus Synthesegas hergestellt. Als Quelle für das Synthesegas sind insbesondere Kohle, Erd- und Biogas sowie Syngas aus der Biomassevergasung von hohem Interesse.

Bei der Synthese handelt es sich um einen zweistufigen Prozess, bei dem mit Hilfe von entsprechenden Katalysatoren (in der Regel CuO/ZnO/Al₂O₃) bei Temperaturen von 270 °C und einem Druck von 5 bis 10 MPa zuerst Methanol hergestellt wird, das in einem zweiten Schritt in Anwesenheit eines Säurekatalysators (In der Regel Aluminium) innerhalb desselben Prozesses dehydratisiert wird. Abgeschiedener Dimethylether enthält noch geringe Mengen Methanol und Wasser.<ref name="Ullmann DME" />

Verwendung

Hochreiner Dimethylether findet breite Anwendung als Treibgas z. B. in Haarspray und Lackspray.<ref>Vorlage:Literatur</ref> Technischer Dimethylether ist eine Alternative zu Flüssiggas mit ausgezeichneten Brenneigenschaften. Ein azeotropes Gemisch von Dimethylether und Ammoniak ergibt das Kältemittel R723.

Ein großer Anteil des produzierten Dimethylethers wird mit Schwefeltrioxid (SO₃) zu Dimethylsulfat (C₂H₆O₄S) umgesetzt, das als Basis für eine Reihe von chemischen Prozessen und Produkten benötigt wird.

Bis in die 1980er Jahre war dies die Hauptverwendung von Dimethylether, 1998 wurden von den in Mitteleuropa produzierten 50.000 t etwa 15.000 t zu Dimethylsulfat umgesetzt.<ref name="Ullmann DME">Manfred Müller, Ute Hübsch: Dimethyl Ether. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2012, Vorlage:DOI.</ref>

Dimethylether ist zudem ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Alkenen wie Ethen (Ethylen) und Propen (Propylen) aus Methanol oder Erdgas in der so genannten Methanol-to-Olefins-Technologie, die als Alternative zu den derzeit verwendeten Verfahren aus Erdöl (Steamcracking) entwickelt wurde.<ref name="Ren">Tao Ren, Martin K. Patel, Kornelis Blok: Steam cracking and methane to olefins: Energy use, CO₂ emissions and production costs. In: Energy. 33, 2008.</ref>

DME als Kraftstoff

Aufgrund einer Cetanzahl von 55 bis 60 lässt sich Dimethylether im Dieselmotor als Ersatz für Dieselkraftstoff verwenden. Dabei sind leichte Modifikationen am Motor erforderlich, die hauptsächlich die Einspritzpumpe betreffen, sowie der Einbau eines Drucktanks, ähnlich wie bei Autogas. Dimethylether verbrennt im Dieselmotor sehr sauber ohne Rußbildung. Der Heizwert liegt bei 28,4 MJ/kg und damit unter dem von Dieselkraftstoff von ca. 43 MJ/kg.<ref>Vorlage:Literatur</ref> Bei gleicher Leistung ist mit einem Mehrbedarf von fast 34 % zu rechnen.

Gemäß der Biokraftstoffrichtlinie 2003-30-EG gilt Dimethylether als Biokraftstoff, sofern er „aus Biomasse hergestellt wird und für die Verwendung als Biokraftstoff bestimmt ist“ und soll langfristig Flüssiggas ablösen.<ref>Vorlage:EU-Richtlinie</ref> Als Rohstoffbasis zur Herstellung des Synthesegases soll Schwarzlauge aus der Papier- und Zellstoffindustrie dienen.<ref>Peter Fairly: Vorlage:Webarchiv In: Technology Review. 12. Dezember 2008.</ref> Eine erste Fabrik für die Herstellung von biologisch hergestelltem Dimethylether wurde 2012 in Piteå in Schweden errichtet.<ref>Elisabeth Kempemo: Vorlage:Webarchiv. In: ChemrecNews. Mai 2012, abgerufen am 10. September 2012.</ref>

Unglück

Bei der Explosion eines mit Dimethylether gefüllten Kesselwagens auf dem Gelände der BASF in Ludwigshafen am Rhein starben am 28. Juli 1948 insgesamt 207 Menschen und es gab 3818 Verletzte. 3122 Gebäude wurden in Mitleidenschaft gezogen.

Einzelnachweise

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