Dimethylether

C2H6O

Strukturformel
Allgemeines
Name	Dimethylether
Andere Namen	Methoxymethan Holzether Methylether Methyloxid DME
Summenformel	C2H6O
CAS-Nummer	115-10-6
PubChem	8254
Kurzbeschreibung	farbloses Gas mit etherischem Geruch[1]
Eigenschaften
Molare Masse	46,06 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	2,11 g·l−1 (0 °C, 1013 hPa)[1] 0,74 g·cm−3 (−25 °C)[1]
Schmelzpunkt	−141,5 °C[1]
Siedepunkt	−24,82 °C[1]
Dampfdruck	510 kPa (20 °C)[1]
Löslichkeit	wenig in Wasser (70 g·l−1 bei 20 °C)[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2] Gefahr H- und P-Sätze H: 220-280 EUH: keine EUH-Sätze P: 210-​377-​381-​403 [1] EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I [2] Hoch- entzündlich (F+) R- und S-Sätze R: 12 S: (2)-16-33-9
MAK	1910 mg·m−3, 1000 ml·m−3[1]
GWP	1 (bezogen auf 100 Jahre)[3]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Dimethylether ist der einfachste Ether; er hat 2 Methylgruppen als organische Reste. Dimethylether ist polar und findet in flüssiger Form als Lösemittel Verwendung.

Eigenschaften

Dimethylether ist ein (bei Normalbedingungen) farbloses, leicht narkotisierend wirkendes, ungiftiges, hochentzündliches Gas. Die Verbindung siedet bei −24 °C. Die Verdampfungswärme beträgt am Siedepunkt 21,51 kJ/mol.^[4] 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.^[5]

Herstellung

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

$\mathrm{2 \; CH_3OH \rightarrow CH_3 \! - \! O \! - \! CH_3 + H_2O}$

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 dehydrogenisiert wird. Abgeschiedener Dimethylether enthält noch geringe Mengen Methanol und Wasser.^[6]

Verwendung

Hochreiner Dimethylether findet breite Anwendung als Treibgas z. B. in Haarspray und Lackspray. 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.^[6]

Dimethylether ist zudem ein Zwischenprodukt zu Herstellung von Alkenen wie Ethen (Ethylen) und Propen (Propylen) aus Methanol aus Erdgas in der so genannten Methanol-to-Olefins-Technologie, die als Alternative zu den derzeit verwendeten Verfahren aus Erdöl („steam cracking“) entwickelt wurde.^[7]

DME als Kraftstoff

Aufgrund einer Cetanzahl von 55 bis 60 lässt sich Dimethylether im Dieselmotor als Ersatz für Dieselkraftstoff verwenden. Dabei sind nur 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.

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.^[8] Im Rahmen des FP7-Projektes BioDME unter der Leitung der Volvo Group soll DME als Kraftstoff vor allem für den Transportsektor optimiert werden,^[9] als Rohstoffbasis zur Herstellung des Synthesegases soll Schwarzlauge aus der Papier- und Zellstoffindustrie dienen.^[10]

Unglück

Bei der Explosion eines mit Dimethylether gefüllten Kesselwagens auf dem Gelände der BASF in Ludwigshafen am Rhein starben am 28. Juli 1948 207 Menschen, es gab 3.818 Verletzte, und 3.122 Gebäude wurden in Mitleidenschaft gezogen.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e f g h i} Eintrag zu CAS-Nr. 115-10-6 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2008 (JavaScript erforderlich).
2. ↑ ^{a b} Eintrag zu CAS-Nr. 115-10-6 im European chemical Substances Information System ESIS (ergänzender Eintrag)
3. ↑ P. Forster, P., V. Ramaswamy et al.: Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge und New York 2007, S. 213, (PDF).
4. ↑ Majer, V.; Svoboda, V.: Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data Compilation, Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1985, S. 300.
5. ↑ Kennedy, R.M.; Sagenkahn, M.; Aston, J.G.: 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.
6. ↑ ^{a b} Manfred Müller, Ute Hübsch: Dimethyl Ether. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim 2006, doi:10.1002/14356007.a02 143.pub2.
7. ↑ Tao Ren, Martin K. Patel, Kornelis Blok: Steam cracking and methane to olefins: Energy use, CO₂ emissions and production costs. Energy 33, 2008.
8. ↑ Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Biokraftstoff-Richtlinie
9. ↑ Homepage des FP7-Projektes BioDME.
10. ↑ Peter Fairly: Taking Pulp to the Pump. Technology Review, 12. Dezember 2008.