Zweistufige Dimethylethersynthese

Dimethylether (DME) ist der einfachste Ether mit der Summenformel C₂H₆O.

Eigenschaften und Verwendung

Dimethylether ist ein geruchloses und farbloses Gas. Es ist ungiftig, hochentzündlich und lässt sich unter Druck leicht verflüssigen. Damit ähnelt DME in seinen Eigenschaften Flüssiggas (Liquid Petroleum Gas). DME kann als Dieselersatzstoff eingesetzt werden. DME wird bereits jetzt als Zusatz in Kraftstoffen eingesetzt. Vorteilhaft gegenüber Dieselkraftstoff ist, dass es zu einer verringerten Emissionsbelastung kommt aufgrund des Ausbleibens von Rußbildung und geringerer Bildung von Stickoxiden (NO_x). Neben der Anwendung als Kraftstoff kann DME auch als Ersatz für Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas) zum Heizen und Kochen verwendet werden. Für Mischungen mit einem Anteil von weniger als 20 Prozent DME sind keinerlei Änderungen an den Geräten erforderlich. DME besitzt neben der Nutzung als Kraftstoff auch als Chemierohstoff ein hohes Potenzial und kann aufgrund seiner Eigenschaften mit überschaubarem Aufwand in die bestehenden Nutzungsketten integriert werden. Des Weiteren findet DME Verwendung als Treibgas in Spraydosen. DME kann auch in der chemischen Industrie als Ausgangsstoff zur Synthese von Olefinen verwendet werden, insbesondere für die mengenmäßig wichtigsten Olefine Ethen und Propen. Auch für die Herstellung von Aromaten und Kohlenwasserstoffen kann DME Ausgangsstoff sein. Ein bedeutender Teil des erzeugten DME wird zur Synthese von Dimethylsulfat verwendet, das für die Erzeugung einer Reihe weiterer wichtiger chemischer Produkte verwendet wird. Die Synthese von DME über Methanol. Ausgangsstoff für die Herstellung von Methanol ist Synthesegas, welches zurzeit vorwiegend aus fossilen Quellen stammt.

Herstellung

Ein Vorteil von DME ist die flexible Rohstoffbasis. DME wird derzeit aus Methanol hergestellt, welches wiederum aus Synthesegas hergestellt wird. Synthesegas kann grundsätzlich sowohl aus fossilen Rohstoffquellen wie Erdgas, Erdöl oder Kohle als auch aus regenerativen Quellen wie Biomasse erzeugt werden. Für die Produktion von Methanol wird ein Synthesegas mit einem H₂/CO-Verhältnis von etwa 2 benötigt. Die heterogen katalysierte Reaktion findet bei Temperaturen von 200–300 °C und Drücken von über 50 bar statt. Bei der anschließenden Dehydratisierung wird Methanol unter Wasserabspaltung zu Dimethylether umgesetzt. Die ebenfalls heterogen katalysierte Dehydratisierung findet bei Temperaturen von über 300 °C und Drücken von 10-20 bar statt. DME wird derzeit industriell aus fossil-basiertem Synthesegas in einer zweistufigen Synthese in separaten Reaktoren hergestellt. Dabei erfolgt zunächst die Herstellung von Methanol aus Synthesegas und anschließend in einer zweiten Stufe die Umsetzung des Methanols zu DME.

Schritte der DME-Synthese

Der industrielle Katalysator zur Synthese des Methanols besteht aus Cu-ZnO-Al₂O₃. In der zweiten nachgeschalteten Reaktionsstufe erfolgt eine Wasserabspaltung aus Methanol mit sauren Katalysatoren. Hierzu wird beispielsweise das als Lewis-Säure wirkende g-Al₂O₃ eingesetzt, das auch mit Kupfer, Fluor o. ä. modifiziert sein kann. In vielen Fällen werden auch Zeolithe als saure Katalysatoren eingesetzt. Die Herstellung von DME aus Methanol wird meistens bei Temperaturen von 220-300 °C und Drücken von 10–20 bar durchgeführt.

Neuere vorindustrielle Entwicklungen gehen von einer einstufigen DME-Synthese aus. Die Umsetzung von Synthesegas zu DME erfolgt dabei in einem Reaktor. Es wird eine Effizienzsteigerung durch höhere Umsätze und Kosteneinsparungen durch die Verwendung nur eines Synthesereaktors erwartet. Ein einstufiges Verfahren ist derzeit nicht kommerziell verfügbar. Die zweistufige Dimethylethersynthese wird u. a. von Lurgi oder Haldor Topsøe angeboten.

Englische Übersetzung(en):

dimethyl ether synthesis