Ethan

Definition

Ethan mit der chemischen Summenformel C₂H₆ ist ein bei Normbedingungen (Temperatur 0°C und Druck 1,01325 bar) farb- und geruchloses sowie brennbares Gas. Es gehört zur Stoffgruppe der Alkane mit der allgemeinen Summenformel C_nH_2n+2 (gesättigte Kohlenwasserstoffe) und kommt in sehr geringer Konzentration in der Atmosphäre als Spurengas vor. Nach Methan ist Ethan Hauptbestandteil von Erdgas. Zudem findet es sich in Sumpfgas wieder. Wegen seiner Molekülstruktur, die aus zwei zusammengesetzten Methylgruppen besteht, wird Ethan zum Teil auch Bimethyl oder Dimethyl genannt. In der Kühl- und Klimatechnik wird Ethan darüber hinaus als R170 bezeichnet. 

Verwendung

Wegen seiner guten Brennbarkeit wird Ethan als Bestandteil von Erdgas auch zum Heizen (Heizwert: 47,486 MJ/kg) verwendet. In der Hauptsache dient der gesättigte Kohlenwasserstoff aber als chemischer Baustein für die Produktion von Ethen (C₂H₄, auch Ethylen genannt), dem weltweit wichtigsten petrochemischen Produktionsausgangsstoff. Die Umwandlung geschieht in einem sogenannten Steamcracker. Das Ethangas oder Gasmischungen, die Ethan enthalten, werden dabei mit Dampf vermischt und auf Temperaturen von 900°C und mehr erhitzt. Langkettige Kohlenwasserstoffe werden unter hohen Temperaturen in kürzere aufgebrochen und gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Ethan in ungesättigte umgewandelt. Wird ausschließlich Ethan in den Steamcracker geleitet, ist die Ausbeute an Ethen besonders hoch. Aus Mischungen mit langkettigen Kohlenwasserstoffen entsteht hingegen auch eine Vielzahl anderer Verbindungen mit einem insgesamt deutlich geringeren Ethenanteil. Aus dem größten Teil des gewonnenen Ethens wird dann der weitverbreitete Kunststoff Polyethylen (PE) hergestellt. Andere Zwischenprodukte, die aus Ethen gewonnen werden, sind Ethylenoxid, Ethylendichlorid und Ethylbenzol.

In der Kühlmitteltechnik kann Ethan auch als Kühlmittel in Kühlschränken und Klimaanlagen eingesetzt werden. In wirtschaftlich unbedeutenden Mengen wird das flüssige Gas in der Wissenschaft dazu eingesetzt, wasserreiche Proben für die Elektronenmikroskopie vorzubereiten. Sehr kaltes Flüssigethan lässt sie bei -150°C so schnell gefrieren, dass das Wasser nicht auskristallisieren kann und so biologische Zellstrukturen erhalten bleiben, die sonst von den Eiskristallen zerstört würden.

Eigenschaften

Mit einer Dichte von 1,355 Gramm pro Liter ist das Gas bei Normbedingungen etwas schwerer als Luft. Gemeinsam mit Luft bildet Ethan zwischen einem Anteil von 3 und 12,5 Vol.-% explosive Gemische (Flammpunkt: -135°C, Zündtemperatur: 515°C). Für reinen Sauerstoff liegen die Grenzen der explosionsfähigen Mischungen zwischen 3 und 66 Vol.-% Ethan. Das Gas gilt als praktisch nicht toxisch, kann aber in sehr hohen Konzentrationen zu Kopfschmerzen, Übelkeit und Erbrechen führen. Ab einer Temperatur von -88,6°C ist Ethan bei Umgebungsdruck flüssig, ab -182,8°C wird es fest. In Wasser löst sich das Gas schlecht, in Alkohol (Ethanol) hingegen gut. 

Gewinnung/Vorkommen

Im industriellen Maßstab wird Ethan aus Erdgas und per Kohleverflüssigung gewonnen und fällt als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Erdöl an. Der Ethananteil im Erdgas schwankt je nach Gasfeld zwischen 0,6 Vol.-% (vornehmlich bei Erdgas russischer Herkunft) bis hin zu 7,7 Vol.-% (Erdgas aus der Nordsee). Der effizienteste Prozess, um reines Ethan aus dem Erdgas zu gewinnen, ist die Verflüssigung des Gases. Dabei wird Erdgas bis kurz vor den Verflüssigungspunkt von Ethan vorgekühlt und dann mithilfe einer Turbine schlagartig expandiert. So entsteht eine Temperatur von ca. -100°C, bei der Ethan und schwerere Kohlenwasserstoffe verflüssigen, Methan jedoch gasförmig bleibt. Über weitere Destillationsschritte können die übrigen Erdgasbestandteile dann sortenrein aufgetrennt werden. Mehr als 90% des im Erdgas enthaltenen Ethans können so wiedergewonnen werden.

Stand: Dezember 2016
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