Einzelne wichtige Alkane

Methan

Methan ist ein farbloses, geruchloses Gas, das mit Sauerstoff oder Luft stark explosive Gemische bildet. CH4 / Luft-Gemische mit 6 bis 12 % CH4 sowie CH4 / O2 -Gemische mit 6 bis 55 % CH4 sind explosiv. Die Verbrennung erfolgt nach der Reaktion:

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2H2O.

Das Erdgas besteht zum überwiegenden Teil, bis 98%, aus Methan.

Beim Inkohlungsprozess der Steinkohle, d. h. beim Übergang von Pflanzen der Urzeit zur Steinkohle, bildet sich Methan, das beim Abbau der Kohlenflöze frei wird und sich in den Stollen ansammelt. Das Grubengas enthält daher Methan. Da bereits 6 % CH4 in Luft explosiv sind, gaben die Gasgemische früher zu heftigen Grubenexplosionen, den schlagenden Wettern, Anlass, die häufig durch die Lampen der Bergleute ausgelöst wurden. Bei den heute gebräuchlichen Sicherheitslampen ereignen sich solche Unfälle nicht mehr.

Im Sumpfgas ist vorwiegend CH4 neben N2 und CO2 enthalten. Es entsteht durch die Fäulnis pflanzlicher und tierischer Reste, begünstigt durch Fäulnisbakterien und bei Luftabschluss (anaerobe Bedingungen), im Schlamm von Sümpfen und Seen und heißt deswegen auch Faulgas. Dieser Prozess wird heute ausgenutzt, um aus den organischen Feststoffen der Abwässer unter besonders begünstigten Bedingungen (Belebtschlamm-Prozess) Methan zu gewinnen, das in vielen Städten schon als Heizgas verbraucht wird.

Bei vielen modernen technischen Prozessen fällt CH4 als Nebenprodukt in wechselnden Mengen an. Es findet vielfältige Verwendung sowohl zur Energieerzeugung als auch als Rohstoff für chemische Synthesen.

Herkunft

Methan CH4

Verwendung

Erdgas

 

Heizgas

(1 Nm3 liefert 9000 kcal)

aus Leuchtgas

 

Treibgas für Motoren

Sumpfgas

+ O2

Synthesegas (CO + H2)

(für Benzin, Methanol, NH3)

Nebenprodukt

(Bergius/Fischer-Tropsch)

Lichtbogen

Acetylen C2H2

aus Erölgas

+ Cl2

chlorierte Methane

(Methylenchlorid, Chloroform, usw.)

 

+ NH3

Cyanwasserstoff HCN

(Blaussäure)

 

Darstellung von reinem CH4 im Laboratorium:

Ausgegangen wird von Aluminiumcarbid, das mit Wasser zersetzt wird:

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

 

Ethan

Die Bedeutung des Ethans ist nicht so groß wie die des Methans. Die zur Verfügung stehende Ethanmenge ist auch wesentlich geringer.

Die wichtigsten Ethanquellen sind Erdölgas und zum Teil Erdgas sowie Leuchtgas, aus denen das reine Ethan nach verschiedenen Methoden abgetrennt wird. Ethan wird bei einigen technischen Prozessen eingesetzt, um daraus wertvolle Chemikalien zu gewinnen, z. B. Ethylen C2H4.

 

Propan und Butane (n-Butan und i-Butan)

Die bedeutensten Quellen für diese Gase sind das Erdölgas oder die Abgase von Verfahren der Veredelung von Erdölprodukten. Diese Gase werden aufgearbeitet und in ihre Bestandteile zerlegt, so dass neben CH4 und C2H6 auch reines C3H8, n-C4H10 und i-C4H10 anfällt.

Propan wird als Heizgas im Haushalt an Stelle von Leuchtgas verwendet. Gemische aus Propan und Butan sind beliebte Treibstoffe (Treibgas) für Vergasermotoren. Das Gemisch findet unter der Bezeichnung Flüssiggas noch andere Verwendungen. Wichtiger sind aber die reinen Gase als Ausgangsstoffe für die Synthese anderer Verbindungen.

Es werden gewonnen aus

Propan: Ethylen C2H4 und Propylen C3H6 und Nitroalkane,

n-Butan: Butene, Butadien-(1-3) und Isobutan,

i-Butan: Treibstoffe hoher Qualität.

 

Höhere Alkane

Das Erdöl ist ein Gemisch von Alkanen mit C-Zahlen von C1 bis größer als C50. Die Produkte der Erdölverarbeitung, Benzin, Petroleum, Dieselkraftstoff, Heizöl, Bitumen und Paraffin, sind daher ebenfalls Gemische von Alkanen, die je nach Siedebereichen bestimmte Molekülgrößen enthalten.

Beim Bergius - Verfahren entstehen niedrig- und mittelsiedende Gemische von Alkanen, vor allem Benzine. Auch die Fischer - Tropsch - Synthese liefert Gemische von Alkanen, die je nach Reaktionsbedingungen verschiedene Siedebereichen angehören. Ferner bieten Braunkohlen - Schwelprodukte Alkan - Gemische sehr unterschiedlicher Molekülgröße.

Als Paraffin bezeichnet man die feste, weiche bis harte Masse, die aus überwiegend geradkettigen, gesättigten C20- bis C60 - Kohlenwasserstoffen (n-Paraffinen) besteht (Molekulargewichte 300 bis 850).

Einzelne Paraffin-Sorten unterscheidet man nach ihrem Erstarrungsintervall: Weichparaffin (40 bis 45 °C), Mittelparaffin, Tafelparaffin (45 bis 55 °C) und Hartparaffin (über 55°C).

Gereinigtes Paraffin (gebleicht und entölt) dient als Grundmasse zur Herstellung von Kerzen, Bohnerwachs, Schuhcremes und wird in der Papier- und Pappenindustrie verarbeitet.

Öliges Paraffin (Paraffingatsch) mit ebenfalls vorwiegend geradkettigen C12- bis C20 - Verbindungen ist ein gesuchter Rohstoff für Grundchemikalien, aus denen synthetische Waschrohstoffe hergestellt werden:

Paraffingatsch

─   Cracken   →

Olefine (mit endständiger Doppelbindung)

─   Oxydation   →

Fettsäuren → Fettalkohole

─   Sulfochlorieren   →

Mersol

 

Paraffin und Paraffingatsch werden gewonnen:

1. bei der Erdöldestillation und aus Erdölprodukten,

2. aus Braunkohlen - Schwelprodukten,

3. bei der Fischer - Tropsch - Synthese und

4. beim Bergius - Verfahren.