Erdöl
Inhaltsverzeichnis
Erdölvorkommen
Kostbares Erdöl - Script zur WDR-Sendereihe "Quarks & Co" (PDF-Datei), Inhalt:
- Der Weg ins Erdölzeitalter
- Wie entsteht Erdöl?
- Die Mittelplate – Ölförderung in Deutschland
- Erdöl im Test – Effizienz von Erdöl
- Die schwarze Flut – Verlauf einer Ölpest
- Wie sucht man nach Erdöl?
- Erdöl ist überall
Video "Wie entsteht Erdöl" - Länge: 2:10 min.
Erdölverarbeitung
Die Mineralölverarbeitung in der Raffinerie ist ein mehrstufiger, rund um die Uhr laufender Prozess. Bevor die breite Palette von Mineralölprodukten entsteht, müssen verschiedene Produktionsschritte durchlaufen werden.
- Begleitmaterialien zum WBF-Video "Vom Rohöl zum Heizöl und Rohbenzin, Destillieren: Sieden - Trennen"
- Fragenkatalog zum WBF-Film: Word.doc, PDF-Datei
Schema zur Funktionsweise einer Raffinerie als Animation:
Cracken
- Problem: Die Zusammensetzung von Rohölen kann je nach Herkunftsland stark variieren. Allen ist jedoch eines gemeinsam: Gemessen am tatsächlichen Bedarf liefern sie bei der fraktionierten Destillation zu wenig kurzkettige Kohlenwasserstoffe, also Benzine und Mitteldestillate. Für die in großen Mengen anfallenden schwereren Fraktionen besteht am Markt nur eine geringe Nachfrage (siehe Bild „Zusammensetzung von Erdöl“).
- Lösungsansatz: Die langen Kohlenwasserstoffketten werden in einem chemischen Prozess in kürzere Kettenglieder aufgespalten (Cracken).
- Begleitmaterialien zum WBF-Video "Vom Heizöl zum Superbenzin, Reinigen und Umwandeln durch Cracken und Veredeln"
- Versuchsanleitungen der Fa. Conatex zum Thema Erdöl als PDF-Datei zum Download
Thermisches Cracken
Thermisches Cracken ist das älteste und einfachste Konversionsverfahren. Bei Temperaturen ab etwa 360 °C geraten die langkettigen Moleküle der Destillationsrückstände in so starke Schwingungen, dass die Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen brechen. Langkettige Alkane werden dabei in kurzkettige Alkane, Alkene und etwas Wasserstoff gespalten.
Der Mechanismus der pyrolytischen Spaltung von höheren Alkanen verläuft als radikalische Eliminierung, d. h. es entstehen durch homolytische Spaltung eines bindenden Elektronenpaares Radikale als primäre Spaltstücke:
R-CH2-CH2-CH2-CH2-R´
R-CH2-CH2• + •CH2-CH2-R´
Durch Rekombination kurzkettiger Spaltstücke werden kurzkettige und damit niedrig-siedende Alkane gebildet, z. B. R = R´ = H:
H3C-CH2• + •CH2-CH3 H3C-CH2-CH2-CH3
Die Spaltung an zwei benachbarten Kohlenstoffatomen führt zur Ausbildung einer Doppelbindung und damit zu einem Alken:
R-CH2-CH2• R• + •CH2-•CH2 R• + CH2=CH2
Andere Crack-Verfahren
Im Dampf-Crack-Prozeß werden die Kohlenwasserstoffe mit Wasserdampf verdünnt, für den Bruchteil einer Sekunde auf 700-900°C erhitzt und dann rasch abgekühlt. Diese Variante des Crack-Prozesses gewinnt für die Herstellung industriell wichtiger Ausgangsstoffe wie Ethylen, Propen, Butadien, Isopren und Cyclopentadien ständig an Bedeutung. Kleinere Kohlenwasserstoffe sind noch durch den Hydro-Crack-Prozeß zugänglich, der in Gegenwart von Wasserstoff bei hohem Druck und wesentlich tieferen Temperaturen (250-450°C) durchgeführt wird.
Die Alkene mit niederer Molekülmasse, die man dabei erhält, werden aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt und gereinigt. Sie bilden die wichtigsten Rohstoffe für die im großen Maßstab verwirklichten Synthesen aliphatischer Verbindungen.
In der Hauptsache dient der Crack-Prozeß jedoch nicht der Gewinnung chemischer Rohstoffe, sondern von Treibstoffen, so über den katalytischen Crack-Prozeß. Hochsiedende Erdölfraktionen (vor allem das Gasöl) werden bei 450-550°C unter leichtem Druck mit einem fein verteilten Katalysatorgemisch aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid in Kontakt gebracht. Beim katalytischen Crack-Prozeß nimmt nicht nur die Ausbeute an Benzin durch die Spaltung größerer Moleküle, sondern auch die Qualität des Treibstoffs zu. Die dabei stattfindenden Reaktionen führen zu Alkanen und Alkenen mit hochverzweigten Strukturen, wie sie bei Treibstoffen erwünscht sind.
Sicherheitshinweise
Bei der Verwendung von Erdöl beim Experimentieren gilt:
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Auf Chemikalien-Gefäßen finden sich codierte Hinweise auf Gefährdungen und entsprechende Vorsorgemaßnahmen beim Umgang mit dieser Chemikalie. Diese sogenannten H- & P-Sätze hängen gemeinsam mit den Arbeitsregeln für Schülerexperimente als Betriebsanweisung im Chemieraum aus und müssen in jedem Fall beachtet werden! |
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Erdöl ist ein krebserzeugender Stoff. Gemäß RiSU dürfen Lehrkräfte Erdöl verwenden, wenn die folgende Anwendungsbeschränkung sichergestellt ist: Erdöldestillation, Untersuchung von Kohlenwasserstoffen (Flammprobe, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, GC). |
- Pyrolyse flüssiger Verbindungen am Beispiel des Crackens von Erdöl, in: Ultraschall und Mikrowellenstrahlung, Versuch 45, Seite 211
| Im Chemiebuch ... | ||
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