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Gewinnung und Aufbereitung

Skripte
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Einführung

Fossile Brennstoffe, wie z.B. Erdöl, Erdgas, Stein- und Braunkohle, bilden bis heute den wichtigsten Energieträger für den Menschen. Sie entstehen aus abgestorbenen Organismen, die nach langwierigen, natürlichen Prozessen zu Fossilen umgewandelt werden. Für den genaueren Prozess schaue im ChemieLV-Skript „Kohlenstoffkreislauf“ nach.
Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 1: Fossile Brennstoffe werden zur Energiegewinnung benötigt.
Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 1: Fossile Brennstoffe werden zur Energiegewinnung benötigt.
Diese Brennstoffe benötigen wir als Energiequelle für Industrien, Kraftwerke, Stromversorgung, Treibstoffe und vieles mehr. Deshalb ist der Mensch kontinuierlich auf der Suche nach Rohöl. Doch wie werden die fossilen Brennstoffe gefunden, die sich tief im Erdinneren befinden?

Erdölsuche

Es gibt unterschiedliche Methoden zur Auffindung von fossilen Rohstoffen. Sei es durch Dichte, Schallgeschwindigkeit, Magnetismus, elektrischen Widerstand oder Radioaktivität. Hauptsächlich wird die Detektion von Rohöl durch Seismik durchgeführt. Dabei werden am Erdboden künstliche Erschütterungen durch Sprengstoffe erzeugt. Die Erschütterungen breiten sich wellenartig unter der Erde aus. Die Erdrinde besteht aus unterschiedlichen Gesteinen, sodass die Wellen einen bestimmten Weg durchlaufen müssen. Die Wellen werden an den Schichtgrenzen reflektiert und von emfpindlichen Sensoren aufgenommen. Es entsteht ein sogenanntes Seismogramm an dem man mit Hilfe von Auswertungsprogrammen das Profil der Erdschicht aufzeichnen kann. Auf dieser Art und Weise können fossile Brennstoffe entdeckt werden.

Erdölförderung

Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 2: Durch Pumpen wird das Erdöl aus dem Erdinneren gefördert.
Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 2: Durch Pumpen wird das Erdöl aus dem Erdinneren gefördert.
Das gewonnene Erdöl kommt zunächst noch in einer unreinen Form vor. Sand, Salz und Wasser müssen zunächst entfernt werden, bevor das Rohöl durch Pipelines weitergeleitet wird. Auch die Zusammensetzung des Erdöls kann je nach Standort variieren. So kann das Erdöl eine hellgelbe bis tiefschwarze Färbung aufweisen. Das Rohöl besteht noch aus einem Gemisch aus mehr als tausend unterschiedlichen Kohlenwasserstoffen. In dieser Form kann das Erdöl noch nicht für unsere Zwecke eingesetzt werden. Hierfür muss das Rohöl zunächst aufgereinigt werden. Über die Methoden zur Aufreinigung von Rohöl erfährst du im Folgenden.

Fraktionierte Destillation

Das Rohöl wird im ersten Schritt in einem Röhrenofen eingeleitet. Hier wird das Öl auf $400 °C$ erhitzt. Der größte Teil des Öls verdampft bei dieser Temperatur bereits schon. Das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch wird daraufhin in einem Destillationsturm weitergeleitet. Der Turm besitzt mehrere Etagen, sogenannte Glockenböden. Die Temperatur nimmt von unten nach oben hin ab. Dementsprechend verteilen sich die unterschiedlichen Bestandteile des Rohöls nach ihren Siedetemperaturen. Gase, wie z.B. Methan und Ethan besitzen eine sehr niedrige Siedetemperatur. Schon bei Zimmertemperatur befinden sie sich im gasförmigen Zustand. Die Gase sammeln sich somit ganz oben in dem Destillationsturm und werden dort abgefangen. Benzine besitzen eine etwas höhere Siedetemperatur und erreichen die Etagen unter den Gasen. Analog gilt es für die weiteren Rohölbestandteile bis hin zu den schweren Ölen, die bei den gegebenen Temperaturen nicht sieden und noch weiterverarbeitet werden.
Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 3: Durch die fraktionierte Destillation wird das Rohöl in seine Bestandteile aufgetrennt.
Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 3: Durch die fraktionierte Destillation wird das Rohöl in seine Bestandteile aufgetrennt.
Für eine bessere Trennung der unterschiedlichen Kohlenwasserstoffen befinden sich an den Böden der Etagen gestülpte Glocken, damit die aufsteigenden Dämpfen auf den Etagenboden umgeleitet werden. Besitzen die Dämpfe eine niedere Siedetemperatur als die vorliegende Flüssigkeit, so steigen diese ein weiteres Stockwerk hinauf. Ist die Siedetemperatur jedoch höher, so kondensieren die Dämpfe zur Flüssigkeit. Steigt der Spiegel der Flüssigkeit, so fließt diese wieder eine Etage weiter runter und wird wieder erneut durch die höher vorherrschende Temperatur erhitzt. Somit ist eine kontinuierliche Destillation zwischen den Etagen gewährleistet.
Mit dieser Methode erhält man schließlich Gemische aus Kohlenstoffen mit sehr ähnlichen Siedetemperaturen. Diese Gemische werden auch als Rohölfraktionen bezeichnet.

Vakuumdestillation

Wie bereits schon oben erwähnt, bleibt bei der fraktionierten Destillation ein Rückstand aus schweren Ölen zurück. Diese werden daraufhin in einen weiteren Destillationsturm weitergeleitet. Das Öl wird hier wiederum erhitzt, allerdings unter verminderten Druckbedingungen. Bei niederen Druckverhältnissen sinkt die Siedetemperatur um auf bis zu $150 °C$. Auf dieser Weise können damit die Rückstände in Fraktionen aufgetrennt werden. Daraus erhält man unterschiedlich schwere Schmieröle. Was aus dieser Destillation noch zurückbleibt, nennt man Bitumen, das z.B. für den Straßenbau verwendet wird.
Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 4: Mit der Vakuumdestillation können auch Kohlenwasserstoffe mit einer sehr hohen Siedetemperatur aufgetrennt werden.
Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 4: Mit der Vakuumdestillation können auch Kohlenwasserstoffe mit einer sehr hohen Siedetemperatur aufgetrennt werden.

Alternativen

Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 5: Alternativen zur Energiegewinnung: Solarzellen (oben) und Windkraftanlagen (unten).
Kohlenwasserstoffe: Gewinnung und Aufbereitung
Abb. 5: Text
Bildnachweise [nach oben]
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