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Rohöl und Erdgas
1. Rohöl Zusammensetzung, Eigenschaften, Verwendung
– Zusammensetzung
Die Zusammensetzung kann je nach Lagerstätte stark variieren. Es ist ein komplexes Gemisch von etwa 500 verschiedenen Kohlenwasserstoffen (ungesättigte Kette oder ringförmig), hauptsächlich Aliphaten (in der organischen Chemie werden Kohlenwasserstoffe in zwei Klassen eingeteilt: aromatische Verbindungen und aliphatische Verbindungen, auch bekannt als nicht-aromatische Verbindungen), Naphthene (in der organischen Chemie sind die Cycloalkane die monozyklischen gesättigten Kohlenwasserstoffe) und Aromaten (in der organischen Chemie wird der Begriff Aromatizität verwendet, um ein zyklisches, planares Molekül mit einem Ring von Resonanzbindungen zu beschreiben, das mehr Stabilität aufweist als andere geometrische oder verbindende Anordnungen mit dem gleichen Satz von Atomen) mit unterschiedlichen Anteilen an ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Es besteht aus Kohlenstoff (Kohlenstoff ist ein chemisches Element mit dem Symbol C und der Ordnungszahl 6) (80% – 90%), Wasserstoff (10% – 15%), Schwefel (0% -7%), Säure (0% – 5%) und Stickstoff (0% – 2%). Erdöl enthält auch organische Säuren , Phenole (in der organischen Chemie sind Phenole, manchmal auch Phenole genannt, eine Klasse von chemischen Verbindungen, die aus einer direkt an eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe gebundenen Hydroxylgruppe be
stehen), schwefel- und stickstoffhaltige organische Verbindungen und asphaltartige Substanzen. Spuren von Nickel (Nickel ist ein chemisches Element mit Symbol Ni und Ordnungszahl 28) und Kupfer (Kupfer ist ein chemisches Element mit Symbol Cu und Ordnungszahl 29) können ebenfalls vorhanden sein. Rohöl gehört zu den Mehrstoffgemischen, da es aus verschiedenen leicht mischbaren (Mischbarkeit ist die Eigenschaft von Stoffen, sich in allen Anteilen zu vermischen und eine homogene Lösung zu bilden) Verbindungen besteht.
– Eigenschaften
– Farbe : schwarzgrün, grünlich fluoreszierend
– Aggregatzustand: dünn bis viskos (Die Viskosität einer Flüssigkeit ist ein Maß für ihre Beständigkeit gegen allmähliche Verformung durch Scherbeanspruchung oder Zugspannung)
– brennbar
– nicht wasserlöslich
– Dichte: zwischen 0.65 g/cm³ und 1.02 g/cm³
less than water à floats on water
– Verwendung
95% der weltweiten Kraftstoffe werden aus Rohöl, Dieselöl für Autos und Schiffe, Heizöl für Fabriken und Haushalte, Schmier- und Maschinenölen, Lösungsmitteln, Kunststoffen, Farbstoffen, Waschmitteln, Pharmazeutika und vielen anderen chemischen Verbindungen gewonnen.Neben der Verbrennung als Heizöl wird Rohöl als Rohstoff für die Herstellung von Kraftstoffen, Schmierstoffen, Paraffinen und Bitumen verwendet. Darüber hinaus ist Erdöl ein Rohstoff für die petrochemische Industrie (Petrochemikalien, auch Erdöldestillate genannt, sind aus Erdöl gewonnene chemische Produkte), die mit geeigneten Verfahren Ausgangsstoffe für die Herstellung von Waschmitteln, Kunststoffen, Kunstfasern etc. aus Erdöl herstellen.
2. Destillation von Rohöl
– Atmosphärische Destillation (fraktionierte Destillation (Destillation ist ein Verfahren zur Abtrennung der Komponente oder Substanzen aus einem flüssigen Gemisch durch selektive Verdampfung und Kondensation) )
Das Rohöl wird in einer Erdölraffinerie bei normalem Luftdruck destilliert. Das Öl wird durch einen Rohrofen geleitet und auf ca. 350°C erhitzt. Ein großer Teil davon verdampft, so dass ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf seitlich in den Destillationsturm gelangt. Die Kohlenwasserstoffe, die bei diesen Temperaturen noch flüssig sind, fließen nach unten und sammeln sich am Boden der Säule.
Die dampfförmigen Kohlenwasserstoffe steigen nach oben und durchströmen die Zwischenschalen (die sogenannten Bubble Trays). Dieselben runden Wannen mit Löchern, die jeweils mit einer Glocke bedeckt sind. Ein Teil des Dampfes kondensiert auf dieser Etage. Durch die glockenförmigen Deckel müssen die restlichen Dämpfe durch die bereits kondensierte Flüssigkeit im nächsthöheren Boden sprudeln. Der Dampf gibt die höher siedenden Verbindungen an die Flüssigkeit ab und nimmt die niedriger siedenden Substanzen mit sich. Der größte Teil des Dampfes kondensiert, das Kondensat fließt über den Rand in die tiefer liegenden Böden zurück. Dieser Vorgang wiederholt sich dann immer wieder. Die Qualität der Trennung hängt von der Anzahl der Blasenschalen in der Säule ab. Da die Siedetemperaturen der Kohlenwasserstoffe sehr eng beieinander liegen, erhält man auf jeder Blasenschale ein Gemisch aus mehreren Kohlenwasserstoffen mit ähnlicher Molekülmasse. Diese werden seitlich entnommen und bilden die Fraktionen.
– Vakuumdestillation
Der Rückstand die sich am Boden des Destillationsturms ansammeln, würden sich bei normalem Druck und Temperaturen über 400 Grad zersetzen. Deshalb wird der Rückstand in einen anderen Destillationsturm überführt, wo der Druck reduziert wird. Dadurch wird auch die Siedetemperatur des Rückstandes reduziert und kann in weitere Fraktionen getrennt werden. Schmieröl, feste Kohlenwasserstoffe und Bitumen (Asphalt, auch bekannt als Bitumen ist eine klebrige, schwarze und hochviskose Flüssigkeit oder halbfeste Form von Erdöl) werden durch Vakuumdestillation gewonnen (Vakuumdestillation ist ein Destillationsverfahren, bei dem der Druck über dem zu destillierenden Flüssigkeitsgemisch auf weniger als seinen Dampfdruck reduziert wird, was die Verdampfung der flüchtigsten Flüssigkeit verursacht).
3. Veredelungsprozesse
Veredelungsprozesse werden als alle notwendigen Prozesse zur Umsetzung in Produkte bezeichnet, die derzeit in der Industrie eingesetzt werden. Die wichtigsten sind Cracken, Reformieren, Verfeinern.
– Reformieren
Minderwertige Benzinsorten werden durch Reformieren der Ringprozesse so veredelt, dass sie klopffester werden. Das durch Destillation und Cracken erzeugte Benzin reicht für moderne Hochleistungsfahrzeuge in der Regel nicht aus, um unverzweigte kettenförmige Kohlenwasserstoffe in verzweigte oder ringförmige kettenförmige Kohlenwasserstoffe umzuwandeln.
– Raffination
Häufig enthalten die durch die verschiedenen Raffinationsverfahren gewonnenen Produkte noch Schwefelverbindungen. Diese müssen entfernt werden, bevor sie den Verbraucher erreichen. Dies gilt insbesondere für Benzin, Heizöl und Dieselöl. Andernfalls würde ihre Verbrennung große Mengen Schwefeldioxid produzieren und unsere Umwelt noch mehr belasten. Raffinationsprozesse entfernen unerwünschte Bestandteile aus den Kohlenwasserstoffen. Die schwefelhaltigen Ölprodukte werden zunächst mit Wasserstoff vermischt und erhitzt. Dieses Gemisch wird dann in einen Reaktor geleitet, der einen Katalysator enthält. Bei Temperaturen zwischen 300°C und 350°C reagiert der Schwefel (Schwefel oder Schwefel ist ein chemisches Element mit dem Symbol S und der Ordnungszahl 16) aus den Kohlenwasserstoffen mit dem Wasserstoff zu Schwefelwasserstoff. Das entschwefelte Produkt, der entstehende Schwefelwasserstoff (Schwefelwasserstoff ist die chemische Verbindung mit der Formel) und der verbleibende Wasserstoff durchlaufen dann einen Trennturm. Der Wasserstoff kann dann zur Raffination wiederverwendet werden und das entschwefelte Produkt wird wiederverwendet.
4. Cracken von Erdöl
Bei Cracken werden Kohlenwasserstoffe mit langkettigen Molekülen in gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit kurzkettigen Molekülen zerlegt. Dieses Verfahren ist erforderlich, da der Anteil von Benzin, Dieselkraftstoff und Heizöl im Rohöl sehr gering ist. Dieser Prozess ist sehr energieintensiv.
– Thermisches Cracken
Dies ist die älteste und einfachste Methode zur Gewinnung von Benzin aus Erdölrückständen. Es erhitzt Gasöl in einem Reaktor auf ca. 600°C. Dadurch brechen die langkettigen Moleküle der Kohlenwasserstoffe und kurzkettigen Alkane (in der organischen Chemie ist ein Alkan oder Paraffin ein azyklischer gesättigter Kohlenwasserstoff). Alken (In der organischen Chemie ist ein Alken ein ungesättigter Kohlenwasserstoff, der mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthält) kann auch mit einer Doppelbindung auftreten. Diese Methode wird heute jedoch nicht mehr angewendet.
– Katalytisches Cracken
Dies ist die am häufigsten verwendete Methode. Die Ausgangsmaterialien werden bei hohen Temperaturen und mit Hilfe eines Katalysators gecrackt. Die Fraktion wird im Erhitzer (1) vorgewärmt und anschließend mit dem Katalysator bei ca. 600°C vermischt (2). Die Fraktion verdampft fast vollständig. Im Reaktor (3) wird der Katalysator durch die Öldämpfe gewirbelt, wodurch in wenigen Sekunden Kohlenwasserstoffe mit kurzkettigen Molekülen entstehen. Der Abscheider (4) hält den Katalysator zurück (Ein Katalysator ist eine Abgasreinigungsanlage, die giftige Gase und Schadstoffe im Abgas in weniger giftige Schadstoffe umwandelt, indem sie eine Redoxreaktion katalysiert), während die gecrackten Produkte ständig entweichen können. Sie werden in einem Fraktionierturm (5) destilliert.
Beim Cracken im Reaktor hat sich Kohlenstoff auf der Oberfläche des KAT (6) abgesetzt. Es wird im Regenerator (7) mit Hilfe von Heißluft abgebrannt. Dadurch wird die Wirksamkeit der Katze wiederhergestellt (8).
– hydrocracking
Dies ist der wichtigste Prozess für die Gewinnung von Benzin. Bei 500°C wird Wasserstoff (Wasserstoff ist ein chemisches Element mit dem chemischen Symbol H und der Ordnungszahl 1) zur Kohlenstoff-Doppelbindung (Eine Doppelbindung in der Chemie ist eine chemische Bindung zwischen zwei chemischen Elementen mit vier Bindungselektronen anstelle der üblichen zwei) der beim Cracken unter Druck entstehenden Alkene (Cracking Under Pressure ist ein Studioalbum der Iron City Houserockers) und mit Hilfe einer KAT (Hydrierung) hinzugefügt. Hydrocracken ist also eine Kombination aus thermischem Cracken (In der Erdölgeologie und Chemie ist Cracken der Prozess , bei dem komplexe organische Moleküle wie Kerogene oder langkettige Kohlenwasserstoffe in einfachere Moleküle wie leichte Kohlenwasserstoffe zerlegt werden, durch Aufbrechen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in den Vorstufen), katalytisches Cracken und katalytische Hydrierung (Hydrierung – zur Behandlung mit Wasserstoff – ist eine chemische Reaktion zwischen molekularem Wasserstoff und einer anderen Verbindung oder einem anderen Element, meist in Gegenwart eines Katalysators wie Nickel, Palladium oder Platin). Die daraus resultierenden Produkte sind die am meisten nachgefragten Benzinsorten.
5. Erdölprodukte und ihre Verwendung
Ab 100 kg Erdöl können Sie
– Benzin für eine Autofahrt über 1100 km
– 300 Tragetaschen
– 7000 Joghurtbecher
– Herstellung von Elektroinstallationsteile für 6 Wohnungen
– 50 m² Teppichboden
Darüber hinaus werden Heizöl, Dieselöl und Benzin aus Rohöl hergestellt, das einen hohen Energiegehalt aufweist.
6. Erdöl und Erdgas als Energieträger
– Erdöl
Erdöl hat einen hohen Heizwert, durch die Aufbereitung dieser Sekundärenergieträger werden etwa 40% der in Deutschland benötigten Energie bereitgestellt.Im Haushalt wird die Wärme dann direkt als Heizöl (Heizöl, oder Ölwärme, ist ein niederviskoses, flüssiges Erdölprodukt, das als Heizöl für Öfen oder Heizkessel in Gebäuden verwendet wird) in Ölheizsystemen genutzt, wo etwa 90% der chemischen Energie des Brennstoffs in Wärme umgewandelt wird. Die aus Erdöl hergestellten Kraftstoffe (Erdöl ist eine natürlich vorkommende, gelb-schwarze Flüssigkeit, die in geologischen Formationen unter der Erdoberfläche vorkommt und üblicherweise zu verschiedenen Arten von Kraftstoffen raffiniert wird) werden als Benzin oder Dieselöl (Dieselkraftstoff im Allgemeinen ist jeder flüssige Kraftstoff, der in Dieselmotoren verwendet wird, deren Kraftstoffzündung ohne Funkenbildung durch Verdichtung des Ansaugluftgemisches und anschließende Einspritzung von Kraftstoff erfolgt) für den Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet. Flugzeuge verwenden Kerosin (Kerosin, auch bekannt als Paraffin, Lampenöl und Kohleöl, ist eine brennbare Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit, die aus Erdöl gewonnen wird und sowohl in der Industrie als auch im Haushalt weit verbreitet ist). In diesen Triebwerken oder Flugzeugantriebsanlagen wird die bei der Verbrennung der Kraftstoffe freigesetzte Wärme in eine Bewegungsänderung umgewandelt. Aber Wärme kann nie vollständig in eine andere Form von Energie umgewandelt werden. Es gibt verschiedene Flammentemperaturen, die bei Benzin-Luft-Gemischen (B-L-G) mit Zündfunken, bei Diesel-Luft-Gemischen mit Verdichtung verwendet werden. Optimale Kraftstoff-Luft-Gemische haben einen engen Explosionsbereich. Deshalb gibt es Klopfmittel (Bleiverbindungen), damit sich die BLGs nicht vor der eigentlichen Zündung entzünden. Dies führt auch wieder zu Umweltbelastungen. Heute werden Reformierungsprodukte als Antiklopfmittel eingesetzt. KWST mit verzweigten Molekülketten oder Aromaten.
Umweltprobleme!
– Erdgas
Dies ist ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und anderen Fremdgasen. Der Hauptbestandteil ist Methan (Methan ist eine chemische Verbindung mit der chemischen Formel ) . Erdgas kommt in der Regel zusammen mit Kohle oder Öl vor. In Kohlebergen vermischt sich das Erdgas mit Luft und bildet ein explosives Gemisch, das zu gefährlichen Grubengasexplosionen führen kann.
Erdgas (Erdgas ist ein natürlich vorkommendes Kohlenwasserstoff-Gasgemisch, das hauptsächlich aus Methan besteht, aber üblicherweise unterschiedliche Mengen anderer höherer Alkane und manchmal einen geringen Anteil an Kohlendioxid , Stickstoff und Schwefelwasserstoff enthält, oder Helium ) hat auch einen hohen Heizwert (Der Heizwert ist die Gesamtenergie, die als Wärme freigesetzt wird, wenn eine Substanz unter Standardbedingungen vollständig mit Sauerstoff verbrannt wird) und ist ein Rohstoff für eine Vielzahl von chemischen Produkten (Treibmittel, Kältemittel, Kunststoffe)
7. Energieversorgung und Umweltprobleme
– Umweltprobleme
Bei der Verbrennung von Kohlenstoffträgern (Öl und Gas) entsteht nicht nur Wasser , sondern vor allem Kohlendioxid , das in die Atmosphäre abgegeben wird. Dadurch wird die Luft mit Kohlendioxid angereichert (Kohlendioxid ist ein farbloses und geruchloses Gas, das für das Leben auf der Erde lebensnotwendig ist), von dem befürchtet wird, dass es negative Auswirkungen auf das Erdklima hat. Zusätzlich entsteht bei der Verbrennung von Rohstoffen Stickstoff (Stickstoff ist ein chemisches Element mit dem Symbol N und der Ordnungszahl 7), Oxide und Schwefeldioxid (Schwefeldioxid ist die chemische Verbindung mit der Formel). Letzteres ist leicht wasserlöslich, gelangt mit dem Regenwasser in den Boden und in die Gewässer und führt zu einer Übersaat mit nachhaltigen Folgen. Die Verbrennung fossiler Kohlenstoffträger hat daher erhebliche Nachteile für Klima , Natur, Landwirtschaft und Gesundheit. Der Einsatz alternativer Energiequellen ist daher eine mögliche Lösung. Auch die Reduzierung des Energiebedarfs, insbesondere bei der Heizenergie, kann negative Folgen mindern, außerdem ist das Abwasser der Raffinerien stark belastet. Tankerunfälle sind eine weitere Ursache für Wasserverschmutzung.
– Energieversorgung
Die Industrieländer verbrauchen weltweit die meiste Energie. Der Energieverbrauch in Amerika, Europa, der ehemaligen UdSSR und Japan machte 1990 etwa drei Viertel des gesamten Weltverbrauchs aus. Der Energieverbrauch pro Person ist sehr unterschiedlich und liegt z.B. zwischen dem Vierfachen des Weltdurchschnitts in den USA und nur einem Viertel des Weltdurchschnitts in China . Öl und Gas decken
1990 fast zwei Drittel des weltweiten Primärenergieverbrauchs.Kohle war auch eine wichtige Energiequelle, während Kernenergie (Kernenergie ist die Nutzung von Kernreaktionen, die Kernenergie zur Wärmeerzeugung freisetzen, die dann am häufigsten in Dampfturbinen zur Stromerzeugung in einem Kernkraftwerk genutzt wird), Solarenergie (Solarenergie ist strahlendes Licht und Wärme von der Sonne , die durch eine Reihe sich ständig weiterentwickelnder Technologien wie Solarthermie, Photovoltaik , Solarthermie, Solararchitektur, Salzschmelzkraftwerke und künstliche Photosynthese genutzt wird) und andere Alternativen gehörten zu den weniger wichtigen Energiequellen.