Erdöl & Petrochemie in der Chemie: Entstehung, Aufbereitung, Cracking- & Reformingprozess

Erdöl ist der Motor der modernen Zivilisation. Die Produktion von Kunst-, Brenn- und Rohstoffen ist jedoch komplex, da das geförderte Öl in dieser Form für die genannten Zwecke noch nicht verwendet werden kann. In diesem Referat wird die Entstehung, Aufbereitung und Raffination des Erdöls besprochen. Außerdem wird auf die verschiedenen Verfahren eingegangen, welche von der Petrochemie von Bedeutung sind.

Entstehung von Erdöl

Das Erdöl, welches heute gefördert wird, entstand bereits vor Jahrmillionen. Damals waren weite Flächen der heutigen Kontinente noch mit Meeren bedeckt. In diesen Meeren sind abgestorbene Organismen, wie etwa Plankton oder Algen zum Meeresboden gesunken.

Nach und nach wurden diese Organismen von Sedimenten, Sand und Gestein bedeckt. Da nun fast kein Sauerstoff mehr zur organischen Schicht gelangen kann, können diese auch nicht verwesen und sich zersetzten. Durch einen anaeroben Faulungsprozess und die hohen Drücke und Temperaturen unter dem Meeresboden ist nach und nach das heutige Erdöl entstanden. Durch die tektonischen Plattenbewegungen im Laufe der Jahre befinden sich die Ölvorräte nun an anderen Orten als zu ihrer Entstehungszeit.

Aufbereitung und Raffination des Rohöls

Selbstverständlich ist das geförderte Rohöl noch nicht für viele Zwecke zu gebrauchen. Zuerst werden grobe Fremdstoffe, wie etwa Steine, Sand, Schwefel und verschiedene Salze aus dem Öl entfernt.

Anschließend bereitet man es für die weitere Verarbeitung auf, indem man es nach der Größe der Moleküle sortiert, was man auch Raffination nennt. Das ist notwendig, da das Erdöl eine Mischung aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen ist. Bei der Raffination macht man sich die verschiedenen Siedepunkte der einzelnen Bestandteile zunutze. Dafür greift man meist auf die fraktionierte Destillation zurück. Hierbei wird das Öl in einem Röhrenofen bis zum Siedepunkt erhitzt.

Anschließend leitet man das erhitzte Öl in eine Glockenbodenkolonne. Kleinere Kohlenwasserstoffe steigen in der Kolonne nach oben, schwerere befinden sich im unteren Teil der Kolonne.
An bestimmten Punkten der Kolonne werden die Bestandteile ausgelassen, wodurch man Kohlenwasserstoffe ähnlicher Kettenlänge erhält.

Im obersten Teil der Kolonne befinden sich die Topgase, welche 1-3 Kohlenstoffatome enthalten. Das Benzin und Petroleum (7 – 14 Kohlenstoffatome) sammelt sich im mittleren Teil der Kolonne, Gasöl und Schweres Gasöl (mehr als 14 Kohlenstoffatome) lagern sich hingegen im unteren Teil ab. Diese langkettigen oder schweren Kohlenwasserstoffe werden entweder durch Cracking verkürzt oder beispielsweise als Bitumen verwendet.

Cracking- und Reformingprozess

Ein Löwenanteil des Marktes für Erdölprodukte ist zweifelsfrei die Produktion von Kraftstoffen wie etwa Benzin, Kerosin, Diesel und Heizöl. Diese bestehen aus hochoktanigen, kurzkettigen Kohlenwasserstoffen.

Da im Öl jedoch wesentlich mehr langkettige Kohlenwasserstoffe auftreten und die Nachfrage nach kurzkettigen Kraftstoffen höher ist, muss man die langkettigen Kohlenwasserstoffe aufbrechen.
Dieser Vorgang wird auch als „Cracking“ oder „Cracken“ bezeichnet. In der folgenden Abbildung ist ein beispielhafter Cracking-Prozess dargestellt. Dabei wird n-Decan in n-Heptan und Propen gespalten. Diese können dann besser für Brenn- und Kraftstoffe verwendet werden.

Erdöl und Öl Cracking-Prozess

Cracking-Prozesse finden meist bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken statt. Außerdem kommen Katalysatoren zum Einsatz, um die Reaktion wirtschaftlicher zu machen. Beim Reforming will man ebenfalls aus langkettigen Kohlenwasserstoffen kurzkettige oder cyclische, also kreisförmige Kohlenwasserstoffe herstellen, welche sich gut für Kraftstoffe eignen.

Verwendung von Erdöl

Das produzierte Erdöl findet in vielen Bereichen Anwendung.

Besonders für die Herstellung von Kunststoffen ist man auf petrochemische Rohstoffe angewiesen. Außer bestimmten Biopolymeren, die jedoch noch kein breites Anwendungsspektrum besitzen, besteht fast jeder Kunststoff aus Erdölbestandteilen.

Zur Herstellung hochwertiger und hochoktaniger Kraftstoffe wird vor allem der bereits beschriebene Cracking- oder Reformingprozess angewendet, um den erhöhten Bedarf decken zu können. Neben den Bestandteilen mit 7-10 Kohelnstoffatomen werden auch die kleineren Kohlenwasserstoffe, wie etwa Propan oder Butan als Kraft- und Brennstoffe in Form von Flüssiggas verwendet.

Auch für die petrochemische und pharmazeutische Industrie spielt das Erdöl eine sehr entscheidende Rolle. Allerdings bleiben für die Produktion von Rohstoffen lediglich weniger als 10% des produzierten Rohöls.

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