dr. anja dombrowski erdöl und erdgas - auer verlag · vorkom ten, die noc ne gen liefe aber...
Post on 04-Jun-2018
219 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Dr. Anja Dombrowski
Erdöl und ErdgasHandlungsorientierter Chemieunterricht an Stationen
Anja Dombrowski
Sekundarstufe I
Downloadauszug
aus dem Originaltitel:
Anja Dombrow
Sekundarstu
DDownloadauszug DDownloadauszug
aaus dem Originaltittel:
w
uf
wwwwwwskski
fffffffe I
Erdöl und Erdgas
Handlungsorientierter Chemie-unterricht an Stationen
http://www.auer-verlag.de/go/dl7647
Dieser Download ist ein Auszug aus dem Originaltitel
Über diesen Link gelangen Sie zur entsprechenden Produktseite im Web.Lernzirkel Fossile Rohstoffe
1
Materialaufstellung und Hinweise
Allgemeine Hinweise
Das Experimentiermaterial sollte an festen Plätzen ausliegen. Für einen mobilen Einsatz an den
Schülertischen ist die Verwendung von Materialkörbchen, in denen sich das benötigte Material be-
findet, empfehlenswert.
Die verwendeten Chemikalien sind ordnungsgemäß zu entsorgen. Es empfiehlt sich, entsprechende
Sammelbehälter passend gekennzeichnet gut sichtbar aufzustellen und die Lernenden darauf hinzu-
weisen.
Da sich die Lernenden einen wichtigen Bereich der organischen Chemie eigenständig aneignen sol-
len, empfiehlt sich das Führen eines Labortagebuchs, in dem für jede Station kurze Anmerkungen
zu folgenden Impulsen notiert werden:
An dieser Station habe ich gelernt, …
Mir ist noch nicht klar, …
Mich würde zusätzlich interessieren, …
Das Labortagebuch bleibt in der Schule und kann von der Lehrkraft eingesehen werden.
Die Seiten 2 bis 14 sind in entsprechender Anzahl zu vervielfältigen und den Schülern bereitzulegen.
Als Möglichkeit zur Selbstkontrolle können Lösungsseiten erstellt werden.
S. 2 Station 1 Die Entstehung von Erdöl und Erdgas: Scheren und Kleber in angemessener
Anzahl
S. 3 Station 2 Erdöl – das schwarze Gold
S. 6 Station 3 Von der Lagerstätte zur Raffinerie
S. 9 Station 4 Erdölaufbereitung – Fraktionierte Destillation
S. 11 Station 5 Cracken – das Spalten langer Kohlenstoffketten
S. 13 Station 6 Kreuzworträtsel Rohölverarbeitung
S. 14
Erdöl und Erdgas
Lernzielkontrolle4
n 5 C
Station 6 Kre
Lernzielkontrol
der
Erdölau
racke
uzwo
g von Erd
warze Gold
ätte zur Ra
ng –
vervielf
ngsseiten erst
und Erdgas: S
ältigen und
llt werde
en S
en werden.
Die S
Als Mög
S. 3
S
en 2 bis 14 si
lichkeit zur S
Station
in en
gas
und kann von der Lehrk
enstän
ation kurz
2
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Erdöl, Erdgas und auch Kohle sind sogenannte „fossile Rohstoffe“. Wenn du dabei an den Begriff „Fossilien“ denkst, liegst du gar nicht falsch. Fossilien sind für dich wahrscheinlich versteinerte Pflan-zen oder Tiere aus lange vergangenen Erdzeitaltern. Tatsächlich bezeichnet „fossil“ jeden Überrest vergangenen Lebens der Erdgeschichte, ob versteinert oder nicht. Da Erdöl, Erdgas und Kohle Zeu-gen von vor vielen Millionen Jahren entstandener Biomasse sind, bezeichnet man sie als „fossile Rohstoffe“.
Aufgabe Schneide die Puzzleteile aus und ordne jedem Bild zwei passende Textabschnitte zu. Klebe die Puzzles anschließend in dein Heft.
Die Entstehung von Erdöl und Erdgas
Name:Station 1
Die Entstehung von Erdöl und Erdgas ist für die Wissenschaft bis heute nicht vollständig geklärt. Man geht davon aus, dass vor vielen Millionen Jahren tierisches und pflanz-liches Plankton (Kleinst-lebewesen im Meer) nach dem Absterben auf den Meeres-grund absanken.
In dieser sauerstoff-
armen Umgebung
wurden sie zunächst
von anaeroben (ohne Sauer-
stoff lebenden) Bakterien zer-
setzt und es bildete sich
Faulschlamm, der durch die
natürlichen Ablage-
rungsvorgänge im
Meer von Lehm- und
Tonschichten überlagert wurde.
Dieser Faulschlamm
gelangte durch
Erdbewegungen in tiefere
Schichten, wo die weitere
Umwandlung bei hohem Druck
und hohen Temperaturen
stattfand.
Das gebildete E
rdöl
samm
elte sich in den
Poren der S
ediment-
gesteine und wanderte
im Laufe der Z
eit nach oben,
bis es auf eine
undurchlässige
Gesteinsschicht traf.
Unt
erha
lb d
iese
r Sch
icht
re
iche
rte
sich
das
Erd
öl a
n.
So
ents
tand
en d
ie E
rdöl
-la
gers
tätt
en. D
ie ä
ltest
en
Erd
ölvo
rkom
men
sin
d vo
r ung
efäh
r 500
Mill
ione
n Ja
hren
ent
stan
den.
Neben den flüssigen Kohlenwasserstoff-Verbindungen bildeten sich auch gasförmige Produkte. Dieses Erdgas befindet sich oft in großen Gasblasen oberhalb von Erdöllagerstätten oder in eigenständigen Lagerstätten in
porösen Gesteinen.
✂
ösen G
en ständigen
tätten esteine
sam
Por
ge
im Lau
bis
undu
D
NebKohlerbin
sich aProdu
be
en den flüssigennwassersto
rhal
b di
esch
erte
sic
hen
ts
Sch
ich
as E
rdöl
annd
en d
ie E
tätt
en. D
ieor
koes
tm
en s
ind
500
Mill
ione
n st
an
tte zu. Kle
3
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Erdöl – das schwarze Gold (1)
Name:Station 2
Erdöl ist ein Stoffgemisch, das je nach Herkunft ganz unterschiedlich aussehen kann. Seine Farbe reicht von fast schwarz bis honigfarben. Dennoch spricht man vom „schwarzen Gold“, weil Erdöl das wichtigste Handelsgut weltweit und Grundlage un-seres modernen Lebens ist. Dabei ist dieser Bodenschatz auf die Regionen un-serer Welt nicht gleich verteilt. Viele Länder sind darauf angewiesen, Erdöl zu importieren, um ihren Bedarf an diesem Rohstoff zu decken. Weltweit wurden im Jahr 2012 4,1 Milliarden Tonnen Erdöl gefördert und ebensoviel verbraucht. Den zweiten Platz im Primärenergieverbrauch weltweit belegt Kohle, gefolgt von Erdgas. Diese beiden fossilen Rohstoffe stehen in Zukunft noch in großem Umfang zur Verfügung. Wie lange Erdöl als Energierohstoff für uns noch verfügbar sein wird, ist umstritten. Sicher ist, dass Erdöl unter den fossilen Energieträgern derjenige ist, dessen Reserven in absehbarer Zeit erschöpft sein werden. Aus geologischer Sicht sind die weltweiten Ressourcen jedoch noch sehr hoch. Als Reserven bezeichnet man solche Vorkommen, die nach dem heutigen Stand der Technik wirtschaftlich gewinnbare Rohstoffmengen liefern. In einigen Regionen der Erde sind große Erdölvor-kommen bekannt, ihre Förderung ist aber derzeit technisch nicht möglich oder viel zu aufwendig, um wirtschaftlich zu sein. Solche Vorkommen nennt man Ressourcen. Dazu zählen auch alle bislang nur vermuteten Erdöllagerstätten, die noch weiter erforscht werden müssen.
Aufgabe 1
Schraffiere die drei größten Erdölförderländer mit roter Farbe, die drei Länder mit dem größten Erd-ölverbrauch blau und die drei Länder mit den größten Erdölreserven grün. Die Tabellen auf dem Datenblatt helfen dir dabei.
mit oter Farb
größten Erdöbe die dre
reserve
e
Län
hlen a
en e sind große E
iel zu aufwenduch alle bislan Da
üsse
sehnoch seer Tech
dölvor-g, um
SchraffierölverbrauchDatenblatt h
die drei gröblau und elfen dir
sVorkom
ten, die noc
n E
gen liefeaber derzeit men nennt m
weiter er
gieträSicht
rkomn. In e
echni
uns non derjenige
nd die weltwmen, die nac
nigen R
renergen in Zukunh verfügbar
ist, desseniten R
everbrauch wft noch in g
i
4
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Aufgabe 2
Kreuze an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch sind. Alle benötigten Informationen kannst du den Abbildungen und Tabellen auf dem Datenblatt entnehmen.
Aufgabe 3 Korrigiere die fünf falschen Aussagen.
Erdöl – das schwarze Gold (2)
Name:Station 2
Nr. Aussagen richtig falsch
1 Im Jahr 2012 wurden weltweit mehr als 4 000 Millionen Tonnen Erdöl verbraucht.
2 Erdgas ist weltweit der drittwichtigste Energieträger.
3 Man bezeichnet Erdöl auch als „schwarzes Gold“, weil es eine ähnlich hohe Dichte wie Gold hat.
4 Die drei größten Erdölproduzenten sind: Saudi-Arabien, Russland und die USA.
5 Ein Drittel des Primärenergieverbrauchs in Deutschland wird durch Erdöl abgedeckt.
6 Deutschland liegt beim Erdölverbrauch im weltweiten Vergleich an dritter Stelle.
7 Nur wenn das Rohöl eine tiefschwarze Farbe hat, spricht man von echtem Erdöl.
8 Kohle war im Jahr 2012 der zweitwichtigste Energieträger nach Erdöl.
9 Die Länder mit den größten Erdölressourcen sind: Brasilien, China und Kanada.
10 Über die größten Erdölreserven verfügen Saudi-Arabien, Kanada und Venezuela.
11 Deutschland muss fast die gesamte Menge an Erdöl importieren.
12 Als Erdölressourcen werden die Mengen an Erdöl bezeichnet, die die Förder-länder für schlechte Zeiten aufheben und solange in großen Tanks lagern.
Nr. So ist es richtig:
abe 3
giere die fün
o ist e
nf falsc
hlecen werdhte Ze
n verfüg
amte Menge a
Mengeben
nd: B
Saudi-Arabien
n E
äger n
asilien, Ch
n Ka
ch Erd
ina u
ach Erdöl.
er
man v
Kan
1 ÜberVene
11 De
2
Länder mit dada.
die größte
eine tiefs
Jahr 2012 der zw
n größ
rbrauch im
chwarze Farb
hs in D
weltw
utschland w
eiten V
Russland u
rd durc
lich
nd
5
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Erdöl – das schwarze Gold (3)
Name:Station 2
Top 10 Erdölressourcen (in Mio. t) (alphabetisch)
Brasilien 13 721
China 20 725
Kanada 54 698
Kasachstan 10 700
Irak 6 100
Iran 7 200
Russland 34 800
Saudi-Arabien 11 800
USA 24 557
Venezuela 65 323
Top 10 Erdölförderung (in Mio. t) (alphabetisch)
China 207,5
Irak 148,1
Iran 185,8
Kanada 179,2
Kuwait 151,6
Russland 517,9
Saudi-Arabien 547,0
USA 431,2
Venezuela 151,5
Vereinigte Arabische Emirate 155,0
Top 10 Erdölreserven (in Mio. t) (alphabetisch)
Irak 19 088
Iran 21 401
Kanada 27 353
Kuwait 13 810
Libyen 6 595
Nigeria 5 053
Russland 11 868
Saudi-Arabien 36 170
Venezuela 26 724
Vereinigte Arabische Emirate 13 306
Top 10 Erdölverbrauch (in Mio. t) (alphabetisch)
China 483,7
Brasilien 125,6
Deutschland 111,5
Indien 171,6
Japan 235,0
Korea (Republik) 112,7
Mexiko 108,9
Russland 147,5
Saudi-Arabien 127,1
USA 799,5
Reserven nicht-erneuerbarer Energierohstoffe
Stand: Ende 2012
Hartkohle
WeichbraunkohleKernenergie
Erdöl
Erdgas
Primärenergieverbrauch in Deutschland
Stand: 2012
Erdgas
Hartkohle
Weichbraunkohle
KernenergieSonstige
ErneuerbareEnergie
Erdöl
Daten entnommen aus: Energiestudie 2013 der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover
DATENBLATT
zuel
Vereinigte
erven ni
a
Arabische E
185
179,2
151,6
517
54
Brasil
Deutsch
Indien
Ja
sch
en
land
erb
mir
uch
2
ate 13 3
o. t)lve
1 86
36 170
6 724
6
Irak
ran
ada
Kuwait
Ru
g (in Mio. t)
24 557
65 323
0
V
eria
Russland
Saudi-Arab
Venezue
6
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Auf der Suche nach neuen Erdöllagerstätten werden zunächst umfangreiche Voruntersuchungen gemacht. Da sich nicht alle Gesteinsarten als Speichergesteine für Erdöl oder Erdgas eignen, muss man sich zunächst eine Vorstellung vom Aufbau der Gesteinsschichten machen. Dies geschieht mit-hilfe von Schallwellen, die an den unterschiedlichen Schichten reflektiert werden (Reflexionsseismik). Geophone zeichnen die zurückkehrenden Schallwellen auf. Dort, wo Geologen eine Lagerstätte ver-muten, werden dann Probebohrungen durchgeführt, die zeigen, ob ein Ölfeld förderwürdig ist. War die Probebohrung erfolgreich, wird das Bohrloch mit Rohren ausgekleidet. Am unteren Ende der Rohre werden Löcher hineingesprengt, durch die das Erdöl nach oben steigen kann. Diese Förder-sonde wird bis zum Förderbeginn zunächst mit einem sogenannten Eruptionskreuz verschlossen. Ausgedehnte Erdgas- und Erdölvorkommen befinden sich nicht nur an Land, sondern auch unter dem Meeresboden. Um sie zu erschließen, müssen große Bohr- und Förderinseln ins Meer gebaut werden. Man bezeichnet diese Art der Erdölgewinnung als Offshore-Förderung. Von den Förderin-seln wird das Erdöl dann in Pipelines zum Festland transportiert.
In der Regel steht das Erdöl durch gelöstes Gas unter einem natürlichen Druck und steigt von selbst nach oben, sobald sich ihm eine Möglichkeit bietet. Wenn das Öl nicht von alleine hochsteigt, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Man kann es nach oben pumpen oder man spritzt Was-ser bzw. Gas in die Lagerstätte, die das Öl dann nach oben drücken.Erdgas wird ähnlich gefördert wie Erdöl. Da es von alleine an die Oberfläche kommt, benötigt man zur Erdgasförderung keine Pumpen.
Das geförderte Erdöl ist ein Gemisch aus Öl, Gas und Salzwasser und dadurch für den Transport und die Weiterverarbeitung ungeeignet. Es werden daher zunächst das Gas, das Wasser, die gelösten Salze (Korrosionsgefahr für Lager- und Transportmedien) und vorhandene Schwefelverbindungen entfernt. Das gereinigte Rohöl wird dann in großen Tanks gelagert.
Von den Fördergebieten muss das Erdöl zur Weiterverarbeitung zu den Raffinerien transportiert wer-den. Früher erfolgte der Transport in Holzfässern. Die heute noch gebräuchliche Maßeinheit 1 barrel (159 l) geht darauf zurück.
Von der Lagerstätte zur Raffinerie (1)
Name:Station 3
und voelagert.
d ds Gas
ande
durchdas Wass
orhandene Schwe
kommt, benöt
den Transper
und
t, könnpritzt Wa
t man
onsges gereinigte
pen.
n Gemisch ng ungeeignet. Efahr für Lager- u
Rohöl w
Öl danrdöl. Da es
us Öl, Gaswer
as bietet
an kan nach
on all
einem natenn das Öl nn es nach ooben drüc
ore-Föt.
rlichen Drunicht von
gen konskre
and, sonderinseln inderung. Von
7
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Heute werden Erdöl und auch Erdgas an Land in der Regel in langen Rohrleitungen, sogenannten Pipelines, transportiert. Diese können unter der Erde verlegt sein oder oberirdisch verlaufen. Die Trans-Alaska-Pipeline ist zum Beispiel auf Stelzen verlegt, da sie über Dauerfrostböden verläuft. Auch in Deutschland sind über viele Kilometer Pipelines verlegt. So führt die Nord-West-Ölleitung von der Tankeranlegestelle Wilhelmshaven zu den Raffinerien im Emsland, im Ruhrgebiet und in der Nähe von Köln. Auch das Erdgas aus Russland gelangt über eine Pipeline nach Deutschland.
Ein Großteil des Erdöls wird aber über die Weltmeere in riesigen Tankschiffen transportiert. Sie kön-nen bis zu 300 000 Tonnen Öl aufnehmen. Der Transport auf dem Seeweg ist kostenaufwendig und problematisch. Zum einen können die großen Tankschiffe (ab 250 000 Tonnen Gesamtgewicht spricht man von Supertankern) wegen ihres großen Tiefgangs nur in wenigen Häfen anlegen. Zum anderen sind sie zu breit, um durch den Panamakanal oder den Suezkanal zu fahren, was den Transportweg deutlich verlängert und höhere Kosten erzeugt. Außerdem sind die großen Tanker anfällig für Risse in der Außenwand und stellen eine Gefahr für die Umwelt dar. Tankerunglücke haben in der Vergan-genheit immer wieder zu verheerenden Umweltkatastrophen in den betroffenen Gebieten geführt. Deshalb werden heute nur doppelwandige Tanker (mit zwei Schiffshüllen) gebaut.
Von den Raffinerien gelangen die Erdölprodukte dann in Kesselwagen mit der Bahn, in Tanklastern auf der Straße oder auf Binnenschiffen bis zu den Endabnehmern.
Von der Lagerstätte zur Raffinerie (2)
Name:Station 3
Ba
g
anklastebis zu d
eltanker
te dann End
rophen int zwei Schif
n in Kesselabnehm
die großeankerunglü
den betrofshüllen)
st kosGesa
fen anlegenen, was den n Tanker anfäcke hab
8
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Aufgabe
Beschrifte die Bildergalerie.
Von der Lagerstätte zur Raffinerie (3)
Name:Station 3
9
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Erdöl kann in seiner natürlichen Form nicht verwendet werden. Es muss vor dem Transport zunächst aufwendig von Salzwasser, dem enthaltenen Erdgas sowie Schlamm und Gesteinsbröckchen befreit werden. Die Weiterverarbeitung erfolgt dann in einer sogenannten Raffinerie. Da Erdöl ein Stoffgemisch aus vielen hundert verschiedenen Kohlenwasserstoffen mit ganz unter-schiedlichen Eigenschaften ist, muss es sinnvoll getrennt werden. Die Trennung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Siedetemperaturen der einzelnen Bestandteile.
Aufgabe 1
Sieh dir die schematische Darstellung der Erdöldestillation genau an.
Erdölaufbereitung – Fraktionierte Destillation (1)
Name:Station 4
Atmosphärische
Destillation
Vakuum-
DestillationFraktionen, Siedebereich
FraktionenGase < 30 °C
Mitteldestillate Petroleum (Kerosin)150 °C bis 250 °C
Rückstand Schweres Heizöl
Röhren-ofen
Rohöl
400 °C
Glockenböden
Dampf
Dampf
Dieselöl und Leichtes Heizöl250 °C bis 360 °C
Benzine 35 °C bis 140 °C
Leichtes Schmieröl
Mittelschweres Schmieröl
Schweres Schmieröl
Rückstand Bitumen
Flaschengas
ö
°C
Pet150°C
DLe
stillatem (Kero
250 °C
M
chtesSchmieröl
en
ckenböden
ampf
Benzine35 °
chengas
< 30 °
Va
10
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Aufgabe 2
Ergänze den Lückentext. Die Abbildung aus Aufgabe 1 hilft dir dabei.
In einem wird das Rohöl auf ungefähr 400 °C erhitzt, wodurch
ein großer Teil verdampft. Der wird in einen bis zu 50 m hohen Destillationsturm
geleitet, wo er nach oben steigt und langsam . Ein Destillationsturm ist stock-
werkartig aufgebaut. Auf dem Weg nach oben durchläuft der Dampf mehrere Zwischenböden, die
. Dort kondensieren und sammeln sich die Erdölbestandteile mit
jeweils ähnlichen , sogenannte .
Man erhält bei der Erdöldestillation also keine Reinstoffe, sondern mit
ähnlichen Siedebereichen. Im unteren Bereich werden leichtes Heizöl und gewonnen.
In einem Temperaturbereich von bis kondensiert das Mitteldestillat. Dazu ge-
hören Petroleum und , das als Treibstoff für
verwendet wird. haben Siedetemperaturen zwischen 35 °C und 140 °C.
Daher sammeln sie sich auf den oberen Glockenböden des Destillationsturms. Rohölbestandteile
mit sehr niedrigen Siedetemperaturen (< 30 °C) werden oben als aufgefangen.
Zum Teil wird es zu weiterverarbeitet oder für Heizzwecke in
der Raffinerie selbst verwendet. Ein Teil wird aus Sicherheitsgründen abgebrannt, damit kein Gas-
überdruck in der Anlage entstehen kann.
Ein Teil des Rohöls verdampft auch bei 400 °C noch nicht und bildet einen ,
der direkt als in der Industrie oder für Schiffe verwendet
werden kann. Soll er weiterverarbeitet werden, wird er in einen weiteren Destillationsturm geleitet,
wo die Destillation nicht unter normalem Luftdruck (atmosphärische Destillation), sondern bei ge-
ringerem Druck stattfindet ( - ). Unter diesen
Bedingungen verdampfen die Bestandteile bereits bei niedrigeren Temperaturen. Auf diese Weise
kann man Rückstände der
weiter auftrennen. Hierbei entstehen überwiegend . Die
in den Fraktionen enthaltenen festen Bestandteile (Paraffine) werden z. B. zu Kerzen verarbeitet.
nennt man den Rückstand, der selbst bei der Vakuum-Destillation
nicht verdampft werden kann. Auch er wird genutzt, z. B. als .
Erdölaufbereitung – Fraktionierte Destillation (2)
Name:Station 4
kt als
en kann. So
Destill
höls verda
ll er w
entsteh
mpft a
eil wird aus S
n.
werden oben
wei
ch
es Destill
als
ren z
tions
wischen 35
tteldestillat. D
°C
ür
ewonn
zu ge-
mit sehr nie
Zum Teil wi
der Raffin
eln sie si
drigen Sied
ch auf d
bis
das
e Re
werde
offe, sonde
n leichtes H
annte
rn
till
e Zwi
h die Erdölb
11
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Die Menge an Benzin und Diesel, die bei der Rohöl-Destillation gewonnen werden kann, reicht nicht aus, um den tatsächlichen Bedarf zu decken. Dagegen entsteht von den schweren Fraktionen mit langen Kohlenstoffketten mehr als benötigt wird.Daher werden die langkettigen Fraktionen in der Raffinerie durch das chemische Verfahren des Cra-ckens so weiter verarbeitet, dass Moleküle mit langen Kohlenstoffketten unter dem Einfluss von Tem-peratur und Druck in kleinere Moleküle gespalten werden. Auf diese Weise kann man die Ausbeute an Benzin und Diesel aus dem Rohöl erhöhen. Dabei entstehen viele unterschiedliche Kohlenwas-serstoffe, z. B. die gewünschten Alkane mit kürzeren Ketten oder verzweigte Alkane. Eine weitere Stoffgruppe der Kohlenwasserstoffe sind die Alkene (siehe unten). Die beim Cracken entstehenden Alkene sind wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung von Kunststoffen. Aus Ethen wird beispielswei-se Polyethylen hergestellt. Müllsäcke bestehen aus diesem Material.
Cracken – das Spalten langer Kohlenstoffketten (1)
Name:Station 5
Verzweigte Alkane
Alkane mit einfachen Ketten bezeichnet man als n-Alkane, denn es existieren auch verzweigte Alkanmoleküle. Zur Summenformel C4H6 sind zwei Anordnungen des Grundgerüsts aus Kohlen-stoffatomen denkbar:
(1) (2)
Abbildung 1 zeigt die gerade Kette von n-Butan mit vier Kohlenstoffatomen. Abbildung 2 zeigt eine verzweigte Kette mit vier Kohlenstoffatomen. Dieser Stoff heißt 2-Methyl-propan.
n-Butan und 2-Methylpropan haben chemisch die gleiche Zusammensetzung, aber ganz un-terschiedliche Eigenschaften (z. B. Schmelz- und Siedetemperaturen). Es sind also zwei unter-schiedliche Stoffe.Stoffe mit gleicher Summenformel, aber unterschiedlicher Strukturformel, nennt man Isomere. Je mehr Kohlenstoffatome ein Alkan hat, desto mehr Isomere sind möglich.
Alkene – Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung
Beim Cracken entstehen unter anderem sogenannte ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Zu dieser Gruppe gehören auch die Alkene. Der Unterschied zwischen Alkanen und Alkenen liegt darin, dass die Alkene eine Doppelbindung zwischen zwei (oder auch mehreren) Kohlenstoffen haben.
Pentan Penten
Sie enthalten also weniger Wasserstoffatome als die entsprechenden Alkane. Im Molekül sind nicht mehr alle möglichen Kohlenstoffbindungen mit Wasserstoff abgesättigt. Deshalb gehören die Alkene zu den ungesättigten Kohlenwasserstoffen.Die Alkene bilden wie schon die Alkane eine homologe Gruppe. Ihre Namen sind von den ent-sprechenden Alkanen abgeleitet und tragen die Endung -en.
e – Kohle
Crack
er Sumhlenstoffatom
haften
mmenfe ein
Kette mi
chemisch dichm
n mit vier Koer Kohlenstoff
hlenstoffaatome
weKohlen-
AbbildunAbbildungpropan.
n-Butaer
g 1 zeigt die 2 zeigt ein
an and zw
Alkane, deAnordnunge
nn es existn des
te ACrac
Ethen w
12
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Beim Cracken von Alkanen entstehen auch Kohlenwasserstoffe mit Doppelbindungen. Spaltet man eine lange Alkankette, so erhält man mehrere kurze Ketten, an deren Enden dem Kohlenstoffatom aber ein Bindungspartner fehlen würde. Durch Umlagerung von Wasserstoffatomen und der Ausbil-dung von C-C-Doppelbindungen wird das Problem gelöst. Auf diese Weise können alle Bindungen abgesättigt werden.
So kannst du dir den Vorgang beim Cracken vorstellen:
Aufgabe
Zerlege ein Nonanmolekül an der durch den Pfeil angegebenen Stelle. Zeichne und benenne die entstandenen Spaltprodukte. Es gibt zwei mögliche Fälle.
C
H H H H H H
HHHHHH
H C C C C C
H H H
HHH
HC C C
A
B
Cracken – das Spalten langer Kohlenstoffketten (2)
Name:Station 5
C
H H H H H H
HHHHHH
H HC C C C C
C
H H H H H H
HHHHH
H HC C C C CC
H
Hexan
Propan Ethen
H H H
HHHH
H HC C CH
H
H
HCC
H
C
H H H H H H
HHHHH
H HC C C C C
H
H
HHH
C C C
H H
C
H
benen
H H
telle. Stelle. Zeichne u
H
nanmn Spaltpro
olekül an der dudukte. E
nH
H
H H
HH
C C
H H
H
H
C
13
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Aufgabe
Ergänze die gesuchten Begriffe im Raster unten. Das Lösungswort stellt ein wichtiges Trennverfahren bei der Rohölaufbereitung dar.
1 Ein wichtiger fossiler Energieträger neben Erdgas und Kohle ist …
2 … ist Kraftstoff für Flugzeuge.
3 Die Trennung des Rohöls erfolgt aufgrund unterschiedlicher …
4 Ein Gemisch, dessen Siedetemperaturen nahe beieinanderliegen, nennt man …
5 Erdöl muss in einer … weiterverarbeitet werden.
6 Das von Gas, Schlamm, Salzwasser und Verunreinigungen befreite Erdöl nennt man …
7 Die Zwischenböden eines Destillationsturms nennt man …
8 Die Abwesenheit von Luft oder eines anderen Stoffes wird als … bezeichnet.
9 Bei der Vakuumdestillation bleibt dieser zähflüssige Rückstand.
10 Erdöl ist kein Reinstoff, sondern ein Stoff …
11 … siedet bei ähnlichen Temperaturen wie Kerosin.
12 Die Fraktion, die bei 35 °C bis 140 °C siedet, nennt man …
Kreuzworträtsel Rohölverarbeitung
Name:Station 6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2
°C siedet
erosin.
ennt man …
.
hne
d
…
11 … sied
12 Die Fra
kein Rein
et bei ähnlic
d
der
stillation bleibt
stoff, sondern
nstur
eines anderen
eser
d Veru
s nen
Stoff
einigungen b
nt man …
befreite E
nnt man …
14
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
1. Begründe, warum Erdöl und Erdgas oft zusammen in einer Lagerstätte vorkommen. (2 Punkte)
2. Nenne die drei führenden Erdölförderstaaten bzw. Gebiete. (3 Punkte)
3. Erdöl ist ein flüssiges Stoffgemisch. (2 Punkte)
a) Welche Stoffeigenschaft wird genutzt, um das Gemisch zu trennen?
b) Wie nennt man das Trennverfahren?
4. Bei der Erdölaufbereitung wird das Gemisch in einzelne Fraktionen getrennt. Erkläre den Begriff „Fraktion“. (1 Punkt)
5. Die Trennung des Stoffgemisches Erdöl erfolgt zuerst unter Normaldruck und in einem zweiten Schritt bei Unterdruck. Erkläre, warum das notwendig ist. (2 Punkte)
6. Ein wichtiges Verfahren bei der Erdölverarbeitung ist das Cracken. (3 Punkte)
a) Erläutere, was man darunter versteht.
b) Begründe, warum es nötig ist, langkettige Alkane zu cracken.
Gesamtpunktzahl: 13 Punkte erreicht: Punkte
Lernzielkontrolle: Erdöl und Erdgas
Name:
tige
Erläutere
s Verfahren b
was man da
ei der
döl erfolerdruck. Erk
zuerst unter Nre, warum
nnt.(1 P
en g
5. Die Trennuund in eine
g des S
rd das tion“.
Gemisch in ei
ennen?
15
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Lö
sun
gen
: Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Station 1: Die Entstehung von Erdöl und Erdgas Seite 2
Die Entstehung von Erdöl und Erdgas ist für die Wissenschaft
bis heute nicht vollständig geklärt. Man geht davon aus,
dass vor vielen Millionen Jahren tierisches und pflanz-
liches Plankton (Kleinst-lebewesen im Meer) nach dem
Absterben auf den Meeres-grund absanken.
In dieser sauerstoff- armen Umgebung
wurden sie zunächst von anaeroben (ohne Sauer-stoff lebenden) Bakterien zer-
setzt und es bildete sich Faulschlamm, der durch die
natürlichen Ablage- rungsvorgänge im
Meer von Lehm- und Tonschichten überlagert wurde.
Dieser Faulschlamm gelangte durch
Erdbewegungen in tiefere Schichten, wo die weitere
Umwandlung bei hohem Druck und hohen Temperaturen
stattfand.
Das gebildete Erdöl sammelte sich in den Poren der Sediment-
gesteine und wanderte im Laufe der Zeit nach oben,
bis es auf eine undurchlässige
Gesteinsschicht traf.
Unterhalb dieser Schicht reicherte sich das Erdöl an.
So entstanden die Erdöl- lagerstätten. Die ältesten
Erdölvorkommen sind vor ungefähr 500 Millionen
Jahren entstanden.
Neben den flüssigen Kohlenwasserstoff-
Verbindungen bildeten sich auch gasförmige
Produkte. Dieses Erdgas befindet sich oft in großen Gasblasen oberhalb von
Erdöllagerstätten oder in eigenständigen
Lagerstätten in porösen Gesteinen.
1) Größte Erdölförderländer: Saudi-Arabien, Russland und USA Länder mit dem größten Erdölverbrauch: USA, China und Japan Länder mit den größten Erdölreserven: Saudi-Arabien, Venezuela und Kanada
Station 2: Erdöl – das schwarze Gold Seiten 3 – 5
dö
en, Russland h: USA, China unSaudi-Arabien,
e
nd USAnd J
d
poröse
tten ständigen
ätten inesteine
dgas oßen
on
oder La
Größt Länd L
Station 2: Erdöl –
lagerstäErdölvo
ungefähhren en
halb diee sich da
anden dn. Die ä
mmen s00 Mil
SchichErdöl an
Erdöl-sten
Gesteinssc
Neben den flüsKohlenwas
Verbindu
n ent-
rte ch oben,
eine ssige cht traf.
16
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Lö
sun
gen
: Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Nr. Aussagen richtig falsch
1 Im Jahr 2012 wurden weltweit mehr als 4000 Millionen Tonnen Erdöl verbraucht.
2 Erdgas ist weltweit der drittwichtigste Energieträger.
3 Man bezeichnet Erdöl auch als „schwarzes Gold“, weil es eine ähnlich hohe Dichte wie Gold hat.
4 Die drei größten Erdölproduzenten sind: Saudi-Arabien, Russland und die USA.
5 Ein Drittel des Primärenergieverbrauchs in Deutschland wird durch Erdöl abgedeckt.
6 Deutschland liegt beim Erdölverbrauch im weltweiten Vergleich an dritter Stelle.
7 Nur wenn das Rohöl eine tiefschwarze Farbe hat, spricht man von echtem Erdöl.
8 Kohle war im Jahr 2012 der zweitwichtigste Energieträger nach Erdöl.
9 Die Länder mit den größten Erdölressourcen sind: Brasilien, China und Kanada.
10 Über die größten Erdölreserven verfügen Saudi-Arabien, Kanada und Venezuela.
11 Deutschland muss fast die gesamte Menge an Erdöl importieren.
12 Als Erdölressourcen werden die Mengen an Erdöl bezeichnet, die die Förder-länder für schlechte Zeiten aufheben und solange in großen Tanks lagern.
Nr. So ist es richtig:
3 Erdöl wird aufgrund seiner Bedeutung als weltweit wichtige Handelsware als wertvoll betrachtet. Die Bezeichnung schwarzes Gold bezieht sich darauf, dass das Erdöl vieler Vorkommen eine sehr dunkle Farbe aufweist.
6 Japan liegt im weltweiten Verbrauch an dritter Stelle.7 Die Farbe von Rohöl kann von tiefschwarz bis honiggelb variieren, abhängig von dem Vorkommen,
aus dem es stammt.9 Über die größten Ressourcen verfügen Venezuela, Kanada und Russland.
12 Bekannte oder vermutete Erdölvorkommen, deren Förderung derzeit technisch nicht möglich oder viel zu aufwendig wäre, um wirtschaftlich zu sein, nennt man Ressourcen.
2)
3)
Station 3: Von der Lagerstätte zur Raffinerie Seiten 6 – 8
Pipeline (auf Stelzen verlegt)
Bohrturm
Bohrinsel Erdölpumpe
Pipelpeline (au
ffinerie
ourcenisch
n dem Vorkomm
möglich oderus
erzeit
hr
men,
Station 3: Von de
urceermutete Erd
wendig wäre, um w
ag
fschwar
n verfügen Venelvorkommen,
chaftl
eht si
ritter Sbis hon
uela
chtige Hauf, dass da
elle.ggelb vari
ndelsware alsErdöl vieler V
17
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Lö
sun
gen
: Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
Erdölraffinerie
Supertanker Transportrouten für Erdöl und Erdgas
Kesselwagen
2) Röhrenofen – Dampf – abkühlt – Glockenböden – Siedetemperaturen – Fraktionen – Stoffgemische – Diesel – 150 °C – 250 °C – Kerosin – Flugzeuge – Benzine – Gase – Flaschengas – Rückstand – schweres Heizöl – Vakuum-Destillation – atmosphärischen Destillation – Schmieröle – Bitumen – Straßenbelag
Station 4: Erdölaufbereitung – Fraktionierte Destillation Seiten 9 / 10
A
B
Station 5: Cracken – das Spalten langer Kohlenstoffketten (1)
Seiten 11 / 12
C HH
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
CH
HH
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C H+
H
HH C
H
H
C
H
H
C C
H
C HH
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
+
Butan
Buten
Penten
Pentan
H C
H H H
dastoffke
H
lten lange1)
en Des
ren – Fe – Flaschllation – Sch
aktionengas –mieröl
n – Stoffgemü k
Seiten 9 / latio
Stra
Stat
150 °C – 2res Heizöl – V
enbel
ampf – abkühlt – Gloc50 °C – Kerosin –
kuum-De
ereitung – Fraktio
TransportTransport outen für Eouten für E
18
Anj
a D
ombr
owsk
i: Le
rnzi
rkel
Fos
sile
Roh
stof
fe
© A
uer
Ver
lag
– A
AP
Leh
rerf
achv
erla
ge G
mbH
, Don
auw
örth
Lö
sun
gen
: Erd
öl u
nd
Erd
ga
s
1. Beide sind aus abgestorbenem Plankton entstanden und waren demselben Entstehungsprozess unter-worfen. Die daraus entstandenen Kohlenwasserstoffe liegen in flüssiger Form im Erdöl vor. Das Erdgas enthält lediglich die gasförmigen Produkte dieses Prozesses.
2. Saudi-Arabien, Russland, USA
3. a) unterschiedliche Siedetemperaturen b) Destillation
4. Fraktionen sind Stoffgemische mit einem ähnlichen Siedetemperaturbereich.
5. Bei der Destillation unter Normalbedingungen bleibt ein großer Teil langkettiger Kohlenwasserstoffe übrig. Da sich die Moleküle bei höheren Temperaturen zersetzen würden, arbeitet man bei Unterdruck. Auf diese Weise verdampft ein großer Teil des Gemisches ohne sich zu zersetzen.
6. a) Als Cracken bezeichnet man das Spalten langkettiger Kohlenwasserstoffmoleküle in kleinere Moleküle mit kürzeren Kohlenstoffketten.
b) Erdöl enthält eine große Menge langkettiger Alkane. Bei der Destillation erhält man daher keine ausrei-chende Ausbeute an kurzkettigem Benzin und Diesel. Durch das Cracken zerbrechen die langen Kohlen-stoffketten und man erhält kurzkettige Kohlenwasserstoffe.
Lernzielkontrolle: Erdöl und Erdgas Seite 14
Station 6: Kreuzworträtsel Rohölverarbeitung Seite 13
1 E R D Ö L
2 K E R O S I N
3 S I E D E T E M P E R A T U R E N
4 F R A K T I O N
5 R A F F I N E R I E
6 R O H Ö L
7 G L O C K E N B Ö D E N
8 V A K U U M
9 B I T U M E N
10 G E M I S C H
11 P E T R O L E U M
12 B E N Z I N E
lten
gkettiger AlkBenzin und Diese
e Kohlenwasser
ich zu ze
ettiger Kohlenwa
e. Bei der Del. Dur
eil langken, arbeitet setzen.
sserstoff
ch.
iger Koman be
kettiger Kohlenwass
-as
We
6. a) Alsmit
) Erdch
estillatioh die Molekülverdampft ein
Cracken bezeürzeren K
eratu
Stoffgemische mit ein
n unter Normalbedinbei höhe
oßer
e diese
en
ähn
nden ustoffe l
Prozes
waren demsegen in flüssige
es.
ben Ent
Impressum
© 2015 Auer VerlagAAP Lehrerfachverlage GmbHAlle Rechte vorbehalten.
Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerberdes Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauchund den Einsatz im Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet,nicht jedoch für einen weiteren kommerziellen Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte oder fürdie Veröffentlichung im Internet oder in Intranets. Eine über den genannten Zweck hinausgehendeNutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages.
Die AAP Lehrerfachverlage GmbH kann für die Inhalte externer Sites, die sie mittels eines Linksoder sonstiger Hinweise erreichen, keine Verantwortung übernehmen. Ferner haftet die AAPLehrerfachverlage GmbH nicht für direkte oder indirekte Schäden (inkl. entgangener Gewinne), dieauf Informationen zurückgeführt werden können, die auf diesen externen Websites stehen.
Autor: Dr. Anja DombrowskiIllustrationen: Corina Beurenmeister, Julia Flasche, Stefan Lohr, Thorsten Trantow
www.auer-verlag.de
Bildquellen:
S. 3 Weltkarte © Oliver Hauptstock – Fotolia.com, Nr. 19027204S. 7 Kesselwagen © Markus Giger, Wikimedia Öltanker © Eweht, Wikimedia Tanklaster © Francois Goglins, WikimediaS. 8 Bohrinsel © Swinsto101, Wikimedia Bohrturm © Brudersohn, Wikimedia Erdölpumpe © Michael C. Rygel, Wikimedia Kesselwagen © Markus Giger, Wikimedia Öltanker © Eweht, Wikimedia Pipeline © Jonathan Nafzger – Shutterstock.com, Nr. 80847415 Raffinerie © Walter Siegmund, Wikimedia
5 Auer Verehrerfachv
vorbehal
als Ga
gage Gmb
top related