Wie entstehen Kraftstoffe?

oder besser: Wie werden sie hergestellt? In der heutigen Welt nutzt eigentlich jeder Kraftstoffe, ob nun unmittelbar oder indirekt. Bekannt ist, das heutzutage die meisten Sorten aus Erdöl hergestellt werden. Zeitweise war auch die Herstellung durch Kohlehydrierung populär, so im deutschen Reich während des zweiten Weltkrieges, und heutzutage steigt der Anteil an Kraftstoffen auf direkter Basis von Pflanzen. Trotzdem hat der Kraftstoff auf fossiler Basis die Oberhand behalten, natürlich vor allem der Kosten wegen. Das heißt aber nicht, dass hinter Benzin, Diesel, Kerosin un Co. nicht viel Arbeit steckt, stattdessen ist dazu eine ausgeklügelte Verarbeitung notwendig, und um genau diese soll es heute gehen. Der folgende Text entstammt meiner gut ein Jahr alten Facharbeit aus dem Fach Chemie, deswegen auch die Gliederung, welche ich zur besseren Übersichtlichkeit beibehalten habe. Das Wortlaut des Themas ist: Technische Gewinnung von Kraftstoffen aus Erdöl durch fraktionierte Destillation. Ich habe die Facharbeit in drei Blogs aufgeteilt. Zunächst geht es um Erdöl an sich, danach dann zweigeteilt um die Verarbeitungsschritte. Nicht über eventuelle Lücken in der Gliederung wundern, ich habe einige unpassende Teile herausgenommen. Außerdem habe ich einige Kommentare eingefügt, also nicht über Brüche im Text wundern. Eigentlich gehören zu der Facharbeit zahlreiche Bilder, die jedoch vorsichtshalber nicht eingefügt wurden, nicht dass vom Urheber noch irgendwelche Klagen kommen. Ich habe an sinnvollen Stellen Links eingefügt, sodass man ein passendes Bild trotzdem mit wenigen Klicks findet. Wer den Aufsatz lieber mit seinem Officeprogramm lesen möchte, für den gibt es hier den Download meiner Facharbeit: Facharbeit 

Gliederung:                                                                     

2.                Erdöl     

2.1                Allgemeines 

2.2               Zusammensetzung

2.3               Eigenschaften

3.                  Entstehung von Erdöl 

4.                  Herstellung von Kraftstoffen 

4.1                Gründe für die Verarbeitung von Erdöl 

4.2               Verarbeitungsschritte  

4.2.1               Reinigung/Entsalzung  

4.2.2           Destillation  

4.2.2.1        Atmosphärische Destillation 

4.2.2.2       Vakuumdestillation 

4.3                Reinigung der Destillate

4.4                Cracken    

4.4.1             Thermisches Cracken    

4.4.2            Katalytisches Cracken    

4.5                Sonstige Verarbeitungsschritte       

5.                Zusammenfassung         

6.                Literaturnachweis       

6.1              Textquellen                  

2. Erdöl:

2.1 Allgemeines

Erdöl ist ein vor allem in der Golfregion (z.B. Saudi Arabien, Iran), Sibirien/Kaukasus (z.B. Russland), Südamerika (z.B. Brasilien), dem Golf von Mexiko (Venezuela), Nordamerika(USA, Kanada) und Afrika (z.B. Nigeria) natürlich vorkommendes Stoffgemisch. Es ist von sehr großer wirtschaftlicher Bedeutung und deckt als Brenn- oder Kraftstoff gut ein Drittel des weltweiten Primärenergiebedarfs. In verarbeiteter Form wird es außerdem als Rohstoff der chemischen Industrie, z.B. zur Kunststoffproduktion, genutzt.

2.2  Zusammensetzung

Reines Erdöl ist ein Stoffgemisch welches hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen, in geringen Mengen aber auch z.B. aus Schwefel- und Sauerstoffverbindungen besteht. Der Anteil der Kohlenwasserstoffe gliedert sich in Alkane (Paraffine), Cycloalkane (Naphthene), Alkene (Olefine) und Arene (Aromaten). Alkane sind unterschiedlich lange Kohlenstoffketten, welche verzweigt und unverzweigt sein können. Sie sind stets gesättigt, d.h. es gibt zwischen Kohlenstoffatomen maximal ein bindendes Elektronenpaar. Wenn ein Alkan aus mehr als 3 Kohlenstoffatomen besteht, so zählt es zu den Isomeren, also zu den Stoffen, die bei identischer Molekularformel verschieden aufgebaut sein können. Cycloalkane sind im Gegensatz zu den Alkanen, die „Anfang und Ende“ haben, ringförmig aufgebaut. Die Cycloalkane können jedoch auch aus mehreren Ringen bestehen, welche sich dann einige Kohlenstoffatome teilen. Analog zu den Alkanen ist hier die Vielfalt sehr hoch. Alkene sind ebenfalls Kohlenstoffketten, allerdings haben bei ihnen mindestens zwei Kohlenstoffatome wenigstens zwei bindende Elektronenpaare, wodurch der Anteil an Wasserstoff in der Verbindung geringer ist. Arene sind ringförmige Kohlenstoffketten, die allerdings mindestens eine Doppelbindung enthalten. Beispiele: Alkane:              C3H8 Cycloalkane:     C6H12   Alkene:              C3H6 Arene:               C6H6 Kohlenwasserstoffe  Zuordnung in Listungsreihenfolge. Betrachtet man den Masseanteil der einzelnen Elemente, so hat Kohlenstoff den höchsten Anteil, gefolgt von Wasserstoff.

Element Anteil gerundet
Kohlenstoff 83%
Wasserstoff 12%
Sonstige (Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel) 5%

2.3 Eigenschaften

Erdöl ist eine je nach Sorte hellgelbe bis schwarze, zum Teil fluoreszierende Flüssigkeit. Sie kann bei Raumtemperatur dünn- bis zähflüssig sein, während die Dichte von rund 0,8-1,0 g/cm³ reichen kann. Die mittlere Molmasse ist ebenfalls sehr unterschiedlich, ein typischer Wert ist 400g/Mol. Der Heizwert beläuft sich auf gut 42-48MJ/kg.

3.Entstehung von Erdöl

Erdöl hat sich vor allem aus dem im Meer vorkommendem Plankton gebildet. Nach dem Tod dieser Kleinstlebewesen sanken sie auf den Meeresgrund und lagerten sich dort ab. War im Wasser am Meeresgrund wenig Sauerstoff gelöst, so bildete sich mit anderen Stoffen wie etwa Kalk und Ton vermischter Faulschlamm, der durch sich danach ablagernde Sedimente luft- und damit sauerstoffdicht abgedeckt wurde. Die entstandene Schicht wird auch Erdölmuttergestein genannt. Infolge der weiteren Ablagerung von Sedimenten sinkt diese immer weiter ab. Das organische Material (Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße), wurde nun von anaeroben Bakterien in Primärbitumen, ein Gemisch aus langkettigen Kohlenwasserstoffen umgewandelt. Das Erdölmuttergestein sank danach weiter ab. Es erhöhten sich Druck und Temperatur, wodurch (weiterhin unter der Mitwirkung von Bakterien und begünstigt durch im Gestein enthaltene Katalysatoren)  auch kurzkettige Kohlenwasserstoffe durch natürliches Cracken entstanden und das entstandene Erdöl aus der Entstehungsschicht herausgepresst wurde. Es wanderte, begünstigt durch seine gegenüber Wasser geringere Dichte, durch Spalten und poröses Gestein nach oben. Zumeist traf es auf seinem Weg irgendwann auf undurchlässige Gesteinsschichten. Waren diese, wie in der Abbildung zu sehen, nach oben durchgebogen, so spricht man von Erdölfallen . Neben dem Beispiel gibt es auch noch weitere Typen. Dort sammelte sich das Erdöl schließlich und bildete die heutigen Lagerstätten.

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