Erdöl und die fraktionierte Destillation

Erdöl und die fraktionierte Destillation Übung

• Gib an, welche Aussagen über Erdöl stimmen.

  Tipps

  Die Fraktionierung von Erdöl (Rohöl) ist notwendig, weil es für eine direkte Verwendung nicht geeignet ist.

  Lösung

  Erdöl entsteht aus abgestorbenen Pflanzen- und Tierresten, die vor Millionen von Jahren in Sedimentschichten eingeschlossen wurden. Unter hohem Druck und hoher Temperatur verwandelten sie sich über lange Zeiträume in Erdöl – weshalb es zu den nicht erneuerbaren Energieträgern zählt. Es liegt nicht an der Erdoberfläche vor, sondern tief in der Erdkruste, eingeschlossen in porösen Gesteinsschichten. Aussage B ist daher falsch. Erdöl ist ein flüssiges Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen – Molekülen, die nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen. In seiner ursprünglichen Form als Rohöl ist es nicht direkt nutzbar. Bevor es verwendet werden kann, wird es in Raffinerien durch fraktionierte Destillation in seine Bestandteile zerlegt. Dabei werden die verschiedenen Kohlenwasserstoffe aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedepunkte voneinander getrennt.

• Bestimme für jede Erdölfraktion die passende Verwendung.

  Tipps

  Bitumen wird für die Herstellung von Asphalt verwendet.

  Lösung

  Wenn Erdöl in der Raffinerie durch fraktionierte Destillation getrennt wird, entstehen verschiedene Fraktionen mit unterschiedlichen Eigenschaften – und damit auch unterschiedlichen Verwendungszwecken.

  Die richtige Zuordnung:

  - Flüssiggas → Heizung und Kochen (z. B. in Gasherden oder Heizanlagen) - Bitumen → Straßenbau (es ist zähflüssig und eignet sich daher als Bindemittel für Asphalt) - Diesel → Kraftstoff für Dieselmotoren (z. B. Lkws, Busse, Schiffe) - Petroleum → Beleuchtung (z. B. in Petroleumlampen)

  Stahlherstellung gehört nicht dazu – Stahl wird aus Eisenerz gewonnen und hat mit der Erdölverarbeitung nichts zu tun.

• Beschreibe die fraktionierte Destillation näher.

  Tipps

  Die Fraktionierkolonne besteht aus mehreren Glockenböden, in denen die Stoffe in der Gasphase nach oben strömen und kondensieren.

  Lösung

  Bei der fraktionierten Destillation wird Rohöl in einzelne Fraktionen getrennt. Grundlage dafür sind die unterschiedlichen Siedetemperaturen der enthaltenen Stoffe.

  In einer Fraktionierkolonne mit mehreren Glockenböden verdampfen und kondensieren die Stoffe mehrfach. Durch die Kondensation gehen die Bestandteile in die flüssige Phase über und können aufgefangen und weiterverarbeitet werden.

  Stoffe mit niedrigem Siedepunkt steigen weiter oben in der Kolonne auf, Stoffe mit hohem Siedepunkt kondensieren weiter unten.

• Ordne die Fraktionen in der Fraktionierkolonne.

  Tipps

  Die Stoffe mit den niedrigsten Siedetemperaturen sind kleine Kohlenwasserstoffmoleküle wie Flüssiggas.

  Schweröl gehört mit zu den längsten Kohlenwasserstoffmolekülen.

  Lösung

  In der Fraktionierkolonne gilt: Oben ist es kälter, dort sammeln sich die leichten Kohlenwasserstoffe. Unten ist es heißer, dort bleiben die schweren Kohlenwasserstoffe. „Leicht“ und „schwer“ bezieht sich dabei vor allem auf die Größe der Moleküle bzw. auf die Anzahl der Kohlenwasserstoffatome (C-Atome):

  - Flüssiggas: sehr kleine Moleküle mit wenigen C-Atomen → niedrige Siedetemperatur → steigt bis ganz nach oben - Benzin/Leichtbenzin: etwas größere Moleküle → höhere Siedetemperatur → kondensiert darunter - Kerosin: mittelgroße Moleküle → mittlere Siedetemperatur → kondensiert unterhalb von Benzin - Diesel/Heizöl: noch mehr C-Atome → noch höhere Siedetemperatur → wird weiter unten abgetrennt - Schweröle: sehr große Moleküle mit vielen C-Atomen → sehr hohe Siedetemperatur → bleiben im unteren, heißen Bereich

  Die richtige Reihenfolge von oben nach unten lautet also: Flüssiggas → Benzin/Leichtbenzin → Kerosin → Diesel/Heizöl → Schweröle

• Zeige die Fraktionen (Bestandteile), die aus Erdöl gewonnen werden, auf.

  Tipps

  Paraffine sind Erdölbestandteile, die in der Medizin zur Wärmetherapie und in der Nagelpflege zur Versiegelung der Nägel verwendet werden.

  Zwei Antworten sind falsch.

  Lösung

  Erdöl wird durch die fraktionierte Destillation in verschiedene Fraktionen getrennt. Diese Fraktionen sind allesamt Kohlenwasserstoffe – Verbindungen, die nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.

  Die richtigen Antworten sind:

  - Benzin → Kraftstoff für Ottomotoren (z. B. Pkws) - Kerosin → Treibstoff für Flugzeuge - Heizöl → zum Heizen von Gebäuden - Paraffine → vielseitig einsetzbar, z. B. in Kerzen, Kosmetik oder als Schmierstoff

  Wasser und Methanol sind keine Erdölfraktionen. Wasser (H₂O) enthält keinen Kohlenstoff und gehört damit nicht zu den Kohlenwasserstoffen. Methanol (CH₃OH) enthält zwar Kohlenstoff, ist aber kein reiner Kohlenwasserstoff – es enthält zusätzlich Sauerstoff und entsteht nicht bei der Destillation von Erdöl, sondern wird synthetisch hergestellt.

• Unterscheide fossile und alternative Energieträger.

  Tipps

  Ein fossiler Rohstoff ist aus Pflanzen- und Tierresten entstanden.

  Fossile Energieträger gehören zu den nicht erneuerbaren Energieträgern.

  Einem Element werden vier Antworten zugeordnet.

  Lösung

  Fossile Energieträger sind nicht erneuerbar und entstehen aus Pflanzen- und Tierresten, die Millionen von Jahren unter der Erde lagen. Dazu zählen: Erdöl, Erdgas und Kohle.

  Alternative (erneuerbare) Energieträger stammen aus heute lebenden Pflanzen oder aus Sonne, Wind und Naturkräften und können sich nachbilden. Dazu zählen: Biokraftstoffe, Holz, Windenergie und Solarenergie.

  Hinweis: Holz und Biokraftstoffe gelten als erneuerbar, weil sie nachwachsen – sie setzen beim Verbrennen aber ebenfalls CO₂ frei und sind daher nicht vollständig klimaneutral.