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Erdöl und Erdgas als Kohlenwasserstoffe 07:58 min

Textversion des Videos

Transkript Erdöl und Erdgas als Kohlenwasserstoffe

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Erdöl und Erdgas. Der Film gehört zur Reihe Kohlenwasserstoffe Teil 2. Als Vorkenntnisse solltest du das Video Kohlenwasserstoffe Teil 1 bereits gesehen haben. Das Ziel des Videos ist es, dir einen Überblick über die wichtigen Rohstoffe Erdöl und Erdgas sowie ihre Verwendung zu geben.

Der Film besteht aus 8 Abschnitten. 1. Entstehung 2. Zusammensetzung 3. Eigenschaften 4. Verwendung 5. Förderung 6. Reserven und Produzenten 7. Erdölverarbeitung und 8. Gefahren.

  1. Entstehung: Erdöl und Erdgas haben sich vor 20 bis 500 Millionen Jahren gebildet. Im Meer lebten viele Kleinstlebewesen, die abstarben. Die toten Lebewesen fielen auf den Meeresgrund. Sie wurden von Schlamm eingehüllt. Die Schlammschicht wurde von Sedimentgestein abgedeckt. So konnte kein Sauerstoff an die abgestorbenen Lebewesen gelangen. Dadurch kam es nur zu einer teilweisen Zersetzung. Es entstanden ein Gas und ein Öl, Erdgas und Erdöl.

  2. Zusammensetzung: Erdöl und Erdgas zählen zu den fossilen Rohstoffen. Erdöl besteht zum größten Teil aus Kohlenwasserstoffen, die mehr als 4 Kohlenstoffatome enthalten. Erdgas besteht aus flüchtigen Kohlenwasserstoffen, hauptsächlich aus Methan. Weniger enthalten sind Ethan, Propan und Butan. Manches Erdgas enthält Stickstoff, anderes wiederum Edelgase. Auch Kohlenstoffdioxid ist in manchen Edelgasen enthalten. Schwefel in Form von Schwefelwasserstoff findet man mitunter sowohl in Erdöl als auch in Erdgas.

  3. Eigenschaften: Erdöl ist flüssig und Erdgas ist gasförmig. Erdöl siedet im mittleren bis hohen Bereich. Erdgas siedet niedrig bei -160 Grad Celsius. Erdöl hat einen typischen Benzingeruch, Erdgas ist gewöhnlich geruchlos. Erdöl ist gelb bis schwarz, Erdgas hingegen farblos. Erdöl ist brennbar, Erdgas sogar noch mehr, leicht entzündlich. Beide Rohstoffe liefern viel Wärme, besonders Erdgas. Im Schnitt etwa 40 MJ pro kg.

  4. Verwendung: Beginnen wir mit dem Erdgas. Erdgas wird für die Beheizung von Räumen verwendet. Erdgas liefert Industriewärme. Man verwendet es für die Stromerzeugung. Man gewinnt daraus Treibstoffe für Kraftfahrzeuge. Es hat Verwendung in der Chemieindustrie. Und schließlich ist Erdgas Energielieferant bei der Eisenherstellung, so wie hier in Třinecké železárny.  Erdöl: Erdöl ist ein wichtiger Rohstoff für die Chemieindustrie. Man stellt aus ihm etwa 300 Grundchemikalien her. Daraus kann man fast alles herstellen. Einige Beispiele: Lacke und Farben, Wasch- und Reinigungsmittel, Arzneimittel oder Kunststoffe.

  5. Förderung: Erdöl kann man zu Lande oder zu Wasser fördern. Man gewinnt die Rohstoffe aus tiefen Lagerstätten. Erdgas dringt meistens durch den Eigendruck an die Oberfläche. Das ist auch in der ersten Förderungsstufe bei Erdöl möglich. Reicht der Druck nicht, so kann man zweitens durch Wasser den Druck erhöhen. Zusätzlicher Druck für die Förderung kann drittens durch Dampf, Chemikalien oder Mikroben erreicht werden. Deutschland verbraucht etwa 110 Millionen Tonnen Erdöl und fördert davon etwa 3 % selbst.

  6. Reserven und Produzenten: Um 2010 wurde geschätzt, dass Erdgas noch für 70 Jahre und Erdöl noch für etwa 50 Jahre reicht. Die Zahlen ändern sich laufend, weil ständig neue Vorkommen entdeckt werden und verbesserte Fördermethoden entwickelt werden. Hier ist eine Übersicht über die wichtigsten Erdölverbraucher. An erster Stelle liegen ganz klar die Vereinigten Staaten, gefolgt von China, Russland und Japan. Deutschland belegt den 5. Platz. Und hier zeige ich euch eine Übersicht über die Raffinerien. Die meisten Raffinerien besitzen wieder die Vereinigten Staaten, gefolgt von Russland, China und Japan. Deutschland belegt den 7. Platz. Die größten 3 nicht-staatlichen Ölkonzerne sind Exxon, Shell und BP.

  7. Erdölverarbeitung: Erdöl ist ein Gemisch vieler Stoffe. Will man sie auftrennen, braucht man bestimmte Trennverfahren. Das wichtigste Verfahren ist die fraktionierte Destillation. Diese geschieht stufenweise in solchen Destillationstürmen. Dabei werden die unterschiedlichen Siedetemperaturen der Stoffe ausgenutzt. Man erhält so schließlich Gase, Benzine, Kerosin, Diesel, Heizöl und Bitumen. Die Siedetemperatur steigt von oben nach unten. Ein zweites Verfahren ist das Cracken, das heißt das Zerkleinern von Molekülen. Und schließlich das Reforming, das heißt die Umwandlung bestimmter Moleküle in andere. Aus unverzweigten Molekülen entstehen so verzweigte. Das ist wichtig, denn ein Stoff mit verzweigten Molekülen klopft weniger beim Autofahren. 

  8. Gefahren: Trotz des großen Nutzens von Erdöl und Erdgas, gibt es einige wichtige Gefahrenpunkte. Als Erstes wären da Öl- und Gasbrände zu nennen. Genauso schlimm und verheerend ist eine Ölpest, wenn Öl in das Meer ausgelaufen ist. Genauso gefährlich ist der Treibhauseffekt, er wird hervorgerufen durch Methan oder dessen Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid.

Damit sind wir am Ende dieses Videos. Ich wünsche euch alles Gute auf Wiedersehen.  

6 Kommentare
  1. Ich freue mich, dass dieses Video offensichtlich recht gut gelungen ist.

    Alles Gut und viel Erfolg

    Von André Otto, vor mehr als 3 Jahren
  2. Das ist chemie und wir machen das in Erdkunde aber sehr toll erklärt

    Von Amilak 14, vor mehr als 3 Jahren
  3. Sehr gut vielen dank.

    Von Houtarou, vor fast 4 Jahren
  4. Vielen Dank...war super

    Von Ggrueber, vor fast 4 Jahren
  5. Tolles und gut strukturiertes Video! Danke :)

    Von Merabell A., vor etwa 6 Jahren
  1. Sehr schön übersichtlich und verständlich! Danke!!!

    Von C Arngold, vor mehr als 6 Jahren
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Erdöl und Erdgas als Kohlenwasserstoffe Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Erdöl und Erdgas als Kohlenwasserstoffe kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne Verwendungsmöglichkeiten von Erdgas.

    Tipps

    Erdgas hat einen hohen Heizwert.

    Lösung

    Erdgas ist an erster Stelle ein Energieträger, der sehr einfach große Mengen an Wärmeenergie liefert. Diese kann auf unterschiedliche Art und Weise genutzt werden.
    Die Wärme kann direkt zum Heizen von Wohnräumen genutzt werden. Größere Wärmemengen werden in Industrieanlagen benötigt, diese können ebenfalls mit Erdgas erzeugt werden. Die Wärme kann auch zur Stromerzeugung genutzt werden. Dies geschieht in großen Erdgaskraftwerken, die Strom für ganze Städte liefern können.
    Schließlich ist Erdgas noch ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie. Aus Erdgas werden eine ganze Reihe wichtiger Grundchemikalien mit kleinen Kettenlängen von Kohlenstoffatomen hergestellt.

  • Schildere die Förderung von Erdgas und Erdöl.

    Tipps

    Mithilfe von Gas lässt sich ein höherer Druck erzeugen als mit Flüssigkeiten, da Flüssigkeiten sich nicht komprimieren lassen.

    Lösung

    Erdöl und Erdgas sind die Produkte von Abbauprozessen biologischen Materials. Dieses ist unter luftdichten Gesteinsschichten unvollständig abgebaut worden und im Laufe von langen Zeiträumen haben sich so langkettige Kohlenwasserstoffe gebildet. Je nach Länge der Kohlenstoffketten sind die Kohlenwasserstoffe gasförmig oder flüssig.
    Gasförmige Kohlenwasserstoffe stehen in den Lagerstätten unter Druck. Bohrt man diese Lagerstätten an, entweicht das Gas durch das Bohrloch. Die Förderung ist daher sehr einfach.
    Auch die Lagerstätten mit Erdöl enthalten Gase und stehen daher unter Druck. Das Erdöl lässt sich mithilfe des Druckes fördern, indem die Lagerstätte angebohrt und ein Rohr in das flüssige Erdöl eingeführt wird. Der Druck in der Lagerstätte drückt das flüssige Öl durch das Rohr an die Erdoberfläche.
    Reicht der Druck nicht mehr aus, um das Erdöl bis an die Oberfläche zu pumpen, wird der Druck in der Lagerstätte künstlich erhöht. Dies kann in der zweiten Phase der Förderung durch Einleiten von Wasser in die Lagerstätte erreicht werden.
    Auch so lassen sich aber nur 20 - 60% des Erdöls aus der Lagerstätte befördern. Daher wird der Druck durch Einleiten von Gasen, Wasserdampf, Chemikalien oder Mikroorganismen weiter erhöht, sodass weiteres Erdöl bis an die Erdoberfläche gelangen kann.

  • Beschreibe die Eigenschaften und Zusammensetzung von Erdöl und Erdgas.

    Tipps

    Erdöl und Erdgas enthalten die gleiche schwefelhaltige Verbindung.

    Nicht alle Begriffe dürfen markiert werden!

    Lösung

    Erdöl und Erdgas entstammen der gleichen Quelle, dem unvollständigen Abbau von organischem Material unter Luftabschluss. Die dabei entstandenen Kohlenwasserstoffe sind, abhängig von den herrschenden Bedingungen, zu unterschiedlich langen Kohlenwasserstoffketten reagiert. Kurzkettige Kohlenwasserstoffketten sind gasförmig und daher im Erdgas zu finden. Dies sind vor allem Methan, Ethan, Butan und Propan. Zusätzlich befinden sich im Erdgas unterschiedliche Anteile anderer Gase, wie Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff. Auch Schwefelwasserstoff kann in großen Mengen enthalten sein.
    Dieser kann auch in Erdöl enthalten sein. Allgemein enthält Erdöl die Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenlänge von mehr als vier Kohlenstoffatomen.

    Da Erdgas bei Raumtemperatur gasförmig ist, ist der Siedepunkt sehr niedrig. Er liegt je nach Zusammensetzung weit unter -100°C. Erdöl hingegen siedet erst bei höheren Temperaturen. Da die Kohlenstoffketten unterschiedlich lang sind, sieden sie bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Siedepunkte liegen zwischen 30°C und 400°C, teils auch darüber.
    Die Farbe von Erdöl variiert je nach Zusammensetzung zwischen gelb und schwarz, der Geruch ist der typische Benzingeruch, den jeder von der Tankstelle kennt. Erdgas hingegen ist farb- und geruchlos. Damit wir bei Schäden an Gasleitungen oder Ähnlichem auf austretendes Gas aufmerksam werden, wird dem Gas bei der Aufbereitung ein geruchsintensives Gas beigemischt.

  • Analysiere die fraktionierte Destillation eines Gemisches von Kohlenwasserstoffen.

    Tipps

    Welche Destillate werden an welcher Stelle der Rektifikationskolonne entnommen?

    Gasförmige Produkte sammeln sich am oberen Ende der Rektifikationskolonne.

    Lösung

    Der wichtigste Schritt bei der Aufbereitung des Rohöls besteht in der fraktionierten Destillation. Diese wird in bis zu 50m hohen Apparaturen aus Edelstahl durchgeführt, die als Rektifikationskolonnen bezeichnet werden. Diese sind mit vielen Zwischenböden ausgestattet, auf denen sich die unterschiedlichen Destillate sammeln können.
    Das Rohöl wird auf 400°C erhitzt und wird so zum Großteil gasförmig. Die Temperatur nimmt innerhalb der Rektifikationskolonne von unten nach oben ab. Die im Rohöl enthaltenen Verbindungen kondensieren daher an unterschiedlichen Stellen der Rektifikationskolonne, entsprechend ihren Siedepunkten. Sie sammeln sich daher auf unterschiedlichen Zwischenböden.

    Ganz oben sammeln sich gasförmige Bestandteile, die den niedrigsten Siedepunkt haben. Dies sind zum Beispiel die Gase Ethen, Ethan, Propan und Butan. Diese können durch Reforming in Kraftstoffe umgewandelt werden oder direkt verwertet werden.
    Auf den obersten Böden sammeln sich niedrig siedende Kohlenwasserstoffe, wie Isooctan und Petrolether. Diese haben etwa fünf bis acht Kohlenstoffatome und bilden die Hauptbestandteile von Benzin.
    Weiter unten kondensieren die Bestandteile des Diesels, sie haben einen Siedepunkt, der etwa 150°C höher liegt. Dies sind längerkettige Alkane, Cycloalkane oder aromatische Kohlenwasserstoffe mit etwa neun bis 22 Kohlenstoffatomen pro Molekül. Beispiele sind Isononan, Cyclodecan oder Dodecan.
    Ziemlich weit unten in der Kolonne, also bei einem sehr hohen Siedepunkt, kondensieren die Bestandteile des Heizöls. Schweres Heizöl wird in Kraftwerken zur Energiegewinnung genutzt und treibt große Schiffe mit riesigen Motoren an. Der Siedepunkt liegt bei 300°C oder höher, dementsprechend groß sind die Kohlenwasserstoffe. Es sind aromatische Kohlenwasserstoffe und verzweigte Alkane mit 20 bis 70 Kohlenstoffatomen pro Molekül. Beispiele sind das Eicosan mit 20 Kohlenstoffatomen und eine Gruppe von polyaromatischen Verbindungen, die mit dem Sammelbegriff Aspaltene bezeichnet werden. Schweres Heizöl hat eine sehr zähe Konsistenz und wird daher bei 60°C gelagert. Dadurch ist es so flüssig, dass es sich pumpen lässt. Bevor es verbrannt wird, muss die dickflüssige Masse auf 150°C erwärmt werden.

  • Bestimme die Produkte, die aus Erdöl gewonnen werden.

    Tipps

    Nagellackentferner besteht hauptsächlich aus dem Lösungsmittel Aceton $H_3C-CO-CH_3$.

    Aus einigen Kunststoffen können Fasern hergestellt werden.

    Lösung

    Erdöl ist der Grundstoff, aus dem fast alle organischen Chemikalien, die in der Chemieindustrie verarbeitet werden, hergestellt werden. Erdöl wird in unterschiedlich lange Kohlenwasserstoffe zerlegt und gereinigt, diese werden verändert oder polymerisiert, bis die gewünschten Chemikalien erhalten werden.

    Daher ist Erdöl in fast allen Produkten enthalten, die von der chemischen Industrie produziert werden. Fast alle Kunststoffe werden aus Erdölprodukten hergestellt, aus den Kunststofffasern wird auch Kleidung gewebt. Nagellackentferner besteht hauptsächlich aus Aceton, einem Lösungsmittel, das aus Erdöl hergestellt wird und in der Industrie in riesigen Mengen zum Einsatz kommt. Auch Arzneimittel sind in der Regel kompliziert gebaute organische Verbindungen. Sie enthalten also Kohlenwasserstoff-Gerüste und werden daher auch aus Erdöl gewonnen. Auch Waschmittel enthalten organische Stoffe, die aus Erdöl gewonnen werden.
    Erdöl ist aber noch in weit mehr Produkten des täglichen Lebens enthalten: offensichtlich in Benzin und Motorölen, in Plastiktüten, in den Kunststoffverkleidungen von Autos, in unseren Telefonen, im Computer, allen Farben, die uns umgeben... Es gibt erstaunlich wenig Gegenstände, mit denen wir uns umgeben, die nicht auf Basis von Erdöl hergestellt werden!

    Gegenstände, die aus Holz oder Metall gefertigt werden, enthalten hingegen kein Erdöl. Oft sind jedoch auch hier Erdölprodukte enthalten: Der Kunststoffgriff eines Topfdeckels, die Druckerfarbe in Büchern oder Pflegeöle, mit denen Holzmöbel behandelt werden.

  • Erschließe den Ablauf der Erdölaufbereitung.

    Tipps

    Beim Cracken werden langkettige und daher hochsiedende Kohlenwasserstoff durch Hitzeeinwirkung oder an Katalysatoren in kleinere, gasförmige Fragmente umgewandelt.

    Die hochsiedenden Fraktionen erhält man am Ende der Destillation. Sie werden zum Cracken und zum Reforming genutzt.

    Lösung

    Der Prozess der Erdölaufbereitung ist äußerst kompliziert und wird in riesigen Industrieanlagen durchgeführt, die als Raffinerien bezeichnet werden. Das Erdöl muss je nach Zusammensetzung unterschiedlich behandelt werden, um es in seine Bestandteile aufzutrennen und weiter zu verarbeiten. Der Ablauf ist daher sehr komplex und unterscheidet sich je nach Herkunft und Qualität des Rohöls.
    Das wichtigste Verfahren, das immer durchgeführt wird, ist die fraktionierte Destillation. Das Rohöl wird dabei stark erhitzt, bis bei etwa 400°C viele Kohlenwasserstoffe gasförmig sind. In großen Türmen, die von unten nach oben kälter werden, wird das Gas abgekühlt. Dabei kondensieren die Kohlenwasserstoffe je nach Siedepunkt an unterschiedlichen Stellen der Destillationskolonne. So können die Bestandteile erhalten werden, die als Benzin, Diesel oder Kerosin in den Handel kommen. Auch gasförmige Bestandteile können so isoliert und weiterverarbeitet werden.
    Um den hochsiedenden Rückstand, der eine teerartige Konsistenz hat, zu trennen, wird eine Destillation unter Vakuum durchgeführt. Dabei werden auch längerkettige Kohlenwasserstofffe gasförmig, die einen höheren Siedepunkt haben. Diese werden als Heizöl oder Bitumen genutzt. Ein Teil dieser Kohlenwasserstoffe kann jedoch nicht genutzt werden, daher müssen die Kohlenwasserstoffketten gecrackt, also gebrochen werden, um kleinere Fragmente zu erhalten. Das einfachste Verfahren dazu ist, die Verbindungen so stark zu erhitzen, bis sie sich zersetzen. So erhält man Gase, wie Ethen oder Propen.
    Diese können weiterverkauft werden oder in Benzin, Diesel oder Ähnliches umgewandelt werden. Der entsprechende Prozess wird als Reforming bezeichnet. Kurze Kohlenwasserstoffe werden zu etwas längeren, verzweigten Kohlenwasserstoffen verknüpft. Diese Verbindungen verbessern die Qualität der Kraftstoffe und vermindern deren Klopfzahl. Daher kann auf besonders giftige Zusatzstoffe, wie Blei, verzichtet werden.