Erdöl ist einer der wertvollsten Rohstoffe, die uns im täglichen Leben begleiten. Das komplexe Stoffgemisch besteht dabei aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen, die kettenförmig, ringförmig oder aromatisch sein können.
Aufbereitet wird das Erdöl in einer Raffinerie. Dort werden unterschiedliche Produkte hergestellt. Die Verarbeitung des Rohöls erfolgt dabei stufenweise:
- fraktionierte Destillation
- Weiterverarbeitung und Veredelung
- Petrochemie
Der bedeutendste Schritt ist die fraktionierte Destillation des Rohöls. Bei diesem Prozess wird das Stoffgemisch in eine Vielzahl von Fraktionen, also Stoffe, getrennt. Dabei entsteht ein hoher Anteil an hochsiedenden Kohlenwasserstoffgemischen, für die nur eine geringe Nachfrage besteht. Durch die Weiterverarbeitung dieser langkettigen Fraktionen können weitere wichtige und kurzkettige Stoffe wie Benzin und Dieselöl gewonnen werden.
Die fraktionierte Destillation beschreibt die Trennung eines Stoffgemischs, beispielsweise von Erdöl, in seine einzelnen Fraktionen.
Fraktionierte Destillation – Erklärung
Stoffgemische lassen sich durch ein Destillationsverfahren trennen, wenn sich die Siedepunkte der einzelnen Stoffe im Gemisch unterscheiden. Durch das Erhitzen verdampfen die Komponenten und der Stoff mit dem niedrigeren Siedepunkt verdampft bevorzugt. Dieser Stoff liegt in einer höheren Konzentration im Kondensat des Dampfes vor als in der Ausgangsmischung.
Für die fraktionierte Destillation ist ein Stoffgemisch notwendig. Häufig kommt dabei Erdöl zum Einsatz. Diese besteht hauptsächlich aus aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen und kommt in der obersten Schicht der Erdkruste vor.
Die Verarbeitung des Erdöls findet in einer Erdölraffinerie statt. Die Aufbereitung besteht aus mehreren Schritten. Neben der fraktionierten Destillation gehören auch das Cracken und Reforming sowie die Entschwefelung zur Aufbereitung des Erdöls.
Fraktionierte Destillation – Aufbau
Im Folgenden findest du eine vereinfachte Abbildung, die dir zeigt, wie eine fraktionierte Destillation aufgebaut ist. Die fraktionierte Destillation bildet den ersten Schritt der Erdölaufbereitung. Im Allgemeinen besteht die fraktionierte Destillation aus einem Röhrenofen und einer Destillationskolonne. Im Destillationsturm befinden sich auf verschiedenen Ebenen Glockenböden. Dort sammeln sich die Produkte der Destillation, die Destillate, an.
Anhand der Glockenböden kannst du feststellen, ob es sich um eine mehrstufige Destillation handelt oder nicht. Ein Stoffgemisch kann häufig nicht durch eine einmalige Destillation vollständig in die einzelnen Komponenten getrennt werden. Der Prozess der Destillation muss dazu mehrfach wiederholt werden.
Eine mehrstufige Destillation dient dazu, dass sich ein Stoffgemisch besser in die einzelnen Bestandteile auftrennen lässt. So laufen mehrere Destillationen in einer Destillationskolonne mit mehreren Glockenböden hintereinander ab.
Innerhalb der Fraktionierkolonne befindet sich ein Temperaturgefälle. Die untersten Böden der Kolonne sind am heißesten. Mit zunehmender Höhe werden diese Böden immer kälter. Das heißt, dass sich der aufsteigende Dampf immer weiter abkühlt je weiter er aufsteigt und so auch kondensiert. Der Siedepunkt der enthaltenen Destillate ist dabei entscheidend.
Die Komponenten eines Stoffgemischs mit dem niedrigsten Siedepunkt kondensieren am weitesten oben in der Kolonne.
Fraktionierte Destillation – Ablauf
Da Rohöl nicht für die direkte Verwendung geeignet ist, müssen zunächst die verschiedenen Kohlenwasserstoffe voneinander getrennt werden, um diese nutzbar zu machen. Der erste Schritt der Verarbeitung von Erdöl ist die fraktionierte Destillation.
Das Stoffgemisch wird zunächst in den Röhrenofen geleitet, wo es erhitzt wird. Der Dampf des Ausgangsstoffes wird anschließend in den Destillationsturm geleitet. Die Kolonne für eine fraktionierte Destillation zeichnet sich durch den inneren Aufbau aus.
Dort befinden sich mehrere Böden mit sogenannten Glocken, die eine mehrstufige Destillation des Stoffgemischs ermöglichen. Der aufsteigende Dampf des Ausgangsgemischs kondensiert und verdampft dabei in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten. Die Anzahl der Böden innerhalb der Kolonne gibt an, wie viele Destillationsschritte die fraktionierte Destillation hat.
Der Dampf des erhitzten Stoffgemischs steigt nach dem Einleiten in die Destillationskolonne auf. Der aufsteigende Dampf kondensiert in den einzelnen Böden. Im kondensierten Dampf ist der Anteil an Destillaten höher als im zu trennenden Stoffgemisch. Der Vorgang des Verdampfens und Kondensieren erfolgt bis zum obersten Boden der Destillationskolonne.
Auf jedem Boden der Destillationskolonne bildet sich eine Flüssigkeitsschicht, die in Verbindung mit dem aufwärtsströmenden Dampf und dem herablaufenden Kondensat steht. Dadurch kommt es zu einer Anreicherung der verschiedenen Komponenten mit einem ähnlichen Siedepunkt.
Fraktionierte Destillation von Erdöl
Die fraktionierte Destillation von Rohöl wird in zwei verschiedenen Kolonnen durchgeführt. Die erste Kolonne steht dabei unter normalem Druck, die zweite Kolonne ist eine sogenannte Vakuum-Fraktionierkolonne. Dort wird die Destillation des Rohöls mit einem Unterdruck durchgeführt.
Fraktionierung des Erdöls
Durch das Erhitzen des Erdöls im Röhrenofen wird ein Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit erzeugt, das anschließend in die Fraktionierkolonne eingeleitet wird. Alle Stoffe, die unter 360°C sieden, werden verdampft und somit in die verschiedenen Siedebereiche getrennt.
Am Boden der Kolonne bildet sich der flüssige Rückstand aus langkettigen Kohlenwasserstoffen. Diese sieden nur bei Temperaturen über 360°C. Der gebildete Rückstand kann entweder durch thermisches Cracken in leichtes Heizöl und Benzin getrennt werden oder mit Hilfe der Vakuumdestillation in weitere Fraktionen unterteilt werden.
Vakuumdestillation
Die Vakuumdestillation ist der zweite Schritt der fraktionierten Destillation. Dabei wird die Destillation bei einem erniedrigten Druck, einem Vakuum, durchgeführt. Die Verminderung des Drucks wirkt dabei wie ein Katalysator, denn die Siedetemperatur der zu trennenden Stoffe wird verringert.
Der Begriff Vakuum stammt von dem lateinischen Begriff vacuus ab und bedeutet so viel wie leer.
Im Hinblick auf die Chemie ist ein Vakuum der Zustand eines Gases der in einem Gefäß mit vermindertem Druck vorliegt, also ein Druck der geringer ist als der atmosphärische Druck bei Normalbedingungen.
Bei der atmosphärischen Destillation wird mit Temperaturen um 370°C gearbeitet. Würde nun die Temperatur weiter erhöht werden, kommt es zu einer Zersetzung, dem Cracken, der Bestandteile des Erdöls. Der entstandene Rückstand wird deshalb im Rahmen der Vakuumdestillation nur geringfügig erhöht, so dass weitere Fraktionen entstehen können. Bitumen bildet den Vakuumrückstand. Diese Bestandteile sieden erst bei Temperaturen weit über 500°C.
Fraktionierte Destillation – Produkte
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