Erdöl und Erdgas. Handlungsorientierter Chemieunterricht an Stationen. Dr. Anja Dombrowski. Downloadauszug aus dem Originaltitel: Sekundarstufe uf

Transkript

1 Dr. Anja Dombrowski andlungsorientierter hemieunterricht an Stationen Sekundarstufe uf I Anja Dombrowski Downloadauszug aus dem Originaltitel:

2 andlungsorientierter hemieunterricht an Stationen Dieser Download ist ein Auszug aus dem Originaltitel Lernzirkel Fossile Rohstoffe Über diesen Link gelangen Sie zur entsprechenden Produktseite im Web.

3 Materialaufstellung und inweise Allgemeine inweise 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 befindet, empfehlenswert. Die verwendeten hemikalien sind ordnungsgemäß zu entsorgen. Es empfiehlt sich, entsprechende Sammelbehälter passend gekennzeichnet gut sichtbar aufzustellen und die Lernenden darauf hinzuweisen. Da sich die Lernenden einen wichtigen Bereich der organischen hemie eigenständig enstän aneignen sollen, 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 en werden. Die Seiten en 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 : 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 racken das Spalten langer Kohlenstoffketten S. 13 Station 6 Kreuzworträtsel Rohölverarbeitung S. 14 Lernzielkontrolle 1

4 Station 1 Die Entstehung von Erdöl und Erdgas 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 Pflanzen oder Tiere aus lange vergangenen Erdzeitaltern. Tatsächlich bezeichnet fossil jeden Überrest vergangenen Lebens der Erdgeschichte, ob versteinert oder nicht. Da Erdöl, Erdgas und Kohle Zeugen von vor vielen Millionen Jahren entstandener Biomasse sind, bezeichnet man sie als fossile Rohstoffe. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Aufgabe Schneide die Puzzleteile aus und ordne jedem Bild zwei passende Textabschnitte tte zu. Klebe die Puzzles anschließend in dein eft. Dieser Faulschlamm gelangte durch Erdbewegungen in tiefere Schichten, wo die weitere Umwandlung bei hohem Druck und hohen Temperaturen stattfand. Unterhalb dieser Schicht reicherte sich das Erdöl an. So entstanden nden die Erdöllagerstätten. Die ältesten Erdölvorkommen men sind vor ungefähr 500 Millionen Jahren entstanden. Neben en den flüssigen Kohlenwasserstoff- Verbindungen bildeten sich auch gasförmige Produkte. Dieses Erdgas befindet sich oft in großen Gasblasen oberhalb von Erdöllagerstätten en oder in eigenständigen Lagerstätten in porösen Gesteinen. 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 pflanzliches Plankton (Kleinstlebewesen im Meer) nach dem Absterben auf den Meeresgrund absanken. im Laufe der Zeit nach oben, Das gebildete Erdöl sammelte sich in den Poren der Sediment- ge im Lau bis bis es auf eine undu undurchlässige gesteine und wanderte Gesteinsschicht traf. In dieser sauerstoffarmen Umgebung wurden sie zunächst von anaeroben (ohne Sauerstoff lebenden) Bakterien zersetzt und es bildete sich Faulschlamm, der durch die natürlichen Ablagerungsvorgänge im Meer von Lehm- und Tonschichten überlagert wurde. 2

5 Station 2 Erdöl das schwarze Gold (1) Erdöl ist ein Stoffgemisch, das je nach erkunft ganz unterschiedlich aussehen kann. Seine Farbe reicht von fast schwarz bis honigfarben. Dennoch spricht man vom schwarzen Gold, weil Erdöl das wichtigste andelsgut weltweit und Grundlage unseres modernen Lebens ist. Dabei ist dieser Bodenschatz auf die Regionen unserer Welt nicht gleich verteilt. Viele Länder sind darauf angewiesen, Erdöl zu importieren, um ihren Bedarf an diesem Rohstoff zu decken. Weltweit wurden im Jahr ,1 Milliarden Tonnen Erdöl gefördert und ebensoviel verbraucht. Den zweiten Platz im Primärenergieverbrauch renerg everbrauch weltweit belegt Kohle, gefolgt von Erdgas. Diese beiden fossilen Rohstoffe stehen en 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 n 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, men, die nach dem heutigen en Stand der Technik wirtschaftlich gewinnbare Rohstoffmengen liefern. In einigen Regionen der Erde sind große Erdölvorkommen bekannt, ihre Förderung ist aber derzeit technisch nicht möglich oder viel zu aufwendig, um wirtschaftlich zu sein. Solche Vorkommen men nennt man Ressourcen. Dazu zählen auch alle bislang nur vermuteten Erdöllagerstätten, ten, die noch weiter erforscht werden müssen. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Aufgabe 1 Schraffiere die drei größten nerdölförderländer mit roter Farbe, die drei Länder mit dem größten Erd- ölverbrauch blau und die drei Länder mit den größten Erdölreserven reserve grün. Die Tabellen auf dem Datenblatt helfen dir dabei. 3

6 Station 2 Aufgabe 2 Erdöl das schwarze Gold (2) Kreuze an, ob die folgenden Aussagen richtig oder falsch sind. Alle benötigten Informationen kannst du den Abbildungen und Tabellen auf dem Datenblatt entnehmen. 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 rbrauch im weltweiten eiten 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, hina und Kanada. ada. 10 Über die größten Erdölreserven verfügen Saudi-Arabien, Kanada und Venezuela. 11 Deutschland muss fast die gesamte Menge an nerdöl importieren. 12 Als Erdölressourcen en werden die Mengen an Erdöl bezeichnet, die die Förderländer für schlechte hte Zeiten aufheben und solange in großen Tanks lagern. Aufgabe 3 Korrigiere die fünf falschen Aussagen. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Nr. So ist es richtig: 4

7 Station 2 Erdöl das schwarze Gold (3) Top 10 Erdölressourcen (in Mio. t) (alphabetisch) Brasilien hina Kanada Kasachstan Irak 6100 Iran 7200 Russland Saudi-Arabien USA Venezuela DATENBLATT Top 10 Erdölreserven (in Mio. t) (alphabetisch) Irak Iran Kanada Kuwait Libyen 6595 Nigeria 5053 Russland Saudi-Arabien Venezuela Vereinigte Arabische Emirate Top 10 Erdölförderung (in Mio. t) (alphabetisch) hina 207,5 Irak 148,1 Iran 185,8 Kanadaada 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 Erdölverbrauch (in Mio. t) (alphabetisch) hina 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 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Reserven erven nicht-erneuerbarer Energierohstoffe Stand: Ende 2012 Erdöl Erdgas Kernenergie Weichbraunkohle artkohle Primärenergieverbrauch in Deutschland Stand: 2012 Erdöl Erneuerbare Energie Sonstige Erdgas artkohle Weichbraunkohle Kernenergie Daten entnommen aus: Energiestudie 2013 der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, annover 5

8 Station 3 Von der Lagerstätte zur Raffinerie (1) 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 mithilfe von Schallwellen, die an den unterschiedlichen Schichten reflektiert werden (Reflexionsseismik). Geophone zeichnen die zurückkehrenden Schallwellen auf. Dort, wo Geologen eine Lagerstätte vermuten, 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 Fördersonde 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 Förderinseln wird das Erdöl dann in Pipelines zum Festland transportiert. t. 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, t, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Man kann n es nach oben pumpen oder man spritzt Wasser bzw. Gas in die Lagerstätte, die das Öl dann n nach oben drücken. Erdgas wird ähnlich gefördert wie Erdöl. Da es von alleine an die Oberfläche kommt, benötigt t man zur Erdgasförderung keine Pumpen. Das geförderte Erdöl ist ein Gemisch aus Öl, Gas und Salzwasser und dadurch durch für den Transport und die Weiterverarbeitung ungeeignet. Es werden daher zunächst das Gas, das Wasser, die gelösten Salze (Korrosionsgefahr onsge für Lager- und Transportmedien) und vorhandene Schwefelverbindungen entfernt. Das gereinigte Rohöl wird dann in großen Tanks gelagert. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Von den Fördergebieten muss das Erdöl zur Weiterverarbeitung zu den Raffinerien transportiert werden. Früher erfolgte der Transport in olzfässern. Die heute noch gebräuchliche Maßeinheit 1 barrel (159 l) geht darauf zurück. 6

9 Station 3 Von der Lagerstätte zur Raffinerie (2) eute 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 können bis zu Tonnen Öl aufnehmen. Der Transport auf dem Seeweg ist kostenaufwendig und problematisch. Zum einen können die großen Tankschiffe (ab Tonnen Gesamtgewicht spricht man von Supertankern) wegen ihres großen Tiefgangs nur in wenigen äfen 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 Vergangenheit 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 n in Kesselwagen mit der Bahn, in Tanklastern auf der Straße oder auf Binnenschiffen bis zu den Endabnehmern. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth 7

10 Station 3 Aufgabe Beschrifte die Bildergalerie. Von der Lagerstätte zur Raffinerie (3) Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth 8

11 Station 4 Erdölaufbereitung Fraktionierte Destillation (1) 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 unterschiedlichen Eigenschaften ist, muss es sinnvoll getrennt werden. Die Trennung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Siedetemperaturen der einzelnen Bestandteile. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Aufgabe 1 Sieh dir die schematische Darstellung der Erdöldestillation genau an. Atmosphärische Destillation Dampf Dampf Glockenböden Fraktionen, Siedebereich Gase < 30 Flaschengas Benzine 35 bis 140 Mitteldestillate Petroleum (Kerosin) 150 bis 250 Vakuum- Destillation Fraktionen Leichtes Schmieröl Mittelschweres Schmieröl Schweres Schmieröl Röhrenofen 400 Dieselöl und Leichtes eizöl 250 bis 360 Rückstand Bitumen Rohöl Rückstand Schweres eizöl 9

12 Station 4 Aufgabe 2 Ergänze den Lückentext. Die Abbildung aus Aufgabe 1 hilft dir dabei. In einem Erdölaufbereitung Fraktionierte Destillation (2) wird das Rohöl auf ungefähr 400 erhitzt, wodurch ein großer Teil verdampft. Der geleitet, wo er nach oben steigt und langsam wird in einen bis zu 50 m hohen Destillationsturm. Ein Destillationsturm ist stockwerkartig aufgebaut. Auf dem Weg nach oben durchläuft der Dampf mehrere e Zwischenböden, die. Dort kondensieren und sammeln sich die Erdölbestandteile mit jeweils ähnlichen, sogenannte. Man erhält bei der Erdöldestillation also keine e Reinstoffe, sondern ähnlichen Siedebereichen. Im unteren Bereich werden leichtes eizöl und mit gewonnen. In einem Temperaturbereich von bis kondensiert das Mitteldestillat. Dazu ge- hören Petroleum und verwendet wird., das als Treibstoff für haben Siedetemperaturen ren zwischen 35 und 140. Daher sammeln sie sich auf den oberen Glockenböden des Destillationsturms. tions Rohölbestandteile mit sehr niedrigen Siedetemperaturen (< 30 ) werden oben als aufgefangen. Zum Teil wird es zu weiterverarbeitet oder für eizzwecke in der Raffinerie selbst verwendet. Ein Teil wird aus Sicherheitsgründen abgebrannt, damit kein Gasüberdruck in der Anlage entstehen kann. n. Ein Teil des Rohöls verdampft auch bei 400 noch nicht und bildet einen, der direkt als in der Industrie oder für Schiffe verwendet werden en kann. Soll er weiterverarbeitet werden, wird er in einen weiteren Destillationsturm geleitet, Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth wo die Destillation nicht unter normalem Luftdruck (atmosphärische Destillation), sondern bei geringerem Druck stattfindet ( - ). Unter diesen Bedingungen verdampfen die Bestandteile bereits bei niedrigeren Temperaturen. Auf diese Weise kann man Rückstände der weiter auftrennen. ierbei 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. 10

13 Station 5 racken das Spalten langer Kohlenstoffketten (1) 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 rackens so weiter verarbeitet, dass Moleküle mit langen Kohlenstoffketten unter dem Einfluss von Temperatur 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 Kohlenwasserstoffe, z. B. die gewünschten Alkane mit kürzeren Ketten oder verzweigte Alkane. Eine weitere Stoffgruppe der Kohlenwasserstoffe sind die Alkene (siehe unten). Die beim racken entstehenden Alkene sind wichtige Ausgangsstoffe zur erstellung von Kunststoffen. Aus Ethen wird beispielsweise Polyethylen hergestellt. Müllsäcke bestehen aus diesem Material. Verzweigte Alkane Alkane mit einfachen Ketten bezeichnet man als n-alkane, denn es existieren auch verzweigte Alkanmoleküle. Zur Summenformel 4 6 sind zwei Anordnungen n des Grundgerüsts aus stoffatomen denkbar: Kohlen- (1) (2) Abbildung 1 zeigt die gerade Kette von n-butan n 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 unterschiedliche Eigenschaften (z. B. Schmelz- und Siedetemperaturen). Es sind also zwei unterschiedliche Stoffe. Stoffe mit gleicher er Summenformel, aber unterschiedlicher Strukturformel, nennt man Isomere. Je mehr Kohlenstoffatome e ein Alkan hat, desto mehr Isomere sind möglich. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Alkene e Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung Beim racken 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 entsprechenden Alkanen abgeleitet und tragen die Endung -en. 11

14 Station 5 racken das Spalten langer Kohlenstoffketten (2) Beim racken 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 Ausbildung von --Doppelbindungen wird das Problem gelöst. Auf diese Weise können alle Bindungen abgesättigt werden. So kannst du dir den Vorgang beim racken vorstellen: exan Propan Ethen Aufgabe Zerlege ein Nonanmolekül olekül an der durch den Pfeil angegebenen Stelle. Zeichne und benenne die entstandenen n Spaltprodukte. Es gibt zwei mögliche Fälle. A Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth B 12

15 Station 6 Aufgabe Kreuzworträtsel Rohölverarbeitung 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 nnt man 5 Erdöl muss in einer weiterverarbeitet werden. 6 Das von Gas, Schlamm, Salzwasser und Verunreinigungen einigungen befreite Erdöl nennt man 7 Die Zwischenböden eines Destillationsturms s nennt nt 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 et bei ähnlichen Temperaturen wie Kerosin. 12 Die Fraktion, die bei 35 bis 140 siedet, nennt man Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth

16 Lernzielkontrolle: 1. Begründe, warum 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, re, warum das notwendig ist. (2 Punkte) 6. Ein wichtiges Verfahren bei der Erdölverarbeitung ist das racken. (3 Punkte) a) Erläutere, was man darunter versteht. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth b) Begründe, warum es nötig ist, langkettige Alkane zu cracken. Gesamtpunktzahl: 13 Punkte erreicht: Punkte 14

17 Station 1: Die Entstehung von 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 pflanzliches Plankton (Kleinstlebewesen im Meer) nach dem Absterben auf den Meeresgrund absanken. In dieser sauerstoffarmen Umgebung wurden sie zunächst von anaeroben (ohne Sauerstoff lebenden) Bakterien zersetzt und es bildete sich Faulschlamm, der durch die natürlichen Ablagerungsvorgänge im Meer von Lehm- und Tonschichten überlagert wurde. Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Lösungen: 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- entgesteine und wanderte im Laufe der Zeit nach oben, bis es auf eine undurchlässige Gesteinsschicht cht traf. Unterhalb dieser Schicht reicherte e 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 tten oder in eigenständigen Lagerstätten in porösen Gesteinen. Station 2: Erdöl das schwarze Gold Seiten 3 5 1) Größte Erdölförderländer: Saudi-Arabien, Russland und USA Länder mit dem größten Erdölverbrauch: USA, hina und Japan Länder mit den größten Erdölreserven: Saudi-Arabien, Venezuela und Kanada 15

18 2) 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, hina 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 Förderländer für schlechte Zeiten aufheben und solange in großen Tanks lagern. Lösungen: 3) Nr. So ist es richtig: 3 Erdöl wird aufgrund seiner Bedeutung als weltweit wichtige andelsware als wertvoll betrachtet. Die Bezeichnung schwarzes Gold bezieht eht sich darauf, auf, 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, men, 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. Station 3: Von der Lagerstätte zur Raffinerie Seiten 6 8 Bohrturm Pipeline (auf Stelzen verlegt) Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Bohrinsel Erdölpumpe 16

19 Erdölraffinerie Kesselwagen Lösungen: Supertanker Transportrouten outen für Station 4: Erdölaufbereitung Fraktionierte Destillationlatio Seiten 9 / 10 2) Röhrenofen Dampf abkühlt Glockenböden Siedetemperaturen ren Fraktionen n Stoffgemische Diesel Kerosin Flugzeuge Benzine Gase Flaschengas Rückstand schweres eizöl Vakuum-Destillation atmosphärischen Destillation Schmieröle Bitumen Straßenbelag Station 5: racken das Spalten langer Kohlenstoffketten (1) Seiten 11 / 12 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth A B Butan Buten + + Penten Pentan 17

20 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 Ö L 7 G L O 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 11 P E T R O L E U M 12 B E N Z I N E Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage Gmb, Donauwörth Lösungen: Lernzielkontrolle: Seite Beide sind aus abgestorbenem Plankton entstanden nden und waren demselben Entstehungsprozess unterworfen. Die daraus entstandenen Kohlenwasserstoffe stoffe liegen in flüssiger Form im Erdöl vor. Das Erdgas enthält lediglich die gasförmigen Produkte dieses Prozesses. es. 2. Saudi-Arabien, Russland, USA 3. a) unterschiedliche Siedetemperaturen eratu en 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 racken 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 ausreichende Ausbeute an kurzkettigem Benzin und Diesel. Durch das racken zerbrechen die langen Kohlenstoffketten und man erhält kurzkettige e Kohlenwasserstoffe. 18

21 Bildquellen: S. 3 Weltkarte Oliver auptstock Fotolia.com, Nr S. 7 Kesselwagen Markus Giger, Wikimedia Öltanker Eweht, Wikimedia Tanklaster Francois Goglins, Wikimedia S. 8 Bohrinsel Swinsto101, Wikimedia Bohrturm Brudersohn, Wikimedia Erdölpumpe Michael. Rygel, Wikimedia Kesselwagen Markus Giger, Wikimedia Öltanker Eweht, Wikimedia Pipeline Jonathan Nafzger Shutterstock.com, Nr Raffinerie Walter Siegmund, Wikimedia Impressum 2015 Auer Verlag AAP Lehrerfachverlage age Gmb Alle Rechte vorbehalten. Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und 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 für die Veröffentlichung im Internet oder in Intranets. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Die AAP Lehrerfachverlage Gmb kann für die Inhalte externer Sites, die sie mittels eines Links oder sonstiger inweise erreichen, keine Verantwortung übernehmen. Ferner haftet die AAP Lehrerfachverlage Gmb nicht für direkte oder indirekte Schäden (inkl. entgangener Gewinne), die auf Informationen zurückgeführt werden können, die auf diesen externen Websites stehen. Autor: Dr. Anja Dombrowski Illustrationen: orina Beurenmeister, Julia Flasche, Stefan Lohr, Thorsten Trantow