DEUTSCHE SHELL AG RAFFINERIE KÖLN-GODORF. Agnes Bayard. Lehrplananbindung Kopiervorlage / Unterrichtsinhalte, -ziele, -methoden

Transkript

1 Vollmer: KIS Köln Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Seite 1 Agnes Bayard Kopiervorlage 1 DEUTSCHE SHELL AG RAFFINERIE KÖLN-GODORF Lehrplananbindung Kopiervorlage / Unterrichtsinhalte, -ziele, -methoden S I/II S I/II S I/II S I/II S I Industrieunternehmen der Region (Sw, Ek, Ch) (1) Unternehmensprofil Raffinerie Godorf, Deutsche Shell AG, Verbund mit ROW Rohöl / Ölbestandteile / Ölpreis / Marktwirtschaft (Ch, Sw) (2) Faktoren, die den Ölpreis beeinflussen (Grafik, ) (2) Wirtschaftlicher Vergleich zweier Rohölsorten (Tabelle, ) (3) Wirtschaftlicher Vergleich zweier Rohölsorten (Ergänzung zu (2), mit Fragestellungen zu chemischen Aspekten) Destillationsprodukte, Angebot und Nachfrage / Cracken als Wertsteigerungsstrategie (Ch) (4) Destillationsprodukte, Diskrepanz von Angebot und Nachfrage (Grafik, problemorientierte ) (4) Crackverfahren im Vergleich, Hydrocracken und thermisches Cracken (Information, ) Konzepte einer Raffinerie / Veredelungsstufen / Industrieverbund (Ch) (5) Strategien einer Raffinerie (Information) (5) Veredelungsstufen und Wertsteigerung (Fließschema, Tabelle mit Marktpreisen, problemorientierte ) Tankstelle / Umweltaspekte (Ch, Ek, Sw) (6) Welche Umweltgefährdungen gehen von Tankstellen aus (Schüler beschreiben Gefährdungspotentiale und entwickeln Lösungsansätze) (6) Umweltschutzmaßnahmen moderner Tankstellen (Stationen) (Schemadarstellung, problemorientierte ) Materialien: Informationsmaterialien zur Mineralölwirtschaft (siehe unter Kontaktinformationen) I&S Gesellschaft für partnerschaftliche Beziehungen zwischen Industrie und Schule/Öffentlichkeit Kontaktschule Irmgardis-Gymnasium Schillerstraße Köln Tel.: / Bonn 1997 Mitarbeit und fachliche Beratung: Heiner Berling (Deutsche Shell AG, Werk Godorf) Co-Autoren: GünterVollmer, Heike Kampschulte, Christoph Merschhemke (I&S GmbH)

2 Seite 2 Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage 1 Autofahrern auf der A555 oder Benutzern der S-Bahn der Linie 16 ist sie ein vertrauter Anblick. Links und rechts der Autobahn erstreckt sich zwischen Godorf und Wesseling eine eindrucksvolle Industrielandschaft aus Rohren, Türmen und Tanks. Ein Teil dieser Industrieanlagen gehört zur Shell AG, die zwischen den Kölner Stadtteilen Godorf, Hahnwald und Sürth eine Raffinerie betreibt. Hast du dir schon einmal Gedanken über diesen sonderbaren Begriff Raffinerie gemacht? Im Lexikon findet man die Bedeutung dieses aus dem Französischen stammenden Wortes: Anlage zur Reinigung von Zucker oder zur Verarbeitung von Rohöl. Zucker spielt in Köln-Godorf keine Rolle. Die Shell Raffinerie in Köln-Godorf verarbeitet jährlich etwa 9 Millionen Tonnen! Rohöl u.a. zu Autokraftstoffen, aber auch zu Heizöl oder Bitumen. Sie bezieht ihr Erdöl über eine Pipeline, also eine Rohrleitung, direkt aus Rotterdam, dem größten Ölhafen der Welt. Auf der 230 Hektar großen Anlage sind etwa 780 Mitarbeiter beschäftigt. Ungefähr 350 Mitarbeiter arbeiten im Schichtdienst, weil die teuren Produktionsanlagen aus Kostengründen rund um die Uhr laufen müssen. Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Die Shell Raffinerie im Verbund mit ihren Nachbarn Die Industrielandschaft zwischen Köln und Bonn wird nicht nur von der Shell Raffinerie in Köln-Godorf geprägt. Hier sind verschiedene Unternehmen ansässig, die miteinander verbunden sind. Die benachbarten Rheinischen Olefinwerke (ROW) z.b., an denen die Shell und die BASF mit jeweils 50 % beteiligt sind, werden von der Shell Raffinerie mit Chemiebenzin, dem sogenannten Rohnaphtha, und mit Schweröl versorgt. Daraus wird bei der ROW Ethen hergestellt, das wiederum als Rohstoff für Kunststoffe weiterverarbeitet wird. Die Royal Dutch/Shell Gruppe - ein weltumspannender Energie- und Chemiekonzern Die Deutsche Shell AG mit Sitz in Hamburg ist ein hundertprozentiges Tochterunternehmen einer der größten Unternehmensgruppen der Welt, bestehend aus der niederländischen Royal Dutch Petroleum Company und der britischen The Shell Transport and Trading Company, die sich 1907 zu einem einzigen Konzern zusammengeschlossen haben. Dieser weltumspannende Energie- und Chemiekonzern mit seinen mehr als Mitarbeitern wird kurz auch als Royal Dutch/Shell Gruppe bezeichnet. Das deutsche Tochterunternehmen beschäftigte 1997 rund 2600 Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen. Es betreibt neben der Raffinerie in Köln noch eine weitere in Hamburg. In dem dargestellten Fraktionierteil des Hydrocrackers auf dem Gelände der Deutsche Shell AG in Köln-Godorf werden Erdölbestandteile gespalten. Die erste Tankstelle war eine einfache Benzinpumpe Die erste Tankstelle der deutschen Tochter der Royal Dutch/ Shell Gruppe, die damals noch Benzinwerke Rhenania GmbH hieß, wurde 1924 in Neuss eröffnet. Man darf sich darunter aber nicht eine Tankstelle, wie wir sie heute kennen, vorstellen, sondern es handelte sich lediglich um eine einfache Benzinpumpe. Der Firmenname Benzinwerke Rhenania GmbH wurde 1947 in Deutsche Shell AG umgewandelt, nachdem alle Werke und Raffinerien des Unternehmens durch den Krieg zerstört oder stark beschädigt worden waren. Die Muschel als Sinnbild für Handelserfolg Das Muschel-Symbol und der entsprechende Firmenname Shell gehen auf den Unternehmensgründer Marcus Samuel zurück, der sein im 19. Jahrhundert gegründetes Unternehmen auf den Namen The Shell Transport and Trading Comp. Ltd. eintragen ließ. Der Name Shell (deutsch Muschel) sollte an seinen Vater erinnern, der mit dem Import und Handel dekorativer Kamm-Muscheln aus Fernost sein Glück gemacht hatte. Zum Nachdenken und Nachschlagen 1. Was findet in einer Raffinerie statt? 2. Beschreibe den Weg vom Rohöl zum Kunststoff, wie er auf dieser Seite angedeutet wird. 3. Fasse in wenigen Sätzen das Wichtigste zur Shell AG zusammen.

3 Vollmer: KIS Köln Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Seite 13 Kopiervorlage 12 Seit Beginn des modernen Ölzeitalters in der Mitte des 19. Jahrhunderts unterliegen die Ölpreise starken Schwankungen. Welche Faktoren bestimmen den Preis des Rohöls? Dollarkurs Ölpreis 1. Vervollständige die Abbildung. Trage die Faktoren ein, die den Ölpreis beeinflussen. 2. Informiere dich! Welche Faktoren haben die Preissprünge zu Beginn der 80er Jahre (siehe Abb. links) verursacht? Der Handel an den internationalen Rohölbörsen An den internationalen Rohölbörsen wird täglich Rohöl unterschiedlicher Herkunft und Qualität angeboten. Gehandelt werden Erdölmengen, die als Crudes oder Batches bezeichnet werden. Jedes Batch Rohöl hat eine andere Zusammensetzung. In ihren Zentrallabors untersuchen die großen Ölkonzerne Proben der angebotenen Rohöle, um festzustellen, ob sie zur Weiterverarbeitung in ihren Raffinerien geeignet sind und wieviel sie wert sind. Die Untersuchungsergebnisse werden den Einkaufsabteilungen der Unternehmen in dicken Handbüchern zur Verfügung gestellt. Die folgenden Zahlen stammen aus dem Handbuch vom Mai 1996: Produktstruktur und Marktpreise von zwei unterschiedlichen Rohölsorten (Daten von Mai 1996) Spezifikation Rohöl 1 Spezifikation Rohöl 2 ARH (Arabian Heavy) NIL (Nigerian Light) Preis pro Tonne: 208 DM Preis pro Tonne: 235 DM Dichte 889 kg/m 3 Dichte 848 kg/m 3 Schwefelgehalt 2,86 Gew.% Schwefelgehalt 0,15 Gew.% Bestandteil Preis (DM/t) Gewichtsanteil, Gew.% Gewichtsanteil, Gew.% (durch Destillation gewonnen) Gas 272 1,6 1,3 Naphtha ,8 21,8 Petroleum/Kerosin 287 9,1 12,8 Gasöl (Diesel, leichtes Heizöl) ,1 28,6 Destillationsrückstand 58,4 35,5 Bestandteil Preis (DM/t) Gewichtsanteil, Gew.% Gewichtsanteil, Gew.% (Destillationsrückstand, über Vakuumdestillation weiterverarbeitet) Heizöl (schwer) ,8 28,2 Vakuumrückstand 93 33,6 7,3 Aufgabe Ihr seid ein Team von Mineralölkaufleuten bei der Shell AG. Euch und natürlich auch der Konkurrenz werden zu den angegebenen Preisen zwei Batches unterschiedlicher Herkunft angeboten (siehe Tab. 1). Beide passen in euer Sortiment. Wie würdet ihr die beiden Erdölsorten unter kaufmännischen Gesichtspunkten bewerten? 3. Manchmal entscheiden Minuten über ein gutes Geschäft. Schätzt anhand der vorliegenden Zahlenangaben ab, welches Öl den größten Profit abwirft. Das schnellste Team erhält den Zuschlag.

4 Seite 4 Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage 13 Rohölsorten im Vergleich: Arabian Heavy oder Nigerian Light Destillationsprodukte Rohöl 1 Rohöl 2 (Arabian Heavy) (Nigerian Light) Einkaufspreis: DMMMMMM Einkaufspreis: DMMMMMM Gas Preis: Naphtha Preis: Kerosin/Petroleum Preis: Gasöl Preis: Heizöl Preis: Vakuumrückstand Preis: Problemstoff Schwefel Unsere Modellrechnung ist natürlich stark vereinfacht. Ein wesentlicher Faktor für die Bewertung des Rohöls ist sein Gehalt an Schwefel. Gesetzlich festgelegte Grenzwerte dürfen hier nicht überschritten werden. Der Grenzwert hängt vom Produkt ab. Für Dieselkraftstoff liegt dieser Wert bei 0,05 Gew.% und bei leichtem Heizöl bei 0,2 Gew.%. In gesonderten Arbeitsschritten wird der Schwefel daher aus dem Rohöl entfernt. Die Kosten hierfür betragen ca. DM 5, pro Tonne Rohöl. Der aus dem Rohöl freigesetzte Schwefel wird als wichtiger Rohstoff an andere Industrieunternehmen, wie z.b. die im Kölner Norden gelegene AKZO Chemical, weiterverkauft. Sein Verkaufspreis liegt bei etwa DM 50,- pro Tonne Schwefel. Überlegt, ob und wie sich eure Modellrechnung dadurch verändert. 1. Berechne die Preise, die die Raffinerie durch den Verkauf der Destillationsprodukte erzielt, wenn 1 t Rohöl der Sorten Arabian Heavy bzw. Nigerian Light verarbeitet wurde (Benutze dazu die Zahlenangaben aus Tab. 1, Kopiervorlage 2). 2. Damit die Raffinerie wirtschaftlich arbeiten kann, sollten die Raffinationsprodukte in der Summe teurer verkauft werden können, als das Rohöl im Einkauf gekostet hat. Prüfe, ob diese Aussage für die beiden Rohölsorten zutrifft. 3. Wie unterscheiden sich die beiden Rohölsorten in ihrer chemischen Zusammensetzung? - Was läßt sich ganz allgemein über ein Rohöl aussagen, das für die Raffinerien hohe Gewinne erbringt? - An welcher Stelle treten große Preissprünge auf? 4. Zum Nachdenken: Das Angebot an schwerem Heizöl ist seit vielen Jahren größer als die Nachfrage danach. Wo sind die Überschüsse geblieben? 5. Vergleiche die genannten Raffinationsprodukte und ordne sie in einer Reihe nach zunehmender Siedetemperatur und Länge ihrer Kohlenwasserstoffe an. zunehmende Kettenlänge zunehmende Siedetemperatur 6. Der Gewinn einer Raffinerie läßt sich nicht nur aus dem Vergleich der Kosten des eingekauften Rohöls mit dem Erlös der daraus hergestellten Destillationsprodukte berechnen. Welche weiteren Kosten müssen in die Berechnungen mit einfließen?

5 Vollmer: KIS Köln Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Seite 15 Kopiervorlage 14 Das Angebot-Nachfrage-Problem Die Veredelung von Raffinationsprodukten Die Grafik zeigt das Verhältnis der in der Raffinerie anfallenden Destillationsprodukte zum jeweiligen Bedarf nach diesen Produkten durch die Wirtschaft. 1. Beschreiben Sie das Angebot-Nachfrage-Problem für die Produkte der Erdöldestillation. Wirkt sich dieses Problem auf die Preise für die jeweiligen Produkte aus (siehe Tabelle 1, Kopiervorlage 2)? 2. Gehen Sie von der Verarbeitung von Tonnen Rohbenzin (durchschnittliche Tagesproduktion in der Shell Raffinerie in Köln-Godorf) aus. Berechnen Sie den Gesamtpreis, den Sie für den Verkauf der Destillationsprodukte erzielen könnten. Nehmen Sie an, daß der Destillationsrückstand zu schwerem Heizöl (50 %) und Bitumen (50 %) aufgearbeitet wird. 3. Machen Sie Vorschläge für eine Bewältigung des Angebot-Nachfrage-Problems, dem sich jede Raffinerie stellen muß. Versetzen Sie sich dabei in die Rolle eines Chemikers und in die eines Betriebswirtes. Veredelung von Raffinationsprodukten Wenn die in der Destillation erzeugte Produktpalette die Nachfrage auf dem Markt nicht mehr decken kann, benötigt man zusätzliche Anlagen, in denen die weniger erwünschten schweren Bestandteile des Rohöls in leichtere umgewandelt werden. Solche Anlagen, die nach verschiedenen Techniken arbeiten, nennt man Konversationsanlagen. In solchen Anlagen werden lange Kohlenwasserstoffe in kürzere gepalten. Dieser Vorgang wird als Cracken bezeichnet. Die Shell AG betreibt in ihrer Raffinerie verschiedene Crackanlagen. Die Anlagen können so eingestellt werden, daß die Produktionspalette an den Marktbedürfnissen ausgerichtet ist. Unterschiedliche Crackverfahren Thermisches Cracken: Der gewünschte Effekt wird durch kurzes Aufheizen der eingesetzten Destillationsrückstände auf C und leicht erhöhten Druck erreicht. Hohe Temperaturen bringen die großen Moleküle in so starke Schwingungen, daß die Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen zerbrechen. Hydrocracken: Das technisch eleganteste, aber auch das teuerste Crackverfahren ist das Hydrocracken. Es handelt sich um ein katalytisches Spaltverfahren in Gegenwart von Wasserstoff, das bei einem Druck von 100 bis 200 bar die fast vollständige Umwandlung der eingesetzten schweren Destillationsprodukte ermöglicht. 4. Als Beispiel soll n Dodecan C 12 H 26 durch thermisches Cracken bzw. im Hydrocracker gespalten werden. Nennen Sie mögliche Reaktionsprodukte für die Spaltung nach beiden Verfahren (Struktur- und Summenformeln). Hinweis: In Gegenwart von Wasserstoff bilden sich gesättigte Kohlenwasserstoffe. wird durch thermisches Cracken zu n-dodekan wird durch Hydrocracken zu n-dodekan 5. Wie unterscheiden sich die Reaktionsprodukte, die durch die beiden Crackverfahren gewonnen werden? 6. Begründen Sie, daß es sich in beiden Fällen um eine chemische Reaktion handelt. 7. Begründen Sie, warum das Hydrocracken kostenintensiver ist als das thermische Cracken. 8. Man sollte denken, daß es für die Raffinerie aus betriebswirtschaftlicher Sicht günstiger ist, nur ein einziges Crackverfahren anzuwenden. Welche Gründe könnten dennoch dafür sprechen, verschiedene Crackverfahren anzuwenden? 9. Begründen Sie anhand der Grafik zum Angebot-Nachfrage-Problem, ob das Cracken von n-dodecan ein Prozeß ist, dem eine hohe praktische Bedeutung zukommt. Nennen Sie geeignetere Kohlenwasserstoffe für den Crackprozeß.

6 Seite 6 Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage 15 Die Verarbeitungswege der Destillationsprodukte: Fahrzeugbenzin oder Arzneimittel Strategien und Zielsetzungen der Raffinerien Ausgangspunkt Destillation: Die Verarbeitung des Rohöls beginnt in allen Raffinerien mit der Destillation. Man erhält Produkte ( Fraktionen ), die aus unterschiedlichen Gründen noch nicht verkäuflich sind. Das angefallene Rohbenzin (Naphtha) hat z.b. eine viel zu geringe Oktanzahl für den Einsatz als Pkw-Kraftstoff und zusätzlich einen unzulässig hohen Schwefelgehalt. Vakuumrückstand kann z.b. als Bitumen direkt als Produkt verkauft werden. Die Nachfrage danach ist jedoch weit geringer als die Mengen, die in den Raffinerien anfallen. Weiterverarbeitung: Die Raffineriebetreiber versuchen, die bei der Destillation anfallenden Rohstoffe durch chemische Prozesse - wie z.b. durch Entschwefelung, Reformieren oder Cracken - in besser absetzbare und damit wertvollere Produkte umzuwandeln. Einige Mineralölprodukte (z.b. Fahrzeugkraftstoffe) kommen direkt aus der Raffinerie zum Endverbraucher. Andere werden durch Wei- terverarbeitung über mehrere Stufen veredelt. Der Weg der petrochemischen Produkte ist dabei unterschiedlich lang. Da auf jeder Stufe Apparaturen, Arbeitskraft, Energie usw. investiert werden müssen, werden die Produkte von Stufe zu Stufe teurer - oder anders ausgedrückt: wertvoller. Man spricht dabei von Wertschöpfung. Strategien: Raffinerien verfolgen unterschiedliche Strategien der Wertschöpfung. Manche konzentrieren sich auf die Herstellung von einfachen Mineralölerzeugnissen wie Fahrzeugkraftstoffe, die sie an ihre Tankstellen ausliefern. Andere Raffinerien steuern die Reaktionen so, daß ein größerer Teil petrochemisch einsetzbarer Zwischenprodukte entsteht. Diese höherwertigen Produkte werden entweder verkauft oder - zu einem Teil - in den Raffinerien selbst zu wertvolleren Produkten veredelt. Grafik: Stufen der Wertsteigerung bei der Rohölverarbeitung Tabelle: Marktpreise der in der Grafik aufgeführten Stoffe (Herbst 1996) Name Preis Name Preis Name Preis (DM/t) (DM/t) (DM/t) Acetylsalicylsäure (Medizin) ab Heizöl (leicht) 268 Polyvinylchlorid (PVC) Benzol 380 Heizöl (schwer) 176 Rohbenzin 286 Bitumen 101 Methanol 900 Schwefel 50 Dieselkraftstoff 286 Methyltertiärbutylethen 406 Teflon (MTBE) Ethanol Ottokraftstoff 332 Tenside ab Ethen 850 Polyethen (PE) Xylol 815 Farbstoff f. Druckfarben ab Polypropen (PP) Gase 272 Propen Überprüft die Aussage, daß sich die Produkte von Veredelungsstufe zu Veredelungsstufe verteuern. Welche Produkte passen in dieses Schema, welche nicht? Diskutiert die Ausnahmen. 2. Im Süden und Norden von Köln befindet sich der größte Chemiegürtel Europas. Diskutiert die Bedeutung der Raffinerie Godorf der Shell AG für die Chemie im Raume Köln. - Die Shell Raffinerie in Köln-Godorf beliefert z.b. die benachbarten Unternehmen ROW und Montell (Zusammenschluß der Unternehmen Motedison und Shell!) mit Ethen bzw. Propen. Welche Produkte stellen die genannten Unternehmen wohl her? 3. Was spricht für und was spricht gegen eine Weiterverarbeitung der Zwischenprodukte in der Raffinerie selbst?

7 Vollmer: KIS Köln Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Seite 17 Kopiervorlage 61 Umweltgefährdungen durch Tankstellen: Probleme und Lösungsansätze Die Shell AG verarbeitet pro Jahr ca. 9 Millionen Tonnen Rohöl in ihrer Raffinerie in Köln-Godorf. Etwa 5 Millionen Tonnen, also knapp die Hälfte davon, entfallen auf die Produktion von Autokraftstoffen. Grob geschätzt produziert die Shell AG in Köln-Godorf ca l Kraftstoffe. Fragen 1. Wieviele Autos könnten mit dieser Kraftstoffmenge betankt werden, wenn man davon ausgeht, daß das durchschnittliche Füllvolumen eines Fahrzeugtanks etwa 50 l beträgt? 2. Wie lange wäre eine gedachte Autoschlange, wenn die vollgetankten Autos bei einer mittleren Länge von 4,5 m pro Auto Stoßstange an Stoßstange hintereinander auf einer einspurigen Fahrbahn aufgereiht wären? Die Verarbeitung des Rohöls in den Raffinerien und auch der Umgang mit den Erdölprodukten an den Tankstellen bergen verschiedene Umweltgefahren. Tankstellen stellen die Verbindungsglieder zwischen der Raffinerie und dem Autofahrer als Endverbraucher dar. Um die vielfältigen Gefahren für die Umwelt möglichst gering zu halten, wurde von den Umweltbehörden ein dicker Katalog an Umweltauflagen für Tankstellen erlassen. Dabei werden strenge Anforderungen an die bautechnische Ausstattung und an die betrieblichen Ablaufschritte an den Tankstellen gestellt. Nach Angaben der Shell AG kostet die Verwirklichung des kompletten Umweltschutz-Paketes zwischen und DM pro Station. 1. Zeichne eine Skizze mit den Bestandteilen einer Tankstelle/Servicestation und stelle anhand dieser Skizze eine Liste mit den möglichen Umweltgefahren auf, die von Tankstellen ausgehen können. 2. Welche Maßnahmen würdest du ergreifen, um die jeweiligen Umweltrisiken möglichst gering zu halten? Entwirf einen eigenen Auflagenkatalog. 3. Warum ist es deiner Meinung nach verboten, daß man sein Fahrzeug auf dem hauseigenen Parkplatz wäscht? Empfindest du dieses Verbot als zu streng oder meinst du, daß es gerechtfertigt ist? Begründe deine Antwort. Die nachfolgende Übersicht zeigt die Umweltschutzmaßnahmen an Shell-Stationen 4. Erläutere die dargestellten Umweltvorschriften und vergleiche sie mit dem von dir erstellten Auflagenkatalog. 5. Welche Auswirkungen ergeben sich für die Umwelt, wenn an der Tankstelle ein frisch gefüllter Reservekanister umkippt? 6. Wozu dient der Atmungsmast, der mit dem Kraftstoffbehälter der Tankstelle verbunden ist? 7. Was stellst du dir unter einer Trennentwässerung vor? - Wie kann man Kraftstoffbestandteile aus dem Wasser entfernen, das in die Abflußschächte abfließt? 8. Erkundige dich bei einer Tankstelle in deiner Umgebung, wie verhindert wird, daß beim Betanken der Fahrzeuge an den Zapfsäulen bzw. beim Befüllen der Kraftstoffbehälter durch die Tankwagen verhindert wird, daß Kraftstoffdämpfe entweichen.

8 Seite 8 Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage Didaktische Bemerkungen 71 Einsatzmöglichkeiten der Kopiervorlagen im Normalunterricht und Anbindung an die Lehrpläne Das Thema Mineralölwirtschaft und Petrochemie kann u.a. im Zusammenhang mit der Behandlung der Alkane in der Jahrgangsstufe 10 sowie an verschiedenen Stellen in der Sekundarstufe II aufgenommen werden. Die Materialien liefern Bausteine für die fakultativen Themen fossile Brennstoffe, aber auch Kunststoffe der Jahrgangsstufe 9/10. Da der Wirtschaftsraum zwischen Köln und Bonn im Kern von der Verarbeitung von Rohöl und der Weiterverarbeitung der Rohölprodukte geprägt ist, sollten die Schulen dieser Region diese Themen als festen Bestandteil ihrer schulinternen Curricula mit einbeziehen. Die einzelnen Anlagen und Verfahren einer Raffinerie sind Schulbuchthemen des Chemieunterrichts, die Gesamtkonzeption einer Raffinerie aber ist letztlich nur unter marktwirtschaftlichen Aspekten zu verstehen. Die Einheit soll den klassischen Chemieunterricht zum Thema Mineralölverarbeitung um diesen Aspekt erweitern. Das nachstehende Fließschema gibt einen Überblick über die Einsatzmöglichkeiten und die mögliche Abfolge der Kopiervorlagen: Informationen, Bemerkungen, Lösungen A. Bemerkungen zu den Kopiervorlagen, Lernziele Kopiervorlage 1 Die Schüler sollen eine eindrucksvolle Industrielandschaft im Kölner Süden, die viele von ihnen täglich vor Augen haben, in Teilen kennenlernen. Sie sollen eine Vorstellung von der Funkti- on einer Raffinerie und von deren Umschlagmengen bekommen. Sie sollen verstehen, daß die Unternehmen dieses Industriestandortes einen Industrieverbund bilden.

9 Vollmer: KIS Köln Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Seite 19 Didaktische Kopiervorlage Bemerkungen 81 Kopiervorlage Die Schüler sollen Erdöl und seine Bestandteile unter marktwirtschaftlichen Aspekten bewerten. Sie sollen anhand der konkreten Beispiele erkennen, daß für die Aufarbeitung und Veredelung der Raffinationsprodukte in einer Raffinerie marktwirtschaftliche Motive maßgeblich sind. Das Arbeitsblatt 2 beinhaltet zwei Teilaspekte: Zunächst sollen die Schüler Faktoren benennen, die den Ölpreis generell beeinflussen. Anschließend erfolgt eine differenziertere Betrachtung der Problematik, indem gezeigt wird, daß und warum leichtere Rohöle generell höher als schwere Rohöle bewertet werden. Dem genetischen Gedankengang des Arbeitsblattes 2 wird dadurch Rechnung getragen, daß man es teilt und hintereinander darbietet. Kopiervorlage 4 Die Schüler sollen wissen, daß für schwere Destillationsprodukte im Gegensatz zu den leichten Bestandteilen des Rohöls ein Angebotsüberhang besteht und daß die Spaltung (Cracken) der schweren Bestandteile wirtschaftlich vorteilhaft ist. Die vergleichende Erarbeitung von zwei Crackverfahren (thermisches Cracken, Hydrocracken) hat im wesentlichen zwei Funktionen: - Die Schüler erkennen, daß durch verschiedene Crackverfahren eine unterschiedliche Produktpalette realisiert wird. - Sie verstehen, daß beim Hydrocracken ausschließlich gesättigte Kohlenwasserstoffe gebildet werden, während beim thermischen Cracken gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe entstehen. Kopiervorlage 5 Die Schüler sollen die Argumente für die Weiterverarbeitung der Produkte der Erdöldestillation unter marktwirtschaftlichen Aspekten kennenlernen und bewerten können. Sie sollen anhand konkreter Fakten einschätzen können, ob und unter welchen Bedingungen, eine Weiterverarbeitung der Destillationsprodukte in der Raffinerie ökonomisch sinnvoll ist. Kopiervorlage 6 Umweltgefährdungen durch Tankstellen ist ein Thema, das seine Wichtigkeit daraus bezieht, daß die Schüler als Beifahrer im Auto oder durch die Nutzung eines Mofas oder Mopeds Direktabnehmer der Produkte einer Raffinerie sind. Die Schüler sollten durch die Erarbeitung dieses Arbeitsblattes einen problembewußten Umgang mit Kraftstoffen bekommen. Das hier angestrebte genetische Verfahren sieht vor, daß die Schüler zunächst auf der Basis ihrer Vorerfahrungen mögliche Gefährdungspotentiale an Tankstellen benennen und anschließend die konkreten Schutzmaßnahmen an den Tankstellen zur Minimierung der Umweltgefährdungen kennenlernen. B. Hilfen und Hinweise zur Beantwortung der Fragen und Kopiervorlage 1 Aufgabe 1 In einer Raffinerie wird Rohöl u.a. zu Fahrzeugkraftstoff, Heizöl und Bitumen verarbeitet. Damit z.b. Fahrzeugbenzin entsteht, muß das Rohöl von störenden Stoffen gereinigt werden (etymologische Beziehung zum Begriff Raffinerie ). Aufgabe 2 In der Raffinerie (z.b. Shell Raffinerie, Köln-Godorf) wird Chemiebenzin hergestellt, das an weiterverarbeitende Unternehmen (z.b. ROW) verkauft wird, die daraus z.b. Ethen herstellen. Das Ethen wiederum ist Rohstoff für die Kunststoffproduktion (Polyethen). Kopiervorlage 2 Aufgabe 1 U.a. Dollarkurs, Angebot, Nachfrage, Umweltauflagen, Rohölqualität, neue Techniken, schwierige Förderung, internationale Krisen etc. Ölpreiskrisen von 1973 und Nach dem Ausbruch des Krieges im Nahen Osten im Jahre 1973 setzten die OPEC-Länder die Rohölpreise drastisch herauf kam es im Zuge der Revolution im Iran und des sich anschließenden Krieges zwischen Iran und Irak zur zweiten Ölpreiskrise. Aufgabe 3 Vorbemerkung: Die Bezeichnungen für die Fraktionen der Rohöldestillation sind von Raffinerie zu Raffinerie unterschiedlich, ebenso wie der weitere Einsatz der Fraktionen. Was wir in diesen Unterlagen in Analogie zur Schulbuchterminologie vereinfachend als schweres Heizöl bezeichnen, heißt in der Shell- Terminologie Vakuumgasöl und Waxydestillate. Diese Produkte der Vakuumdestillation dienen vor allem zur Herstellung von Schmierstoffen, sind aber auch als Komponenten von schwerem Heizöl oder als Ausgangsstoffe zum Cracken verwendbar. Die Mineralölkaufleute sollten Rohöl der Sorte Nigerian Light einkaufen: Nigerian Light wirft Profit ab (Summe der Verkaufspreise der Destillationsprodukte 242, DM/t), während die Raffinerie bei der Verarbeitung von Arabian Heavy Verluste einfährt (Summe der Verkaufspreise der Destillationsprodukte 195,60 DM/t).

10 Seite 10 Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage Didaktische Bemerkungen 91 Kopiervorlage 3 Aufgabe 1 Destillations- Rohöl 1 Rohöl 2 produkte (Arabian Heavy) (Nigerian Light) Preis:208 DM/t Preis:235 DM/t Gas Verkaufspreis: 4,4 DM/ t Rohöl 3,5 DM/ t Rohöl Naphtha Verkaufspreis: 45,9 DM/ t Rohöl 67,6 DM/ t Rohöl Kerosin/Petroleum Verkaufspreis: 26,2 DM/ t Rohöl 36,7 DM/ t Rohöl Gasöl Verkaufspreis: 43,2 DM/ t Rohöl 76,6 DM/ t Rohöl Heizöl Verkaufspreis: 44,6 DM/ t Rohöl 50,8 DM/ t Rohöl Vakuumrückstand Verkaufspreis: 31,3 DM/ t Rohöl 6,8 DM/ t Rohöl Summe 195,6 DM/ t Rohöl 242,0 DM/ t Rohöl Aufgabe 2 Durch die Verarbeitung der Sorte Nigerian Light erzielt die Raffinerie Gewinne, die Verarbeitung der Sorte Arabian Heavy ist mit Verlusten verbunden. Aufgabe 3 Nigerian Light hat größere Anteile leichter Kohlenwasserstoffe. Generell läßt sich sagen, daß leichtes Rohöl besser bewertet wird als schweres Rohöl. Preissprung: Vakuumdestillation - Vakuumrückstand. Aufgabe 4 Die schweren Fraktionen wie z.b. schweres Heizöl werden in besser verkäufliche, leichtere Anteile umgewandelt (Spaltung, Cracken). Aufgabe 6 Betriebskosten (z.b. zum Erhitzen des Rohöls, Kosten für die Apparaturen, Personalkosten, Verwaltung, Transport (z.b. Pipeline), usw. Kopiervorlage 4 Aufgabe 1 Für die leichteren Kohlenwasserstofffraktionen besteht insgesamt ein ungefähr ausgeglichenes Verhältnis zwischen Angebot und Nachfrage; die Angebot-Nachfrage-Situation ist für den Verkauf von Naphtha besonders günstig. Bei den schweren Bestandteilen besteht ein Angebotsüberhang. Aufgabe 2 Verkaufserlös aus der Aufarbeitung von t Rohöl (ca. Tagesproduktion der Shell Raffinerie Köln-Godorf) Bestandteil Prozentanteil Verkaufspreis (DM) Gas 12, Naphtha 18, Petroleum/Kerosin 15, Gasöl 20, schweres Heizöl 22, Bitumen 22, Durch thermisches Cracken entstehen gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, u.a. Ethen + n-decan. Durch Hydrocracken entstehen ausschließlich gesättigte Kohlenwasserstoffe, u.a. Ethan + n-decan. Aufgabe 6 Es entstehen Reaktionsprodukte, deren physik.-chem. Eigenschaften sich von denen der Ausgangsstoffe unterscheiden. Aufgabe 7 Das Hydrocracken wird bei hohem Druck durchgeführt. Wegen des hohen Drucks und weil Wasserstoff verwendet wird, müssen die Anlagen aufwendig gas- und druckdicht konstruiert werden. Hohe Betriebskosten entstehen, weil große Mengen Wasserstoff und Energie für Druckerzeugung benötigt werden. Aufgabe 8 Durch unterschiedliche Crackverfahren werden verschiedene Crackprodukte gewonnen. Je nach Auftragslage kann die Raffinerie ihre Produktpalette variieren, falls die geeigneten Verfahren zur Verfügung stehen. Aufgabe 9 Dodecan gehört zu den mittelschweren Destillaten. Für diese Verbindungen besteht kein Nachfrageproblem. Zum Cracken werden daher bevorzugt schwerere Fraktionen eingesetzt. Kopiervorlage 5 Aufgabe 1 1. Stufe: DM/t; 2. Stufe: bis 800 DM/t; 3. und höhere Stufe: ab 1000 DM/t Aufgabe 2 Viele Unternehmen der direkten Umgebung der Shell Raffinerie Godorf beziehen ihre Rohstoffe hierher: u.a. ROW GmbH, Montell Polyolefins, Hoechst AG Werk Knapsack, Hüls AG Werk Lülsdorf, Degussa AG Werk Kalscheuren. Bei den Rheinischen Olefinwerken (ROW) und bei Montell Polyolefins werden aus den Crackprodukten Ethen bzw. Propen, Kunststoffe, Polyethen und Polypropen, hergestellt. Aufgabe 3 Kosten für Weiterverarbeitung: u.a. Abschreibung der Anlagen, Betriebskosten, Personalkosten, Verwaltung, Transport. Gründe für und gegen eine ausweitung der Raffinerien sind vielfältiger Natur. Als Beispiel ein Argument gegen eine Weiterverarbeitung: Komplexere und kompliziertere Organisationsstrukturen erschweren ein schnelles, angepaßtes Reagieren auf sprunghafte Änderungen des Marktes.

11 Vollmer: KIS Köln Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Seite 11 Hintergrundinformationen Kopiervorlage 10 Kopiervorlage 6 Frage Kraftfahrzeuge Frage km Aufgabe 1 Mögliche Umweltgefährdungen durch... - undichte Vorratstanks für Kraftstoffe - Kraftstoffdämpfe - Kraftstoffe, die beim Befüllen der Vorrats- bzw. Autotanks in Boden oder Wasser gelangen - Motoröl, das in Boden oder Wasser gelangt - Lärm der Service-Station - Abfälle aus den Tankstellen-Shops - u.s.w. Aufgabe 3 Autowäsche auf dem eigenen Grundstück ist verboten, weil das Grundwasser durch freigesetzte Öle und Benzinreste verunreinigt werden kann. Aufgabe 6 Unter- und Überdrücke im Vorratstank, die bei der Entnahme und Befüllung, aber auch durch Temperaturschwankungen auftreten können, werden über einen am Rande des Tankstellengrundstücks aufgestellten Atmungsmast ausgeglichen. Hintergrundinformationen Shell AG Die Deutsche Shell Aktiengesellschaft ist ein Energie- und Chemieunternehmen mit den Sparten Mineralöl, Erdgas und Chemie. Die Deutsche Shell hat zwei europäische Muttergesellschaften - die Royal Dutch Petroleum Company, Den Haag, und The Shell Transport and Trading Company p.l.c., London. Die Royal Dutch/Shell Gruppe hält mit einer Milliarde Mark hundert Prozent des Grundkapitals der Deutschen Shell. Das Hamburger Unternehmen, das zu den größten in Deutschland zählt, weist für das Jahr 1996 einen Umsatz von rund 21 Milliarden Mark aus sowie einen Gewinn nach Ertragssteuern von 531,4 Millionen Mark. Die Deutsche Shell AG beschäftigte Anfang 1997 rund 2600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter; einschließlich der Tochter- und Enkelgesellschaften sind es Firmensitz ist seit 1930 Hamburg. Die Deutsche Shell AG betreibt zwei Raffinerien. Die Raffinerie in Hamburg-Harburg beschäftigt rund 500, die in Köln-Godorf rund 600 Mitarbeiter. Shell AG Raffinerie Köln-Godorf Die Raffinerie in Köln-Godorf wurde 1960 mit einer Rohöl- Durchsatzkapazität von 4 Millionen Tonnen pro Jahr in Betrieb genommen wurde die Durchsatzkapazität auf 9 Millionen Tonnen pro Jahr erhöht. Im Jahre 1969 wurde eine Aromatenanlage erstellt, um die Chemie-Grundstoffe Benzol und Toluol herzustellen wurde eine Konversionsanlage in Betrieb genommen, um eine Schwer-Heizöl-Komponente mit Wasserstoff anzureichern und zu entschwefeln, dieses Produkt kann dann in den Anlagen der ROW zur Ethenherstellung einsetzt werden. Das in Godorf verarbeitete Rohöl stammt aus den Mitgliedsländern der OPEC, aus Rußland und aus den Ölfeldern der Nordsee. Die Kundenwünsche bestimmen den Einsatz der verschiedenen Qualitäten. Bei hohem Benzinbedarf wird vorzugsweise leichtes Rohöl eingekauft. Wird besonders viel Heizöl verlangt, muß mittelschweres Rohöl gekauft werden, und ist schließlich vor allem Bitumen gefragt, wird hauptsächlich schweres Rohöl verarbeitet. Aufgabe 7 Das Oberflächenwasser im Bereich der Zapfsäulen und im Umfüllbereich der Tankwagen wird von den übrigen Abwässern der Tankstelle getrennt aufgefangen und aufbereitet, bevor es ins öffentliche Kanalnetz abgeleitet wird. Die Kraftstoffbestandteile im Wasser haben eine geringere Dichte als Wasser und können über die Dichteverteilung abgetrennt werden. Aufgabe 8 Bei der Befüllung von Vorratstanks durch die Tankwagen oder beim Befüllen der Kraftstofftanks der Pkw können die beim Betanken verdrängten Dämpfe entweichen. Durch moderne Gasrückführungssysteme wird das Entweichen der Dämpfe weitestgehend vermieden. Viele Tankstellen sind mittlerweile mit dem sogenannten Saugrüssel ausgestattet, einem Zapfhahn, der so konstruiert ist, daß die beim Betanken entweichenden Dämpfe in den Vorratstank überführt werden. Die Raffinerie in Köln-Godorf betreibt Anlagen zur Destillation unter Normaldruck und unter vermindertem Druck sowie Crackanlagen, um die schwereren Bestandteile in leichtere Produkte wie Naphtha und Gasöl zu zerlegen. Konversionsanlagen Man unterscheidet grundsätzlich drei Verfahrensarten beim Cracken: Thermisches Cracken, katalytisches Cracken und Hydrocracken. Die optimale Verfahrenskombination richtet sich nach den vorhandenen Rohölen, den gewünschten Produkten und den wirtschaftlichen Voraussetzungen, denn die Betriebskosten und die Produktionsergebnisse sind sehr unterschiedlich. Thermisches Cracken: Das thermische Cracken ist das einfachste und älteste Konversionsverfahren. Der gewünschte Effekt wird durch kurze Überhitzung der eingesetzten Rückstände unter Druck erreicht. Ergebnis des Crackens ist eine Produktpalette, die von Gasen über Benzin und Mitteldestillat bis zu schwerem Rückstand reicht. Zusätzlich werden ungesättigte Kohlenwasserstoffe gebildet. Katalytisches Cracken: Mit dem katalytischen Cracken erreicht man ein wesentlich höheres Umwandlungsergebnis als beim thermischen Cracken. Der Spaltvorgang erfolgt bei etwa 500 C in Gegenwart eines Katalysators (z.b. synthetische Aluminiumsilikate). Bei diesem Verfahren werden überwiegend Wachsdestillate eingesetzt. Hydrocracken: Das technisch eleganteste und flexibelste, zugleich aber teuerste Konversionsverfahren ist das Hydrocracken. Es handelt sich um ein katalytisches Spaltverfahren in Gegenwart von Wasserstoff bei einem Druck von 100 bis 200 bar, das eine nahezu vollständige Umwandlung des Einsatzproduktes ermöglicht. Bei diesem Verfahren wird Wasserstoff an die Spaltprodukte angelagert. Daher entstehen bei diesem Verfahren keine ungesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen.

12 Seite 12 Deutsche Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf Vollmer: KIS Köln Hintergrundinformationen Kopiervorlage 1 Das Hydrocracken hat den Vorteil, daß sich je nach Katalysator und Betriebsbedingungen die erwünschte Ausbeute in bestimmte Richtungen verschieben läßt. So kann man im Hydrocracker entweder fast ausschließlich Benzin oder überwiegend Dieselkraftstoff und leichtes Heizöl bei geringem Benzinanteil gewinnen. Von Nachteil sind der hohe Wasserstoffbedarf und der hohe Druck, der z.b. 15 bis 20 cm starke Reaktorwände erfordert. Weitere Hinweise zu den Konversionsverfahren finden Sie in der Broschüre Mineralöl und Raffinerien des Mineralölverbandes e.v., Hamburg. Umweltschutz an Shell-Stationen Umfangreiche Informationen zu Umwelschutzbestimmungen für Tankstellen finden Sie in der Broschüre Umweltschutz an Shell Stationen der Deutschen Shell AG. Literatur: Zu den angesprochenen Themen verschickt u.a. die Deutsche Shell AG umfangreiches Informationsmaterial. Einige Broschüren seien hier besonders empfohlen: [1] Der internationale Handel mit Rohöl und Mineralölprodukten; Shell Briefing Service, Nummer 2/1994, Deutsche Shell AG, Hamburg [2] Umweltschutz an Shell Stationen; Vertriebszentrum Tankstellen, 4. Aufl. 1/95, Deutsche Shell AG, Hamburg [3] Mineralöl und Raffinerien; Mineralölverband e.v., Hamburg, 1996 [4] Mineralöl und Umweltschutz; Mineralölverband e.v., Hamburg, 1994 Kontaktinformationen 1. Ansprechpartner Mit Fragen, Wünschen oder Kritik wenden Sie sich bitte an den folgenden Ansprechpartner: Dr. Hans Wenck, Deutsche Shell AG, Überseering 35, Hamburg. Tel. (040) , Telefax (040) Informations- und Unterrichtsmaterialien Auf Anfrage schickt Ihnen die Deutsche Shell AG ein Paket von Materialien zum Thema Mineralölwirtschaft zu. 3. Betriebsbesichtigungen Auf Anfrage möglich. 4. Ausbildungsplätze Die Shell AG - Raffinerie Köln-Godorf bildet Chemikanten, Chemielaboranten und Prozeßleitelektroniker aus. Die Ausbildung findet in Kooperation mit den Rheinischen Olefinwerken im Ausbildungszentrum der Rheinischen Olefinwerke statt. Informationen über Herrn Platzhaus, Raffineriezentrum Köln-Godorf, Godorfer Hauptstraße 150, Köln-Godorf. Tel.: ( )