Fossile Energieträger Überblick über wesentliche Energiemärkte Mineralöl 1 Ziele der Übung Klärung der wichtigsten Begriffe und Definitionen Charakteristika des Energieträgers Mineralöl darstellen Darstellung der Wertschöpfungskette des Energieträgers Mineralöl 2
Gliederung Grundbegriffe und Grundkomponenten Rohölförderung und transport Rohölverarbeitung Vertrieb der Mineralölprodukte 3 5.1 Grundbegriffe und Grundkomponenten Erdöl/Rohöl/Mineralöl Paraffine Olefine Naphthene Aromaten 4
Erdöl Erdöle unterscheiden sich nach ihrer Herkunft hinsichtlich Qualität, Aussehen und spezifischem Gewicht erheblich. Jedoch bestehen alle Erdöle fast ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff in chemischer Verbindung 83-87% Kohlenstoff 11-15% Wasserstoff Bis zu 6% Schwefel sowie Spuren von Sauerstoff, Stickstoff und Metall Diese chemische Zusammensetzung ermöglicht theoretisch Millionen verschiedenartiger Molekülstrukturen Kohlenwasserstoffe Daher können die chemische Zusammensetzung und das Siedeverhalten der Rohöle sehr unterschiedlich sein. 5 Hauptgruppen von Kohlenwasserstoffen Paraffine Olefine Naphthene Aromaten 6
Paraffine Paraffine sind gesättigte Kohlenwasserstoffe, deren C-Atome entweder in einer Gerade (Normal-Paraffine) oder in einer Kette mit Verzweigungen (Iso-Paraffine) miteinander verbunden sind. Der einfachste Kohlenwasserstoff ist Methan (CH 4 ), Hauptbestandteil des Erdgases und niedrigste Kohlenwasserstoffverbindung in der Reihe der Paraffine. Je mehr Kohlestoffatome im Molekül enthalten sind, desto höher liegen Schmelz- und Siedetemperatur des Kohlenwasserstoffes 7 Erdöl/Rohöl/Mineralöl Sobald das Erdöl seiner Lagerstätte entnommen und für den Transport zu den Raffinerien vorbereitet wird, wird es als Rohöl bezeichnet. Mineralöl wird als Oberbegriff für Erdöl und Rohöl verwendet. Die in verschiedenen Regionen geförderten Rohöle weisen bestimmte Charakteristika auf, nach denen sie als Provenienzen zusammengefasst werden. Die in den Raffinerien ankommenden Rohölsorten werden dort dann zu den unterschiedlichen Mineralölprodukten in unterschiedlichen Prozessen verarbeitet. 8
Wertschöpfungskette der Mineralölwirtschaft Upstream Exploration Extraktion Transport und Handel Verarbeitung Downstream Produktmärkte Elektrizitätserzeugung Distribution Wärmemarkt Verkehr Chemie Schmiermittel 9 Zusammensetzung einzelner Rohölsorten Typen nach Dichte niedrig mittel hoch Herkunft Mittelost Nord- Afrika Nordsee Nord- Amerika Süd- Amerika Rohöl Dichte bei 15 C [kg/l] 0,801 0,842 0,869 0,890 1,000 Gesamtschwefel [Gew.-%] 0,1 0,3 2,5 1,0 5,5 Viskosität bei 38 C [cst] 1,4 4,5 9,6 13,4 19 400 Stockpunkt [ C] -51 0-24 0 15 Wachs [Gew.-%] 3 9 6 7 2 10
Produktenausbeute einzelner Rohölsorten Quelle: Mineralölwirtschaftsverband 11 Zusammenfassung Es besteht eine große Schwankungsbreite in der Zusammensetzung der verschiedenen Rohöle. Der Schwefelgehalt und die Anteile der verschiedenen Kohlenwasserstoffe in den verschiedenen Rohölen sind sehr unterschiedlich. Unterschiedliche Rohölqualitäten bedingen starke Variationen in der Ausbeute an den unterschiedlichen Produkten (leicht, mittel und schwer siedende Anteile). Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der eingesetzten Rohölqualitäten und der verwendeten Umwandlungsprozesse (Destillation oder Konversion) 12
Gliederung Grundbegriffe und Grundkomponenten Rohölförderung und transport Rohölverarbeitung Vertrieb der Mineralölprodukte 13 Rohölförderung und -transport Technische Aspekte der Rohölförderung Transport von Rohöl 14
Technische Aspekte der Rohölförderung Primärförderung Sekundärförderung Tertiärförderung 15 Primärförderung Öl tritt unter dem natürlichen Lagerstättendruck aus. Nur in der Anfangszeit. Es erfolgt keine zusätzliche Energiezufuhr. 16
Sekundärförderung Durch Wasserfluten werden sehr große Wassermengen in die Lagerstätte eingepresst. Sekundärverfahren ist daher kostspieliger als das Primärverfahren. 17 Tertiärförderung Hierbei werden dem Flutwasser noch bestimmte Chemikalien oder thermische Energie (z.b. in Form von Dampf) zugeführt. Die zugegebenen Chemikalien verringern die Oberflächenspannung zwischen Öl und Wasser in den Poren, andere (Polymere) erhöhen die Viskosität (Zähflüssigkeit) des Wassers. 18
Rohölproduktion nach Regionen 2004 Europa 8% GUS 14% Naher Osten 31% Asien & Ozeanien 10% Afrika 11% Mittel- und Südamerika 14% Nordamerika 12% Gesamtproduktion: 3875 Mio. t/a bzw. 162224 PJ/a Quelle: Weltenergiereport 2005 19 Rohöleinfuhr der BRD nach Ursprungsländern 2004 übrige GUS 8% UK 12% Russland 33% Norwegen 20% sonstige 7% OPEC 20% Quelle : MWV- Jahresbericht 2005 Importquote: ca. 97% 20
Rohöltransport Transport besitzt eine große Bedeutung, denn Rohöl wird größtenteils nicht dort verbraucht bzw. verarbeitet, wo es gefördert wird. Große Investitionen für die Transportmittel erfordert eine aufwendige Planungsarbeit, um die jeweils erforderlichen Mengen zu den günstigsten Transportkosten zur rechten Zeit am gewünschten Ort zu Verfügung stellen zu können. 21 Rohöltransport Transportart, -wege, -mittel (für Rohöl, Produkte, Erdgas) Transportart Transportweg Transportmittel Seeschifftransport Hochsee Hochseetanker Binnenschifftransport Binnengewässer Binnentanker Eisenbahntransport Land Eisenbahn-Kesselwagen Straßentransport Land Straßen-Tankwagen Pipelinetransport Land, Flachsee Pipeline 22
Rohöltransport wichtige Rohölpipelines der Welt Pipeline Länge Durchflussmenge SUMED (Suez-Mittelkanal) 300 km 80 Mio. t/a TAP (Trans-Arabien-Pipeline) 200 km 16 Mio. t/a Transalaska-Pipeline 1300 km 120 Mio. t/a Petroline (Ghawar-Rotes Meer) 1000 km 95 Mio. t/a 23 Zusammenfassung Die einzelnen Arten der Rohölförderung sind mit unterschiedlichen Kosten verbunden (Aufsteigend von der Primär- zu Tertiärförderung) Die Rohölförderung kann Offshore (auf dem Meer) oder Onshore (am Land) erfolgen, was unterschiedliche Kosten zur Folge hat. Der Inlandstransport zur Raffinerie und zum Verschiffungshafen erfolgt durch Pipelines. Größere Transportentfernung werden mittels Tanker überbrückt. Unterscheidung in Rohölleitungen, Produktenleitungen, Erdgasleitungen (Erdgas als Kuppelprodukt der Förderung) Rohöl- und Erdgasleitungen sind ausschließlich für die Beförderung eines Gutes ausgelegt. Bei Produktenleitungen können mehrere unterschiedliche Produkte in einer Leitung hintereinander transportiert werden. 24
Gliederung Grundbegriffe und Grundkomponenten Rohölförderung und transport Rohölverarbeitung Vertrieb der Mineralölprodukte 25 Rohölverarbeitung Rohöl ist kein einheitliches Produkt und weist in Abhängigkeit der jeweiligen Lagerstätte unterschiedliche Eigenschaften auf. Rohöl ist nicht direkt verwendbar, sondern muss in Raffinerien zu Produkten mit definierten Qualitätseigenschaften umgewandelt werden, um einen Nutzen zu stiften. Raffinerien sind Verarbeitungsanlagen, in denen durch Umwandlungsprozesse aus Rohöl marktgängige Mineralölprodukte hergestellt werden. Die Ausbeutestruktur ist bezogen auf die Menge des Einsatzproduktes nur begrenzt veränderbar. Man spricht daher von einer Kuppelproduktion. 26
Verarbeitungsprozesse in Raffinerien Destillation Atmosphärische Destillation Vakuumdestillation Konversion Thermische Cracker Katalytische Cracker Hydrocracker Visbreaker Coker 27 Destillation und Konversion In der Rohöldestillation (Primärdestillation) werden die im Rohöl enthaltenen Kohlenwasserstoffe entsprechend ihrem Siedeverhalten in die Hauptproduktgruppen Flüssiggas, Rohbenzin, Mitteldestillat und atmosphärischer Rückstand getrennt. Bei der Konversion werden Rohöldestillationsprodukte weiterverarbeitet. Die Konversionsanlage wandelt die zähflüssigen bis festen Erdölrückstände der Destillation in leichtflüssige Produkte um. Konversion bedeutet Umwandlung; Durch Spaltung erfolgt eine Umwandlung schwerer, langer Kohlenwasserstoffmoleküle in leichte, kürzere Kohlenwasserstoffmoleküle (Cracken). 28
Kostenvergleich Destillation und Konversion 250% 210% Kosten incl. Kapitaldienst, Raffineriebrennstoff und anderer Betriebskosten 200% 150% 100% 50% 100% 135% 148% 0% Destillation D. + thermisches Cracken D. + katalytisches Cracken D. + Hydrocracken 29 Verteilung der in den deutschen Raffinerien anfallenden Kosten Verwaltung/ Vertrieb Verarbeitungskosten 8% 6% Rohölbezugskosten 43% Zukauf Fertigprodukte 39% Halbfabrikate 4% Gesamtkosten 2003: 262 je Tonne 30
Produkte der Rohölraffination Raffineriegas Otto- und Dieselkraftstoffe Rohbenzin Flugturbinenkraftstoff Leichtes und schweres Heizöl Bitumen 31 Nachbehandlung und Veredelung Häufig entsprechen die durch die unterschiedlichen Verarbeitungsverfahren gewonnenen Produkte nicht der gewünschten Qualität bzw. den geforderten Vorschriften Veredelung der hergestellten Benzine für die Nutzung als Kraftstoff für Otto-Motoren. Entschwefelung von Benzin, Kerosin und Mitteldestillaten (z. B. Diesel) Die Ausgangsprodukte zur Schmierölherstellung müssen mittels Lösungsmittel von Aromaten und durch Kältebehandlung von Normalparaffinen (Wachsen) befreit werden. Letztlich entstehen verkaufsfertige Mineralölprodukte durch Mischen von bis zu 12 Komponenten, um geforderte Produktspezifikationen erfüllen zu können. 32
Zusammenfassung Raffineriebetreiber sieht sich als Mengenanpasser einer gegebenen Nachfragestruktur gegenüber. Optimierungsaufgabe des Raffineriebetreibers vor dem Hintergrund der technischen und ökonomischen Aspekte der Rohölverarbeitung Einsatz verschiedener Rohölqualitäten Einsatz verschiedener Verarbeitungsverfahren Austauschbeziehungen mit anderen Ländern (Austausch schwerer gegen leichte Produkte wegen saisonaler unterschiedlicher Nachfrage) Kostenoptimale Anpassung der produzierten Produkte an die gegebene Nachfragestruktur Die hergestellten Produkte müssen nachbehandelt und veredelt werden. 33 Gliederung Grundbegriffe und Grundkomponenten Rohölförderung und transport Rohölverarbeitung Vertrieb der Mineralölprodukte 34
Vertrieb von Mineralölprodukten Vertrieb auf Einzelhandelsebene über Tankstellen (Benzin, Diesel, Schmierstoffe) Heizölhändler (leichtes Heizöl) Sonstige Händler (Schmierstoffe, etc.) Vertrieb auf Großhandelsebene über Raffinerie an chemische Industrie an Mineralölhändler an Tankstellen an Flughafenbetreiber/Fluggesellschaften 35 Absatz der Hauptprodukte in Deutschland im Jahr 2004 Übrige 13% Ottokraftstoff 21% Rohbenzin 15% Heizöl schwer 5% Dieselkraftstoff 25% Heizöl leicht 21% Quelle : MWV Jahresbericht 2005 Gesamtabsatz 2004: 119,3Mio. t bzw. 5100 PJ 36
Anteil der Hauptprodukte an den Erlösen in Deutschland 2003 Übrige Produkte 25,4% Ottokraftstoffe 27,3% Heizöl schwer 2,0% Heizöl leicht 19,2% Gesamterlöse 2003: 274 je Tonne Dieselkraftstoffe 26.1% Quelle: MWV 37 Mineralölbilanz 2006 Einheit: Mio. t Quelle: MWV 2007 38