(ENT1 27) – Erdölraffinerien [Grundlagen, Aufbau, Produkte, Verfahren]

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Nachdem wir die Transportwege des Erdöls im letzten Kurstext betrachtet haben, erklären wir dir nun, was Erdölraffinerien sind. Außerdem erfährst du welche Produkte aus Erdöl gewonnen werden und welche Herstellungsverfahren in diesem Zusammenhang zur Anwendung kommen.

Für ein optimales Verständnis helfen dir zahlreiche, ausführliche Videoclips und viele anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Energietechnik findest du im Kurs: ENT1-Energieversorgung

 

Erdölraffinerien – Grundlagen

Ölraffinerien stellen industrielle Einrichtungen dar, die Rohöl verarbeiten, um diverse Produkte wie Benzin, Diesel, Kerosin, Heizöl und andere petrochemische Erzeugnisse herzustellen. Sie spielen eine essenzielle Rolle in der Energieversorgung und der chemischen Industrie.

Der Vorgang der Ölraffination, auch bekannt als Destillation, beinhaltet diverse Schritte zur Trennung des Rohöls in unterschiedliche Fraktionen, basierend auf ihren individuellen Siedepunkten und chemischen Eigenschaften. Dies umfasst Destillation, Cracken, Reformieren, Hydrieren und weitere Verfahren zur Erzeugung der gewünschten Endprodukte.

Ölraffinerien sind komplexe Anlagen, die vielfältige Technologien und Ausrüstungen erfordern, um den Prozess effizient und sicher durchzuführen. Sie werden oft in der Nähe von Häfen oder Pipelines errichtet, um den Transport von Rohöl und den Export der fertigen Produkte zu erleichtern.

Die Präsenz von Ölraffinerien hat signifikanten Einfluss auf die Wirtschaft eines Landes, da sie direkte Auswirkungen auf Treibstoffpreise, Versorgungssicherheit und die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie hat.

 

Grober Aufbau der Raffinerie

Eine Ölraffinerie hat einen komplexen, aber grundlegenden Aufbau, der verschiedene Einheiten umfasst, um Rohöl in verschiedene Produkte zu verarbeiten. Hier ist ein grober Aufbau:

  1. Rohöl-Eingang: Rohöl wird über Pipelines, Schiffe oder Züge in die Raffinerie transportiert und in großen Lagertanks gelagert, bevor es weiterverarbeitet wird.

  2. Destillationseinheit: Die Rohöldestillation ist eine der wichtigsten Einheiten in einer Raffinerie. Hier wird das Rohöl in Fraktionen unterschiedlicher Siedepunkte getrennt, wobei leichtere Fraktionen wie Benzin und Diesel oben und schwerere Fraktionen wie Heizöl und Rückstände unten abgezogen werden.

  3. Crackereinheit: Cracker brechen schwerere Moleküle in leichtere auf. Es gibt verschiedene Arten von Crackern, darunter Thermal-Cracker und Hydrocracker, die je nach Raffinerie eingesetzt werden, um die Ausbeute an wertvollen Produkten wie Benzin und Diesel zu erhöhen.

  4. Reformiereinheit: In dieser Einheit werden niedrigwertige Komponenten in hochwertigere Produkte umgewandelt. Dies ist besonders wichtig für die Herstellung von Benzin mit hoher Oktanzahl.

  5. Behandlungseinheiten: Diese Einheiten dienen dazu, Verunreinigungen wie Schwefel, Stickstoff und Schwerelemente aus den Produkten zu entfernen, um die Umweltstandards zu erfüllen und die Qualität der Endprodukte zu verbessern.

  6. Produktaufbereitungseinheiten: Hier werden die verschiedenen Produktfraktionen aufbereitet und in spezifische Endprodukte wie Benzin, Diesel, Kerosin, Heizöl und petrochemische Produkte umgewandelt.

  7. Lagerung und Verladung: Die fertigen Produkte werden in Lagertanks gelagert und dann entweder über Pipelines, Tanklastwagen oder Schiffen zu den Endverbrauchern transportiert.

Dies ist nur ein grober Überblick über den Aufbau einer Ölraffinerie. Die genaue Konfiguration und Zusammensetzung der Einheiten können je nach Größe, Standort und spezifischen Anforderungen variieren.

 

Erdölraffinerien – Fraktioniertürme

Merk’s dir!

Wenn man sich eine Erdölraffinerie aus der Nähe anschaut so wie im nächsten Bild, ist besonders auffällig, dass sehr viele Rohrleitungen und Türme die Anlage auszeichnen. Die Türme bezeichnet der Techniker als Fraktioniertürme. Hier wird das Erdöl, bzw. Rohöl in verschiedene Spaltprodukte zerlegt. Dabei erhitzt man das Mineralöl auf unterschiedliche Temperaturen und je nach Temperatur lösen sich andere Bestandteile des Rohöl aus dem Mineralöl heraus.

Viele Fraktioniertürme in Erdölraffinerien haben unterschiedliche Böden mit Löcher, diese Löcher sind mit sogenannten Glocken abgedeckt.

Wenn jetzt Öl eine bestimmte Temperatur erreicht hat, beginnt ein bestimmter Teil zu verdunsten und steigt auf. Sobald dann ausreichend Druck entstanden ist steigt das Spaltprodukt auf die nächste Ebene. 

Erdölraffinerien und Produkte - Fraktionierung von Rohöl
Erdölraffinerien und Produkte – Fraktionierung von Rohöl

 

Erdölraffinerien – Cracker

Merk’s dir!

Cracker sind Anlagen in Raffinerien oder petrochemischen Komplexen, die den Prozess des Crackings durchführen. Dies ist ein Verfahren, bei dem größere Moleküle in Rohöl oder anderen Kohlenwasserstoffen in kleinere und nützlichere Moleküle aufgespalten werden.

Das Cracken erhöht die Ausbeute an leichten Kohlenwasserstoffen wie Ethylen, Propylen und anderen Olefinen, die als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Kunststoffen, Lösungsmitteln und anderen petrochemischen Produkten dienen. Somit dienen Cracker dazu, die Vielseitigkeit und Wirtschaftlichkeit der Raffinerieprozesse zu erhöhen, indem sie die Umwandlung von schwereren Fraktionen in wertvollere Produkte ermöglichen. 

 

Erdölraffinerien – Hydrocracker

Merk’s dir!

Hydrocracker sind spezialisierte Anlagen in Raffinerien, die eine Form des Crackings durchführen, die als hydrocracking bekannt ist. Dieser Prozess verwendet Wasserstoff unter hohem Druck und Temperatur, um schwerere Kohlenwasserstoffmoleküle in leichtere und wertvollere Produkte zu zerlegen.

Hydrocracking ermöglicht die Umwandlung von schweren Ölen wie Vakuumrückständen oder Rückstandskatalysatorprodukten in hochwertigere Produkte wie Benzin, Diesel und Flugkraftstoffe.

Der Hauptzweck des Hydrocrackings besteht darin, die Qualität und Ausbeute der Endprodukte zu verbessern, indem unerwünschte Verunreinigungen wie Schwefel und Stickstoff entfernt werden, während gleichzeitig der Anteil an wertvollen Leichtprodukten erhöht wird. Dies trägt zur Erfüllung von Umweltschutzvorschriften bei und verbessert die Rentabilität der Raffinerie, indem hochwertige Kraftstoffe und petrochemische Produkte erzeugt werden.

 

Erdölraffinerien – Visbreaker

Merk’s dir!

Visbreaker sind Anlagen in Raffinerien, die eine Form des thermischen Crackings durchführen, die als Visbreaking bekannt ist. Dieser Prozess zielt darauf ab, schwere Kohlenwasserstoffe in Rohöl, insbesondere die sogenannten Vakuumrückstände, in leichtere Fraktionen umzuwandeln.

Der Hauptzweck des Visbreaking besteht darin, die Viskosität von schweren Ölen zu verringern, um ihre Verarbeitung in anderen Raffinerieeinheiten zu erleichtern und die Ausbeute an wertvollen Produkten wie Heizöl, Diesel und anderen mittleren Fraktionen zu erhöhen. Visbreaker spielen somit eine wichtige Rolle bei der Optimierung der Raffinerieprozesse, indem sie die Umwandlung von schweren Rohstoffen in wertvollere und leichter handhabbare Produkte ermöglichen.

 

Erdölraffinerien – Rohöl – Kapazität der Raffinerien 

In Deutschland gibt es aktuell 14 Erdölraffinerien, von denen sich 12 vorrangig mit der Gewinnung von Kraftstoffen beschäftigen. Bei den anderen 4 Raffinerien handelt es sich um Spezialraffinerien.

Obwohl es im ersten Moment vielleicht nach viel klingt, so sei an dieser Stelle erwähnt, dass bereits 24 Anlagen von ehemals 38 Anlagen stillgelegt wurden. 

 

Wie viel Rohöl schafft die Anlage?…

Die jährliche Kapazität der Anlagen in Deutschland schwankt pro Anlage zwischen 3,5 – 16,3 Mio. Tonnen Erdölprodukte pro Jahr. 

 

Übersicht – Kapazitäten

Die 2008 erreichte Kapazität an Nachverarbeitungsanlagen setzte sich wie folgt zusammen:

  • Hydrokracker: 7,02 Mio. t/Jahr

sowie

  • Katalytische Kracker: 18,20 Mio. t/Jahr

sowie

  • Allgemeine thermische Kracker: 2,22 Mio. t/Jahr

sowie

  • Visbreaker: 10,20 Mio. t/Jahr

sowie

  • Koker: 5,70 Mio. t/Jahr

sowie

  • Sonstige: 2,87 Mio. t/Jahr

 

Erdölraffinerien – Rohöl – Herstellungsverfahren innerhalb der Raffinerien

Die Begriffe wirken im ersten Moment sehr abstrakt, weshalb wir dir nun kurz erklären was sich hinter welchem Begriff aus der Liste oben verbirgt.

  • Hydrocracker: Das Öl-Produkt wird mit Wasserstoff an einem Katalysator unter Druck umgesetzt.

sowie

  • Katalytischer Cracker : Die katalytische Umsetzung erfolgt bei Temperaturen bis 500 Grad Celsius. Der Vorteil liegt in einer höheren Benzinausbeute.

sowie

  • Thermischer Cracker: Die Spaltung des Rohöls erfolgt bei 400 bis 500 Grad Celsius.

sowie

  • Visbreaker: Das Thermisches Cracken erfolgt bei geringerer Temperatur. Die gewonnen Produkt sind hauptsächlich Mitteldestillate.

sowie

  • Koker: Es handelt sich hier um einen Cracker für Schwerölfraktion mit bis zu 15 % Koksanfall.

 

Rohöl – Wichtigste Erdölprodukte

Dir ist wahrscheinlich bekannt, dass man aus Erdöl eine Vielzahl von Produkten gewinnen kann. Die wichtigsten Mineralölprodukte auf dem deutschen Markt sind.

 

Wichtigste Mineralölprodukte

  • Vergaserkraftstoffe

sowie

  • Dieselkraftstoffe

sowie

  • leichtes Heizöl

sowie

  • schweres Heizöl

sowie

  • Flugtreibstoffe (Kerosin)

sowie

  • Kunststoffe

 

Da jedes dieser Produkte selbst sehr vielfältig ist, stellen wir die Entwicklung auf den Teilmärkten für die wichtigsten Mineralölprodukte nachfolgend differenziert dar.

 

Mit 30,3 Mio. Tonnen entsprach der Absatz an Ottokraftstoffen 1998 in Deutschland 24 % des gesamten Inlandsabsatzes von Mineralölprodukten.

 

Verbrauch und Aufkommen an Mineralölprodukten 2018-2019 – Übersicht

Die Aufteilung des  Gesamtabsatzes an Ottokraftstoffen ergibt für Deutschland nach den Angaben des Mineralölwirtschaftsverband e.V Berlin in den Jahren 2018-2019 folgendes Bild:

 

Erdölprodukte - Übersicht der einzelnen Produkte nach Verbrauch und Aufkommen
Erdölprodukte – Übersicht der einzelnen Produkte nach Verbrauch und Aufkommen

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem wir nun die Ölwirtschaft und damit auch Erdölraffinerien kennengelernt haben, betrachten wir im nächsten Kurstext die Kohlewirtschaft. Sie gilt derzeit noch als wichtiger Lieferanten von chemischer Energie für die Erzeugung von elektrischen Strom. 

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