Erdöl fraktionierte Destillation einfach erklärt

Erdöl ist ein natürliches Stoffgemisch aus hunderten verschiedenen Kohlenwasserstoffen, die vor allem aus abgestorbenen Meeresorganismen unter hohem Druck und großer Hitze über Jahrmillionen entstanden sind. Es enthält kurze Ketten wie Methan ebenso wie sehr lange Ketten mit über zwanzig Kohlenstoffatomen, dazu geringe Mengen an Schwefel- und Stickstoffverbindungen.

Weil Erdöl ein Gemisch und kein einheitlicher Reinstoff ist, lässt es sich mit dem physikalischen Trennverfahren der Destillation in seine Bestandteile zerlegen. Die fraktionierte Destillation nutzt aus, dass verschiedene Kohlenwasserstoffe je nach Kettenlänge unterschiedliche Siedepunkte besitzen und deshalb bei unterschiedlichen Temperaturen verdampfen und wieder kondensieren.

Ein häufiger Fehler ist, die Destillation von Erdöl für eine chemische Reaktion zu halten. Tatsächlich verändert sich bei der Trennung keine einzige chemische Bindung, es werden lediglich vorhandene Stoffe nach ihrem Siedepunkt sortiert, die einzelnen Fraktionen bestehen am Ende aus denselben Molekülen wie vorher im Rohöl.

Das Rohöl wird zunächst in einem Röhrenofen auf etwa 400 Grad Celsius erhitzt, wodurch der größte Teil der enthaltenen Kohlenwasserstoffe verdampft. Das heiße Dampfgemisch strömt dann in eine mehrere Meter hohe Destillationskolonne, die innen mit vielen übereinander liegenden Böden ausgestattet ist.

Beim Aufsteigen in der Kolonne wird der Dampf zunehmend kühler, denn die Temperatur nimmt von unten nach oben stufenweise ab. Jede Stoffgruppe kondensiert genau auf dem Boden, dessen Temperatur ihrem Siedebereich entspricht: Schwer siedende, langkettige Moleküle kondensieren schon weiter unten, leicht siedende, kurzkettige Moleküle steigen bis fast ganz nach oben.

Von jedem Boden wird die dort kondensierte Flüssigkeit als eigene Fraktion abgezogen. Reste, die nicht einmal bei 400 Grad Celsius verdampfen, bleiben am Kolonnenboden als zähflüssiger Rückstand zurück und werden als eigene, sehr schwer siedende Fraktion weiterverarbeitet.

Ganz oben in der Kolonne entstehen die Fraktionen mit den kürzesten Ketten: Raffineriegas und Flüssiggas mit ein bis vier Kohlenstoffatomen, danach folgt Rohbenzin, das noch weiter zu Kraftstoffen aufbereitet wird. Etwas weiter unten kondensieren Kerosin für Flugzeugtreibstoff und Dieselöl.

Am unteren Ende der Kolonne kondensieren die schwer siedenden Fraktionen wie leichtes und schweres Heizöl, ganz am Boden bleibt der Rückstand zurück, aus dem Bitumen für den Straßenbau und Schmieröle gewonnen werden. Jede Fraktion ist selbst noch ein Gemisch aus mehreren Kohlenwasserstoffen ähnlicher Kettenlänge, keine einheitliche Reinsubstanz.

Ein häufiger Fehler ist zu glauben, jede Fraktion bestehe aus nur einer einzigen chemischen Verbindung. Tatsächlich enthält zum Beispiel die Diesel-Fraktion viele verschiedene Alkane mit zehn bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die alle einen ähnlichen, aber nicht identischen Siedebereich besitzen.

Ein zweiter Fehler ist, Destillation mit chemischer Umwandlung zu verwechseln. Verfahren wie das Cracken, bei dem lange Molekülketten in kürzere gespalten werden, sind echte chemische Reaktionen und finden erst nach der physikalischen Destillation statt, um aus schweren Fraktionen mehr Benzin zu gewinnen.

Ein dritter Fehler ist anzunehmen, alle Rohölsorten lieferten die gleichen Mengen jeder Fraktion. Je nach Lagerstätte unterscheiden sich Rohöle stark in ihrer Zusammensetzung, manche liefern von Natur aus viel Rohbenzin, andere vor allem schwere Fraktionen.

Nahezu alle Produkte des Alltags, die auf Erdöl basieren, gehen auf die fraktionierte Destillation zurück: Benzin und Diesel für Fahrzeuge, Kerosin für Flugzeuge, Heizöl für Gebäude sowie Bitumen für Straßenbeläge. Auch viele Kunststoffe werden aus Rohbenzin hergestellt, das dafür zunächst zu kleineren Grundbausteinen weiterverarbeitet wird.

Im Labor lässt sich das Prinzip der Erdöldestillation im kleinen Maßstab an einem Gemisch aus Alkanen unterschiedlicher Kettenlänge nachvollziehen. Dabei ist auf gute Belüftung zu achten, weil viele Kohlenwasserstoffdämpfe leicht entzündlich sind, und offene Flammen dürfen nur mit ausreichendem Abstand zu den Dämpfen verwendet werden.