Rohölsorte
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Rohöl (Petroleum oder Erdöl, umgangssprachlich „schwarzes Gold“) ist eine ölige, brennbare Flüssigkeit von stark variierender Viskosität, die einen einzigartigen, charakteristischen schweren Geruch aufweist und deren Farbe von Gelb bis zu dunklem Rötlichbraun oder Schwarz reicht, jedoch meist eine deutliche grünliche Fluoreszenz zeigt.[1] Rohöl (englisch crude oil, früher auch englisch rock oil) ist dabei unverarbeitetes Öl, so wie es aus der Formation kommt bzw. gefördert wird. Als Rohölsorte bezeichnet man eine Erdölsorte mit bestimmten Eigenschaften aus einer bestimmten Förderregion.
Zusammensetzung
Geht man von einem organischen Ursprung von Erdöl aus, sind viele Komponenten enthalten, die typisch für organisches Material sind (Plankton und Algen).[2] Eine Umwandlung dieser Materialien erzeugt Verbindungen, die das Erdöl bilden und als Kohlenwasserstoffe (KW) (englisch hydrocarbons (HC)) bezeichnet werden; sie sind hauptsächlich Flüssigkeiten und Gase, wobei einige Feststoffe in Dispersion oder Lösung vorliegen. Die Kohlenwasserstoffe lassen sich drei strukturellen Hauptgruppen zuordnen: Alkane (Paraffine) – CnH2n+2, Cycloalkane (Naphthene) – CnH2n und Aromaten – CnH2n-x, wobei x sowohl von der Struktur als auch vom Molekulargewicht abhängt.
Das sehr breite Spektrum der Mengenanteile und die Häufigkeit bestimmter Kohlenwasserstoffreihen legen fest, welche physikalischen Trennverfahren – etwa Destillation – zur Abtrennung der Komponenten geeignet sind. Das Vorkommen und der Anteil anderer Begleitstoffe, wie Schwefel oder Sauerstoff, bestimmen hingegen die erforderlichen chemischen Behandlungsschritte, etwa katalytische Umwandlungen oder Wasserstoffbehandlungen.
Kohlenwasserstoffe machen 96 bis 99 Gewichtsprozent des Rohöls aus, während der restliche Anteil 1 bis 4 Gew.-% beträgt.[3][4] Nach Angaben des Bundesverbandes Erdgas, Erdöl und Geoenergie (BVEG) ist Rohöl eine Mischung mit über 17.000 Bestandteilen.[5] Während Erdöl mehr Kohlenstoffatome als Erdgas enthält, weisen einige Gase im Verhältnis mehr Wasserstoffatome auf. Der wesentliche Unterschied zwischen Erdöl und Erdgas liegt in der Größe ihrer jeweiligen Kohlenwasserstoffmoleküle.
Im Rohöl sind jedoch auch geringe Anteile Schwefel (S), sowie noch geringere Mengen Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) enthalten.[6] Der Schwefel verleiht dem Öl seinen leicht dumpfen Geruch, der durch leichtflüchtige Schwefelverbindungen verursacht wird, wie z. B. Mercaptane, aliphatische und aromatische Sulfide sowie Thiophen- und Thiophan-Derivate.[7] Die „Säure“ eines Rohöls oder Erdgases („Sauergas“) bezieht sich auf dessen Geruch und Korrosivität, die auf Schwefelverbindungen zurückzuführen sind. Schwefel ist jedoch neben den Kohlenwasserstoffen ein wertvoller Rohstoff. Er fällt im Claus-Prozess bei der Raffination an und wird z. B. als Dünger weiterverwendet.
Der Wasseranteil kann lokal sehr unterschiedlich sein. Typische Werte liegen um 10 %[5], in emulgierter Form bis zu 30 % möglich. Das Wasser liegt im Allgemeinen in Form gesättigter Lösungen von Calcium- und Magnesiumsulfaten sowie Natrium- und Magnesiumchloriden vor.[8] Erdöl ist spezifisch leichter als Wasser mit einer Dichte von rund 0,8 bis 0,9 g/cm3 oder g/ml. Für große Mengen des fossilen Rohstoffs findet sich, dass 7 Barrel (je nach Dichte) etwa einer metrischen Tonne entsprechen. Es gilt 1 Barrel = 42 Gallonen = c. 159 l.
Kohlenwasserstoffe bestehen aus Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) und sind die Hauptbestandteile im Rohöl, welches sich im Allgemeinen zwischen 2.000 und 5.500 m bildet.[9] Diese Tiefe wird auch als „Ölfenster“ bezeichnet. Je nach Temperatur- und Druckbedingungen benötigt die Bildung von konventionellem Öl mehrere Millionen Jahre. Muttergestein, das über einen langen Zeitraum nicht tief genug versenkt wurde, kann kein Öl bilden. Ein Beispiel dafür ist Ölschiefer, es enthält Kerogen aber kein flüssiges Rohöl. Die wissenschaftliche Untersuchung dieser und verwandter Themengebiete findet in den Geowissenschaften statt.[2][10][11]
Rohöl ist nicht radioaktiv. Es gibt jedoch bestimmte Gesteinsarten, die in und um Öl- und Gasvorkommen vorkommen und natürlich radioaktiv sind. Das Durchbohren dieser Gesteine oder deren Förderung an die Oberfläche kann Abfallmaterialien erzeugen, die radioaktive Stoffe enthalten.[12] Es handelt sich dabei um natürlich vorkommendes radioaktives Material (NORM-Rückstände).
Erdgas, die gasförmige Fraktion des Rohöls, tritt auch unabhängig von Ölvorkommen in eigenen Bohrungen auf und hat sich dort durch natürliche unterirdische Prozesse von der flüssigen Phase abgespalten.[8] Es besteht hauptsächlich aus leichten Paraffinen (Methan, Ethan, Propan, Butan); außerdem kommen höher siedende Paraffine, Stickstoff, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff vor. Wurde das Rohöl von den leichten Gasen befreit, spricht man auch vom stabilisierten Rohöl.
Die globalen Öl- und Gasressourcen umfassen sowohl konventionelle als auch unkonventionelle Öl- und Gasvorkommen.[13] Erdöl ist auf der Erde ungleich verteilt. Im Nahen Osten befinden sich rund 48 % der globalen Reserven. Die größten Vorkommen befinden sich in den Ländern (Top 3): Venezuela (304 Mrd. Barrel), Saudi-Arabien (267 Mrd. Barrel) und Iran (209 Mrd. Barrel).[14] Die weltweiten Reserven schätz man auf 1.773 Milliarden Barrel.[14] Die globale Produktion der fossilen Energieträger erreichte im Jahr 2024 rund 45,1 × 108 Tonnen Rohöl und 4,39 × 1012 m3 Erdgas.[15] Die konventionellen Öl- und Gasressourcen können mittels vier Parameter bewertet werden, (1) kumulative Förderung, (2) verbleibenden förderbaren Reserven, (3) Reservenzuwachs aus entdeckten Öl- und Gasfeldern und (4) unentdeckten förderbaren Ressourcen.[13]
Definition Rohöl
Eine genauere Definition für Rohöl wird von der U.S. Energy Information Administration (EIA) gegeben:[16]
Rohöl ist eine Mischung aus Kohlenwasserstoffen, die in natürlichen unterirdischen Lagerstätten in flüssiger Phase vorliegt und nach dem Durchlaufen oberirdischer Trennanlagen bei atmosphärischem Druck flüssig bleibt. Je nach den Eigenschaften des Rohölstroms kann dieser zudem Folgendes umfassen:
- Geringe Mengen an Kohlenwasserstoffen, die in natürlichen unterirdischen Lagerstätten in gasförmiger Phase vorliegen, jedoch nach ihrer Gewinnung aus dem Bohrlochgas (Casing-Head-Gas) in betriebseigenen Separatoren bei atmosphärischem Druck flüssig sind und anschließend dem Rohölstrom beigemischt werden, ohne gesondert erfasst zu werden. Ebenfalls eingeschlossen ist Kondensat, das in betriebseigenen oder Feldtrennanlagen als Flüssigkeit aus Erdgasbohrungen gewonnen und später dem Rohölstrom beigemischt wird;
- Geringe Mengen an Nicht-Kohlenwasserstoffen, die gemeinsam mit dem Öl gefördert werden, wie etwa Schwefel und verschiedene Metalle;
- Tropfgase sowie flüssige Kohlenwasserstoffe, die aus Teersanden, Ölsanden, Gilsonit und Ölschiefer gewonnen werden.
In der Geschichte des Erdöls existieren jedoch zahlreiche Definitionen, sodass es keinen einheitlichen Standard gibt.[17]
Charakterisierung und Klassifizierung
Eine typische Zerlegung in chemische Bausteine kann beispielsweise wie folgt aussehen:[18]
| Atom | Erdöl | Erdgas |
|---|---|---|
| Kohlenstoff (C) | 84–87 | 65–80 |
| Wasserstoff (H) | 11–14 | 1–25 |
| Schwefel (S) | 0,06–2 | 0–0,2 |
| Stickstoff (N) | 0,1–2 | 1–15 |
| Sauerstoff (O) | 0,1–2 | 0 |
| Metalle (Fe, V, Ni etc.) | 0,03 |
Die chemische Zusammensetzung wird durch vier Kohlenwasserstoffmoleküle oder Kohlenwasserstoffreihen bestimmt:
- die Alkane oder Paraffine;
- die Cycloalkane oder Naphthene (mitunter auch als Cycloparaffine bezeichnet);
- die Aromaten oder Benzole;
- die Asphaltene.
Eine weitere Aufteilung wäre in die:[19]
- Gesättigte Kohlenwasserstoffe (= Alkane oder Paraffine; Cycloalkane oder Naphthene; Wachse)
- Aromaten (= Benzole, Toluol, Xylene, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Naphthenoaromaten)
- Harze (z. B. Carbazol)
- Asphaltene
Auf Englisch wird diese Serie auch als Saturates, Aromatics, Resins, and Asphaltenes (SARA) bezeichnet.
Asphaltene sind schwere Moleküle mit Kettenlängen mit 40 bis über 60 Kohlenstoffatomen mit nichteindeutiger Struktur.[19] Die Einteilung der Rohöle in die Kohlenwasserstoffgruppen Paraffine, Naphthene und Aromaten ist jedoch unbefriedigend, da sie je nach betrachteten Siedebereich variiert. Nach einem Verfahren des U.S. Bureau of Mines unterscheidet man zwischen paraffinbasisch- (P), gemischt- (G) und naphthenbasischen (N) Rohölen:[20] Durch die Destillation von zwei Schlüsselfraktionen in zwei Temperaturspannen und die Bestimmung der Dichten erfolgt die Grundeinteilung:
| Fraktion 1:
250 und 275 °C bei 101.325 Pa (Normaldruck) |
Fraktion 2:
275 und 300 °C bei 5300 Pa („Vakuum“) | |
|---|---|---|
| paraffinbasisch (P) | < 0,825 g/cm3
(API > 40) |
< 0,876 g/cm3
(API > 40) |
| gemischtbasisch (G) | 0,825–0,860 g/cm3
(API 33–40) |
0,876–0,934 g/cm3
(API 20–30) |
| naphthenbasisch (N) | > 0,860 g/cm3
(API < 33) |
> 0,934 g/cm3
(API < 20) |
Es finden sich dann insgesamt neun Rohölklassen und Mischklassen wie paraffin-naphthenbasisch. Das U.S. Bureau of Mines spezifizierte eine Untersuchung wie folgt:[8]
- Atmosphärische Destillation: 10 Destillatfraktionen, abgetrennt in Intervallen von 25 °C zwischen 50 und 275 °C; Volumen, Dichte, Brechungsindex – für jede Fraktion bestimmt
- Destillation bei einem Druck von 40 mm Hg: 5 Destillatfraktionen, gewonnen aus dem Rückstand der atmosphärischen Destillation, abgetrennt in Intervallen von 25 °C zwischen 200 und 300 °C Volumen, Dichte, Brechungsindex, Viskosität, Trübungspunkt – für jede Fraktion bestimmt
Siehe auch der Abschnitt Ausbeute weiter unten. Der API-Grad wird unter Qualität beschrieben.
K-Faktor
Ein gängiger Charakterisierungsfaktor in diesem Zusammenhang ist der Watson-Faktor :[21][22][23][24][3][25]
mit der mittleren Siedepunkttemperatur in Rankine °R geteilt durch das spezifische Gewicht . Ist , liegen Kohlenwasserstoffverbindungen vor, die überwiegend paraffinisch sind. Man klassifiziert daher:[3]
- K < 11,5: Naphthenbasisch
- K < 12,1: Gemischt
- K > 12,1: Paraffinbasisch
Niedrigere Werte dieses Faktors deuten auf Kohlenwasserstoffe mit einem höheren Anteil an naphthenischen oder aromatischen Komponenten hin. Der Watson-Faktor kann weiter approximiert werden zu[21]
Dabei kommt der Zusammenhang zwischen Molekulargewicht und spezifischem Gewicht zum Ausdruck.
Typische Werte sind:
Correlation Index
Ein weiter Faktor ist der U.S. Bureau of Mines Correlation Index (BMCI) or (CI), welcher sich wie folgt berechnet:[26][27]
und zu folgender Rohöl-Klassifizierung führt:
| paraffinisch | CI < 29,8 |
|---|---|
| naphthenisch | CI < 57,0 |
| aromatisch | CI > 75,0 |
n-Paraffine weisen einen CI-Wert von 0 auf, während Cyclohexan (das einfachste Naphthen) einen CI-Wert von 50 und Benzol einen CI-Wert von 100 besitzt.
Aus der Sicht der Verarbeitung in Erdölraffinerien spielt die Zusammensetzung des Rohöls eine entscheidende Rolle. Hochwertiges Benzin und Asphalt lassen sich beispielsweise mit asphaltbasischem Rohöl (meist dunkel bis schwarz) mit geringem Paraffingehalt herstellen. Kerosin und andere hochwertige Schmierstoffe werden dagegen aus paraffinbasischem Rohöl gewonnen, welches wenig bis gar keinen Asphalt enthält.
Es existieren auch Rohöle, die als Mischbasis klassifiziert werden. Sie enthalten beträchtliche Mengen an Wachs und Asphalt. Damit lassen sich zwar praktisch alle Produkte gewinnen, jedoch ist die Ausbeute geringer als bei paraffin- oder asphaltbasischem Rohöl.
| Eigenschaft | Paraffinbasisch | Asphaltbasisch |
|---|---|---|
| API-Grad | Hoch | Gering |
| Naphtagehalt | Hoch | Niedrig |
| Naphta-Oktanzahl | Niedrig | Hoch |
| Naphta-Geruch | Süß | Sauer |
| Rauchpunkt von Kerosin[28] | Niedrig | Hoch |
| Klopfneigung von Dieselkraftstoff | Niedrig | Hoch |
| Schmieröl-Pourpoint | Hoch | Niedrig |
| Schmierölgehalt | Hoch | Niedrig |
| Viskositätsindex von Schmieröl | Hoch | Niedrig |
Somit ist die eine oder andere Rohölsorte für bestimmte Produkte besser geeignet. Wichtig ist jedoch zu wissen, dass jedes Erdölvorkommen eine charakteristische, einzigartige Mischung ist. Man spricht auch von der Provenienz des Rohöls.
Typische Zusammensetzungen bezogen auf das Molekulargewicht sind:[18]
| Stoff oder Molekül | Gew.-% | Kohlenwasserstoffserie
od. Molekulartyp |
Gew.-% | Molekulare Größe | Ausbeute
Gew.-% | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Erdgas* | Methan | 70-98 | Erdöl | Paraffine | 30 | Benzin (C4-C10) | 31 |
| Ethan | 1-10 | Naphtene | 49 | Kerosin (C11-C12) | 10 | ||
| Propan | 0**-2 | Aromaten | 15 | Gasöl (C13-C20) | 15 | ||
| Butan | 0-2 | Asphaltene | 6 | Schmieröl (C20-C40) | 20 | ||
| … | Residuum (C40+) | 24 | |||||
| * Nur Kohlenwasserstoffe. Nichtkohlenwasserstoffe sind: Stickstoff (0–15), CO2 (0–1), Wasserstoffsulfid (0), Helium (0–5)
** 0 := Spuren Anmerkung: Die Ausbeutewerte schwanken je nach Rohöl und Raffineriekonfiguration.[29] Es sind Fälle von rund 50 % Benzinausbeute oder 50 % Gasöle, Destillate und andere Rückstandsöle möglich. Alle Angaben sind nur beispielhaft. | |||||||
Die Ausbeute für leichtes Rohöl mit einer Dichte dich von 0,801 kg/l liegt zusammen zwischen 40 und 50 Gew.-% an den leichten Fraktionen Benzin, Naphtha und Petroleum (Kerosin). Bei sehr schwerem Öl von rund 1,000 kg/l sind es unter 10 Gew.-%. Bei den Destillationsrückständen verhält es sich umgekehrt: > 85 Gew.-% bei schwersten Rohöl und < 25 Gew.-% beim leichtesten Rohöl.[20]
Moderne Rohölanalytik
Die moderne Rohölanalyse umfasst Messgeräte und Methoden wie die Gaschromatographie (GC)[30], Massenspektrometrie, Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), oder Spektroradiometer.[31] Für weitere Methoden und Analyse der Kohlenwasserstoffe und Erdöle – auch bekannt als „Assay“ – wird auf die Spezialliteratur verwiesen.[32][33] Die Charakterisierung der Qualität der Referenzöle wird weiter unten fortgesetzt.
Rohölsorten, Zwischenprodukte und Ausbeute
Es gibt eine große Anzahl verschiedener Rohöle. Im Folgenden werden einige bekannte Beispiele aus verschiedenen Regionen mit unterschiedlichen Eigenschaften besprochen. Die Öle weisen abweichende Siedebereiche auf und liefern unterschiedliche Ausbeuten an Produkten. Die Bestimmung der tabellierten Kenngrößen sowie vieler weiterer Parameter wird durch Verfahren und Tests, die von der ASTM spezifiziert werden, durchgeführt.
| Rohöl | Nordafrika | Nordsee | Naher Osten(2.1) | Nordamerika(2.1) | Südamerika(2.1) |
|---|---|---|---|---|---|
| Dichte nach Typ | Niedrig | Mittel | Hoch | ||
| Dichte bei 15 °C kg/l(4) | 0,801 | 0,842 | 0,869 | 0,890 | 1,000 |
| API(6) | 45 | Brent 38[37] | 31 | WTI 40[37] | 10(2) |
| Schwefel (Gew.-%) | 0,1 (= „süß“) | 0,3 | 2,5 | 1,0 | 5,5 (= „sauer“) |
| Säuregehalt(3) (mg KOH/g) | 0,05 | < 0,5 | < 0,5 | ||
| Viskosität bei 38 °C (cSt)(5) | 1,4 | 4,5 | 9,6 | 13,4 | 19.400 |
| Stockpunkt °C | −51 | 0 | −24 | 0 | 15 |
| Wachs (Gew.-%) | 3 | 9 | 6 | 7 | 2 |
| Grundprodukte | |||||
| Leichtbenzin (0–70 °C TBP(1)) | 8,8 | 5,8 | 4,7 | 2,4 | 0,1 |
| Schwerbenzin (70–140 °C TBP) | 16,0 | 11,0 | 7,9 | 6,5 | 1,1 |
| Naphtha (140–250 °C TBP) | 26,3 | 18,6 | 16,4 | 15,6 | 4,4 |
| Gasöl (250–350 °C TBP) | 18,2 | 19,1 | 15,3 | 19,6 | 9,6 |
| Rückstands- oder Schweröl (über 350 °C TBP) | 27,5 | 43,5 | 54,4 | 55,5 | 84,8 |
| Metalle (g/t) | V < 2
Ni < 2 |
8
4 |
50
13 |
25
13 |
1,4
177 |
| (1) True Boiling Point (Wahre Siedekurven): Eine Destillationskurve, bei der die kumulierte Ausbeute gegen den Siedepunkt aufgetragen ist; ermittelt auf der Basis von atmosphärischer Destillation und Vakuumdestillation, wobei die Siedepunkte der Vakuumdestillation in atmosphärische Äquivalentsiedepunkte (AEBP) umgerechnet wurden. Siehe dazu auch der Abschnitt Ausbeute. Man spricht auch von den atmosphärischen Schnitten und den Vakuumschnitten.
(2) Die spezifische Dichte von Wasser ist 1,0 und sein API-Grad wäre 10°. Wasser hat jedoch eine viel niedrigere Viskosität als schweres oder extraschweres Öl und fließt daher viel besser. (2.1) Die Öle aus Venezuela sind im Allgemeinen die schwersten (API < 20) und sauersten (Schwefel > 2 %) Öle der Welt.[37] Öle aus Saudi-Arabien haben APIs 50 und 28. Keine Region kann daher nach diesem Parameter eingeteilt werden. Man findet jedoch für die USA die Durchschnittswerte von rund 31 API und 1,4 % Schwefel.[37] (3) Total Acid Number (TAN)[37] (4) Dichte typischerweise in kg/l oder kg/m3 (5) Kinematische Viskosität: 1 m2/s = 104 St ; = 1 mm2/s = 1 cSt (centistokes) ; Dynamische Viskosität: 1 Pa * s = 10 P = 103 cP (centipoise) (6) Angabe für den Initial Boiling Point (IBP) bis zum FBP (Final Boiling Point) | |||||
In Tabelle 6 sind keine Angaben zum Wassergehalt oder Salzgehalt im Öl enthalten. Diese Information ist jedoch bei der Produktion (Förderung) und Raffination für die Abläufe und Prozesse von Bedeutung.[38] Im Sinne von Industrie 4.0 versucht man, die gesamte operative Technologie der Anlagen von deterministischen Mess- und Kontrollsystemen zu kontinuierlichen, datengetriebenen und optimierten Infrastrukturen auszubauen.[39]
Erweiterte Nomenklatur
Die Produkte der Destillation, auch bekannt als „straight-run“-Produkte, oder Zwischenprodukte, werden wie folgt eingeteilt.
| Bezeichnung | Fraktion od. Schnitt | Siedebereich in °C | Alt. Siedebereich in °C | Zwischenprodukte(1)(2) | Folgebehandlung |
|---|---|---|---|---|---|
| Flüssiggas | Petroleum-Gase (Butan und leichter) | -40-0 | LPG, Propan, Petrochemikalien | Steamcracking und Steamreforming | |
| Benzinschnitte | Leichtes Naphta (Leichtbenzin) | 30–90 | Benzin, Petrochemikalien | HTP, Steamreforming, Kat. Reformer, | |
| Schweres Naphta (Schwerbenzin) | 90–200 | Benzin | Kat. Reforming | ||
| Benzin mit Topgas | < 155 | Benzin („Mogas“) | siehe oben | ||
| Mitteldestillate | Kerosin (veraltet: Petroleum) | 155–235 | 150–275 | Jet Fuel, Heizöl | Hydroentschwefelung (Hydrofiner, Hydrotreater) |
| Leichtes Gasöl (LGO) | 235–290 | 180–345 | Diesel, Heizöl, straight-run Gasöl | ||
| Schweres Gasöl (SGO) | 290–310 | Kat. Entparaffinierung | |||
| Spindelöl | 310–350 | ||||
| Rückstand | Rückstand (Sumpf) für Vakuumdestillation | > 350 | 345–565 | Vakuumgasöl (Schmieröl) | |
| Vakuumrückstand | > 560 | > 566 | Vakuumrückstand (Residual-Öl, Asphalt, Koks) | Hydrocracking und Kat. Cracking | |
| Anm. 1: Die Produkte der Destillation vor der weiteren Verarbeitung werden als „Straight-Run“-Produkte bezeichnet. Anm. 2: Vakuumdestillation liefert Vakuumrückstand und Wachsdestillate; Letzteres wird Hydrocracking und Kat. Cracking zugeführt, ersteres ebenso dem Hydrocracking und der Partialoxydation; Des Weiteren gehen die Zwischenprodukte in eine Alky Unit, welche Alkylat produziert und später mit Reformat u. a. zu hochoktanigem Benzin mischt. Diese Mischungen sind dann z. B. für Fahrzeuge oder Flugzeuge mit Benzinmotoren (AvGas). Anm. 3: Hier werden keine Rückflussströme beachtet, z. B. Raffineriegase aus verschiedenen Anlagen oder Feed aus Hydrocracking zu Benzinschnitten usw. | |||||
Ausbeute
Nach einem ähnlichen Prinzip wie in Tabelle 2 demonstriert kann die relative Ausbeute für ein Produkt bezogen auf eine Ölsorte wie folgt abgeschätzt werden.[40][41]
Werden für zwei Rohölsorten (ein leichteres und ein schwereres) die Siedekurven gemessen und die Temperatur gegen das kumulierte Volumen oder die Ausbeute (auch Gewichtsprozent der Destillate) aufgetragen, finden sich zwei verschiedene Kurven. Setzt man nun zwei Schnittpunkte je Ölsorte (leicht: und ) oder Kurve an, z. B. für Kerosin bei 155 und 235 °C, liefert das leichte Öl eine höhere Ausbeute (abgelesen auf der Abszisse) für Kerosin. Man rechnet:
und
wobei für die Schnittpunkte bei 155 und für die Schnittpunkte bei 235 °C der jeweiligen Kurven stehen. Das Gesamtdelta befindet sich tatsächlich im unteren einstelligen Prozentbereich, z. B. 2 % (), d. h. das leichtere Öl liefert mehr Kerosin, wenn dieses Produkt in der jeweiligen Raffinerie produziert werden soll.
Qualität
- API-Grad vs. Schwefelgehalt[42]
- Verschiedene Preisstufen für Rohöle. Die Punkte müssen nicht die Produktionsorte sein.[42]
- Geschätzter Produktertrag nach Rohölsorte und geschätzter Schwefelgehalt von Naphtha für Rohöle aus den USA und Mexiko.
Die Qualität von Rohöl im Hinblick auf seine Verwendung lässt sich anhand zweier Parameter qualitativ beschreiben:[43]
- Dichte in API-Grad und
- Schwefelgehalt in %
Die Dichte von Rohöl ist sein spezifisches Gewicht bei 60 °F (c. 15,6 °C) oder das Verhältnis seiner Dichte zur Dichte von Wasser bei 60 °F. Der API-Grad wird mit einem Hydrometer gemessen und wurde willkürlich so festgelegt, dass die meisten Werte auf der Gradskala zwischen 10° und 70° API liegen. Die Skala befindet sich auf dem Spindelschaft und eine lineare Skala ermöglicht die einfachste Herstellung und Handhabung eines Hydrometer. Der API-Grad ist eine geringe Modifikation der Baumé-Skala, welche eine lineare Einteilung auf dem Spindelschaft bietet.
Die API-Dichte gibt üblicherweise, aber nicht immer, eine Auskunft über den Benzin- und Kerosinanteil des Rohöls an, siehe auch Tabelle 6, dort der Anteile, der unter etwa 205 °C siedet. Bei einem API-Wert unter 15° wird der Benzinanteil einstellig und der Asphaltanteil steigt auf über 30 %. Im Grenzfall liegen keine Benzinanteile mehr vor, sondern nur noch Asphalt.
Rohöl mit hohem spezifischem Gewicht (niedriger API-Grad) ist schwer, dicht und hochviskos; es enthält verhältnismäßig wenige flüchtige, leichte Fraktionen. Rohöl mit geringem spezifischem Gewicht (hoher API-Grad) ist leicht, weniger dicht und niederviskos; es ist reich an leichten, flüchtigen Kohlenwasserstoffen.
Der API-Grad bestimmt sich nach der Formel:[44]
mit dem spezifischen Gewicht des Öls bei 60 °F (15,6 °C). Es handelt sich um eine willkürliche Skala, die das spezifische Gewicht oder die Dichte flüssiger Erdölprodukte ausdrückt. Die Messskala ist in „Grad API“ kalibriert. Beispielsweise findet man für Rohöl aus Nordafrika (vgl. Tab. 6) mit einer Dichte von 0,801 kg/l:
.
Die API-Dichte eines Gemisches ergibt sich dann aus der Summe der Gewichtsanteile seiner einzelnen Komponenten, multipliziert mit deren jeweiligen API-Dichten:[45]
mit den Gewichtsanteilen und der spezifischen Dichte der Komponenten .
API-Klassifikation
Man klassifiziert damit im Allgemeinen:
- Bitumen und extraschweres Öl: API < 10[46] (> 1.000 kg/m3)
- Schweres, saures Rohöl: Rohöl mit einer API-Dichte von 24 oder weniger und einem Schwefelgehalt von mehr als 0,5 Gewichtsprozent
- Mittelschweres Rohöl: Rohöl mit einer API-Dichte zwischen 24 und 34 und einem Schwefelgehalt von weniger als 0,5 Gew.-%
- Leichtes, süßes Rohöl: Rohöl mit einer API-Dichte von mehr als 34 (< 870 kg/m3) und einem Schwefelgehalt von weniger als 0,5 Gew.-%
Maximalwerte für Schwefel sind bis zu 7 % und Stickstoff bis zu 2 %. Des Weiteren spielen die Viskosität, der Asphaltengehalt, der Wasser- und Salzgehalt eine Rolle für die Förderung und Weiterverarbeitung. Weitere Untersuchungsvariablen sind der Stockpunkt und Wachsgehalt eines Rohöls. Diese Anteile sind abhängig von der Provenienz des Rohöls. Jede Raffinerie ist aufgrund ihrer verfahrenstechnischen Konfiguration in der Lage, ausgewählte Rohölsorten aufzunehmen und daraus möglichst effizient Produkte (Kraftstoffe u. a.) zu produzieren. Produkte wie Benzin oder Diesel werden typischerweise zu einem deutlich höheren Preis als Rückstandsöle gehandelt. Damit sind Rohölsorten, die leicht (höhere API-Dichte bzw. geringere Dichte) und „süß“ (geringer Schwefelgehalt) sind, üblicherweise höher bepreist als schwere, „saure“ Rohöle.
Total Acid Number (TAN)
Als weiterer Faktor spielt der Säuregehalt des Rohöls eine wichtige Rolle.[47][48] Schwefel und Säure haben großen Einfluss auf die Erdölverarbeitung, z. B. Korrosionen und „Vergiftung“ der eingesetzten Katalysatoren, und schlussendlich Qualität der Produkte. Darüber hinaus muss aufgrund von Umweltauflagen Schwefel entfernt werden. Rohöle werden außerdem gewaschen und von Salzen befreit. Metallische und andere Verunreinigungen sind ebenfalls ein Problem in der Verarbeitung.
Übliche TAN-Werte:
- Hohe Korrosion: 3,0 mg KOH/g
- Niedrige Korrosion: 0,01 mg KOH/g
Benchmark-Öle
Es existieren verschiedene Referenzöle, die als „Marker“ für die Preisbildung zahlreicher anderer Rohölsorten dienen. Zu den bekanntesten zählen heute:
- Brent: Eine Rohölmischung aus dem Nordseeraum, siehe auch das (stillgelegte) Brent Ölfeld
- Western Texas Intermediate (WTI)[49]: Ein in Texas und im südlichen Oklahoma geförderter Rohölstrom, deren US-Spot- und Futures-Referenz über die Lager- und Umschlagsstelle in Cushing, Oklahoma, gehandelt bzw. geliefert wird.[50] (Anm.: Bis Ende 2015 bestand ein Exportverbot für US-Rohöl.[51][52])
- Weitere Referenzöle existieren, wie z. B. Dubai oder Urals.
Die Öle sind die folgenden Märkten zugeordnet:
| Markt | Benchmark | Qualität |
|---|---|---|
| Europa | Brent | Hoch, wenig Schwefel |
| Nordamerika | WTI | Hoch, leicht süßlich |
| Naher Osten | Dubai | Mittlerer Schwefelanteil |
| Global | ORB | Korb/Blend verschiedener Öle der OPEC-Länder (OPEC Reference Basket)[53] |
| Russland | Urals | Mischung aus schwerem, säurehaltigem und leichtem Öl[12.1][54] |
Es handelt sich bei diesen Benchmarks um Blends oder Mischungen, die als Maßstab für die globalen Ölpreise dienen. Die globale Integration der Rohölmärkte bzw. des Rohölexports hat außerdem einen Effekt auf die Preisbildung. Tendenziell entwickeln sich die Preise der weltweit geförderten Rohölsorten parallel zueinander. Die unterschiedlichen qualitativen Charakteristika (schwer, sauer oder leicht, süß) führen jedoch auch zu Preisdifferenzen.[55] Ölpreise reagieren auf geopolitische Ereignisse, und der Preis für Kraftstoffe hängt vom Preis für Rohöl ab. Die Kraftstoffpreise selbst setzten sich zusammen aus 1) Steuern, Abgaben und Regulierungskosten; 2) Einkaufs- und Produktpreis und 3) Logistik und Vertrieb.[56] Spricht man von einem „Korb“, meint man den einfachen Durchschnittspreis der Rohölsorten, z. B. für den Nordseekorb die Sorten Brent, Forties, Oseberg und Ekofisk.
Brent dient als Preisgrundlage für etwa zwei Drittel des weltweit gehandelten Öls (Stand: 2017). Der Benchmark gerät jedoch unter Druck, da die Fördermengen in der Nordsee zurückgehen, was zu Preisschwankungen führen könnte.[57] Bei der Preisfindung für Rohöl spielen Dienstleister wie S&P Global Commodity Insights (ehemals Platts[58]) eine wichtige Rolle.[59] Der Handel mit Rohöl (und anderen Energieträgern) ist Teil der Rohstoff- bzw. Mineralölwirtschaft.
Raffinerieprozesse
Die Art des Rohöls ist eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für die Gewinnung der gewünschten Produkte. Dafür muss die Raffinerie sowohl für das Rohöl als auch für die Produkte entsprechend ausgelegt sein und betrieben werden. Nach Entsalzung wird das verwendete Rohöl durch fraktionierte Destillation unter atmosphärischem Druck aufgrund seines Siedeverhaltens in seine Zwischenprodukte zerlegt. In einer Hauptdestillationskolonne einer Raffinerie werden alle Teile, die bis 150 °C siedend sind, über dem Kopf abgezogen, während die Seitenströme darunter fallen.[62] Zu diesen zählen Naphtha, Petroleum, Leicht- und Schwergasöl. In einem Stabilisator, einer Folgekolonne, wird das Rohbenzin von den leicht siedenden Flüssiggasen befreit. Anschließend wird der Boden des Stabilizers in Leichtbenzin (Siedebereich 28–100 °C) und Schwerbenzin (Siedebereich 100–150 °C) zerlegt. Um die Fraktionierung zu optimieren und eine geringe Überschneidung zwischen dem Siedebeginn der niedrigeren und dem Siedeende der nächsthöheren Fraktion zu erreichen, bedient man sich des Strippens. Die leichtesten Anteile der Fraktionen werden „abgestreift“ und die Siedelage verbessert sich. Dies erfolgt durch Behandlung mit Heißdampf oder durch nochmaliges Aufheizen in einer Nebenkolonne (Stripper).[63] Die Destillation oder Trennung der Rohöl-Fraktionen wird durch katalytisches Cracken ergänzt, welches schwere Moleküle in leichtere Paraffine und Naphthene spaltet. Danach findet katalytisches Reforming statt, welches durch Umlagerung der Molekülstrukturen der leichten Fraktionen zu aromatischen bzw. cyclischen Verbindungen umgebaut werden, wodurch hochoktaniges Benzin entsteht.
Zusammengefasst gilt für die Produktion der zwei Kraftstoffe mit den höchsten Energiedichten, Diesel- und Benzin:[64][65][66]
- Für die Produktion von schwefelarmen Diesel (C8-C25) wird i. Allg. der LGO-Anteil (vgl. Tab. 7) maximiert.
- Für die Produktion von Benzin (C4-C12) kommen Kohlenstoffketten C5-C12 in Frage, also die straight-run Naphta-Schnitte. Jedoch sind weitere Prozesse notwendig, um hochoktaniges Benzin herzustellen: Reformierung und Isomerisierung; Alkylierung und Polymerisation für die Kombination von C3- C5-Molekülen; oder das Kracken und Verkokung zur Verkleinerung von C12+-Molekülen.
Im Gegensatz zu Benzin und Diesel mögen alternative Kraftstoffe zwar mehr Energie pro Gewichtseinheit bieten, doch keiner davon übertrifft die Energie pro Volumeneinheit.
Literatur
- Siehe die Einzelnachweise und
- A. E. Dunstan, A. W. Nash, B. T. Books, Tizard H. (Hrsg.): The Science of Petroleum (= The Science of Petroleum. 2 v. 4). Oxford University Press, Oxford 1938 (englisch, archive.org).
- Norbert Berkowitz: Fossil Hydrocarbons. Chemistry and Technology. Academic Press, San Diego 1997, ISBN 978-0-12-091090-8 (englisch, archive.org).
- Chang Samuel Hsu, Paul R. Robinson (Hrsg.): Springer Handbook of Petroleum Technology (= Springer Handbooks). Springer International Publishing, Cham 2017, ISBN 978-3-319-49345-9, doi:10.1007/978-3-319-49347-3 (englisch).
- James G. Speight: Refinery Feedstocks. CRC Press, Boca Raton, FL 2020, ISBN 978-0-429-39828-5, doi:10.1201/9780429398285 (englisch).
- Mervin F. Fingas (Hrsg.): The Chemistry of Oil and Petroleum Products (= De Gruyter STEM). De Gruyter, Berlin ; Boston 2022, ISBN 978-3-11-069436-9 (englisch, degruyterbrill.com).
- Hua Liu, Youlu Jiang: Petroleum Geology. Springer Nature Singapore, Singapore 2025, ISBN 978-981-9670-85-7, doi:10.1007/978-981-96-7086-4 (englisch).
- SPE Staff: Crude oil characterization. In: Society of Petroleum Engineers. 27. Januar 2025, abgerufen am 15. Mai 2026 (englisch).