3.3 fossiele brandstoffen

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

H3: ORGANISCHE CHEMIE    par 4

FOSSIELE BRANDSTOFFEN

Leerdoelen:

• Je kunt beschrijven hoe fossiele brandstoffen worden gewonnen
• Je kunt beschrijven hoe aardolie destillatie wordt toegepast en uitgevoerd en welk proces hieraan ten grondslag ligt
  
• Je kunt begrippen bij het raffineren van aardolie herkennen, beschrijven en verbeteringen hiervoor bedenken
  

Fossiele brandstoffen:

Koolstofverbindingen die miljoenen jaren geleden zijn ontstaan uit resten van plantaardig en dierlijk leven. Ze bevatten de atoomsoorten C, H en soms ook S, N of O.

Voorbeelden:

aardolie, steenkool, aardgas, bruinkool

Fossiele brandstoffen:

Steenkool:

ontstaan door dikke lagen plantaardig materiaal dat wordt samengeperst door lagen klei en zand.

Door de druk neemt de temperatuur toe en treedt thermolyse (ontleding door warmte) op.

Dan ontstaat eerst veen of turf. Ook dit zijn brandstoffen. Deze lagen zitten dicht aan de oppervlk. Bij hogere druk ontstaat bruinkool (in Duitsland wordt nog 25 % van de energie hiermee opgewekt). Uit bruinkool kan steenkool ontstaan.  Steenkool is voornamelijk koolstof: C

a

Fossiele brandstoffen:

Aardgas :

ontstaat als bijproduct bij vorming van steenkool en aardolie.

Bestaat vooral uit methaan: CH₄

Daarnaast bevat aardgas bijvoorbeeld ethaan, koolstofdioxide en stikstof.

Voordelen t.o.v. aardolie en steenkool is dat er minder schadelijke stoffen in zitten. Het is een schonere brandstof.

Omdat je bij steenkool alleen "C" verbrandt en bij methaan ook "H" komt er per geleverde hoeveelheid warmte (Joule) minder CO₂ vrij.

Fossiele brandstoffen:

Aardgas :

Aardgas is vaak door de natuurlijke druk makkelijk te winnen.

Maar aardgas wordt ook gewonnen uit schalie. Dit is een harde kleisoort.

om het gesteente te breken wordt een injectievloeistof gebruikt. De klei breekt in kleine stukjes waardoor het gas vrij komt. Dit heet fracking.dit is een omstreden methode vanwege de verontreiniging en kan op bodemdaling en aardschokken.

Fossiele brandstoffen:

Synthesegas:

Uit aardgas wordt ook synthesegas gemaakt:

CH₄ (g) + H₂O (g) -> CO (g) + 3H₂ (g)

Dit wordt bijvoorbeeld gebruikt bij de productie van stoffen als kunstmest, methanol en bij de productie van kunststoffen.

Wat is geen fossiele brandstof?
(20 s)

1. aardolie
2. steenkool
3. bio-alcohol
4. aardgas

Welke voorstadia heeft steenkool?

(20 s)

1. eerst turf dan bruinkool
2. eerst aardgas dan turf
3. eerst bruinkool dan turf
4. eerst aardolie dan bruinkool

Welke atoomsoorten bevatten fossiele brandstoffen vooral?

(20 s)

1. C en H
2. C en O
3. N en H
4. H en O

Schaliegas bestaat uit:

(30 s)

1. waterdamp en koolstofdioxidegas
2. waterdamp en koolstofmono-oxidegas
3. waterstofgas en koolstofdioxidegas
4. waterstofgas en koolstofmono-oxidegas

Steenkool ontstaat door:

(20 s)

1. fotolyse
2. reactie met waterdamp
3. thermolyse
4. reactie met zuurstof

Fossiele brandstoffen:

Aardolie:

ontstaat door thermolyse van organisch materiaal onder hoge druk en temperatuur op de oceaanbodem. Door hoge druk vindt het eenweg naar boven.

Fossiele brandstoffen:

Aardolie:

Aardolie is een complex mengsel; duizenden verschillende stoffen.

Daarom geen "gewone destillatie" waarbij 2 fracties ontstaan maar gefractioneerde destillatie.

Fossiele brandstoffen:

Gefractioneerde destillatie:

Destillatie in meerdere destillaten:
Het complexe mengsel wordt verdeeld

in deelmengsels. Fractie = deel

Fossiele brandstoffen:

Bij gefractioneerde destillatie:

•    Is de kolom verdeeld in schotels
•     Zijn er meerdere destillaten: fracties
•     Is het onderin de kolom heet (360 ^oC),

           bovenin koel (buitentemperatuur)

•     Fracties onderin: hoog kooktraject
•     Fracties bovenin: laag kooktraject
•     Is er sprake van een continu proces

Fossiele brandstoffen:

Kraken:
De nafta fractie bevat koolwaterstoffen met 5 tot 10 C-atomen .

Deze worden door een ontledingsreactie afgebroken tot kleinere

alkanen en alkenen.

Bijv. C₈H₁₈  ->  C₄H₁₀  +  C₄H₈

          octaan       butaan     buteen

Door reformeren (reactie met behulp van een katalysator) krijg je meer zijgroepen of aromatische verbindingen.

Wat wordt bedoeld met gefractioneerde destillatie? Tijdens de destillatie:

(30 s)

1. vinden verschillende stappen (=gefractioneerd) plaats.
2. worden de koolwaterstofketens in kleinere stukken gebroken en ontstaan er verschillende fracties.
3. wordt de aardolie gescheiden in verschillende deelmengsels.
4. wordt de aardolie gescheiden in verschillende stoffen met hetzelfde kookpunten.

In een destillatietoren wordt aardolie gescheiden in verschillende fracties.
Wat wordt bedoeld met een fractie?
(30 s)

1. Een fractie bestaat uit koolwaterstoffen met hetzelfde smeltpunt.
2. Een fractie bestaat uit koolwaterstoffen met een bepaald smelttraject.
3. Een fractie bestaat uit koolwaterstoffen met hetzelfde kookpunt.
4. Een fractie bestaat uit koolwaterstoffen met een bepaald kooktraject.

Wat is waar?

(20 s)

1. Hoe lager de schotel, hoe lager het kookpunt.
2. Hoe hoger de schotel, hoe hoger het kookpunt.
3. Hoe hoger de schotel, hoe hoger het kooktraject.
4. Hoe hoger de schotel, hoe lager het kooktraject.

Welke type (chemische) reactie vindt plaats bij kraken?

(20 s)

1. een ontledingsreactie
2. een vormingsreactie
3. een katalytische reactie
4. een verbrandingsreactie

Bij het kraken van een koolwaterstof ontstaan...

(30 s)

1. alleen verzadigde koolwaterstoffen
2. aromatische koolwaterstoffen
3. een mengsel van verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen
4. alleen onverzadigde koolwaterstoffen

Wat is de belangrijkste reden om koolwaterstoffen te kraken?

(30 s)

1. Lange koolwaterstoffen geven meer uitstoot van koolstofdioxide.
2. De vraag naar deze koolwaterstoffen is groter.
3. Kortere koolwaterstoffen zijn eenvoudiger te transporteren.
4. Lange koolwaterstoffen zijn moeilijk op te slaan.

waar

niet waar

bij kraken knip je een groot molecuul in stukjes

In een destillatietoren komt de fractie met het hoogste kookpunt boven in

Koolstofchemie gaat over stoffen waarvan de moleculen als basis C- en H- atomen hebben

Destilleren berust op verschil in smeltpunt 

Bij reformen krijg je meer zijtakken

 aan de koolwaterstof

Huiswerk voor de volgende les

Lees 3.4 en maak de opdrachten 24 t/m 33

Ook donderdag in de les mag je hieraan werken.

Kijk eventueel de uitlegfilmpje op Kemia H3, nr. 12,13, 14