Kurs:Rohstoffe III: Kohlenwasserstoffe/Sauergas

Sauergas wird umgangssprachlich, jedoch auch fälschlicherweise, als Schwefelwasserstoff bezeichnet, ,wobei diese Aussage nicht völlig zutrifft. Tatsächlich beschreibt der Begriff Sauergas eine besondere Klasse von Erdgas, welche über 1 Volumen-Prozent oder in deutschen Lagerstätten bis zu 35 Volumen-Prozent Schwefelwasserstoff enthält. Diese chemische Verbindung wurde allerdings als "hochgiftig" eingestuft und weißt korrosive Eigenschaften auf, weshalb sie aus dem Erdgas entfernt werden muss.

Eigenschaften

Schwefelwasserstoff H₂S

Schwefelwasserstoff ist eine chemische Verbindung von Wasserstoff mit Schwefel. Es ist ein stark toxisches Gas (in etwa wie Blausäure), welches schon in sehr geringer Konzentration aufgrund des üblen Geruchs nach faulen Eiern wahrgenommen werden kann. Schwefelwasserstoff ist geringfügig schwerer als Luft, farblos und gehört zu den brennbaren Gasen. Es ist in Wasser eher mäßig und in Ethanol gut löslich, wobei sich eine leicht saure Lösung bildet.

Molmasse	Dichte	Schmelzpunkt	Siedepunkt	Zündtemperatur
34,081 g/mol	1,5359 g/l	-85,5 °C	-59,55 °C	270 °C

Erdgas

Die Entstehung von Erdgas umfasst einen Prozess, der bereits durch die Abdeckung höherer Pflanzen durch Sand an der Erdoberfläche beginnt. Diese entwickeln sich unter Sauerstoffabschluss erst zu Torf, dann über den Zeitraum einiger Millionen Jahre zu Braunkohle und schließlich zu Steinkohle. Dieses Gestein ist das so genannte Erdgas-Muttergestein, wo es bei Temperaturen zwischen 120 °C und 180 °C in Tiefen von 4000 bis 6000 Metern zur Bildung von Erdgas kommt. Die über dem Muttergestein liegenden Gesteinsschichten pressen dieses zusammen und führen so zu einem Aufstieg des Gases durch Porenräume oder an Klüften entlang. Dieser Aufstieg wird letztlich durch undurchlässige Gesteinsschichten wie Salz, Mergel oder Ton gestoppt .

Sauergas

In Deutschland kommt Sauergas nur in den Schichten des Zechsteins vor, wobei man bei einem H₂S-Gehalt bis 1 % von Leangas spricht. Als Gegenteil von Sauergas kann das Süßgas gesehen werden, welches zum Beispiel aus Buntsandstein gefördert wird, und kein Schwefelwasserstoff enthält. Diese Form von Erdgas kann dadurch im Gegensatz zu Sauergas nach der Sandabscheidung und Trocknung direkt ins Verteilernetz gegeben werden.

Vorkommen Schwefelwasserstoff

Natur

Schwefelwasserstoff entsteht in der Natur überall dort, wo es zur Fäulnis von menschlicher, tierischer oder pflanzlicher Materie kommt. So können sich zum Beispiel in Brunnenschächten, Jauchegruben und Abwasserkanälen größere Mengen ansammeln und bei Druck- und Temperaturschwankungen freiwerden. In Gegenden mit vulkanischer Aktivität entweicht H₂S aus dem Boden oder es ist im Schlamm vulkanischer Binnenseen zu finden .

Chemie

Im Labor kann Schwefelwasserstoff durch die Einwirkung von Salzsäure auf Eisen(II)-sulfid erhalten werden:

  FeS  +  2 HCl -> FeCl2  +  H2S     

In der Technik erfolgt die Herstellung durch die Reaktion von Schwefel und Wasserstoff bei ca. 350 °C mit Hilfe von Katalysatoren:

  S  +  H2 -> H2S      ΔHR = -21 kJ/mol  

Schwefelwasserstoff fällt auch in großen Mengen bei der Entschwefelung von Erdöl an, was der nächste Punkt behandelt.

Verwendung

Sauergas bietet aufgrund des Schwefelwasserstoffs eine Möglichkeit zur Schwefel-Herstellung, allerdings ist der Aufwand den Schwefel aus dem Gas zu waschen enorm. Der Aufbereitungs- und Reinigungsprozess fängt bereits am Bohrloch an, da Lösungsmittel eine Ablagerung von elementarem Schwefel im Förderstrang der Bohrung verhindern. Um den eigentlichen Schwefelwasserstoff zu entziehen laufen nun verschiedenen Stufen ab, welche durch eine aufwändige Abgasreinigung abgeschlossen werden. Zu aller erst durchläuft das Erdgas den Sulfinol-Prozess, bei dem Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid chemisch gebunden werden. Die hierfür verwendeten Waschlösungen werden bei reduziertem Druck regeneriert und auf 130 °C erwärmt, wobei ein Gasgemisch aus Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid entsteht, das sogenannte Claus-Gas. Dieses Gas gelangt nun in die Claus-Anlagen. Dort setzt eine thermische Stufe bei bis zu 1.200 °C einen Teil des Schwefelwasserstoffs in Schwefeldioxid um, das sofort mit dem verbliebenen Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel weiter reagiert. Zur Erhöhung der Schwefelausbeute wird diese Reaktion anschließend in dem dreistufigen, katalytischen Teil der Anlage bei niedrigeren Temperaturen von 330, 250 und 190 °C fortgesetzt. Der entstandene Schwefel ist flüssig und wird von Gasen gereinigt, weswegen er weitestgehend geruchsfrei ist. Die gelbe Flüssigkeit wird in gigantischen beheizten Tanks zwischengelagert und von dort zur Verladestation transportiert.

Zwei Erdgasaufbereitungsanlagen im Vergleich

Großenkneten

Rohgasdurchsatz/a	Reingasmenge/a	Schwefelmenge/a
6 Mrd. m3	4,8 Mrd. m3	800.000 t

Voigtei

Rohgasdurchsatz/a	Reingasmenge/a	Schwefelmenge/a
2,5 Mrd. m3	2,1 Mrd. m3	300.000 t

Gefahren

Die Gefahren von Sauergas für den Menschen bestehen aufgrund der Anwesenheit des Schwefelwasserstoffes, welcher (wie bereits erwähnt) bis zu 35 Volumen-Prozent enthalten sein kann. Enthält Luft nur einen geringen Prozentsatz dieses Gases, wirkt es innerhalb von Sekunden tödlich. Bei noch kleineren Mengen sind die schädlichen Auswirkungen zwar geringer, können aber dennoch Schwindel, Atemnot oder Ähnliches hervorrufen. Das Gas wirkt giftig, da es zu einer Umwandlung des Blutfarbstoffes Hämoglobin zu Sulfhämoglobin kommt, was das Atemzentrum lähmt und eine Schädigung des Herzens zur Folge hat.

Je nachdem wie groß die Konzentration von Schwefelwasserstoff in der Luft ist, führt das Einatmen zu unterschiedlichen Symptomen.

ca. 1ppm	über 10ppm	ab 100ppm	ab 500ppm	ab 1000ppm
Geruch nach faulen Eiern	Atemschutz muss getragen werden	der Geruchssinn wird bei kurzzeitiger Einwirkung abgetötet	Bewusstlosigkeit	Atemstillstand

Allerdings ist zu beachten, dass sich diese Angaben auf eine reine Schwefelwasserstoff-Konzentration beziehen. Da Schwefelwasserstoff jedoch nur zu einem bestimmten Prozentsatz in Sauergas vertreten ist, kann man aus den hier aufgeführten Werte keine gleichartige gesundheitliche Schädigung durch Sauergas ableiten.