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Gase, Gasgehalt eines Fluids

Für Gase und den Gasinhalt eines Fluids gilt:

Die Löslichkeit von Gasen im Wasser ist gasspezifisch und hängt von der Wassertemperatur, vom Druck (bei Gasgemischen vom Partialdruck) und vom Gesamtlösungsinhalt (TDS) ab. Die Löslichkeit eines Gases λ in l/l lässt sich durch die Henry-Dalton-Gleichung beschreiben:

Λ = K’ ρ

wobei p der Druck bzw. Partialdruck ist und K’ ein temperaturabhängiger Proportionalitätsfaktor.

Es gibt verschiedene Wasser-Gas-Gemische, die gelöste und nicht gelöste Komponenten enthalten. In der Natur treten vorzugsweise Gemische mit CO2 auf, aber auch Gemische mit Stickstoff, Methan, Schwefelwasserstoff und anderen Gasen werden beobachtet. Die Was­ser-Gas-Gemische besitzen von normalen Grundwässern abweichende hydraulische Eigenschaften.

Die Löslichkeit von Gasen im Wasser wird in Gegenwart von gelösten festen Stoffen verändert.

Tritt ein Fluid mit atmosphärischer Luft in Kontakt, so stellt sich ein Gleichgewicht entsprechend den Partialdrücken der Luftbestandteile im Gasraum und den gelösten Gasen ein. Wässer, die unter hohem Druck mit einem Gas, z. B. mit CO2, gesättigt sind, geben dieses Gas so lange ab, bis Gleichgewicht zur Atmosphäre besteht. Dies gilt besonders für Gase wie H2S und H2 bzw. CO2, deren Partialdrücke in der Atmosphäre nahe Null bzw. sehr niedrig sind.   

NCG - non condensable gases

Nicht kondensierte Gase, also Gase, die nicht im Fluid gelöst sind sondern gasförmig bleiben, sind ein Problem in allen Dampfturbinen-Anlagen. Da diese Gase nach der Kondensation des Arbeitsmittels im gasförmigen Zustand verbleiben (nicht kondensieren) beeinträchtigen sie die thermodynamischen Eigenschaften des Arbeistmittels erheblich. Insbesondere sind die Wärmeleitfähigkeiten der Gase um ein Vielfaches kleiner als die der Flüssigkeit. Technisch müssen diese NCG durch geeignete Maßnahmen entfernt werden.

Bedeutung in der Geothermie

Als Folge einer Verminderung des freien gelösten CO2, beispielsweise durch Kontakt mit der atmosphärischen Luft oder durch Reduktion des Fluid-Druckes, z. B. bei Thermalwasserför­derung aus großer Tiefe, kann es zur Ausfällung erheblicher Mengen von Aragonit und/ oder Calcit (CaCO3) kommen. Um den Kontakt mit der atmosphärischen Luft zu vermeiden, wird das Thermalwasser bei Geothermiebohrungen in einem geschlossenen System gefördert. Zu­sätzlich wird das geschlossene System mit Drücken in der Größenordnung von ca. 20 bar be­aufschlagt. Die Bestimmung der Höhe der erforderlichen Drücke kann theoretisch mit ther­modynamischen Programmen und praktisch mit Laborversuchen erfolgen. Beide Verfahren setzen eine genaue Kenntnis der hydrochemischen Zusammensetzung des Fluids voraus. Der Bestimmung von Gasen und Gasgehalten im Fluid der Lagerstätte kommt höchste Priorität zu. Wichtig ist dabei die Angabe des Bezugs, der Maßeinheiten und der Messbedingungen.

Auch in der Hochenthalpie-Geothermie sind nichtgelöste Gase ein Thema. Es sind geeignete Techniken zur Entfernung der NCG aus dem Wasser/ Dampf-Kreislauf notwendig und üblich. Sie sind oft im Zusammenhang mit den Separatoren zu sehen. 

Literatur

Zu der sehr umfangeichen Literatur siehe unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank mit dem Stichwort 'condesnsable'.

izuletzt bearbeitet Januar 2020