Untersucht wurde die Kinetik des Zerfalls von Methanhydrat zu Wasser und Gas in reinem Wasser und in Anwesenheit von Inhibitoren. Das vom Autor entwickelte kinetische Modell CDM (Consecutive Desorption and Melting) geht von der Desorption des Gastmoleküls aus dem Wasserkäfig aus, der daraufhin zusammenbricht. Ein Zersetzungsinhibitor kann in der Natur ein Salz aus dem Meerwasser sein, beim Erdgastransport werden thermodynamische Inhibitoren wie MEG (Monoethylenglykol) zugegeben. Für die Versuche wurde die Hydratphase in Form einer wässrigen Suspension erzeugt und zur Bestimmung der integralen Phasengrenzfläche der Hydratpartikel wurde erstmals auf ein bildgebendes Messverfahren zurückgegriffen. Dabei konnte die von anderen Autoren postulierte Existenz einer die Hydratkristalle umhüllenden Gasschicht nicht bestätigt werden. Die für den Phasenwechsel nötige Potentialsenke der Sättigung manifestierte sich durch Gasblasenbildung in der wässrigen Phase. Die Kristalle hingegen waren die ganze Zeit von Flüssigkeit benetzt. Die experimentell ermittelte Zersetzung war etwas schneller als bei anderen Autoren, jedoch wesentlich langsamer als die mit CDM geschätzte intrinsische Zerfallskinetik. Der Grund wird in den Beziehungen von Blasen und Flüssigkeitsbrücken (Phasengrenzflächen, Flüssigkeitsströmen) vermutet. Der äußere Stofftransport ist demnach der limitierende Faktor bei der Methanhydratzersetzung und die viel kleinräumigere innere Zersetzungskinetik spielt für praktische Belange keine Rolle. Es wird jedoch vermutet, dass CDM-Ergebnisse für die sII-Hydratbildner Propan und Isobutan relevant sind. Für einen Nachweis der hemmenden Wirkung von MEG und NaCl erwies sich die Versuchsapparatur als ungeeignet. Bemerkenswert war hier jedoch die Bildung von nicht kugelförmigen Hydratkristallen (Nadeln, Plättchen), die zur Aggregation neigen und somit den Erdgastransport beeinträchtigen können. Als Programmpaket zur Berechnung der Phasengleichgewichte erwies sich HYCAL dem CSMGem überlegen. HYCAL wurde daraufhin vom Autor zu HYCAL08 optimiert und seine Parameterdatenbank wurde um MgCl2, LiCl und LiBr erweitert.
Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Phasen- und Zersetzungsverhalten von Gashydraten
Berichte aus der Thermodynamik ; 1-326
2009
326 Seiten, Bilder, Tabellen, 679 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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