Filterbypass (Fiby) & KiBy Gasabscheide-Versuche

Filterbypass (Fiby)

Problemstellung:

Thermalwasser der tiefen Geothermie zeichnet sich durch einen hohen Salzgehalt und einem hohen Gehalt an gelösten Gasen aus.
Bei der Förderung des Thermalwassers an die Oberfläche, und bei der Abkühlung, kann es sein, dass Mineralien ausfallen. Diese Ausfällungen verstopfen Rohrleitungen, Ventile und sorgen für einen verschlechterten Wärmeübergang im Wärmetauscher.
Die Folge sind hohe Wartungskosten, Anlagenstillstände und Anlagenausfälle.

Lösungsansatz:

Durch Inhibitoren, oder CO2, welche dem Thermalwasser beigemischt werden, können Ausfällungen ggf. verhindert oder reduziert werden. Ebenso sind verfahrenstechnische Maßnahmen, wie die Anpassung der Druckes in der Rohrleitung, geeignet, die Fällungsprozesse zu vermindern oder zu vermeiden.
Herangehensweise

Herangehensweise Durch die Nachbildung von Extremsituationen werden im FiBy-Prüfstand Situationen nachgebildet, um eine Ausfällung zu forcieren. Die sich bildenden Feststoffe werden mit Filter aus dem Thermalwasser abgetrennt und können, hinsichtlich Typ und Anzahl, analysiert werden. Ebenso ist der Druckabfall über den Filter, die Blockung des Filters, ein Kriterium für die Wirksamkeit der Maßnahme zur Ausfällungsvermeidung.
Da der Gasgehalt einem maßgeblichen Einfluss auf die Wirksamkeit auf die Ausfällung hat, müssen die Experimente direkt an der Geothermieanlage durchgeführt werden. Das Wasser muss die Mineralisierung haben, wie sie auch im Reservoir vorliegt. Eine Druckentlastung oder Abkühlung kann das empfindliche chemische Gleichgewicht der Mineralisierung stören.

Arbeitsprinzip

Der Thermalwasserstrom wird obertägig von der Thermalwasserleitung abgezweigt und in zwei Teilströme aufgeteilt. Unter Beibehaltung von Druck und Temperatur wird das Wasser jedes Teilstroms an einem Injektor vorbeigeführt. Dabei wird auch der Massenstrom konstant gehalten und dadurch der Rohrleitungsdruck reduziert. Nachdem am Injektor Inhibitor oder CO2 zugeführt wurde, wird das Thermalwasser über einen Papierfilter geführt, wobei die Feststoffen aufgefangen werden. Der Druckverlust über den Filter dient dabei als Maß für die Menge an Mineralien, die aus dem Wasser ausgefallen sind.

 

Wiss. Fragestellungen

Durch die Injektionsdauer und die Art des Inhibitors, der eingesetzt wurde, kann beurteilt werden, welche Inhibitoren an jeweiligen Standort wirksam sind und wie hoch die Dosierung des Inhibitors gewählt werden muss, um eine optimale Wirkung zu erzielen.

 

KiBy Gasabscheide-Versuche

Problemstellung:

Das Thermalwasser enthält verschiedene Gase, die unter dem hohem Druck im Erdinnern im Wasser gelöst sind.
Wird dieses Wasser zur Erdoberfläche gepumpt, kann sich beim unterschreiten des sog. Entgasungsdruckes, das Gas aus dem Wasser herauslösen. Die hat Einfluss auf die Eigenschaften des Thermalwassers, insbesondere sinkt somit die Löslichkeit von Salzen und Mineralien im Thermalwasser und es kommt zu Ausfällungen.
Der Entgasungsdruck hängt vom Standort ab und liegt typischerweise zwischen 3 und 20 bar. Für die Betreiber von Geothermieanlagen ist es deshalb wichtig, von Zeit zu Zeit den Entgasungsdruck, die Menge an gelöstem Gas, und die Gaszusammensetzung zu ermitteln und dann ggf. den Anlagendruck anzupassen.

Lösungsansatz:

Die FiBy-Anlage besitzt einen Leitungsstrang, welcher es erlaubt das Gas in einem Leitungsabschnitt, den Druck auf einen beliebigen Wert, bis zum Umgebungsdruck abzusenken. Das Wasser wird dann durch einen Behälter geführt. Unten im Behälter wird das zuströmende Wasser wieder abgeführt, während im oberen Teil des Behälters das Gas, welches aus dem Thermalwasser herausgelöst wurde, gesammelt wird. Die gesammelte Gasmenge wird der durchgesetzten Wassermenge in Verhältnis gesetzt, um die ausgegaste Menge zu ermitteln. Das gesammelte Gas wird in einem Gaschromathographen analysiert. Diese Versuche werden bei verschiedenen Drücken wiederholt, um dann zu bestimmen, wann die Ausgasung beginnt. Am Ende kennt der Anlagenbetreiber den Entgasungsdruck und kann die Anlage entsprechend oberhalb dieses Druckes betreiben.
Gase im Thermalwasser

Typische Gasgehalte in der Tiefen Geothermie liegen zwischen 0,1-3Liter Gas unter Normbedingungen (30°C, 1bar) pro 1 Liter Thermalwasser. Die Gase enthalten meist hauptsächlich CO2, aber auch Stickstoff, Kohlenwasserstoffe wie Methan und Propan sowie H2S. Die Entlösung des Gases geschieht nicht instantan und vollständig. Das Gleichgewicht zwischen entlöstem Gas und im Wasser verbleibenden Gas stellt sich allmählich ein. Ebenso wie auch ein Glas Cola oder Sprudel am Anfang stärker CO2 durch Gasbläschen freisetzt und später immer weniger sprudelt.

Wiss. Fragestellungen
  • Bei welchem Druck tritt wie viel Gas aus.
  • Wie ist die Zusammensetzung des Gases
  • Wie kann man das Gas nutzen
  • Wie ist die Freisetzungsrate über der Zeit.

Nutzungskonzept:

- thermische Verwertung des Gases:

Gasmotor-BHKW (Strom + Wärme)
Gasturbine (Strom + Wärme)
Gasbrenner (Heizzentrale) Brennwertsysteme vermutlich ungeeignet

- Wärmenutzung:

Einkopplung ins Wärmenetz
Vorheizung Thermalwasser (Wärmenetz und / oder Kalina)
Nachheizung Kalina-Kreis

Fragestellungen:

- Messung von Ausfällung
- Gasmenge als Funktion des Drucks
- Gaszusammensetzung