Tube Blocking
Durch Abkühlung bzw. Druckabsenkung des meist sehr salzhaltigen Thermalwassers bei der geothermischen Energienutzung kann es zu Ausfällungen und Ablagerungen von übersättigten Salzen (Scales) kommen. Um die Bildung von Scales zu reduzieren, können kommerziell erhältliche Inhibitoren eingesetzt werden.
Die minimal wirksame Konzentration eines Scaleinhibitors wird üblicherweise mit dynamischen Tube Blocking Tests (TBT) in Laborversuchen bestimmt (Kelland, 2014). Dazu wird synthetisches Thermalwasser verwendet. Im Rahmen des EIKE-Projektes (Heberling, 2024) wurde eine mobile Tube Blocking Anlage aufgebaut. Damit wurde eine Möglichkeit geschaffen, direkt am Kraftwerk am offenen Bypass Versuche mit realem Thermalwasser durchzuführen.
Abb. 1: Foto der Tube Blocking Anlage
Um die Reaktion schneller ablaufen zu lassen, werden dem Thermalwasserstrom - sowohl in den Labor- als auch in den Feldversuchen - Ionen zugefügt, die die Ausfällungen verursachen. Z.B. werden bei einer Fällung von Baryt (= Bariumsulfat) die Ionen Barium (in Form einer Bariumchlorid-Lösung) und Sulfat (in Form einer Natriumsulfat-Lösung) getrennt voneinander zugegeben.
Das dadurch übersättigte Fluid fließt durch eine Kapillare, in der sich ausfallende Feststoffe an den Wänden ablagern. Die zunehmende Bildung und Ablagerung von Bariumsulfat im Kapillarrohr bewirkt einen Druckanstieg und eine kontinuierliche Verringerung der Fließgeschwindigkeit, bis diese auf null sinkt. Wirksame Inhibitoren verhindern einen Druckanstieg in der Kapillare bzw. die Herabsetzung der Fließgeschwindigkeit innerhalb einer vordefinierten Messzeit (hier: 30 min).
Die Abbildungen 2 bis 4 zeigen Versuchsreihen, die mit jeweils steigender Inhibitorkonzentration (0 mg/L, 6,25 mg/L und 9,00 mg/L) bei ansonsten identischen Betriebsbedingungen durchgeführt wurden.
Abb. 2: Änderung der Fließgeschwindigkeit in den Versuchen ohne Inhibitor
Abb. 3: Änderung der Fließgeschwindigkeit in den Versuchen mit 6,25 mg/L Inhibitor
Abb. 4: Änderung der Fließgeschwindigkeit in den Versuchen mit 9,00 mg/L Inhibitor
Innerhalb einer Abbildung zeigt sich eine Messwertstreuung bei nacheinander durchgeführten Versuchen unter denselben Versuchsbedingungen (Vergleich von blauer, roter und grüner Kurve innerhalb einer Abbildung).
Beim Vergleich der Abbildungen 2 bis 4 zeigt sich mit steigender Inhibitorkonzentration eine Verlängerung der Zeit bis zum Erreichen der Fließgeschwindigkeit null. In der dritten Versuchsreihe sinkt die Fließgeschwindigkeit innerhalb von 30 min nicht unter 1 L/h. Die wirksame Inhibitorkonzentration bei dem geschilderten Anwendungsfall beträgt somit 9,00 mg/L.
Literatur:
KELLAND, M. A.: Production Chemicals for the Oil and Gas Industry. CRC Press, 2014
HEBERLING, F., KUHN, D., BAUR, S., OTTO, T., SEIBT, A. & BUSE, C.: EIKE - Entwicklung und Test von Inhibitor-Kombinationen zur effizienten Nutzung hydrothermaler Reservoire; Teilvorhaben: Auswahl und Evaluierung einer Inhibitor-Kombination. Schlussbericht zum BMWK-Vorhaben 03EE4022A, 2024
GOLDBERG, V., BAUR, S., SEIBT, A., STERN, G. & KUHN, D.: A Novel Approach for Selecting and Evaluating BaSO4-scale Inhibitors under in-situ Conditions, Tagungsband, DGMK/ÖGEW Frühjahrstagung 2025