Thermodynamische Modelle zur Beschreibung von Systemen mit Bildung gemischter Gashydrate

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Roland Span
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273769352

Dieses Projekt zielt auf die Beschreibung komplexer Gleichgewichte fluider und fester Phasen (z.B. Eis oder Trockeneis) mit Hydraten mehrerer hydratformender Komponenten (gemischte Hydrate) ab. Der innovative Charakter des Projekts beruht auf der Verwendung hochgenauer vielparametriger Zustandsgleichungen für fluide Phasen und der jeweils genausten verfügbaren Gleichungen für andere feste Phasen. Da die Fugazität der hydratbildenden Komponenten in den fluiden Phasen einen Beitrag zum chemischen Potential der Hydrate liefert, hängen genaue und konsistente Hydratmodelle von einer genauen Beschreibung der fluiden Phasen ab. Unlängst wurde ein Model für acht reine hydratbildende Komponenten (reine Hydrate) veröffentlicht. Der Vorteil dieses neuen Modells ist seine Fähigkeit, eine Vielzahl von Phasengleichgewichten mit fluiden und festen Phasen über weite Temperatur- und Druckbereiche genau zu beschreiben. Die Bildung von Hydraten führt zu gemischten Hydraten, wenn die im Gleichgewicht stehende fluide Phase mehr als eine hydratbildende Komponente enthält. Dieses Projekt zielt auf die Erweiterung des neuen Modells für reine Hydrate auf die in der Praxis wichtigeren gemischten Hydrate ab.Auf der Basis der vielversprechenden Ergebnisse der ersten Projektphase werden die Ziele für die zweite Projektphase im Wesentlichen im Einklang mit dem ursprünglich für die erste Projektphase gestellten Antrag formuliert.Da die Erweiterung des Modells für reine Hydrate auf gemischte Hydrate Modifikationen in der Beschreibung der reinen Hydrate erfordert hat, wird eine Neuanpassung von Parametern nötig. Im Rahmen dieser Neuanpassung werden die Ergebnisse berücksichtigt, die inzwischen in Bezug auf die Doppelbelegung von Hydratkäfigen erzielt wurden.In Systemen, die gemischte Hydrate bilden, können Hydratstrukturen entstehen die in reinen Hydraten nicht stabil sind. Für die Beschreibung entsprechender Phasengleichgewichte muss eine Stabilitätsanalyse entwickelt und optimiert werden, die diesen Fall berücksichtigt. In der ersten Projektphase wurde das vorläufige Modell für gemischte Hydrate nur für Systeme getestet, die CO2 und CH4 als hydratbildende Komponenten enthalten. Die Anwendung des Modells auf binäre Kombinationen der hydratformenden Komponenten CO2, CH4, C2H6, C3H8, N2 und O2 soll in der hier beantragten zweiten Projektphase erfolgen. Der Einfluss von Inhibitoren auf die Bildung von Hydraten wird von dem neuen Modell qualitativ korrekt beschrieben; detailliertere Untersuchungen zu diesem Aspekt sind für die zweite Projektphase vorgesehen.Die im Rahmen des Projektes entwickelten Algorithmen und das endgültige Modell sollen in die Software TREND integriert werden, die auch von unerfahrenen Benutzern leicht zu bedienen ist. TREND ist als open source Software kostenlos verfügbar und wird schon heute von mehr als 60 Forschungsgruppen und Unternehmen in aller Welt verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen