PDF - LAUDA Ultracool

TEMPERIEREN
Wenn Erdgas fest wird
Die Rolle der Temperierung bei der Untersuchung von Gashydratbildung
verstopfte die Leitungssysteme und
sorgte für nachhaltige Betriebsstörungen. Vor diesem Hintergrund
initiierte die American Gas Association in den 40er Jahren ein ausgedehntes Forschungsprogramm mit
dem Ziel einer systematischen
Untersuchung der Hydratbildungsbedingungen. Diese Problematik ist
bis heute Thema zahlreicher Forschungsvorhaben.
Carsten Persner
Eine neue Dimension erhielt die
Hydratforschung durch die Entdeckung natürlicher GashydratLagerstätten im sibirischen PermaWasser und einige Gase bilden unter beAbb. 1: Schematische Darstellung der Gashydratstruktur
frostboden Mitte der 60er Jahre.
stimmten Randbedingungen wie hohem
Aufgrund theoretischer ÜberlegunDruck und niedrigen Temperaturen eine
gen wurden von russischen WissenSchwefelwasserstoff, Kohlendioxid und
feste Verbindung: Gashydrat. Bereits
schaftlern in den 70er Jahren natürliche
seltener höhere Kohlenwasserstoffe.
1810 gelang es dem britischen NaturforVorkommen von Methanhydraten in den
Zur Bildung von Gashydrat sind neben
scher Sir Humphrey Davy eher zufällig,
Weltmeeren postuliert. Beprobungen
der Verfügbarkeit einer ausreichenden
eine derartige eisähnliche Substanz
vom Meeresboden im Schwarzen Meer
Menge von Gas und Wasser die Druck(Chlorhydrat) herzustellen, indem er
und vor Mittelamerika konnten dies in
Temperatur-Bedingungen die entscheiChlorgas unter Druck durch Wasser
den 80er Jahren belegen. Wichtige Fradenden Faktoren. Gashydrate sind nur
perlen ließ. Für mehr als ein Jahrhundert
gestellungen dabei sind die mögliche
bei hohen Drücken und relativ niedrigen
galten Gashydrate jedoch als chemische
Nutzung als zukünftige Energieressource
Temperaturen stabil.
Kuriosität und wurden kaum beachtet.
und die Wechselwirkung der MethanhyDie in Gaspipelines unerwünschte
In den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts
drate mit dem Klima.
Bildung der Gashydrate lässt sich durch
wurden sie in der Öl- und Gasindustrie
Inhibitoren verhindern oder zumindest
bekannt, als sich herausstellte, dass
verzögern. Man unterscheidet drei
unbeabsichtigte Gashydratbildung für
Gashydratbildung
Arten:
Transportprobleme in Pipelines veranta) Thermodynamische Inhibitoren wie
wortlich war. Es bildete sich bei herabgeGashydrate sind nicht-stöchiometrische
Methanol oder Glykole verhindern die
setzten Temperaturen (auch oberhalb
Verbindungen, wobei die WassermoleHydratbildung.
0°C) festes Gashydrat aus unter Druck
küle (sogenannte Strukturmoleküle)
b) Kinetische Inhibitoren (funktionalistehendem Gas (vorwiegend Methan),
Käfigstrukturen aufbauen, in denen
sierte Polymere wie PVP oder PVCap)
Gasmoleküle
(als
verzögern das Kristallwachstum.
Gastmoleküle) eingec) Spezielle Inhibitoren vermindern die
schlossen sind (Abb.
Anzahl der Kristallkeime.
1). Sie werden deshalb
auch
Einschlussverbindungen
Ein Beispiel aus der Forschung
oder Clathrate (lat.:
clatratus = Käfig) geIm Mittelpunkt einer Reihe von Fornannt. Bisher sind
schungsarbeiten am Institut für Technidrei unterschiedliche
sche Thermodynamik und Kältetechnik
Kristallstrukturen
der Universität Karlsruhe (TH) stehen
von
Gashydraten
Untersuchungen zur thermodynamibekannt.
Generell
schen Stabilität und Kinetik der Gaskönnen Gashydrate
hydratbildungsprozesse. Die Problematik
bei ihrer Bildung
besteht in der Suche nach geeigneten
gleichzeitig verschieInhibitoren
zur
Vermeidung
oder
dene Gasmoleküle in
Verlangsamung der Hydratbildung unter
getrennten Käfigen
typischen Betriebsbedingungen der Geeinbauen. Neben Mewinnung, des Transportes sowie der
than sind es in der
Speicherung von Erdgas. Diese sind in
Abb. 2: Anschlüsse des Lauda Proline RP 890 C an das Reaktorsystem
Natur
vor
allem
der Regel hohe Drücke bis 250 bar und
2 • GIT Labor-Fachzeitschrift 4/2005
TEMPERIEREN
niedrige Außentemperaturen bis unter
–40°C.
In der zur Zeit laufenden Arbeit von
Dipl.-Ing. Christoph Windmeier sollen
Einflüsse von Zusätzen in der flüssigen
Phase auf die Kinetik der Gashydratbildung untersucht werden. Zur Herstellung
der Gashydrate wird ein HochdruckEdelstahlreaktor mit Doppelmantel verwendet. Die Temperierung des Reaktors
im Bereich bis -30°C erfolgt mit einem
Lauda Proline RP 890 C Kältethermostaten. Dieser ist über isolierte Metallschläuche mit dem gesamten System
verbunden (Abb. 2). Hier zeigen sich
schon einige Vorteile des Lauda Proline
Gerätes. Aufgrund der hohen Kälteleistung durch das SmartCool System
werden nicht nur der Reaktor, sondern
auch noch ein Bypass für Onlineanalysen
und die Lager des Rührermotors zuverlässig gekühlt. Die starke VarioFlex
Druck- und Saugpumpe sorgt für eine
gleichmäßige Temperaturverteilung und
erlaubt es, das System
halboffen zu betreiben.
Zudem
können
die
Anschlüsse seitlich aus
dem Thermostaten herausgeführt werden, was
die Installation vereinfacht hat.
Die
Phasengleichgewichte des Systems
Gas – Flüssigkeit müssen
für die Untersuchungen
am jeweiligen Gleichgewichts-(Arbeits-)punkt
stabilisiert werden. Dieser Punkt ist durch die
Temperatur Ta und den
Druck pa definiert (Abb. Abb. 3: Schematisches Gleichgewichtsdiagramm zur Gashydratbildung
3). Um den Arbeitspunkt
wichtige Informationen wie Füllstand
zu erreichen, gibt es zwei Möglichkeiten.
oder Pumpenstufe angezeigt.
Der Druck pa kann vorgegeben sein,
dann muss die Temperatur an Ta herangeführt werden. Oder die Temperatur Ta
Fazit
wird im System eingestellt und der Druck
erhöht, bis die KristallisaNur die Kombination aus hoher Kältetion beginnt. In beiden Fälleistung, starker Pumpe sowie flexiblem
len ist es entscheidend, dass
Schnittstellenkonzept
mit
einfacher
die benötigte EndtemperaBedienung ermöglicht die optimale
tur schnell erreicht und
Anpassung des Lauda Proline RP 890 C
dann mit einer hohen KonKältethermostaten an das Reaktorsysstanz gehalten wird, auch
tem. Die exakte Erreichung der benötigwenn schlagartig Kristalliten Temperatur in entsprechend kurzer
sationswärme im Reaktor
Zeit ist die Bedingung für die Untersufrei wird. Aufgrund der hochungen zur Kinetik der Gashydrate.
hen Leistungsreserven (830
W Kühlleistung bei –30°C)
Literatur
meistert der Lauda Proline
RP 890 C diese Aufgabe
Armin Rock: „Experimentelle und theoretische
spielend.
Untersuchung zur Hydratbildung aus GasgemiDie Kontrolle des Gesamtschen in inhibitorhaltigen wässrigen Lösungen“,
systems erfolgt mit LabView
Dissertation Universität Karlsruhe 2002, Fortüber die RS232 Schnittstelle,
schritt-Berichte, VDI Verlag Düsseldorf 2003
wobei die Einbindung des
E.D. Sloan Jr.: „Clathrate Hydrates of Natural
Proline RP 890 C ohne ProGases“, 2nd ed., M. Dekker, New York 1998
bleme mit dem hierfür im
Dr. Carsten Persner
Internet unter www.lauda.de
Lauda Dr. R. Wobser GmbH & Co. KG
kostenlos verfügbaren TreiPostfach 1251
ber gelang. Zur direkten
97912 Lauda-Königshofen
Überwachung des [email protected]
turverlaufs wird die Comwww.lauda.de
mand Konsole der Proline
Thermostate
verwendet.
Das abnehmbare Bedienteil
wurde in die Anlagensteuerung integriert, was bei
keiner anderen Thermostatenlinie auf dem Markt so
verwirklicht werden könnte
(Abb. 4). Auf dem großen
LCD-Display werden neben
der Solltemperatur sowie
der internen und externen
Abb. 4: Einbindung der Lauda Command Konsole in die AnlagenGase, Temperieren, Gashydrate, Chlorhydrate,
steuerung
Kältethermostat
Temperatur auch andere
Keywords
GIT Labor-Fachzeitschrift 4/2005 • 3

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