Evaluation and Comparison of Natural Gas and Supercritical CO2 Correlation Models for Thermodynamic Applications

Titel in Übersetzung: Evaluierung und Vergleich von Korrelationsmodellen für Erdgas und überkritisches CO2 für thermodynamische Anwendungen

Nicholas Matev

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Das Verständnis speziell thermodynamischer aber auch anderer Eigenschaften von Erdgas und mitgeförderten Produkten wie zum Beispiel Sauergas, Stickstoff und Kohlendioxid ist von entscheidender Bedeutung für einen sicheren und effizienten Betrieb von Anlagen in der Erdölindustrie. Das gleiche gilt für überkritisches Kohlendioxid welches in verschiedenen Bereichen der Erdölindustrie zur Anwendung kommt. Beispiele hierfür sind CO2-Abscheidung und -Speicherung, CO2-Injektion in der tertiären Ölgewinnung oder der Verwendung von CO2 als Wärmeübertragungsflüssigkeit in geothermischen Energierückgewinnungssysteme. Genaue Kenntnisse von Fluideigenschaften sind unabdingbare Voraussetzungen für eine erfolgreiche Anwendung von zum Beispiel Zustandsgleichungen zur Modellierung von thermo- und hydrodynamischen Zuständen bei Ein- und Mehrphasenströmung im Untergrund. Bohrlochmodelle und Simulatoren für Anwendungen in der Erdgasproduktion und Geothermie basieren auf Fluid- und Wärmeübertragungsmodellen. Diese sind wiederum sind von Parametern wie Dichte, Viskosität, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit, pseudokritischen Eigenschaften und Z-Faktoren abhängig. Korrelationen für die Bestimmung der genannten Eigenschaften kommen – da deterministische Modelle entweder äußerst komplex bzw. überhaupt nicht verfügbar sind – üblicherweise in Forschung und Industrie zur Anwendung. In dieser Arbeit werden derartige Korrelationen für Erdgas und überkritisches CO2 zusammengefasst, analysiert und letztendlich hinsichtlich deren Anwendbarkeit bewertet. Die verschiedenen Korrelationsmodelle werden dabei evaluiert und miteinander verglichen. Korrelationen, welche in der Regel abhängig von Temperatur, Druck, Dichte und spezifischem Gewicht sind, wurden dazu programmiert. Eine Bewertung und Überprüfung bezüglich der Genauigkeit und des Gültigkeitsbereich der verschiedenen Modelle ist dadurch einerseits genauer und andererseits nachvollziehbar. Darüber hinaus kann direkt auf die programmierten Modelle zugegriffen werden und eine weitere Implementierung in andere Anwendungen ist möglich. Die Korrelationsergebnisse werden graphisch aufbereitet und mit Daten des National Institute of Standards and Technology (NIST) verglichen. Diese NIST Daten werden für diese Studie als Referenzdaten verwendet und zusätzlich mit experimentellen, aus der Literatur entnommenen Daten, überprüft. Evaluierungsstudien der pseudokritischen Parameter, der Erdgas Viskosität und der CO2-Viskosität sind aus der Literatur erhältlich und die Ergebnisse dieser Studien formen in zusammengefasster Weise einen Teil dieser Arbeit. Abschließend wird eine Reihung nach Genauigkeit und Anwendbarkeit aller evaluierten Korrelationsmodelle erstellt und die Abweichungen der Korrelationsergebnisse in Relation zu den NIST Daten wird dargestellt.
Titel in ÜbersetzungEvaluierung und Vergleich von Korrelationsmodellen für Erdgas und überkritisches CO2 für thermodynamische Anwendungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Fruhwirth, Rudolf, Mitbetreuer (intern)
  • Hofstätter, Herbert, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung1 Juli 2016
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Korrelation
  • Erdgas
  • überkritisch
  • Kohlendioxid

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