Experimentelle Untersuchungen zur Barytübersättigung einer Thermalsole

Kurzfassung

Wie geochemisch-thermodynamische Modellierungen gezeigt haben, können während des Betriebs einer geothermischen Heizanlage durch Druck- und Temperaturveränderungen Baryt, Anhydrit/Gips oder Cölestin ausfallen. Das Fällungsverhalten der Erdalkalisulfate wurde unter In-situ-Bedingungen (Druck, Temperatur, Salinität 216 g/l) in einem Durchströmungsversuch bestimmt. Es wird eine Durchströmungsanlage vorgestellt, die Drucke bis zu 250 bar und hohe Temperaturen bei der Durchströmung eines Sandsteinkerns zuläßt.

Ergänzende Fällungsexperimente bestätigen eine zu erwartende Reaktion zweiter Ordnung bei der Kristallisation von Baryt mit einer mittleren Geschwindigkeitskonstanten von 2,5 · 10 ⁻⁴ l · mg ⁻¹ · h ⁻¹ . Die real lösliche Menge Baryt (2,5 mg/l Ba und 450 mg/ISO ₄ ) ist höher als das thermodynamische Gleichgewicht vorhersagt. Cölestin und Anhydrit oder Gipsausfällungen konnten nicht nachgewiesen werden.

Bei der Durchströmung des Sandsteinkerns unter In-situ-Bedingungen findet keine Ausfällung von Baryt, Anhydrit/Gips oder Cölestin statt. Obwohl Kristallisationskeime im Sandstein vorhanden sind, erfolgt keine Fällung aus den metastabilen Lösungen.

Abstract

On the basis of thermodynamical modelling it was proves that pressure and temperature variations may induce precipitation of barite, anhydrite/gypsum and celestite in geothermyl power plants. The precipitation dynamics of earth-alkaline sulfates has been investigated in a column experiment simulating in-situ conditions for pressure, temperature, and salinity (216 g/l). In this paper we describe the experimental setup for simulating pressures up to 250 bar and high temperatures in a sandstone core.

Additional precipitation experiments confirmed the expected second-orer reaction for the precipitation of barite at a medium rate of 2.5 · 10 ⁻⁴ l · mg ⁻¹ · h ⁻¹ . The experiments show that the solubility of barite (2.5 mg/l Ba and 450 mg/ISO ₄ ) is higher than the model forecast. Precipitation of celestite and anhydrite/gypsum was not observed. During the column experiments with a sandstone core under in-situ conditions no precipitation of barite, anhydrite/gypsum and celestite took place.