Arbeitsgruppe Geoverfahrenstechnik

Mission Wissenschaft

Geoverfahrenstechnik ist eine Arbeitsgruppe des Lehrstuhlverbundes Hochdruckverfahrenstechnik der Ruhr-Universität Bochum.
Die Arbeitsgruppe sieht ihre Aufgabe in der Erforschung und Entwicklung von Hochdruckprozessen in der Energie-, Umwelt- und Verfahrenstechnik. Schwerpunkte unserer Forschung sind die Themenbereiche Rheologie und Rheometrie, Strömungsmechanik komplexer Fluide, Geo- und Sub-Surface-Verfahrenstechnik und die Untersuchung von Prozessen und Stoffdaten unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen.

Unser primäres Ziel ist es, die Welt, in der wir leben, besser zu verstehen und mit dem Streben nach Fortschritt, Entwicklung und Wohlstand in Einklang zu bringen. Wir wollen zur Entwicklung einer Verfahrenstechnik beitragen, die vorhandene Ressourcen sinnvoll und sparsam nutzt und die auf ökologisch verträglichen Produktkreisläufen aufgebaut ist. Der Weg des Rohstoffes Kohlendioxid spielt dabei eine zentrale Rolle. Angefangen von der Reduktion der CO2-Freisetzung durch die Erschließung natürlicher Potentiale (Stichwort: Geothermie) über die Sekundärnutzung des Gases als Prozesshilfsmittel bis hin zu dessen letztendlichem Verbleib besteht ein breit gefächerter Forschungsbedarf. Wir wollen etablierte Prozesse besser verstehen und weiterentwickeln. Gleichzeitig wollen wir neue, innovative und unkonventionelle Ansätze erkennen, entwickeln und umsetzen. Unsere anwendungsbezogene Forschung untermauern wir durch Stoffdatenmessungen anerkannter Qualität in einem weiten Druck- und Temperaturbereich.

Ansprechpartner:

    Dr.-Ing. Stefan Pollak

    Lehrstuhl für Feststoffverfahrenstechnik
    Universitätsstr. 150
    44780 Bochum
    Raum IC 3/181
    Tel:+49-(0)234 32-25550
    Fax:+49-(0)234 32-14277
    E-Mail:pollak@fvt.rub.de


Forschungsziele

Wir wollen die Physik von Erdöllagerstätten aus thermodynamischer und geologischer Sicht untersuchen und verstehen. Damit wollen wir verbesserte Möglichkeiten des Enhanced Oil Recovery (EOR) und des Carbon Capture and Storage (CCS) erforschen. Dazu ist es nötig, die thermophysikalischen Eigenschaften der beteiligten Fluide (Erdöl und -gas, Wasser, CO2), sowie deren Phasenverhalten und deren Wechselwirkungen untereinander und mit Speichergesteinen zu kennen. Strömungsmechanische Untersuchungen mit den genannten Fluiden ergänzen das Forschungsvorhaben. Dadurch wollen wir zu einem kompetenten Ansprechpartner auf dem Gebiet der Sub-Surface-Technologien werden. Mittelfristig wollen wir unsere Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Geothermie ausbauen.

Wir wollen uns zu anerkannten Fachleuten auf dem Gebiet der Hoch- und Höchstdruckmesstechnik entwickeln. Dies betrifft insbesondere die rheologische Charakterisierung hochviskoser Fluide, aber auch die Messung anderer thermophysikalischer Eigenschaften wie z.B. der Wärmeleitfähigkeit. Das in der Gruppe entwickelte High-Shear-Rate Rheometer wollen wir verbessern und zu einem robusten und anwenderfreundlichen Apparat weiterentwickeln.

Das CO2-Strahlschneiden wollen wir bis zur Marktreife führen und neue Anwendungsgebiete für das Verfahren erschließen. Neben Spezialanwendungen, bei denen eine hohe Präzision und Qualität der Schnitte gefordert sind, können dies auch Prozesse der Lebensmittel-, Textil-, oder Recyclingindustrie sein. Ziel ist, die Zerfallsmechanismen im CO2-Freistrahl zu verstehen. Daraus sollen Bedingungen für die Erzeugung langer, stabiler Flüssigkeitsstrahlen abgeleitet werden, beispielsweise durch eine Veränderung der Düsengeometrie.

Alle Mitglieder der Gruppe werden ermutigt, neue Ideen zu entwickeln und weiter zu verfolgen, egal auf welchem Gebiet. Sie erhalten dafür – sofern möglich – zeitlichen Freiraum und technische Unterstützung. Auf diese Weise wollen wir das Spektrum unserer Forschungsaktivitäten ständig erweitern und bestehende Prozesse auf neue Anwendungs¬gebiete übertragen.

Besondere Ausstattung

Kapillarrheometer

Die Arbeitsgruppe verfügt über zwei selbst entwickelte Hochdruck-Kapillarviskosimeter für rheologische Messungen an hochviskosen Flüssigkeiten bis 200 °C und 1000 bar. Die Geräte eignen sich für die Untersuchung von schweren und extraschweren Rohölen bei hohen Scherraten. Bedingungen, wie sie bei der Gewinnung von Erdöl in der Lagerstätte auftreten, können im Labor realistisch nachgestellt werden. Durch Messungen bei verschiedenen Scherraten lässt sich auch nicht-Newtonsches, beispielsweise scherverdünnendes Fließverhalten erkennen.

Konduktometer

Die Apparatur eignet sich zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten unter einem Druck bis 80 bar. Sie kann beispielsweise zur Untersuchung der Struktur von Emulsionen (W/O oder O/W) eingesetzt werden, deren Leitfähigkeit maßgeblich von der kontinuierlichen Phase abhängt. Der Aufbau wird derzeit zur Untersuchung von Pickering Emulsions, durch Nanopartikel stabilisierte Emulsionen, genutzt. Diese werden aktuell hinsichtlich ihrer Eignung als Hilfsfluide beim Enhanced Oil Recovery (EOR) diskutiert.

Permeameter

Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe VVP wird ein Permeameter betrieben. Die darin verbaute Durchflusszelle erlaubt die Messung von Differenzdrücken bis 600 bar. Untersucht werden können zylindrische Proben mit 40 mm Durchmesser und maximal 12 cm Länge – beispielsweise Bohrkerne, Schaumextrudate oder Sintermaterialien. Ergebnis der Messung ist die Permeabilität, also die Durchlässigkeit der Probe für ein Gas oder eine Flüssigkeit.

Strömungsversuch

Die Anlage dient der Untersuchung von Strömungen in Rohrleitungen, Leitungseinbauten, Packungen und Schüttungen. Sie besteht aus einer 14 m langen Ringleitung, die eine 6 m lange Messstrecke enthält, welche mit beliebigen Einbauten oder Füllungen versehen werden kann. Gemessen werden Drücke, Temperaturen und der Massenstrom. Beispielsweise können Druckverlustbeiwerte von Leitungen, Armaturen oder Schüttungen bestimmt werden. Der Aufbau ist flexibel und für Leitungsdrücke bis 160 bar und Temperaturen bis 200°C ausgelegt.

Säulenversuch

Der Säulenversuchsstand ist ebenfalls ein Eigenbau und gleicht im Prinzip einer einfachen Extraktionsanlage. Maximale Betriebsbedingungen sind 90°C und 400 bar. Die Säule (Extraktor) hat ein Innenvolumen von 2,5 Litern. Über eine Ringleitung wird ein Lösungsmittel kontinuierlich durch die Säule gefördert. Eine Probennahme während des Betriebes ist möglich. Anwendungen sind Extraktions- und Auslaugungsversuche, beispielsweise im Bereich der Geothermie für hydrogeochemische Untersuchungen an Gesteinen.

CO2-Strahlschneidanlagen

Analog zum Wasserstrahlschneiden wird Kohlendioxid in einer Hochdruckpumpe bis auf maximal 3500 bar verdichtet und durch in eine Saphirdüse auf Atmosphärendruck entspannt. Dabei entstehen Freistrahlen mit Geschwindigkeiten bis 900 m/s. Unter geeigneten Prozessbedingungen entstehen auch bei der Expansion auf einen Druck unterhalb des Tripelpunktes vollständig flüssige CO2-Strahlen. Das Verfahren eignet sich zum hochpräzisen Schneiden weicher Materialien wie Leder, Kunststoffe, CFK-Verbundwerkstoffe oder Nahrungsmittel.