Bewertung von Zustandsgleichungen für Erdgase

Zehn Zustandsgleichungen zur Vorausberechnung von Zustandsgrößen (z. B. Kondensatgehalte, Realgasfaktoren) von Erdgasen wurden hinsichtlich ihrer Wiedergabegenauigkeiten bewertet. Hierzu sind die Gleichungen zuerst anhand von Reinstoffdaten typischer Erdgaskomponenten und binärer Gas/Flüssigkeits‐Phasengleichgewichte validiert worden. Die Gemischeigenschaften wurden unter Verwendung der quadratischen Mischungsregel und binärer Wechselwirkungsparameter bestimmt. Mit den kubischen Zustandsgleichungen und der PCSAFT Gleichung werden nahezu alle Zustandsgrößen am verlässlichsten wiedergegeben. Die mittlere logarithmische Streuung liegt im Fall des Dampfdruckes, der Taudichte sowie der Siededichte bei etwa 4 % und bei der Tau‐ und Siedelinie des Gas/Flüssigkeits‐Phasengleichgewichtes bei 3 % bzw. 9 %. Mit steigender Nichtidealität der binären Systeme wurde auch eine Verschlechterung der Wiedergabegenauigkeit der Zustandsgleichungen festgestellt. Die Gegenüberstellung gemessener und mit den Zustandsgleichungen vorausberechneter Erdgas‐Kondensatgehalte verdeutlicht, dass im nahekritischen Gebiet der Erdgase keine zutreffenden Ergebnisse erzielt werden. Die mittlere logarithmische Streuung der Peng‐Robinson‐Zustandsgleichung beträgt im Fall der Nachrechnung des Kondensatgehaltes 47 % und mit der PCSAFT‐Gleichung lediglich 116 %. Bei der Vorausberechnung von Realgasfaktoren eines russischen Erdgases wurde mit allen untersuchten Zustandsgleichungen eine qualitativ und quantitativ zutreffende Wiedergabegenauigkeit erzielt. Die GERG‐2004‐Referenzzustandsgleichung eignet sich dabei am besten zur Berechnung von Realgasfaktoren, wobei auch mit der Peng‐Robinson‐ sowie der PCSAFT‐Zustandsgleichung eine gute Wiedergabegenauigkeit erzielt werden konnte. Zur Berechnung der Kondensatgehalte und Realgasfaktoren von Erdgasen eignet sich am besten die Peng‐Robinson‐Zustandsgleichung, da mit der PCSAFT‐ oder der GERG‐2004‐Gleichung die Erdgaskondensation nur unzutreffend bzw. erst gar nicht berechnet werden kann. Die Zustandsgleichungen sollten jedoch zur Berechnung der Kondensation im Betriebsbereich von Ferngasleitungen noch verbessert werden.