View Project

Norwegian AI Directory

New Strategy for Separation of Complex Water-in-Crude Oil Emulsions: From Bench to Large Scale Separation


Description:

Gjennom produksjonen av råolje blandes vann inn i oljen og emulsjoner dannes, dvs. vanndråper i oljefasen. Grunnet økonomiske og miljømessige hensyn må disse emulsjonene brytes for å oppnå vannfri olje og rent vann. Siden miljøkravene stadig blir strengere, er det viktig å forbedre olje-vann separasjonen for effektiv prosessering av den økende mengden komplekse produksjonsvæsker. Dette er grunnen til at det nye prosjektet har som mål å forbedre kunnskapen om vann-olje separasjonsprosesser, samt å utvikle nye separasjonsstrategier ved å fokusere på: 1. Øke kunnskapen om egenskapene og sammensetningen av asfalten lag (råolje komponenter) som dannes mellom olje og vann. Det er dette laget som er årsak til separasjonsproblemer. 2. Forbedre olje-vann separasjon ved å kombinere to metoder for å bryte emulsjoner; anvendelse av elektrisk felt (kalt elektrokoalesens) og tilsats av kjemikalier kalt emulsjonsbrytere. Prosjektet har Ugelstad laboratoriet (NTNU) som vertsinstitusjon, og vil bli gjennomført i samarbeid med universitetet i Alberta i Canada, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) i Sveits, og IFE på Kjeller og i tett samspill med Anvendt Teknologi, Equinor, Nalco Champion, Nouryon og Sulzer som industrielle sponsorer. Prosjektet har bestått av fem ulike forskningsaktiviteter. Interaksjon mellom asfaltener og modellemulsjonsbrytere i bulkfase har blitt studert med følgende teknikk: Small-Angle Neutron Scattering. Det ble påvist at modellemulsjonsbrytere adsorberer for så å bryte aggregater som blir dannet grunnet asfaltener i løsning. - For det andre: Det har blitt utført ett studie på struktur og egenskaper av asfalten-lag på fast overflate, samt mellom olje og vann. Den interne strukturen av asfalten-lag er fastslått ved nøytron reflektometri. Deretter er mekaniske egenskaper av asfalten-lagene ved tilsetting av kjemiske emulsjonsbrytere blitt fastslått med en ny teknikk som er utviklet ved ETH. Asfaltener har hovedsakelig elastisk karakter, og fører til stabile emulsjoner, noe som faller bort ved emulsjonsbrytere til stede. - For det tredje: for å oppnå kunnskap om effekten av elektrisk felt på grenseflaten, ble det utviklet et nytt oppsett og matematisk databehandling. Dette gjør det mulig å måle egenskaper mellom en enkelt vanndråpe og modellolje under påvirkning av et elektrisk felt (grenseflatespenning). Det ble vist at overforing av råolje komponenter grenseoverflaten ble økt ved bruk av elektrisk felt sammenlignet med å kjøre uten elektrisk felt, på grund av den materiebevegelse som oppstår rundt dråpen under påvirkning av elektrisk felt. Et annet laboratorieoppsett har blitt utviklet for å studere samspillet mellom to dråper og deres stabilitet under påføring av elektrisk felt. Hvordan den kjemiske sammensetningen påvirket attraksjon og stabilitet mellom dråper hvert også bestemt. - For det fjerde ble elektrokoalesens fenomenet studert med metoden Dissipative Particle Dynamics. Denne modelleringsteknikken gjør det mulig å bestemme effekten av emulsjonsbrytere på filmer som er stabilisert med vann dråper. Funn viste at porer blir dannet i disse filmene med elektrisk felt tilstede. -Til slutt; endelig har synergien mellom kjemiske emulsjonsbrytere og elektrokoalesens for å separere olje og vann blitt undersøkt på liten skala (2 milliliter) og ved høy temperatur ved Ugelstad Laboratoriet. Dette studiet ble gjort mulig ved å utvikle et nytt oppsett for å gjenskape det elektriske feltet som anvendes i en industriell separator og nye Nuclear magnetisk resonans (NMR) prosedyrer som gjør det mulig å følge opp olje-vann separasjon. Det ble vist at i fravær av kjemiske emulsjonsbrytere, er det en kritisk elektrisk feltstyrke der separasjon ikke blir forbedret selv om feltstyrken økes. Når elektrokoalesens påføres i kombinasjon med kjemiske emulsjonsbrytere, er separasjonssynergien forbedret bare ved lav elektrisk feltstyrke. Over et gitt felt, dominerer det elektriske feltet separasjon effektivitet. Dataene fra denne teknikken har blitt sammenlignet med resultatene fra andre teknikker som er utformet for å vurdere olje-vann separasjon. Det ser ut til at, selv om de ulike teknikkene gir lignende trender, eksisterer forskjeller som synes å være relatert til prøvepreparering (emulgeringsforhold). Siden oppstarten har forsknings partnerne rapportert resultatene og konklusjonene som er oppnådd i prosjektet til sponsorene hver sjette måned. 9 vitenskapelige artikler er publisert og 2 er i forberedelse. 1 post-Doktor og 2 masterstudenter har blitt utdannet i programmet, samt at 2 PhD. Resultatene fra prosjektet kommer at vare anvendbare for at danne en bedre beskrivelse og bedre simulasjoner av olje-vann seperasjon.


Project leader: Johan Sjøblom

Started: 2016

Ends: 2020

Category: Universiteter

Sector: UoH-sektor

Budget: 8960896

Institution: NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET NTNU

Address: NA