Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10254
Title: Καταβύθιση δυσδιάλυτων αλάτων σε κλίνες άμμου
Other Titles: Precipitation of sparingly soluble salts in packed sandbeds
Authors: Παυλάκου, Ευσταθία
Keywords: Κλίνες άμμου
Καταβύθιση
Συσσωμάτωση
Δυσδιάλυτα άλατα
Οργανικές ενώσεις
Δωδεκάνιο
Αιθυλενογλυκόλη
Keywords (translated): Sandbeds
Precipitation
Consolidation
Sparingly soluble salts
Organic substances
N-dodecane
Mono ethylene glycol
Abstract: Η απόθεση των δυσδιάλυτων αλάτων σε πορώδη υλικά και δομές αποτελεί ένα φαινόμενο υψίστης σημασίας που απαντάται σε ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών και διεργασιών όπως στην κατασκευαστική, τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, την παραγωγή και τη χρήση της γεωθερμικής ενέργειας, τη διήθηση μέσω μεμβρανών κλπ. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παραγωγής πετρελαίου ο σχηματισμός των επικαθίσεων στην πορώδη δομή των πετρωμάτων έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση της τοπικής διαπερατότητας του πετρώματος κόντα στο πηγάδι. Οι επικαθίσεις των αλάτων μπορούν επίσης να προκαλέσουν απόφραξη στις σωληνώσεις που χρησιμοποιούνται για την άντληση του πετρελαίου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το πετρέλαιο να αντλείται με πιο αργούς ρυθμούς και σε ακραίες περιπτώσεις το πηγάδι να εγκαταλειφθεί με μεγάλες ποσότητες πετρελαίου να παραμένουν παγιδευμένες σε αυτό και να απαιτείται καινούργια εξόρυξη. Από την άλλη πλευρά, σε διάφορες εφαρμογές στην κατασκευαστική βιομηχανία, όπως στη στεγανοποίηση υπογείων κατασκευών (τούνελ) και την πρόληψη της διάβρωσης του εδάφους μέσω της συσσωμάτωσης, η ελεγχόμενη επί τόπου καταβύθιση άλατος είναι επιθυμητή. Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε η καταβύθιση δυσδιάλυτων αλάτων (ανθρακικού ασβεστίου, φωσφορικού ασβεστίου) από υπέρκορα διαλύματα σε κλίνες άμμου απουσία και παρουσία μη διαλυτών ελαίων (δωδεκάνιο (n-Dodecane)) ή υδατοδιαλυτών ελαίων (μονοαιθυλενογλυκόλη (MEG)) προσομοιώνοντας στις συνθήκες που επικρατούν στις περιοχές εξόρυξης πετρελαίου στα φρεάτια. Συγκεκριμένα διεξήχθησαν τρεις τύποι πειραμάτων: α) χρησιμοποιώντας υδατικά διαλύματα, β) χρησιμοποιώντας υδατικά διαλύματα σε κλίνες αρχικά κορεσμένες σε ελαϊκή, μη αναμίξιμη φάση, γ) χρησιμοποιώντας υδατικά διαλύματα που περιείχαν μονο MEG. Στα πειράματα καταβύθισης του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3) πραγματοποιήθηκε επί τόπου ανάμιξη κορεσμένων διαλυμάτων, όξινου ανθρακικού νατρίου (NaHCO3) και χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2·2H2O) πριν την είσοδο της κλίνης και έγχυση του υπέρκορου διαλύματος που προέκυπτε στο εσωτερικό της με χρήση εμβολοφόρων αντλιών. Η καταβύθιση του CaCO3 λάμβανε χώρα μέσα στην κλίνη, η οποία ήταν πληρωμένη με άμμο θαλάσσης. Πριν την είσοδο των διαλυμάτων στην κλίνη, είχε προηγηθεί ανάμιξη της άμμου με φύτρα CaCO3 και συγκεκριμένα ασβεστίτη, ώστε να λειτουργήσουν ως πυρήνες κρυστάλλωσης και να επιταχυνθεί η διαδικασία της κρυσταλλικής ανάπτυξης. Αντίστοιχα πειράματα πραγματοποιήθηκαν και για την καταβύθιση του φωσφορικού ασβεστίου σε κλίνη. Τα διαλύματα του δισόξινου φωσφορικού καλίου (ΚΗ2ΡΟ4) ή/και μονόξινου φωσφορικού καλίου (Κ2ΗΡΟ4) και του χλωριούχου ασβεστίου (CaCl2͘·2H2O) εισάγονταν στην κλίνη εναλλάξ με χρήση εμβολοφόρων αντλιών και η καταβύθιση του φωσφορικού ασβεστίου γινόταν μέσα στην κλίνη όπου αναμιγνύονταν τα δύο άλατα. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ανά τακτά χρονικά διαστήματα πραγματοποιούταν δειγματοληψία στην έξοδο της κλίνης από το εκρέον ρευστό για τη μέτρηση του pH και της συγκέντρωσης του ολικού ασβεστίου (Cat) και ολικού φωσφόρου, (Pt), αντίστοιχα. Στο τέλος κάθε πειράματος γινόταν ταυτοποίηση της μορφολογίας κρυστάλλων του ανθρακικού ασβεστίου καθώς και του φωσφορικού ασβεστίου με Περίθλαση Ακτίνων Χ (XRD) και λαμβάνονταν φωτογραφίες με χρήση Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (SEM). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι διεπιφάνειες ελαίου-νερού ενίσχυσαν την ετερογένεια των υπέρκορων διαλυμάτων και επιτάχυναν την κρυσταλλική ανάπτυξη του ανθρακικού ασβεστίου στην είσοδο της κλίνης, με αποτέλεσμα την πρόωρη απόφραξη των πόρων και τον περιορισμό της τοπικής διαπερατότητας. Η μέγιστη συσσωμάτωση κατά μήκος της κλίνης πραγματοποιήθηκε με τα διαλύματα που περιείχαν MEG.
Abstract (translated): The deposition of sparingly soluble salts in porous materials and structures is of paramount importance for a wide range of applications and processes ranging from construction, oil and natural gas industrial applications, geothermal energy production and utilization, to membrane filtration, etc. During the oil production process, the formation of scale deposits inside the porous structure of rocks reduces local rock permeability at the formations near the wells. So, the oil production rates reduce and in some cases results to the abandonment of the respective wells, often containing still large amounts of entrapped oil and will be needed new extraction. On the other hand, in situ controlled salt precipitation is desirable in various applications in construction industry, like waterproofing of underground structures (tunnels) and the stabilization of agricultural salts against soil erosion. In the present work we have focused in the investigation of the precipitation of sparingly soluble salts (calcium carbonate and calcium phosphate) from supersaturated solutions in sandbeds absence or in the presence of either immiscible oils (n-dodecane), or of water miscible substances like monoethylene glycol (MEG) simulating the conditions near the well. Three types of experiments were performed: a) using aqueous solutions b) using aqueous solutions in pre-saturated with oleic immiscible phase sandbeds c) using aqueous solutions containing mono ethylene glycol (MEG). Where calcium carbonate (CaCO3) was precipitated, the solutions of sodium dicarbonate (NaHCO3) and calcium chloride (CaCl2·2H2O) were mixed before the entrance of the sandbed and the injection of the solution performed using two syringe pumps. The precipitation of CaCO3, was taking place inside the sandbed, packed with sea sand. Before the inlet of the solutions in the sandbed, the sand grains were mixed with calcite seeds as nuclei crystallization in order to increase the crystal growth. Other experiments were performed in order to precipitate calcium phosphate inside the sandbed. The solutions of potassium dihydrogen phosphate (ΚΗ2ΡΟ4) or/and di- potassium hydrogen phosphate and calcium chloride (CaCl2·2H2O) were injected in the sandbed alternately using two syringe pumps and the precipitation of the calcium phosphate was performed into the sandbed were the two salts were mixed. During the experiments, small volumes of effluent samples were collected for pH and total calcium and phoshorus measurements. Αt the end of each experiment, the solids were characterized with powder x-ray diffraction (XRD) and by scanning electron microscopy (SEM). Results showed that oil–water interfaces enhanced the heterogeneity of the supersaturated solutions and accelerated crystal growth of calcium carbonate at the inlet of the sandbed, resulting in early pore clogging and limitation of local permeability. Maximum sandbed consolidation was obtained with the solutions containing MEG.
Appears in Collections:Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Pavlakou(chem_eng).pdf6 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.