Καταβύθιση δυσδιάλυτων αλάτων σε κλίνες άμμου

• Κύριος συγγραφέας: Παυλάκου, Ευσταθία
• Άλλοι συγγραφείς: Παρασκευά, Χριστάκης
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Κλίνες άμμου; Καταβύθιση; Συσσωμάτωση; Δυσδιάλυτα άλατα; Οργανικές ενώσεις; Δωδεκάνιο; Αιθυλενογλυκόλη; Sandbeds; Precipitation; Consolidation; Sparingly soluble salts; Organic substances; N-dodecane; Mono ethylene glycol; 622.338 27

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.