| Summary: | Το κίνητρο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των μηχανισμών καταβύθισης μέσω της in-situ ανάμειξης και καταβύθισης δυσδιάλυτων αλάτων( ανθρακικό ασβέστιο) πάνω στις επιφάνειες αλλά και κατά μήκος των πορώδων υλικών.
Οι επικαθίσεις δυσδιάλυτων αλάτων σε πορώδη σχηματισμούς, αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα σε βιομηχανικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, στην παγκόσμια βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου πολλές περιοχές άντλησης πετρελαίου αντιμετωπίζουν τεράστιο πρόβλημα επικαθίσεων αλάτων, με αποτέλεσμα την δραματική μείωση της παραγωγής πετρελαίου. Επιπλέον, προβλήματα εναπόθεσης αλάτων μειώνουν την εκμετάλλευση γεωθερμικής ενέργειας, τη διάρκεια ζωής μεμβρανών αφαλάτωσης, καθώς και την απομόνωση του CO2 σε υπόγεια πηγάδια, κτλ. Οι επικαθίσεις αλάτων σε πηγάδια άντλησης πετρελαίου προέρχονται είτε από απευθείας καταβύθιση των διαλυμένων αλάτων που βρίσκονται στο νερό που υπάρχει σε υπόγειες κοιλότητες και καταβυθίζονται εξαιτίας της διαφοροποίησης των τοπικών συνθηκών(κυρίως πίεσης και θερμοκρασίας), είτε από τις μεγάλες ποσότητες νερού που χρησιμοποιείται για την εκτόπιση του πετρελαίου στα πηγάδια παραγωγής.
Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι εταιρίες εξόρυξης πετρελαίου είναι οι μειωμένοι ρυθμοί άντλησης λόγω της μείωσης του τοπικού πορώδους και της διαπερατότητας από τη δημιουργία και την ανάπτυξης επικαθίσεων στα πηγάδια εξόρυξης. Οι επικαθίσεις αλάτων μπορούν επιπλέον να φράξουν τις σωληνώσεις ή να σχηματίσουν ένα λεπτό στρώμα στα τοιχώματα των σωληνώσεων που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή. Ο σχηματισμός επικαθίσεων έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία λειτουργικών προβλημάτων και δυσκολιών, που οδηγούν σε επιπλέον κόστος και σε εξαιρετικές περιπτώσεις στην εγκατάλειψη του πηγαδιού άντλησης πετρελαίου.
Αρχικά έγινε μελέτη της αυθόρμητης καταβύθισης του ανθρακικού ασβεστίου σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου. Μελετήθηκε επίσης και η επίδραση της ίδιας ποσότητας άμμου σε διαφορετικούς αρχικούς υπερκορεσμούς κατά την αυθόρμητη καταβύθιση του ανθρακικού ασβεστίου. Καθ’ όλη τη διάρκεια των πειραμάτων συλλέγονταν δείγματα από τον αντιδραστήρα και ανιχνευόταν η μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων ασβεστίων με τη μέθοδο της ατομικής απορρόφησης. Από τη μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων ασβεστίου υπολογίστηκε ο ρυθμός καταβύθισης και στη συνέχεια η φαινόμενη τάξη της αντίδρασης και η σταθερά ταχύτητας. Σε όλα τα πειράματα ανιχνεύτηκε με περίθλαση ακτίνων Χ και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, ο ασβεστίτης ως η μοναδική καταβυθιζόμενη φάση.
Κατά την αυθόρμητη καταβύθιση του ανθρακικού ασβεστίου απουσία άμμου, ο κύριος μηχανισμός καταβύθισης βρέθηκε ότι είναι η επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων σε κατάλληλες θέσεις στην επιφάνεια των κρυστάλλων, ενώ στα πειράματα παρουσία ποσότητας άμμου οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται με βάση το πολυπυρηνικό πρότυπο.
Στην παρούσα εργασία μελετάται επίσης η διεργασία καταβύθισης του δυσδιάλυτου άλατος του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3) σε δισδιάστατα πορώδη δοκίμια Plexiglas®. Μέσω της οπτικής παρατήρησης της ανάπτυξης των επικαθίσεων, επιχειρήθηκε η εξαγωγή ποιοτικών και ποσοτικών πληροφοριών που αφορούν τους μηχανισμούς και τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσονται οι κρύσταλλοι ανθρακικού ασβεστίου στα τοιχώματα του προσομοιωτή πορώδους μέσου κάτω από ρεαλιστικές συνθήκες ροής, θερμοκρασίας και συγκέντρωσης. Δύο ευδιάλυτα διαλύματα χλωριούχου ασβεστίου, CaCl2, και όξινου ανθρακικού ασβεστίου, NaHCO3, αναμιγνύονταν λίγο πριν την είσοδό τους στο πορώδες μέσο με τη βοήθεια εμβολοφόρων αντλιών. Η καταβύθιση του ανθρακικού ασβεστίου λάμβανε μέρος μέσα στο πορώδες γραμμικό μέσο. Χρησιμοποιώντας ένα οπτικό μικροσκόπιο σε συνδυασμό με βιντεοκάμερα ήταν δυνατή η παρακολούθηση και η καταγραφή των κρυστάλλων που εμφανίζονταν καθώς και η ανάπτυξη τους κατά μήκος του καναλιού, στις θέσεις 2 cm, 6 cm, 8 cm και 10 cm από την είσοδο του. Σε κάθε θέση μετρήθηκε η μεταβολή του pH και της συγκέντρωσης του ασβεστίου με το χρόνο και επιπλέον καταγράφηκε ο σχηματισμός των κρυστάλλων του ανθρακικού ασβεστίου με τη βοήθεια της κάμερας του μικροσκοπίου. Για τη μέτρηση της συγκέντρωσης των ιόντων ασβεστίων χρησιμοποιήθηκε η φασματοφωτομετρία ατομικής απορρόφησης ενώ ο υπολογισμός του μεγέθους των κρυστάλλων έγινε με τη βοήθεια του προγράμματος Adobe Photoshop CS5.1. Κατά την διάρκεια του πειράματος ο υπερκορεσμός μειωνόταν κατά μήκος του καναλιού, ως αποτέλεσμα της in situ ανάμειξης των διαλυμάτων του χλωριούχου ασβεστίου και ανθρακικού νατρίου. Τέλος, κοντά στην είσοδο του καναλιού ο αριθμός και το μέγεθος των κρυστάλλων που καταβυθιστήκαν ήταν μεγαλύτερο, συγκριτικά με αυτούς που καταβυθιστήκαν κοντά στην έξοδο.
|
|---|
