Gassteknologi Subsea

Olje-vann-separasjon: Fra molekyler til dråpedynamikk I sitt doktorarbeid ved NTNU studerte Åsmund Ervik hvordan molekyler på grenseflaten til vanndråper i olje påvirker hvordan dråpene oppfører seg. Dette kan brukes til mer effektiv oljeprosessering, med potensielt mindre forbruk av energi og kjemikalier.

De fleste oljefelt produserer vann i tillegg til olje. Vannet kan ikke selges, og det er dyrt transportere. Derfor blir vannet skilt ut (separert) fra oljen på feltet. Separasjonen skjer fordi vann er tyngre enn olje. Vanndråpene er imidlertid små. Da trengs det store separasjonstanker for å få nok tid, siden små dråper synker så sakte. Siden 1911 har oljeselskapene benyttet seg av elektriske felt i olje-vann-separasjon. Det elektriske feltet får vanndråpene i oljen til lettere å slå seg sammen (koalesere), slik at separasjonen blir mer effektiv. Dette kalles elektrokoalesens.

Administrator Carlos Dorao (NTNU), kandidat Åsmund Ervik, andreopponent Lamia Goual (University of Wyoming), førsteopponent Sanjoy Banerjee (City College of New York), hovedveileder Bernhard Müller (NTNU), medveileder Svend Tollak Munkejord (SINTEF Energi). Foto: Gunhild A. Reigstad.
Administrator Carlos Dorao (NTNU), kandidat Åsmund Ervik, andreopponent Lamia Goual (University of Wyoming), førsteopponent Sanjoy Banerjee (City College of New York), hovedveileder Bernhard Müller (NTNU), medveileder Svend Tollak Munkejord (SINTEF Energi). Foto: Gunhild A. Reigstad.

Fra nanometer til centimeter

De fysiske mekanismene bak elektrokoalesens er likevel ennå ikke forstått i detalj. Dette kan gjøre det vanskelig å regulere separasjonsprosessen, noe som kan ha store kostnader hvis for eksempel et oljeselskap sender ut olje med for mye vann.

Åsmund Erviks arbeid er basert på tanken om at for å forstå elektrokoalesens, så må man forstå den dynamiske oppførselen til enkeltdråpene som blir strukket i et elektrisk felt. Videre betrakter han det som skjer på ulike skalaer, for derved å forstå helheten bedre. I Erviks tilfelle går skalaen fra nanometer- til centimeter-nivå. I råolje finnes det mange stoffer, deriblant asfaltener. Ja, det er de som har gitt navnet til asfalt. Asfaltenene liker seg best på grenseflaten mellom olje og vann, og derfor påvirker de elektrokoalesensen. Det finnes trolig millioner av ulike asfalten-molekyler. Ervik studerte tre molekyl-modeller, noe som er krevende nok, da modellikningene må løses ved at mange datamaskiner (her: grafikk-kort, faktisk) jobber i parallell. Fra molekyl-simuleringene kunne Ervik regne ut egenskaper som kunne fôres inn i en mer overordnet modell (men fortsatt temmelig detaljert) som kan regne ut oppførselen til en eller noen få dråper i detalj. Ut fra dette kunne Ervik blant annet presentere en ny forklaring på hvorfor dråper med et grenseflate-belegg kan bli skrukkete.

– Mer enn nok

Professor Sanjoy Banerjee ved City College of New York sa under disputasen at han takket ja til oppdraget som førsteopponent på grunn av det interessante temaet, og at kandidaten har gjort mer enn nok for å oppnå PhD-graden.

Denne multiskala-framgangsmåten har mange anvendelser, sa førsteamanuensis Lamia Goual ved Universitetet i Wyoming.

Åsmund Ervik under disputasen. Foto: Svend Tollak Munkejord.
Åsmund Ervik under disputasen. Foto: Svend Tollak Munkejord.
Professor Sanjoy Banerjee, City College of New York. Foto: Svend Tollak Munkejord.
Professor Sanjoy Banerjee, City College of New York. Foto: Svend Tollak Munkejord.
2016-06-24_DSC_8249
Førsteamanuensis Lamia Goual, Universitetet i Wyoming. Foto: Svend Tollak Munkejord.

Hoveddelen av molekyldynamikk-arbeidet ble utført mens Ervik var på forskeropphold i gruppen til professor Erich A. Muller ved Institutt for kjemiteknikk ved Imperial College i London.

Doktorarbeidet har vært en integrert del av KPN-prosjektet (kompetanseprosjekt for næringslivet) «Fundamental understanding of electrocoalescence in heavy crude oils», som er et samarbeidsprosjekt mellom SINTEF Energi, Institutt for energi- og prosessteknikk ved NTNU, elektroteknikk-laboratoriet ved CNRS i Grenoble i Frankrike og industripartnerne Petrobras, Statoil og Wärtsilä Oil & Gas Systems. Prosjektet er støttet av Petromaks-programmet i Norges Forskningsråd.

Hovedveileder for doktorarbeidet var professor Bernhard Müller ved NTNU. Jeg var medveileder. Åsmund Ervik er ansatt som forsker ved Avdeling gassteknologi ved SINTEF Energi.

Åsmund Ervik med Institutt for energi- og prosessteknikks PhD-gave. Foto: Svend Tollak Munkejord.
Åsmund Ervik med Institutt for energi- og prosessteknikks PhD-gave. Foto: Svend Tollak Munkejord.

 

Les mer om SINTEFs kompetanse på olje-vann-separasjon.

0 comments on “Olje-vann-separasjon: Fra molekyler til dråpedynamikk I sitt doktorarbeid ved NTNU studerte Åsmund Ervik hvordan molekyler på grenseflaten til vanndråper i olje påvirker hvordan dråpene oppfører seg. Dette kan brukes til mer effektiv oljeprosessering, med potensielt mindre forbruk av energi og kjemikalier.

Legg inn en kommentar