NO333632B1

NO333632B1 - Fremgangsmate og apparat for a analysere alkalinitetsforhold i vandige vaesker

Info

Publication number: NO333632B1
Application number: NO20110705A
Authority: NO
Inventors: Marion Seiersten; Arne Dugstad
Original assignee: Inst Energiteknik
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2013-07-29
Also published as: AU2012252295A1; AU2012252295B2; US9347922B2; WO2012152935A1; EP2707709B1; EP2707709A1; US20140106464A1; NO20110705A1

Abstract

Fremgangsmåte for å analysere alkalinitetsforhold i vandige væsker, omfattende i) samle en kjent mengde av den vandige væske og plassere den i en beholder med kjent volum, ii) måle pH i den samlede væske samt trykket i beholderen, iii) tilsette en kjent mengde CO2 til den samlede væske og måle pH i den samlede væske samt trykket i beholderen, og til siste beregne total alkalinitet og alkaliske komponenter OH-, CO32- og HCO3- basert på verdier fra de utførte målinger. Et apparat for å utføre fremgangsmåten er også beskrevet.

Description

Fremgangsmåte og apparat for analyse av alkalinitetsforhold i vandige væsker

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å bestemme total alkalinitet i vandige løsninger og de relative bidrag av komponentene OH", C03<2>", og HC03<2>\

Bakgrunn

I enkelte sammenhenger er det viktig å regulere alkaliniteten av vandige løsninger. Dette kan være tilfelle i kjemiske industrielle prosesser hvor det er viktig å opprettholde alkalinitet innenfor visse grenser for å sikre ønsket reaktivitet eller det motsatte, for eksempel for å hindre korrosjon eller lignende.

En spesifikk og kommersielt viktig anvendelse er i forbindelse med utvinning av petroleumsprodukter, spesielt offshore, hvor blandinger av petroleumskomponenter uunngåelig inneholder noe vann, og hvor sirkulasjon/ resirkulasjon av en glykolinneholdende væske blir benyttet for å hindre hydratdannelse i produksjonssystemet for gass og kondensat. I slike sammenhenger er det viktig å ha kontroll over alkalinitet. Dette inkluderer regulering av alkalinitet i vannfattig glykol injisert i produksjonssystemet og i saltfjerningssystemer benyttet for regenerering av vannrik glykol.

Det vanlig benyttede prinsipp for å bestemme betingelsene i slike løsninger omfatter å isolere en mengde av løsningen som skal reguleres og titrere med syre mens en alternativ løsning er å tillate C02å boble gjennom løsningen inntil den er mettet med denne, hvoretter pH blir målt. En ulempe med den første metoden er at den feiler når løsningen inneholder baser som er svakere enn bikarbonat. En ulempe ved den andre metoden er at mengden av C02tilsatt ikke er kjent og at den målte pH derfor ikke avdekker all informasjon av interesse. I tillegg danner bobler skum i løsningen noe som gjør målinger vanskelig. Ethvert nærvær av salt av (svake) organiske syrer, som ofte forekommer, vil påvirke målinger basert på titrering.

Fra TOMSON, B.M. et al, «Measurement of total alkalinity and carboxylic acid and their relation to scaling and corrosion», SPE Journal, 2006, Vol.ll, Nr.l, side 103-110 (ISSN: 1086-055X) er det kjent en analytisk fremgangsmåte for å bestemme alkalinitet og mengde karboksylsyre som er spesielt egnet i forbindelse med utvinning av olje som inneholder saltvann. Publikasjonen nevner også at tilsetning og fjerning av naturlige gasser som f.eks C02 og H2S, fra løsninger ikke har effekt på alkaliniteten til løsningen, men mengde svake syrer i løsningen vil endres. Fremgangsmåten i denne artikkelen gjør bruk av dette fenomenet til å bestemme alkalinitet og mengde karboksylsyrer ved å måle pH under en bestemt mengde pC02 ved titrering med IM HCI, for deretter å bestemme alkalinitet.

GB1167199 A beskriver en fremgangsmåte og egnet apparat for bestemmelse av alkalinitet i løsninger ved å: i) måle konduktivitet, ii) tilsette C02, iii) måle konduktivitet, samt iv) beregne alkalinitet i løsningen.

Formål

Det er således et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en metode for å bestemme alkalinitet raskt og pålitelig i vandige løsninger, med høy nøyaktighet og ved hjelp av lite kostbare midler.

Foreliggende oppfinnelse

De ovenfor nevnte formål er oppnådd gjennom foreliggende oppfinnelse som i henhold til et første aspekt omfatter en fremgangsmåte som definert i etterfølgende patentkrav 1.

I henhold til et annet aspekt omfatter oppfinnelsen et apparat for å utføre fremgangsmåten, hvilket apparat er beskrevet i patentkrav 8.

I henhold til nok et aspekt omhandler foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte relatert til resirkulasjon av en glykolinneholdende væske i et system for å gjenvinne glykol som beskrevet i patentkrav 10, idet fremgangsmåten omfatter alle trinn ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsens første aspekt.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er beskrevet i uselvstendige patentkrav.

Med «ubundet C02» mener vi oppløste eller dispergerte C02molekyler i væsken, det vil si ikke i form av HC03" eller C03<2>\

Basis for beregninger

Nedenfor er de grunnleggende prinsipper for beregning i henhold til foreliggende oppfinnelse forklart.

Total alkalinitet blir beregnet på basis av målt pH og målt C02trykk i henhold til følgende ligning:

Hvor K er en konstant definert av omgivelsestemperatur, målt trykk og ionekonsentrasjon i den vandige løsning, så vel som nærvær av andre løsningsmidler, mens pC02er forskjellen mellom trykk i beholderen før og etter C02-tilsetning.

hvor Cco2,der den molare konsentrasjon av C02oppløst i væsken, C0h er den molare konsentrasjon av OH" som reagerer med C02, CCo3<2>er den molare konsentrasjon av C032" som reagerer med C02

moo er mol C02 tilsatt, moi er mol C02i gassen ved likevekt og Vver den samlede mengde (volum) av væske.

Cco2,d er også definer ved:

hvor pC02er C02trykk målt i gassfase og KH er løselighetskonstant av C02-Når som alltid er tilfelle i situasjoner av interesse for foreliggende oppfinnelse, da,

Karbonatkonsentrasjon er gitt av: mens OH" konsentrasjon er gitt av

Formlene muliggjør en nøyaktig beregning av total alkalinitet så vel som av de enkelte komponenter av denne når foreliggende oppfinnelse utføres. Det er foretrukket å hyppig kalibrere grunnlaget for beregningene ved å bestemme konstanten K og løselighetskonstanten KH for C02ved tilsetning av kjent mengde alkalinitet.

For å sikre at den samlede væske ikke inneholder C02som ikke er kjemisk bundet, er det foretrukket å behandle den samlede væske på en eller flere av følgende måter forut for utføring av målingene:

- boble den samlede mengde vandig væske med N2,

- varme den samlede mengde av vandig væske,

- la den samlede mengde av vandig væske hvile før man fortsetter, og

- tilføre vakuum til den samlede mengde av vandig væske.

For formålet av behandlingen bør apparatet fortrinnsvis være forsynt med egnede midler for dette.

For å oppnå pålitelige målinger, bør mengden av væske samlet ikke overskride 90 % av beholdervolumet og bør heller ikke utgjøre mindre enn 10 % av beholdervolumet.

For å sikre at C02tilsatt i trinn iii er til stede utelukkende i gassform, bør trykket holdes på et nivå ikke høyere enn 7 bar.

Eksempel

Det følgende er et imaginært eksempel på utførelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse i en reell industriell applikasjon i hvilken alkaliniteten blir bestemt i for eksempel en vannfattig glykol.

Konsentrasjon av oppløst C02i væskevolumet er: CCo2,d=Pco2<*>KH = 0,233 når KH=0,0349

Antall mol C02i gassfasen ved likevekt (moi): (C02partialtrykk (bar) ganger volum (L) dividert med gasskonstant (0,08314 L • bar • K"1 • mol"<1>) dividert med temperatur (K): 6,68<*>0.2/0,08314/293,15) mol = 0,055 mol.

Karbonatkonsentrasjonen er:

Hydroksid konsentrasjonen er: C0H" = Total alkalinitet - 2<*>CCo3<2>" = 0,032M -2<*>0,011M = 0,010M

Foreliggende oppfinnelse som drøftet ovenfor oppfyller de foran nevnte formål og tilveiebringer en fremgangsmåte og et apparat som tilbyr sterkt forbedret kontroll av alkalinitetsforhold i vandige væsker uavhengig av applikasjon.

Claims

1. Fremgangsmåte for å analysere alkalinitetsforhold i vandige væsker,karakterisert vedå: 1. samle et kjent mengde av den vandige væske og plassere den i en beholder av kjent volum, II. måle pH i den samlede væske og trykket i beholderen, III. tilsette en kjent mengde av C02til den samlede væske, IV. måle pH i den samlede væske og trykket i beholderen, V. beregne total alkalinitet og alkalinitet av komponentene OH", C03<2>" and HC03" basert på verdiene av de utførte målinger.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedet ytterligere trinn forut for trinn II, for å eliminere enhver ubundet C02i løsningen ved å utføre minst én av følgende: - boble prøven med vandig væske med N2, - varme prøven av vandig væske, - gi prøven av vandig væske anledning til å hvile før man fortsetter, - tilføre vakuum til prøven av den vandige væske.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat mengden av væske som samles fyller mellom 10% og 90% av beholdervolumet.

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den totale alkalinitet blir beregnet på basis av målt pH og målt C02trykk i henhold til følgende ligning:

Hvor K er en konstant definert ved omgivelsestemperatur, målt trykk og ionekonsentrasjon i den vandige løsning og nærvær og konsentrasjon av andre løsningsmidler, mens pC02er forskjellen mellom trykk i beholderen før og etter C02-tilsetning.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 4,karakterisert vedat C03<2>" konsentrasjonen blir beregnet som:

Hvor Vver volum av væske samlet og CC02,der den molare konsentrasjon av C02i væsken, forutsatt

6. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 5,karakterisert vedat OH" konsentrasjonen blir beregnet som: C0H" = T°tal alkalinitet - 2<*>CC03<2>".

7. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 4 eller 5,karakterisert vedat basis for beregningen blir kalibrert ved å bestemme konstanten K og løselighetskonstanten KH for C02ved tilsetning av kjent mengde alkalinitet.

8. Apparat for å analysere forhold i vandig væske med hensyn til dens alkalinitet,karakterisertved å omfatte: - en lukkbar beholder godkjent for et trykk på minst 3 bar - midler for å tilsette en kjent mengde C02til den lukkbare beholder, - midler for å tilsette definerte konsentrasjoner av alkalinitet med kjent sammensetning og konsentrasjon, - midler for å måle trykk i den lukkbare beholder, - midler for å måle pH i den lukkbare beholder, - midler for å beregne alkalinitet basert på de målte verdier.

9. Apparat i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedogså å omfatte midler for én eller flere av følgende behandlinger: - å boble væskeprøven i beholderen med N2, - å varme en væskeprøve i beholderen, - å tillate en væskeprøve i beholderen å hvile før man fortsetter, og - å tilføre vakuum til en prøve i beholderen.