Projekti / Programi
Razvoj zelenih mešanic korozijskih inhibitorjev za kislinske postopke vrtin v industriji pridobivanja energentov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P400 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizikalna kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
jeklo, korozija, inhibicija korozije, kislina, vrtina, pridobivanje energentov, nafta, plin
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
28477 |
dr. Matjaž Finšgar |
Kemija |
Vodja |
2014 - 2016 |
397 |
Organizacije (1)
Povzetek
Namen predlaganega podoktorskega projekta je razvoj okoljsko sprejemljivih mešanic korozijskih inhibitorjev (MKI) za korozijsko zaščito jekel v naftnih in plinskih vrtinah med kislinskim postopkom in raziskava mehanizmov njihovega delovanja. Te MKI bodo zasnovane za uporabo v Severnem morju, kjer je okoljska zakonodaja med najstrožjimi (zaradi tega sem uporabil izraz zelene MKI). MKI bodo uporabljene za korozijsko zaščito jekel v metansulfonski (MSA) in HCl kislini. Večino kislinskih postopkov v industriji pridobivanja energentov se izvede s HCl zaradi nizkega stroška in tudi v bližnji prihodnosti ne moremo pričakovati, da bi se uporabo te kisline opustilo. Lahko pa ponudimo boljše tehnološke rešitve za HCl, ki so trenutno na voljo. Po drugi strani pa do sedaj še ni bila objavljena nobena študija uporabe MSA v industriji pridobivanja energentov. Poudarek tega projekta bo na korozijski študiji štirih jekel, ki se najpogosteje uporabijo za izdelavo vrtin, v kislinah pri povišani temperaturi.
Zakaj želimo raziskati in razumeti omejitve MSA (zraven dobro poznane HCl) v industriji pridobivanja energentov? Znano je, da bo MSA izboljšala varnost za osebje, ki je prisotno pri kislinskem postopku. Ena izmed prednosti MSA pred HCl je, da ima visoko vrelišče in ne razvija nevarnih hlapov. Z okoljskega stališča se MSA obravnava kot »zelena kislina« [Gernon s sodel., Green Chem., 1 (1999) 127].
Kislinski postopek je zelo pomemben korak v industriji pridobivanja nafte in zemeljskega plina, saj se na ta način stimulira rezervoar (izvor naravnega vira) energentov in s tem poveča produktivnost. Med kislinskim postopkom pride do kontakta med jeklenimi cevovodi in kislino, kar lahko vodi do intenzivne korozije. V industriji pridobivanja energentov predstavlja korozija cevovodov in ostale opreme velik strošek in potencialno nevarnost za prisotno osebje. Tako je ključna izbira inhibirane kisline. Korozijski inhibitor je kemijska snov (pogosto organska spojina), ki se jo doda določenemu korozivnemu mediju. Korozijski inhibitor se adsorbira na kovinsko površino in na določen način upočasni hitrost korozije kovinskega materiala. Same organske molekule, ki se uporabljajo kot korozijski inhibitorji v industriji pridobivanja energentov, ponavadi niso dovolj učinkovite. Za doseganje višje učinkovitosti proti koroziji je potrebno zasnovati primerno mešanico, kjer se korozijskim inhibitorjem doda ojačevalce, surfaktante, topila in sotopila. Ta mešanica se potem imenuje mešanica korozijskih inhibitorjev (MKI).
Večina razvitih MKI za HCl ne ustreza več zahtevam komisije OSPARCOM (angl. Oslo Paris Commision, Fourth North Sea Minister’s Conference’ Esbjerg, Norveška, 8.-9. Junija, 1995), ker so lahko njihove sestavine nevarne, če pride do izpusta v okolje. Cilj OSPARCOM je zamenjati ali opustiti vse okoljsko nevarne kemikalije do leta 2020. To predstavlja velik problem za MKI, ki so bile razvite predvsem za HCl. Industrija se bo morala zahtevam OSPARCOM prilagoditi in obstoječe MKI reformulirati ali zamenjati. Cilj preiskav je predstaviti zanesljive korozijske podatke podjetjem, ki se ukvarjajo s pridobivanjem energentov. Ta podjetja bodo kasneje izvedla poskuse v sistemu večjega obsega (dejanski vrtini). Potrebno je poudariti, da so ta podjetja zelo zainteresirana za uporabo varnejših in okoljsko sprejemljivih alternativ, kot se trenutno uporabljajo, še posebej zato, da zadostijo zahtevam OSPARCOM. Največkrat sprašujejo po rešitvah pri 150 stopinjah Celzija, korozijski hitrosti manjši od 0.243 kg/(m2 v času preskusa) (0.05 lb/(ft2 v času preskusa)) in indeksu jamičasti, ki ne sme biti višji od 3.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovalci in podjetja objavljajo rezultate o okoljsko sprejemljivih korozijskih inhibitorjih v veliki meri za HCl, pri čemer so raziskave zelo pogosto izvedene pri sobni temperaturi in zelo redko v kislinah pri povišani temperaturi. Še posebej pa se redko poroča o razvoju učinkovitih mešanic korozijskih inhibitorjev za preprečevanje korozije naftnih in plinskih cevovodov. Podatkov o kakršnikoli uporabi kisline MSA in inhibiciji korozije kisline MSA za jeklene materiale do sedaj ni bilo zaslediti. V tem projektu je bilo prvič do sedaj pokazano, da je kislino MSA možno zelo učinkovito uporabiti v industriji pridobivanja energentov in njen koroziven učinek na jekla učinkovito inhibirati. Pokazano je bilo tudi, da je posebna prednost uporabe MSA pred HCl z ali brez dodatka CO2 za jeklo 22Cr, kjer je korozijska hitrost v MSA izredno nizka. Prvič je bila tudi predstavljena sistematična elektrokemijska študija zasnove mešanic korozijskih inhibitorjev z dodatkom posameznih ključnih komponent h končni formulaciji in njihov vpliv na korozijo jekel. Ta prvi poskus uporabe MSA v dejanski vrtini v industriji pridobivanja energentov in predlagani mehanizmi delovanja inhibitorjev ter njihova učinkovitost inhibicije je bila objavljena v znanstvenih revijah in predstavljena na mednarodnih konferencah. V času te študije je bil pogosto uporabljen kombiniran pristop z uporabo elektrokemijskih metod in tehnik za površinsko analizo za detajlno študijo razumevanja mehanizma inhibicije korozije pri povišani temperaturi. Za posebej zanimivo se je izkazala uporaba tehnike AFM, ki pokaže jasne razlike na nanonivoju in ti fenomeni so bili uspešno povezani z realnimi korozijskimi preskusi, ki so izvajani na mnogo bolj robusten način. Osnovne raziskave predstavljene v tem projektu so prispevale k izboljšanju splošnega razumevanja korozijskega procesa jekel in predstavljajo temeljn napredek na tem področju. Še posebej je pomembnost te študije v dejstvu, da so bile zanovane mešanice korozijskih inhibitorjev z uporabo okoljsko sprejemljivih kemikalij. Podoktorski projekt je rezultiral v objavi 14 znanstvenih člankov. Med njimi je najodmevnejša objava delo [FINŠGAR, Matjaž, JACKSON, Jennifer, Application of corrosion inhibitors for steels in acidic media for the oil and gas industry : a review, Corrosion science, 2014, vol. 86, str. 17-41], ki je od leta 2014 najbolj bran in največkrat citiran članek revije Corrosion Science. Po poročanju scopus.com trenutno dosega 98 čistih citatov in ima po poročanju mendeley.com do sedaj več kot 45 000 ogledov. Raziskave so bile predstavljene tudi na treh vabljenih predavanjih (od tega eno plenarno).
Pomen za razvoj Slovenije
Uspešna uporaba MSA v industriji pridobivanja energentov v tem predlaganem podoktorskem projektu je novost in njena uspešna implementacija je prispevala k ugledu Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo v Mariboru in ostalih raziskovalnih organizacij, s katerimi sem že in bom v bodoče sodeloval (raziskovalci na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo v Mariboru in Ljubljani, Fakulteti za strojništvo v Mariboru, Inštitutu Jožef Stefan, Zavodu za gradbeništvo, Kemijskemu inštitutom in BASF SE iz Ludwigshafna v Nemčiji). To bo tudi prispevalo k prepoznavnosti slovenske znanosti, kar se izskazuje z novimi plenarnimi predavanji na konferencah in izjemni prepoznavnosti znanstvenih del (visoka branost). Ta osnovna študija je že in bo tudi nadalje odprla nove možnosti sodelovanja z ostalimi raziskovalnimi institucijami ter tudi s slovensko in tujo industrijo. Razvita tehnologija je uporabna tudi za druga industrijska področja v Sloveniji in svetu, kjer je potrebna zaščita jeklenih pa tudi drugih materialov (npr. na osnovi aluminija in bakra) s korozijskimi inhibitorji, da ne bi prihajalo do poškodb opreme (še posebej, ker se lahko uporabi netoksičen zeleni korozijski inhibitor) in do poškodb osebja, ki v teh procesih sodeluje. V okviru projekta se je nadaljevalo uspešno sodelovanje z največjim kemijskim podjetjem na svetu, na tem in drugih področjih, v slovenski raziskovalni organizaciji (univerzi), saj sta bila pridobljena in izvedena dva nova mednarodna industrijska projekta. Združeno znanstveno industrijsko sodelovanje je prispevalo k obojestranski izmenjavi znanja. V okviru projekta so se izobraževali novi kadri na 1., 2. in 3. bolonjski stopnji kemijske smeri študijev in podoktorski študent iz tujine.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
