Characterisation of Bio-degradable Flocculants for Treatment of Produced Water by Gas Flotation

Abstract

Produkt vann er et primært biprodukt innen oljeproduksjon og inneholder flere miljøskadelige stoffer. Effektivisering av behandlingsprosessen for produsert vann spiller en viktig rolle i å nå bærekraftighetsmål innen oljeproduksjon. Gass flotasjon er ofte benyttet behandlings metode for rensing av produkt vann. Gass flotasjon er ofte benyttet etter gravitasjons separatorer i en flerstegs prosess. For å øke effektivitet av gass flotasjon benyttes ofte produksjonskjemikalier som flokkulanter. Flokkulanter som benyttes i dag er ikke biodegraderbare og er derfor en risiko for miljøet hvis de slippes ut samme med renset produkt vann.

Målet med dette prosjektet er å øke forståelse rundt funksjonen av flokkulanter i gas flotasjon for behandling av produkt vann. I tillegg utforskes biodegraderbare flokkulanter for å videre utvikling av miljøvennlige alternativer til nåverende kommersielle flokkulanter. For å oppnå dette målet ble gass flotasjon og overflatespennings forsøk gjennomført med tre ulike flokkulanter. Flokkulant A er en kommersiell anionsk flokkulant med høy molekylvekt. Flokkulant C er en kommersiell kationsk flokkulant med lav molekylvekt. Soiltech B er en biodegraderbar flokkulant.

Forsøk ble gjennomført i tillagde saltvanns løsninger med ulik komposisjon av NaCl, CaCl2, og naftensyre for å simulere produkt vann. Flokkulant C hadde økt effektivitet i saltvanns løsninger med CaCl2. Dette var trolig fordi CaCl2 bidro til en reduksjon i frastøtende dobbel lag interaksjoner på olje dråpe overflaten. Det ble også funnet at flokkulant A trolig benytter "bridging" effekter som sin primære flokkulasjons mekanisme.

Forsøk med Soiltech B viste liknende effektivitet som flokkulant C. Det var derimot vanskelig å konkludere med at Soiltech B kunne sammenlignes med kommersielle produkter da flere saltvanns løsninger bør analyseres. Dette er i stor grad siden flokkulant C hadde økt effektivitet i saltvannsløsninger med CaCl2.

Produced water is the primary byproduct of oil production and contains several environmentally harmful components. Optimising produced water treatment plays an important role in achieving sustainability goals within oil production. Gas flotation is a commonly used treatment method for produced water often used after gravity separators in a multi step treatment process. To increase oil removal efficiency in gas flotation flocculants are often used as a production chemical. However currently used flocculants are not bio-degradable and thus pose an environmental risk when discharged or reinjected with the treated produced water.

The aim of this project is to further the behavioural understanding of flocculants in gas flotation for treatment of produced water. In addition the investigation of biodegradable flocculants to aid in development of more environmentally friendly alternatives to current commercial flocculants. To do this gas flotation and surface tension experiments were conducted with three flocculants. Flocculant A which is a commercial anionic high molecular weight flocculant. Flocculant C which is a commercial cationic low molecular weight flocculant. Soiltech B which is a biodegradable flocculant.

Experiments were conducted in prepared brine emulsions with varying composition of NaCl, CaCl2, and napthenic acids to emulate produced water conditions. It was found that the addition of CaCl2 increased the performance of flocculant C. This was likely due to CaCl2 contributing to charge neutralisation of the oil droplet surface, reducing repulsive double layer interactions. It was also found that the most likely flocculation mechanism of flocculant A is bridging effects.

Experiments with Soiltech B showed similiar performance to that of flocculant C in NaCl brine. However was difficulty to determine if this was comparable performance to the commercial flocculants without additional brine compositions to compare with considering flocculant C having significantly better performance in systems with CaCl2.