Synthesis of artificial metal (Fe,Mg) silicate deposits under high pressure and temperature conditions and development of polymeric inhibitor for metal silicate scaling

Abstract

Turkey has to import energy from other countries, because of having not enough sources. Geothermal energy is one of the renewable energy that can be readily founded in Turkey. At the core of the Earth by definition, the high temperature and pressure cause some rock to melt, creating magma convection upward since it is lighter than the solid rock. The magma heats rock and water in the crust. Tuzla geothermal field is the study area and there are NaCl, Mg ,Fe,Si , Ca and Zn metals and CO2 (g) in brine. While geothermal fluids are pumped from down to top the temperature and pressure decreased and CO2 is released. So,the pH level increases and causes silicate, sulfonate and calcide scaling problems. Moreover, silica is reacted with metal oxides to more stable scales. The production of electricity decreases and while cleaning and the system is shot-down. The present method of strong acid cleaning, harms components as well as create potential risk for the health of employees. In this project, artificial metal-silicate deposit was synthesized with close composition and morphology to natural scale, and potential inhibitors were synthesized and tested. Firstly, synthesizing of artificial deposit is necessary in the laboratory setting. For this purpose, we can simulate the course of temperature and pressure values will be used in autoclave reactor system. Secondly, the functional groups that exhibit inhibitory feature(s) have the potential of macromolecules (Poly (vinyl sulfonic acid), Poly (vinyl phophonic acid), Polyacrylamide and their copolymers and tercopolymer) were tested.

Son yıllarda artan enerji talebi ile birlikte Türkiye fosil yakıtlara bağımlılığı sebebiyle bir enerji darboğazından geçmektedir. Enerji taleplerinin karşılanamaması sebebiyle de dışa bağımlı durumdadır. Hem enerji konusundaki dışa bağımlılığından kurtulmak hem de enerji ihtiyacını karşılamak için Türkiye alternatif enerji kaynaklarına yönelmektedir. Jeotermal enerji, yeraltı sularının magmaya yakın ısıtıcı kayaçlardan alarak yerkabuğunda depolanan enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülebildiği döngüsel ve sürdürülebilir bir enerji türüdür. Kabuklaşmanın görüldüğü jeotermal saha Tuzla jeotermal sahasıdır ve kuyu suyunun yapısında NaCl tuzu ile, Mg, Ca, Fe, Si ve Zn iyonlarının yanı sıra yüksek oranda çözünmüş CO2 gazı bulunmaktadır. Enerji üretimi esnasında yeraltında yerüstüne çıkarılan suyun sıcaklığı düşmektedir. Sıcaklık ve basınç düşüşü ile birlikte karbondioksit gazı sistemde sıvıdan buhar faza geçmekte ve pH seviyesi bazlığa doğru kaymaktadır. Bu durum kalsit, silikat, sülfat vb.… gibi kabuklaşma oluşumuna sebep olmaktadır. Asitliğin düşmesi ile birlikte oluşan metallerin oksit formları da oluşan silikat yapısına katılarak daha da giderimi zor bir hale getirmektedir. Silikat kabuklaşması sebebiyle jeotermal sistemin bileşenleri daralıp tıkanmakta ve çözüm olarak gerçekleştirilen kuvvetli asit ile mekanik temizlik işlemi sebebiyle hem üretim verimi düşmekte hem de sistem zarar görmektedir. Bu projede, doğal kabuğa en yakın morfoloji ve kompozisyondaki yapay kabuk sentezlenmiş, potansiyel inhibitörler dizayn edilmiş, sentezlenmiş ve test edilmiştir. İlk aşamada jeotermal sahanın koşullarını simüle edebildiğimiz otoklav reaktör sistemi ile sentetik kabuk sentezi gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada ise, potansiyel inhibitör olabilecek makromoleküllerin (Poli (vinil sülfonik asit), Poli (vinil fosfonik asit), Poliakrilamit ile bu moleküllerin kopolimerleri ve terkopolimeri) inhibitör performansları test edilmiştir.