Vannutfelling på rustoverflater i gassrør

Abstract

Målet for denne oppgaven har vært å legge et grunnlag for beregninger av vannegenskaper i adsorbert fase på rust. Egenskaper bestemmes av et antall kompliserte termodynamiske og kinetiske mekanismer, som gjør at problemstillingen da blir ganske innviklet. Vi prøver å få innsyn i noe som foregår på nanoskala ved hjelp av numeriske metoder og så deretter koble resultatene sammen med prosesser på industriell skala. Metodene som er brukt spenner fra kvantemekaniske beregninger for å karakterisere ladningsfordeling på ulike atomer i rust over til molekyldynamiske simuleringer for studier av energi og struktur av vann rundt en hematitt krystall. Det endelige målet er å kunne estimere kjemisk potensial for vann på overflaten av hematitt som grunnlag for å vurdere utfelling av vann på rustoverflater kontra utfelling av vann som væskedråper. En vil med dette kunne observere om vann som er assosiert på overflaten på hematitt vil ha lavere fri energi, og da altså lavere kjemisk potensial, enn vann som er organisert i et kluster bestående kun av vannmolekyler. Dette har flere implikasjoner for transport av naturgass og karbon dioksid i rørledninger. En av disse er faren for hydratdannelse som i verste fall kan plugge rørene. Oppgaven ble utført i samarbeid med medstudent Jan Thore Vassdal. Teoridelen i kapitler 1 til 5 ble skrevet i lag med Jan Thore. Jeg stod for mesteparten av de kvantemekaniske og molekylærdynamiske forsøkene, samt analysering av resultatene, utredning av konklusjonene og forslag til videre arbeid.