Generation of green hydrogen from oil production water

Abstract

The main objective of this study is to evaluate the effect of the oil content of oilfield production water on the production of green hydrogen by electrolysis in the presence of carbon quantum dots (CQDs). For this purpose, various electrochemical techniques, such as linear sweep voltammetry (LSV), cyclic voltammetry (CV), and potentiometry were used to identify the effect of crude oil during hydrogen production. The results show that the use of CQDs affects the Faradaic efficiency, which increases from 78% to 83% with the incorporation of CQDs. In the presence of CQDs, the effects generated by the presence of the oil are inhibited at low oil concentrations. On the contrary, hydrogen production increases by 10.0% (0.1 ml/min) with a faradaic efficiency of 83% and a half-cell efficiency of 41%, compared to the record obtained with the maximum concentration of emulsified crude oil (400 mg/L). Thermogravimetric analysis (TGA), mass spectrometry (MS), and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) were employed to discern the adsorption of crude oil onto the electrodes, quantify the gas fractions generated during the process, and identify the functional groups present at the conclusion of the procedure, respectively. The size of the initial emulsion droplets was 3.4 µm, at the end of the test there was evidence of complete breakage of the emulsion due to the effect of the applied electric field. No evidence of adsorption of crude oil on graphite electrodes during electrolysis is observed based on the tests. It has been shown that green hydrogen production from crude oil production water is feasible due to the proposed of a disruptive electrolyte in the produced water which inhibite the effect of the oil content in the O/W emulsion. This allows the implementation of a new green energy production initiative aligned with the global goal of achieving net zero emissions (NZE) by 2050. The current investigation presents a prospective alternative for harnessing the 18 kW electrical energy potential employed within emulsion-breaking processes within a Colombian field for treatment around of 1000 bblopd. This alternative offers a theoretical potential for hydrogen production, approximating 7.6 kW, thus representing a promising opportunity for practical field deployment.

El principal objetivo de este estudio es evaluar el efecto del contenido de aceite del agua de producción de campos petroleros sobre la producción de hidrógeno verde por electrólisis en presencia de puntos cuánticos de carbono (CQD). Para ello, se utilizaron diversas técnicas electroquímicas, como la voltametría de barrido lineal (LSV), la voltametría cíclica (CV) y la potenciometría, para identificar el efecto del petróleo crudo durante la producción de hidrógeno. Los resultados muestran que el uso de CQD afecta la eficiencia faradaica, la cual aumenta del 78% al 83% con la incorporación de CQD. En presencia de CQD, los efectos generados por la presencia del petróleo se inhiben a bajas concentraciones de petróleo. Por el contrario, la producción de hidrógeno aumenta un 10,0% (0,1 ml/min) con una eficiencia Faradaica del 83% y una eficiencia de media celda del 41%, frente al récord obtenido con la máxima concentración de crudo emulsionado (400 mg/ L). Se emplearon análisis termogravimétricos (TGA), espectrometría de masas (MS) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para discernir la adsorción de petróleo crudo en los electrodos, cuantificar las fracciones de gas generadas durante el proceso e identificar los grupos funcionales presentes en la conclusión del procedimiento, respectivamente. El tamaño de las gotas iniciales de la emulsión fue de 3,4 µm, al final de la prueba hubo evidencia de rotura completa de la emulsión debido al efecto del campo eléctrico aplicado. Según las pruebas, no se observa evidencia de adsorción de petróleo crudo en electrodos de grafito durante la electrólisis. Se ha demostrado que la producción de hidrógeno verde a partir del agua de producción de petróleo crudo es factible debido a la propuesta de un electrolito disruptivo en el agua producida que inhibe el efecto del contenido de aceite en la emulsión O/W. Esto permite la implementación de una nueva iniciativa de producción de energía verde alineada con el objetivo global de lograr cero emisiones netas (NZE) para 2050. La investigación actual presenta una alternativa prospectiva para aprovechar el potencial de energía eléctrica de 18 kW empleado en los procesos de ruptura de emulsiones dentro de un Campo colombiano para tratamiento alrededor de 1000 bblopd. Esta alternativa ofrece un potencial teórico para la producción de hidrógeno, de aproximadamente 7,6 kW, lo que representa una oportunidad prometedora para el despliegue práctico en el campo. (Tomado de la fuente)