In Situ La visualización del comportamiento de fases de muestras de aceite bajo condiciones de proceso de la refinería

El objetivo general de este método es estudiar el comportamiento de fase de las muestras de petróleo en condiciones de proceso de refinación mediante la visualización in situ de muestras líquidas a alta temperatura y presión utilizando microscopía de reflexión polarizada cruzada. Este método proporciona un medio para investigar el siguiente comportamiento de las muestras de aceite en condiciones de visbreaking y alta conversión y estudiar cómo la estabilidad se relaciona con la conversión. Podemos investigar condiciones de proceso severas ya que el reactor fue diseñado para soportar 160 bares de presión a 450 grados Celsius.

En esta técnica, un reactor de acero inoxidable con una ventana de zafiro en la parte inferior se ilumina con luz polarizada cruzada que proporciona imágenes de alto contraste de medios isotrópicos y anisotrópicos. Primero, sujete el microrreactor verticalmente boca abajo con el sello de la cara inferior abierto. Asegúrese de que los accesorios de la línea de gas estén cerrados para evitar que la muestra se derrame cuando esté cargada.

Pesa una submuestra de aceite y una espátula fina. A continuación, utilice la espátula para cargar aproximadamente 0,6 gramos de la muestra de aceite en el reactor. Vuelva a pesar el recipiente de la submuestra y la espátula para determinar la cantidad de muestra cargada.

A continuación, deslice un imán mecanizado a medida sobre el termopar. Deslice una férula delantera de 1/16 de pulgada sobre el termopar en la cavidad del accesorio con el lado más ancho hacia arriba. Sumerja un hisopo de algodón en tolueno asegurándose de que el hisopo no gotee.

Limpie la ranura del accesorio y otras superficies de sellado para eliminar la contaminación de la carga de la muestra, teniendo cuidado de no gotear tolueno en la cavidad del reactor. Una vez que limpie las superficies de sellado y no deje rastros de muestra en el hisopo, deje que las superficies de sellado se sequen al aire. Coloque un anillo de sellado en la ranura del accesorio.

Coloque una ventana de zafiro limpia y seca encima del anillo de sellado seguida de una almohadilla de latón. Aplique gotas de lubricante del tamaño de la cabeza de un alfiler a la almohadilla de latón. A continuación, pise el nudo inferior sobre el ajuste del sello de la cara inferior, apriete el nudo con el dedo para que cubra la almohadilla de latón y sujete firmemente la ventana en su lugar.

Transfiera el reactor aún boca abajo a un tornillo de banco. Use una llave para apretar el nudo inferior 90 grados. Inspeccione visualmente el reactor en busca de defectos en el sello o la ventana de zafiro y reemplace cualquier pieza defectuosa.

Conecte el microrreactor sellado cargado a las líneas de gas. A continuación, presurizar el sistema con gas nitrógeno a cinco megapascales y cerrar las válvulas adecuadas para aislar el microrreactor del cilindro de gas. Si la presión del microrreactor permanece estable durante más de 30 minutos, realice pruebas de fugas adicionales según sea necesario a presiones más altas.

A continuación, si se utiliza un gas no inerte en el experimento, repita todas las comprobaciones de fugas anteriores con el gas objetivo con la ayuda de un detector de fugas. Una vez que se haya verificado la integridad del sello, despresurice la configuración del microrreactor. Coloque el microrreactor en un bloque calefactor de acero inoxidable dentro de un calentador de serpentín.

Coloque el conjunto de calentamiento en una plataforma sobre el objetivo del microscopio invertido. Encierre el conjunto calefactor en una carcasa rellena de lana cerámica y asegurada con un clip de manguera. Encienda el microscopio usando luz polarizada cruzada.

Ajuste el objetivo con el aumento más bajo. Ajuste la posición vertical de la lente del objetivo para enfocar la superficie interior de la ventana de zafiro. Guiado por prismáticos, coloque el microrreactor de modo que el borde de la férula sea el límite radial interior del campo de visión de los prismáticos.

Compruebe que la férula no esté visible en el campo de visión de la cámara. Gire la pieza de la nariz del microscopio para mover la lente del objetivo fuera de debajo del reactor. Conecte el termopar a un controlador de temperatura.

Ajuste el motor de imanes externos a 120 RPM para comenzar a agitar la muestra. Presurizar la configuración del microrreactor con el gas objetivo. Use un regulador de contrapresión para controlar la presión según sea necesario.

Para comenzar el experimento, asegúrese de que el objetivo del microscopio esté alejado del bloque calefactor siempre que no esté en uso. Luego encienda el controlador de temperatura y ajuste la temperatura del reactor a 200 grados Celsius. Una vez que la muestra llegue a calentarse, verifique la presión y la temperatura de configuración.

Mueva la lente del objetivo a su posición debajo del microrreactor y ajuste la posición del reactor y el enfoque de la lente según sea necesario. Compruebe si hay movimiento de la férula o el parpadeo de pequeños sólidos minerales en la muestra, lo que indica que la agitación está en curso. Gire la lente del objetivo lejos del bloque calefactor.

Calentar la muestra a 300 grados centígrados y realizar las mismas comprobaciones y ajustes. A continuación, caliente la muestra a 350 grados centígrados y vuelva a comprobar la configuración. Ajuste el reactor a la temperatura de reacción deseada, que suele estar entre 400 y 450 grados Celsius para las reacciones de craqueo de petróleo pesado.

Mueva la lente del objetivo debajo del reactor, enfoque la lente y tome una instantánea de la muestra. Gire la lente lejos de debajo del reactor y observe la temperatura de la muestra. Repita esta medición a intervalos de un minuto hasta que finalice la reacción utilizando los mismos ajustes de ampliación, iluminación y cámara en todo momento.

Dejar el objetivo debajo del reactor después de tomar una instantánea haría que se sobrecalentara y no solo esto podría deteriorar el objetivo, sino que también tomar una instantánea con un objetivo sobrecalentado mejoraría artificialmente el brillo de la imagen y conduciría a resultados inconsistentes. Una vez que la reacción haya terminado, según lo determinado por el tiempo de reacción estimado o los cambios en la apariencia de la muestra, apague el controlador de temperatura y el agitador magnético y despresurice el microrreactor. Retire el microrreactor del conjunto calefactor y enfríelo a temperatura ambiente bajo una corriente de aire frío.

Utilice código informático personalizado para extraer los valores medios de los canales rojo, verde y azul de las micrografías junto con la información correspondiente del espacio de color de tono, saturación e intensidad para obtener un análisis cuantitativo de la imagen. Después de que el microrreactor se haya enfriado, desconecte las líneas de gas. Asegure el reactor boca abajo en un tornillo de banco y desprecintado el reactor aflojando el nudo inferior con una llave inglesa.

Transfiera el reactor a una campana extractora y desenrosque el nudo inferior. Retire la almohadilla de latón y la ventana de zafiro. Use pinzas para quitar la férula y el imán, teniendo cuidado de no rayar las superficies de sellado.

Levante el anillo de sellado de su ranura con una pequeña espátula, teniendo cuidado de no rayar la ranura. Remoje trozos de toallas de papel en tolueno o diclorometano y frote la cavidad interior del microrreactor para eliminar la mayor parte del material adherido a las paredes de la cavidad. A continuación, limpie las paredes interiores con un paño de esmeril de grano grueso sin permitir que el paño de esmeril entre en contacto con las superficies de sellado.

Limpie la superficie del imán con un paño de lija de grano grueso. Limpie el orificio central del imán con un alambre de 1/16 de pulgada humedecido en solvente. Limpie la ventana de zafiro con bastoncillos de algodón empapados en tolueno, DCM o acetona.

Frote las paredes del microrreactor y las superficies de sellado con hisopos de algodón empapados en tolueno o DCM hasta que, después de frotar completamente las superficies del reactor, el hisopo de algodón muestre solo rastros insignificantes de la muestra de aceite. Deje que el microrreactor se seque al aire. Utilizando este método, se monitoreó y visualizó un experimento de craqueo térmico en una muestra de residuo de vacío de Athabasca.

El experimento se realizó bajo gas nitrógeno a presión atmosférica con un punto de ajuste de temperatura final de 435 grados centígrados. El análisis de imágenes proporciona información sobre el progreso de las reacciones de agrietamiento térmico. El método recomendado es describir la información de la imagen en el tono, la saturación, la intensidad, el espacio de color.

La evolución del brillo de la muestra puede relacionarse con la evolución del índice de refracción, mientras que los cambios de color corresponden a la evolución de las propiedades espectrales. El próximo video describirá la evolución de la muestra de residuos de vacío de Athabasca durante este experimento a medida que la temperatura se incrementa de 350 a 435 grados Celsius utilizando el análisis de brillo y color como se muestra en la imagen presente. Inicialmente, se observan muchos sólidos minerales pequeños.

Antes de que ocurra una reacción significativa, se observa poco cambio de color y el brillo aumenta con la temperatura. La transformación química de las reacciones de agrietamiento se muestra primero como una disminución del brillo. A medida que avanzan las reacciones de agrietamiento, también se observa un cambio de color azul.

Eventualmente, la mesofase anisotrópica se forma como heterogeneidades estacionarias brillantes, como lo indica un aumento en la intensidad del brillo. Al intentar este procedimiento, es importante producir un conjunto coherente de imágenes con la misma iluminación y la misma configuración de solicitud de imagen. Siguiendo este procedimiento, se pueden analizar otros tipos de muestras de aceite en varios rangos de condiciones de temperatura y presión para responder preguntas adicionales relevantes para otros procesos de refinación.

Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores de las refinerías investigaran los siguientes problemas en la ruptura de visibilidad y la alta conversión. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo realizar la visualización in situ de muestras de petróleo en condiciones de proceso de refinación, incluida la carga del reactor, las pruebas de lamido, la observación de la muestra bajo reacción y, finalmente, la limpieza posterior a la reacción. No olvide que emular condiciones de alta conversión requiere unos 150 bares de presión de hidrógeno, lo que puede ser peligroso.

Tener la configuración equipada con características a prueba de fallas y realizar pruebas de lamida muy exhaustivas son requisitos muy estrictos en este caso.