In Situ Visualizzazione del comportamento di fase dei campioni di olio Sotto raffineria condizioni di processo

L'obiettivo generale di questo metodo è quello di studiare il comportamento di fase di campioni di petrolio in condizioni di processo di raffinazione mediante la visualizzazione in situ di campioni liquidi ad alta temperatura e pressione utilizzando la microscopia a riflessione polarizzata incrociata. Questo metodo fornisce un mezzo per studiare il seguente comportamento dei campioni di olio in condizioni di visbreaking e alta conversione e studiare come la stabilità sia correlata alla conversione. Siamo in grado di studiare condizioni di processo severe poiché il reattore è stato progettato per resistere a 160 bar di pressione a 450 gradi Celsius.

In questa tecnica, un reattore in acciaio inossidabile con una finestra in zaffiro nella parte inferiore è illuminato da una luce polarizzata incrociata che fornisce immagini ad alto contrasto sia di mezzi isotropi che anisotropi. Innanzitutto, bloccare il microreattore verticalmente capovolto con la guarnizione frontale inferiore aperta. Assicurarsi che i raccordi della linea del gas siano chiusi per evitare che il campione fuoriesca quando viene caricato.

Pesare un sottocampione di olio e una spatola sottile. Quindi utilizzare la spatola per caricare circa 0,6 grammi di campione di olio nel reattore. Pesare nuovamente il contenitore del sottocampione e la spatola per determinare la quantità di campione caricato.

Quindi far scorrere un magnete lavorato su misura sulla termocoppia. Far scorrere una ghiera anteriore da 1/16 di pollice sopra la termocoppia nella cavità del raccordo con il lato più largo rivolto verso l'alto. Immergere un batuffolo di cotone nel toluene assicurandosi che il tampone non goccioli bagnato.

Pulire la scanalatura del raccordo e le altre superfici di tenuta per rimuovere la contaminazione dal caricamento del campione, facendo attenzione a non far gocciolare toluene nella cavità del reattore. Una volta che le superfici di tenuta non lasciano tracce di campione sul tampone, lasciare asciugare le superfici di tenuta all'aria. Posizionare un anello di tenuta nella scanalatura del raccordo.

Posizionare una finestra di zaffiro pulita e asciutta sopra l'anello di tenuta, seguita da un tampone di ottone. Applicare gocce di lubrificante delle dimensioni di una capocchia di spillo sul tampone di ottone. Quindi, calpestare il nodo inferiore sul raccordo della guarnizione frontale inferiore, serrare a mano il nodo in modo che copra il cuscinetto di ottone e tenga saldamente la finestra in posizione.

Trasferire il reattore ancora capovolto in una morsa. Usa una chiave per stringere il nodo inferiore di 90 gradi. Ispezionare visivamente il reattore per verificare la presenza di difetti nella guarnizione o nella finestra in zaffiro e sostituire eventuali parti difettose.

Collegare il microreattore sigillato caricato alle linee del gas. Quindi pressurizzare il sistema con azoto gassoso a cinque megapascal e chiudere le apposite valvole per isolare il microreattore dalla bombola del gas. Se la pressione del microreattore rimane stabile per più di 30 minuti, eseguire ulteriori test di tenuta, se necessario, a pressioni più elevate.

Quindi, se si utilizza un gas non inerte nell'esperimento, ripetere tutti i precedenti controlli delle perdite con il gas target con l'aiuto di un rilevatore di perdite. Una volta verificata l'integrità della guarnizione, depressurizzare la configurazione del microreattore. Posizionare il microreattore in un blocco riscaldante in acciaio inossidabile all'interno di un riscaldatore a bobina.

Posizionare il gruppo di riscaldamento su una piattaforma sopra l'obiettivo del microscopio invertito. Racchiudere il gruppo di riscaldamento in un involucro riempito di lana ceramica e fissato con una fascetta stringitubo. Accendere il microscopio utilizzando la luce polarizzata incrociata.

Impostare l'obiettivo sull'ingrandimento più basso. Regolare la posizione verticale della lente dell'obiettivo per mettere a fuoco la superficie interna della finestra in zaffiro. Guidati da un binocolo, posizionare il microreattore in modo che il bordo della ghiera sia il confine radiale interno del campo visivo del binocolo.

Verificare che la ghiera non sia visibile nel campo visivo della telecamera. Ruotare il nasello del microscopio per spostare la lente dell'obiettivo fuori da sotto il reattore. Collegare la termocoppia a un termoregolatore.

Impostare il motore del magnete esterno su 120 giri/min per iniziare ad agitare il campione. Pressurizzare la configurazione del microreattore con il gas target. Utilizzare un regolatore di contropressione per controllare la pressione secondo necessità.

Per iniziare l'esperimento, assicurarsi che l'obiettivo del microscopio sia libero dal blocco riscaldante ogni volta che non è in uso. Quindi accendi il regolatore di temperatura e imposta la temperatura del reattore a 200 gradi Celsius. Una volta che il campione arriva a riscaldarsi, controllare la pressione e la temperatura di configurazione.

Spostare la lente dell'obiettivo in posizione sotto il microreattore e regolare la posizione del reattore e la messa a fuoco della lente secondo necessità. Verificare la presenza di movimenti della ghiera o lo sfarfallio di piccoli solidi minerali nel campione che indica che l'agitazione è in corso. Ruotare la lente dell'obiettivo lontano dal blocco riscaldante.

Riscaldare il campione a 300 gradi Celsius ed eseguire gli stessi controlli e regolazioni. Quindi riscaldare il campione a 350 gradi Celsius e controllare nuovamente la configurazione. Impostare il reattore alla temperatura di reazione desiderata, che in genere è compresa tra 400 e 450 gradi Celsius per le reazioni di cracking dell'olio pesante.

Spostare la lente dell'obiettivo sotto il reattore, mettere a fuoco la lente e scattare un'istantanea del campione. Ruotare la lente lontano da sotto il reattore e annotare la temperatura del campione. Ripetere questa misurazione a intervalli di un minuto fino al completamento della reazione utilizzando lo stesso ingrandimento, illuminazione e impostazioni della fotocamera per tutto il tempo.

Lasciare l'obiettivo sotto il reattore dopo aver scattato un'istantanea lo farebbe surriscaldare e non solo questo potrebbe deteriorare l'obiettivo, ma anche scattare un'istantanea con un obiettivo surriscaldato migliorerebbe artificialmente la luminosità dell'immagine e porterebbe a risultati incoerenti. Una volta terminata la reazione, come determinato dal tempo di reazione stimato o dai cambiamenti nell'aspetto del campione, spegnere il termoregolatore e l'agitatore magnetico e depressurizzare il microreattore. Rimuovere il microreattore dal gruppo di riscaldamento e raffreddarlo a temperatura ambiente sotto un flusso di aria fredda.

Utilizza un codice informatico personalizzato per estrarre i valori medi dei canali rosso, verde e blu dalle micrografie insieme alle informazioni corrispondenti dallo spazio colore di tonalità, saturazione e intensità al fine di ottenere un'analisi quantitativa dell'immagine. Dopo che il microreattore si è raffreddato, scollegare le linee del gas. Fissare il reattore capovolto in una morsa e aprire il reattore allentando il nodo inferiore con una chiave.

Trasferire il reattore in una cappa aspirante e svitare il nodo inferiore. Rimuovere il cuscinetto in ottone e la finestra in zaffiro. Utilizzare una pinzetta per rimuovere la ghiera e il magnete, facendo attenzione a non graffiare le superfici di tenuta.

Sollevare l'anello di tenuta dalla sua scanalatura con una piccola spatola, facendo attenzione a non graffiare la scanalatura. Immergere pezzi di carta assorbente in toluene o diclorometano e strofinare la cavità interna del microreattore per rimuovere la maggior parte del materiale che aderisce alle pareti della cavità. Quindi pulire le pareti interne con una tela smerigliata a grana grossa senza lasciare che la tela smerigliata entri in contatto con le superfici di tenuta.

Pulire la superficie del magnete con un panno smerigliato a grana grossa. Pulire il foro centrale del magnete con un filo da 1/16 di pollice imbevuto di solvente. Pulisci la finestra in zaffiro con tamponi di cotone imbevuti di toluene, DCM o acetone.

Strofinare le pareti del microreattore e le superfici di tenuta con tamponi di cotone imbevuti di toluene o DCM fino a quando, dopo aver strofinato completamente le superfici del reattore, il batuffolo di cotone mostra solo tracce trascurabili del campione di olio. Lasciare asciugare il microreattore all'aria. Utilizzando questo metodo, è stato monitorato e visualizzato un esperimento di cracking termico su un campione di residui sottovuoto di Athabasca.

L'esperimento è stato eseguito in azoto gassoso a pressione atmosferica con un set point di temperatura finale di 435 gradi Celsius. L'analisi delle immagini fornisce informazioni sull'andamento delle reazioni di cracking termico. Il metodo consigliato consiste nel descrivere le informazioni dell'immagine nello spazio colore di tonalità, saturazione e intensità.

L'evoluzione della luminosità del campione può essere correlata all'evoluzione dell'indice di rifrazione mentre le variazioni di colore corrispondono all'evoluzione delle proprietà spettrali. Il prossimo video descriverà l'evoluzione del campione di residui sottovuoto di Athabasca durante questo esperimento, poiché la temperatura viene aumentata da 350 a 435 gradi Celsius utilizzando l'analisi della luminosità e del colore, come mostrato nell'immagine attuale. Inizialmente, si osservano molti piccoli solidi minerali.

Prima che si verifichi una reazione significativa, si osserva un piccolo cambiamento di colore e la luminosità aumenta con la temperatura. La trasformazione chimica delle reazioni di cracking è inizialmente mostrata come una diminuzione della luminosità. Man mano che le reazioni di cracking progrediscono, si osserva anche un cambiamento di colore blu.

Alla fine, la mesofase anisotropa forma eterogeneità stazionarie luminose come indicato da un aumento dell'intensità di luminosità. Durante il tentativo di eseguire questa procedura, è importante produrre un set coerente di immagini con la stessa illuminazione e le stesse impostazioni di richiesta delle immagini. Seguendo questa procedura, altri tipi di campioni di olio possono essere testati in vari intervalli di condizioni di temperatura e pressione al fine di rispondere a ulteriori domande relative ad altri processi di raffinazione.

Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nelle raffinerie per indagare i seguenti problemi di visbreaking e alta conversione. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire la visualizzazione in situ di campioni di petrolio in condizioni di processo di raffinazione, tra cui il caricamento del reattore, il lick test, l'osservazione del campione in reazione e infine la pulizia post-reazione. Non dimenticare che l'emulazione di condizioni di alta conversione richiede circa 150 bar di pressione dell'idrogeno, il che può essere pericoloso.

Avere la configurazione dotata di funzioni di sicurezza e condurre test di leccata molto approfonditi sono requisiti molto forti in questo caso.