$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Badanie zachowania fazowego próbek ropy naftowej w szerokim zakresie temperatur, ciśnień i warunków reakcji może dostarczyć bardzo użytecznych informacji dla operatora rafinerii, która przetwarza różne rodzaje pasz. W szczególności zanieczyszczenie jednostek i linii technologicznych przez niekontrolowane tworzenie się koksu lub osadów może poważnie wpłynąć na produkcję (utrata przepustowości) i efektywność energetyczną (wzrost oporu wymiany ciepła)1,2,3. Ewentualne zatkanie spowodowane nagromadzeniem materiału zanieczyszczającego może wymagać wyłączenia w celu oczyszczenia, co miałoby bardzo negatywny wpływ ekonomiczny4. Przeprowadzenie oceny skłonności pasz do zanieczyszczania może być bardzo cenne dla optymalizacji warunków procesu5 i mieszania strumieni rafineryjnych.
Opracowaliśmy analizator stabilności ropy naftowej in situ w naszym laboratorium, aby umożliwić wizualizację próbek ropy naftowej podlegających warunkom procesu rafineryjnego. Aparatura ta opiera się na specjalnie zaprojektowanym reaktorze wykonanym z armatury ze stali nierdzewnej i wyposażonym w uszczelnione szafirowe okno na dole. Główną zasadą działania urządzenia jest oświetlenie próbki wewnątrz reaktora w pożądanym zakresie temperatury i ciśnienia oraz obrazowanie powstałego odbicia spolaryzowanego krzyżowo. Podczas gdy poprzednie opublikowane prace dotyczące tej konfiguracji koncentrowały się na procesach krakingu termicznego w celu emulacji warunków visbreakingu6,7,8,9 (które nie wymagają wysokiego ciśnienia), projekt reaktora został przebudowany w celu zbadania zachowania próbek pod wpływem hydrokonwersji (kraking katalityczny pod wysokim ciśnieniem H2) i aquathermal10 (kraking termiczny w parze pod wysokim ciśnieniem). W związku z tym urządzenie zostało zmodernizowane tak, aby działało w zakresie temperatur 20-450 °C i zakresie ciśnień 0,1-16 MPa, z możliwością utrzymania zarówno 450 °C, jak i 16 MPa przez czas reakcji do 6 godzin.
Pierwszym poziomem analizy informacji wizualnej próbek w określonym zakresie temperatury, ciśnienia i warunków reaktywnych jest określenie, czy próbka jest jednofazowa czy wielofazowa. Wyjątkowość tego systemu polega na tym, że pozwala na wizualizację nieprzezroczystego materiału izotropowego i nie ogranicza się do wizualizacji materiału anizotropowego opisanego w innych pracach11. Podczas gdy głównym wskaźnikiem skłonności próbek do zarastania jest tendencja do upuszczania osadów z cieczy luzem; Można zaobserwować zachowania faz gaz-ciecz, ciecz-ciecz, ciecz-ciało stałe i bardziej złożone. Jednak cenne informacje można również wydobyć z wizualnej ewolucji cieczy, ponieważ pozostaje ona jednorodna (jednofazowa). W szczególności jasność obrazów jest związana ze współczynnikiem załamania światła i współczynnikiem ekstynkcji próbki, podczas gdy kolor próbki jest podzbiorem jej informacji widmowej w zakresie światła widzialnego (380-700 nm), które można wykorzystać jako deskryptor jej chemii9.