In Situ Visualização do comportamento da fase de Amostras de óleo sob Refinaria Condições do Processo

O objetivo geral deste método é estudar o comportamento de fase de amostras de óleo sob condições de processo de refino por meio da visualização in situ de amostras líquidas em alta temperatura e pressão usando microscopia de reflexão polarizada cruzada. Este método fornece um meio de investigar o seguinte comportamento de amostras de óleo sob condições de visbreaking e alta conversão e estudar como a estabilidade está relacionada à conversão. Podemos investigar condições severas de processo, pois o reator foi projetado para suportar 160 bar de pressão a 450 graus Celsius.

Nesta técnica, um reator de aço inoxidável com uma janela de safira na parte inferior é iluminado por luz polarizada cruzada que fornece imagens de alto contraste de meios isotrópicos e anisotrópicos. Primeiro, prenda o microrreator verticalmente de cabeça para baixo com a vedação frontal inferior aberta. Certifique-se de que as conexões da linha de gás estejam fechadas para evitar que a amostra derrame quando for carregada.

Pese uma subamostra de óleo e uma espátula fina. Em seguida, use a espátula para carregar aproximadamente 0,6 gramas da amostra de óleo no reator. Pesar novamente o recipiente de subamostra e a espátula para determinar a quantidade de amostra carregada.

Em seguida, deslize um ímã usinado sob medida no termopar. Deslize uma ponteira frontal de 1/16 de polegada sobre o termopar na cavidade de encaixe com o lado mais largo voltado para cima. Mergulhe um cotonete em tolueno, certificando-se de que o cotonete não esteja molhado.

Limpe a ranhura da conexão e outras superfícies de vedação para remover a contaminação do carregamento da amostra, tomando cuidado para não pingar tolueno na cavidade do reator. Depois de limpar as superfícies de vedação sem deixar vestígios de amostra no cotonete, deixe as superfícies de vedação secarem ao ar. Coloque um anel de vedação na ranhura de encaixe.

Coloque uma janela de safira limpa e seca em cima do anel de vedação, seguida por uma almofada de latão. Aplique gotas de lubrificante do tamanho de uma cabeça de alfinete na almofada de latão. Em seguida, pise o nó inferior no dedo inferior do encaixe da vedação facial, aperte o nó de modo que cubra a almofada de latão e mantenha a janela firmemente no lugar.

Transfira o reator ainda de cabeça para baixo para um torno. Use uma chave inglesa para apertar o nó inferior em 90 graus. Inspecione visualmente o reator quanto a defeitos na vedação ou na janela de safira e substitua quaisquer peças defeituosas.

Conecte o microrreator selado carregado às linhas de gás. Em seguida, pressurize o sistema com gás nitrogênio a cinco megapascais e feche as válvulas apropriadas para isolar o microrreator do cilindro de gás. Se a pressão do microrreator permanecer estável por mais de 30 minutos, realize testes de vazamento adicionais conforme necessário em pressões mais altas.

Em seguida, se estiver usando um gás não inerte no experimento, repita todas as verificações de vazamento anteriores com o gás alvo com a ajuda de um detector de vazamento. Uma vez verificada a integridade da vedação, despressurize a configuração do microrreator. Coloque o microrreator em um bloco de aquecimento de aço inoxidável dentro de um aquecedor de bobina.

Coloque o conjunto de aquecimento em uma plataforma sobre a objetiva do microscópio invertido. Coloque o conjunto de aquecimento em um invólucro cheio de lã cerâmica e preso com uma braçadeira de mangueira. Ligue o microscópio usando luz polarizada cruzada.

Defina a objetiva para a ampliação mais baixa. Ajuste a posição vertical da lente objetiva para focar na superfície interna da janela de safira. Guiado por binóculos, posicione o microrreator de forma que a borda da ponteira seja o limite radial interno do campo de visão dos binóculos.

Verifique se a ponteira não está visível no campo de visão da câmera. Gire a peça do nariz do microscópio para mover a lente objetiva para fora do reator. Conecte o termopar a um controlador de temperatura.

Defina o motor magnético externo para 120 RPM para começar a mexer o sample. Pressurize a configuração do microrreator com o gás alvo. Use um regulador de contrapressão para controlar a pressão conforme necessário.

Para iniciar o experimento, certifique-se de que a objetiva do microscópio esteja livre do bloco de aquecimento sempre que não estiver em uso. Em seguida, ligue o controlador de temperatura e defina a temperatura do reator para 200 graus Celsius. Assim que a amostra aquecer, verifique a pressão e a temperatura de configuração.

Mova a lente objetiva para a posição sob o microrreator e ajuste a posição do reator e o foco da lente conforme necessário. Verificar o movimento da ponteira ou a cintilação de pequenos minerais sólidos na amostra, indicando que a agitação está em curso. Gire a lente objetiva para longe do bloco de aquecimento.

Aqueça a amostra a 300 graus Celsius e execute as mesmas verificações e ajustes. Em seguida, aqueça a amostra a 350 graus Celsius e verifique a configuração novamente. Defina o reator para a temperatura de reação desejada, que normalmente está entre 400 e 450 graus Celsius para reações de craqueamento de óleo pesado.

Mova a lente objetiva sob o reator, foque a lente e tire uma foto da amostra. Gire a lente para longe do reator e observe a temperatura da amostra. Repita essa medição em intervalos de um minuto até a conclusão da reação usando as mesmas configurações de ampliação, iluminação e câmera por toda parte.

Deixar a objetiva embaixo do reator depois de tirar uma foto faria com que ela superaquecesse e não apenas isso poderia deteriorar a objetiva, mas também tirar uma foto com uma objetiva superaquecida aumentaria artificialmente o brilho da imagem e levaria a resultados inconsistentes. Uma vez que a reação tenha terminado conforme determinado pelo tempo de reação estimado ou mudanças na aparência da amostra, desligue o controlador de temperatura e o agitador magnético e despressurize o microrreator. Remova o microrreator do conjunto de aquecimento e resfrie-o à temperatura ambiente sob uma corrente de ar frio.

Use código de computador personalizado para extrair os valores médios dos canais vermelho, verde e azul das micrografias, juntamente com as informações correspondentes do espaço de cores de matiz, saturação e intensidade, a fim de obter uma análise quantitativa da imagem. Depois que o microrreator esfriar, desconecte as linhas de gás. Prenda o reator de cabeça para baixo em um torno e solte o reator afrouxando o nó inferior com uma chave inglesa.

Transfira o reator para uma capela e desaperte o nó inferior. Remova a almofada de latão e a janela de safira. Use uma pinça para remover a ponteira e o ímã, tomando cuidado para não arranhar as superfícies de vedação.

Retire o anel de vedação de sua ranhura com uma pequena espátula, tomando cuidado para não arranhar a ranhura. Mergulhe pedaços de papel toalha em tolueno ou diclorometano e esfregue a cavidade interna do microrreator para remover a maior parte do material aderido às paredes da cavidade. Em seguida, limpe as paredes internas com um pano de esmeril de grão grosso sem permitir que o pano de esmeril entre em contato com as superfícies de vedação.

Limpe a superfície do ímã com um pano de lixa de grão grosso. Limpe o orifício central do ímã com um fio de 1/16 de polegada embebido em solvente. Limpe a janela de safira com cotonetes embebidos em tolueno, DCM ou acetona.

Esfregue as paredes do microrreator e as superfícies de vedação com cotonetes embebidos em tolueno ou DCM até que, depois de esfregar completamente as superfícies do reator, o cotonete mostre apenas traços insignificantes da amostra de óleo. Deixe o microrreator secar ao ar. Usando este método, um experimento de craqueamento térmico em uma amostra de resíduo de vácuo de Athabasca foi monitorado e visualizado.

O experimento foi realizado sob gás nitrogênio à pressão atmosférica com um ponto de ajuste de temperatura final de 435 graus Celsius. A análise de imagens fornece informações sobre o progresso das reações de craqueamento térmico. O método recomendado é descrever as informações da imagem no espaço de cores de matiz, saturação e intensidade.

A evolução do brilho da amostra pode estar relacionada à evolução do índice de refração, enquanto as mudanças na cor correspondem à evolução das propriedades espectrais. O próximo vídeo descreverá a evolução da amostra de resíduo de vácuo de Athabasca durante este experimento, pois a temperatura é aumentada de 350 para 435 graus Celsius usando análise de brilho e cor, conforme mostrado na imagem atual. Inicialmente, muitos pequenos sólidos minerais são observados.

Antes que ocorra uma reação significativa, pouca mudança de cor é observada e o brilho aumenta com a temperatura. A transformação química das reações de rachadura é mostrada pela primeira vez como uma diminuição no brilho. À medida que as reações de rachadura progridem, uma mudança de cor azul também é observada.

Eventualmente, a mesofase anisotrópica se forma como heterogeneidades estacionárias brilhantes, conforme indicado por um aumento na intensidade do brilho. Ao tentar esse procedimento, é importante produzir um conjunto consistente de imagens com a mesma iluminação e as mesmas configurações de requisição de imagem. Seguindo este procedimento, outros tipos de amostras de óleo podem ser testados em várias faixas de condições de temperatura e pressão, a fim de responder a perguntas adicionais relevantes para outros processos de refino.

Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores em refinarias investigarem os seguintes problemas de visbreaking e alta conversão. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como realizar a visualização in situ de amostras de óleo sob condições de processo de refino, incluindo carregamento do reator, teste de lambida, observação da amostra em reação e, finalmente, limpeza pós-reação. Não se esqueça de que emular condições de alta conversão requer cerca de 150 bar de pressão de hidrogênio, o que pode ser perigoso.

Ter a configuração equipada com recursos à prova de falhas e realizar testes de lambida muito completos são requisitos muito fortes neste caso.