Introduction
دراسة سلوك المرحلة من عينات النفط في نطاق واسع من درجات الحرارة والضغوط والظروف رد الفعل يمكن أن تسفر عن معلومات مفيدة للغاية بالنسبة للمشغل مصفاة الذي يعالج مجموعة متنوعة من الأطعمة. على وجه الخصوص، يمكن للقاذورات وحدات عملية وخطوط قبل تشكيل غير المنضبط للفحم الكوك أو الرواسب تؤثر بشدة على إنتاج (فقدان الإنتاجية) وكفاءة الطاقة (زيادة في مقاومة نقل الحرارة) 1، 2، 3. ممكن توصيل الناجمة عن تراكم القاذورات المواد قد يتطلب اغلاق لأغراض التنظيف، الأمر الذي سيكون له تأثير اقتصادي سلبي للغاية 4. يمكن إجراء تقييم النزعات قاذورات الأعلاف تكون ذات قيمة عالية لتعظيم الاستفادة من الظروف العملية (5) والمزج بين تيارات مصفاة.
وقد وضعنا في الموقعمحلل الاستقرار النفط في المختبر لدينا للسماح التصور من عينات النفط تخضع لشروط عملية التكرير. يعتمد هذا الجهاز على مفاعل مصممة خصيصا مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ حديد التسليح والتجهيز مع نافذة الياقوت مختوم في القاع. المبدأ الرئيسي للجهاز هو الإضاءة من العينة داخل المفاعل في المجال المطلوب من درجة الحرارة والضغط وتصوير ينتج عن ذلك من انعكاس الاستقطاب الصليب. بينما الأعمال المنشورة السابقة بالنسبة إلى هذا الإعداد تركز على عمليات التكسير الحراري لمحاكاة الظروف visbreaking 6، 7، 8، 9 (التي لا تتطلب ارتفاع ضغط)، وأصلحت تصميم مفاعل للتحقيق في سلوك العينات تحت hydroconversion (الحفاز تكسير تحت H عالية 2 الضغط) وaquathermal 10 (الحرارية تكسير تحت عالية قبلالبخار ssure) الظروف. وهكذا، تم تعديل الجهاز لكي تعمل في 20-450 درجة نطاق درجة حرارة C وباسكال مجموعة ضغط 0،1 حتي 16، مع القدرة على الحفاظ على كل من 450 درجة مئوية و 16 ميجا باسكال لأوقات رد الفعل لمدة تصل إلى 6 ساعات.
المستوى الأول من التحليل على المعلومات البصرية من العينات تحت نطاق معين من درجة الحرارة والضغط، والظروف رد الفعل هو تحديد ما إذا كانت العينة على مرحلة واحدة أو متعدد المراحل. هذا نظام فريد من نوعه من حيث أنه يسمح للتصور من المواد الخواص غير واضحة وليس على سبيل الحصر التصور من المواد متباين الخواص وصفها في أعمال أخرى 11. في حين أن المؤشر الرئيسي للميل قاذورات العينات هو الميل إلى إسقاط الرواسب من الصب السائل. الغاز السائل، السائل السائل، السائل الصلبة، والسلوكيات مرحلة أكثر تعقيدا ويمكن ملاحظة. ومع ذلك، يمكن أيضا أن يتم استخراج معلومات قيمة عن تطور البصرية السائل لأنه لا يزال هومogeneous (مرحلة واحدة). على وجه الخصوص، وسطوع الصور يرتبط إلى معامل الانكسار ومعامل الانقراض من العينة، في حين أن لون العينة هي مجموعة فرعية من المعلومات الخاصة به طيفية في المدى الضوء المرئي (380-700 نانومتر)، التي يمكن أن تكون تستخدم واصف الكيمياء 9 منه.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تحذير: استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة عند إجراء التجربة في ظل ظروف درجة الحرارة والضغط العالي، بما في ذلك استخدام الضوابط الهندسية (H 2 تدفق المحدد، ضغط، وتمزق التجمع القرص)، ومعدات الوقاية الشخصية (النظارات الواقية والقفازات المقاومة للحرارة ، معطف المختبر، والسراويل كامل طول، والأحذية المغلقة اصبع القدم). التشاور مع جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل الاستخدام. تنفيذ تحميل المفاعل الصغير وتنظيف في غطاء الدخان، كما تشمل هذه الخطوات استخدام المذيبات العضوية المتطايرة الضارة (التولوين وثنائي كلورو ميثان).
ملاحظة: وصف إعداد (انظر ملف التكميلي).
1. مايكرو مفاعل تحميل
- المشبك المفاعل الصغير عموديا ورأسا على عقب، مع السفلي وجها ختم (وبالتالي وضعه في الأعلى) مفتوحة.
ملاحظة: في هذه المرحلة، ونافذة الياقوت، المغناطيس تشكيله حسب الطلب، و"الطويق 1/16،لوحة من النحاس الأصفر، والجوز القول لا ينبغي أن يتم تجميعها بعد.- تأكد من أن التجهيزات التي تستخدم لربط المفاعل الصغير لخطوط الغاز مغلقة.
- تحميل حوالي 0.6 غرام من العينة إلى المفاعل من خلال مواجهة مفتوحة ختم باستخدام ملعقة رقيقة.
- إذا حافظت على عينة أصلا في وعاء كبير، وجعل عينة فرعية قبل تحميل المفاعل الصغير.
- لتقدير كمية من العينة تحميلها داخل المفاعل، وزن الحاوية وملعقة قبل وبعد التحميل، وحساب الفرق الشامل.
- حرك المغناطيس تشكيله حسب الطلب على الحرارية.
- حرك 1/16 "الطويق الأمامي بحيث تواجه دائرة اكبر تصل.
- تأكد من أن سطح الختم (أي الأخدود المناسب حيث يجلس الختم الدائري) من أسفل الوجه ختم تركيب نظيف وجاف.
ملاحظة: نظرا لطبيعة لزجة جدا من معظم عينة النفط الثقيلالصورة، فمن المحتمل جدا أن سطح الختم حصلت طخت عن طريق الخطأ من قبل العينة أثناء عملية التحميل.- تراجع غيض من مسحة القطن في التولوين وتطبيقه على السطوح الختم لتنظيفها. يجب الحرص على عدم بالتنقيط التولوين داخل تجويف المفاعل، التي من شأنها أن تلوث العينة.
- إذا كان مطلوبا التنظيف مع التولوين، تأكد من السطوح الختم جافة قبل الانتقال إلى الخطوة التالية.
- تأكد من أن نافذة الياقوت نظيف وجاف.
- إذا كان إطار الياقوت هو قذر، استخدم قطعة من القطن غارقة في مذيب مناسب، ومن ثم إجراء غسل النهائي باستخدام الأسيتون لتنظيف أسطح النوافذ. السماح لها الهواء الجاف.
- وضع الختم الدائري على سطح الختم، ثم الإطار الياقوت على الجزء العلوي من حلقة الختم، ثم لوحة نحاسية في الجزء العلوي من نافذة الياقوت. فمن الأفضل لتطبيق صغيرة، قطرات بحجم رأس الدبوس من زيوت التشحيم على لوحة نحاسية.
- كاتب الموضوع بوتالجوز توم على القاع وجها ختم المناسب بينما التغليف لوحة من النحاس الأصفر والياقوت نافذة. ضبط الجوز أسفل حتى يصل إلى موقف إصبع ضيق.
- في حين عقد المفاعل رأسا على عقب، ونقل ذلك إلى الرذيلة. استخدام وجع لتشديد الجوز أسفل بمقدار 90 درجة من موقف إصبع ضيق.
ملاحظة: بعد هذه الخطوة، لا يحتاج إلى عقد رأسا على عقب لفترة أطول المفاعل. - تحقق المفاعل الصغير للعيوب محتملة في الختم.
ملاحظة: نافذة قد تظهر بعض رقائق أو الشقوق، أو ختم خلل يمكن تحديد إذا كان سطح مضغوط من ختم على النافذة لا يجعل دائرة مستمرة.- في حالة وجود عيب، فتح المفاعل الصغير للتفتيش.
- بعد اتخاذ إجراءات معالجة، استخدم الختم الدائري العلامة التجارية الجديدة عند محاولة إعادة ختم المفاعل.
2. مايكرو مفاعل التثبيت
- مرة واحدة يتم تحميل المفاعل الصغير ومختومة، وربطالمفاعل لخطوط الغاز وإجراء اختبارات للكشف عن التسربات.
- تبدأ دائما اختبار تسرب باستخدام N 2 في أقصى قدر من الضغط من 5 ميجا باسكال.
ملاحظة: الأسلوب المفضل لاختبار تسرب هو اختبار الضغط الاضمحلال، حيث مضغوطة الإعداد ثم عزل من الاسطوانة (إغلاق صمامات V2 وV3). إذا ظل الضغط مستقرا لمبلغ طويلة من الزمن (أكثر من 30 دقيقة)، ويلاحظ أي تسرب. - إجراء اختبارات تسرب إضافية في الضغوط أعلى إذا كان ضغط هدف للتجربة القادمة هو أعلى من 5 ميجا باسكال.
ملاحظة: يمكن تنفيذ هذه الاختبارات تسرب إضافية مع زيادات الضغط أقصاها 6 ميجا باسكال حتى يتم مطابقة حالة الضغط المطلوب للتجربة. النظر في 16 ميغاباسكال كما الحد الأعلى للضغط على حد سواء اختبار التسرب وعملية الإعداد.
ملاحظة: إذا كان الغاز المستخدم للضغط على الإعداد في التجربة القادمة ليس خامل (مثل الغازات القابلة للاشتعال)، تنفيذ سلسلة أخرى من تسرب الاختبارات باستخدام رانه استهداف كتيبة الغاز على سلسلة ناجحة من تسرب الاختبارات مع N 2.
- تبدأ دائما اختبار تسرب باستخدام N 2 في أقصى قدر من الضغط من 5 ميجا باسكال.
- بعد تسرب الاختبارات الناجحة، أزال الضغط الإعداد قبل الشروع في خطوات التثبيت القادمة.
- وضع المفاعل الصغير في كتلة التدفئة الفولاذ المقاوم للصدأ، والذي هو في حد ذاته إدراجها في سخان لفائف. موقف الجمعية على منصة تقع فوق الهدف المجهر.
- سيحتوى المفاعل، وسخان، وكتلة التدفئة مع شطري غلاف مليئة الصوف السيراميك. المشبك نصفي غلاف معا باستخدام مشبك خرطوم.
- صقل موقف المفاعل على الهدف المجهر.
- تحويل المجهر على استخدام الضوء عبر الاستقطاب. ضبط الوضع الرأسي للهدف باستخدام أدنى التكبير وذلك للتركيز على السطح الداخلي للنافذة الياقوت.
- وضع المفاعل بحيث يغطي مجال الرؤية عند أدنى التكبير (عادة 50X) وراضيةل جزء من سطح نافذة حيث يضم الحدود الداخلية حافة "الطويق الأمامي 1/16، كما هو موضح في الشكل 1.
ملاحظة: الميكروسكوب الفعلية التي حصل عليها البرنامج يجب أن تتركز مجموعات فرعية من هذا مجال الرؤية، التي من شأنها أن تجنب تبين الطويق نفسها.
- ربط الحرارية للمفاعل الصغير (TT1) إلى وحدة تحكم في درجة الحرارة (TIC1).
- بدوره على قيادة السيارات المغناطيس الخارجي إلى سرعة 120 دورة في الدقيقة.
- الضغط على الإعداد لوضع نقطة المرجوة.
ملاحظة: يتم تنفيذ أشواط ضغط الغلاف الجوي عن طريق فتح كل صمامات منفذ للتنفيس. تجارب دفعة لا يمكن أن يؤديها عن طريق إغلاق صمام V4. ويمكن إجراء التجارب تحت ضغط مستمر من الضغط (من الأفضل للظروف الضغط العالي) من خلال استخدام منظم PV2 الضغط الخلفي.
3. إجراء منتظم لتصور ردود الفعل تكسير
- في كافة مراحل التجربة برمتها،وضع الهدف المجهر تحت المفاعل فقط عندما تصور العينة أو أخذ لقطة. تجنب ترك الهدف المجهر تحت المفاعل عند عدم الحاجة إليه.
ملاحظة: ترك الهدف المجهر تحت المفاعل في درجات حرارة عالية سوف يسبب اشراق الاصطناعي من الصور، مما أدى إلى ضعف البيانات، ويمكن أن تؤدي إلى تدهور هذا الهدف. - تشغيل وحدة تحكم في درجة الحرارة على وتطبيق درجة الحرارة المعينة من 200 درجة مئوية. وبمجرد وصول درجة حرارة العينة 200 درجة مئوية، وإجراء جولة من عمليات التحقق.
ملاحظة: جولة من التحقق يستلزم بالتحقق من الضغط ودرجة الحرارة، موقف المفاعل، المسافة البؤرية من أهداف المجهر، وإثارة. كما أن التغيرات في درجات الحرارة، ومنصة دعم مفاعل والتجمع التدفئة تشوه قليلا، وبالتالي فإن الوضع الرأسي للهدف المجهر يجب تعديلها لواجهة الياقوت / عينة للبقاء في التركيز. ويمكن الكشف عن التحريك من يذكرهأيون من "الطويق 1/16 أو عدم التجانس صغيرة في العينة (مثل المواد الصلبة المعدنية الصغيرة). - إذا كان كل شيء في النظام كما تصل عينة من 200 درجة مئوية، وإجراء تغيير مجموعة من نقطة إلى 300 درجة مئوية. وبمجرد وصول درجة حرارة العينة 300 درجة مئوية، نفذ جولة أخرى من عمليات التحقق.
- كرر الخطوة السابقة، مع 350 درجة مئوية كما أن درجة الحرارة المعينة الجديدة.
عموما يمكن اعتبار 350 درجة مئوية كحد أعلى درجة حرارة حيث ردود الفعل تكسير ليست كبيرة (في النطاق الزمني لدقيقة): ملاحظة. - تغيير درجة الحرارة مجموعة نقاط لدرجة حرارة التفاعل المطلوب، وعموما في C نطاق 400-450 درجة.
- بعد أن درجة الحرارة النهائية تغيير وضع نقطة، يبدأ برصد بيانات التفاعل وتسجيل على فترات زمنية منتظمة، ويفضل كل دقيقة.
- تنفيذ كل خطوة من تسجيل البيانات على النحو التالي: تدوير الأنفية المجهر لوضع الهدف تحت المفاعل. أضبط الالتركيز. أخذ لقطة. تدوير الأنفية لتحريك الهدف بعيدا من تحت المفاعل. لاحظ درجة الحرارة.
ملاحظة: للحصول على تحليلات المستقبل صورة الكمية، وينبغي اتخاذ لقطات مع إعدادات متسقة في كافة مراحل التجربة، وهي من حيث التكبير، ظروف الإضاءة وإعدادات اقتناء كاميرا (استجابة حساسية للضوء وزمن التعرض). والمبادئ التوجيهية، وأخذ الميكروسكوب المعروضة في هذه المخطوطة مع التكبير 100X، أقصى ظروف الإضاءة (باستخدام المصباح الهالوجين)، استجابة حساسية خطية من الكاميرا، والتعرض مرات تتراوح 200-400 مللي ثانية. - نفذ الخطوات لتسجيل البيانات بشكل متكرر لطالما لزم الأمر.
ملاحظة: عموما، ويسترشد مدة المراقبة التي يقوم بها التغيرات البصرية في العينة (اللون والسطوع، والتباين) أو عن طريق تقدير تحويل التفاعل.
ملاحظة: يفضل تجنب استمرار التجربة بعد تشكيل كميات كبيرة من فحم الكوك mesophase(وهو ما يجعل المفاعل أكثر صعوبة لتنظيف).
- تنفيذ كل خطوة من تسجيل البيانات على النحو التالي: تدوير الأنفية المجهر لوضع الهدف تحت المفاعل. أضبط الالتركيز. أخذ لقطة. تدوير الأنفية لتحريك الهدف بعيدا من تحت المفاعل. لاحظ درجة الحرارة.
4. إيقاف وتنظيف
- إنهاء التجربة من خلال تحويل وحدة تحكم في درجة الحرارة والنمام وإيقاف depressurizing الإعداد. دع بارد المفاعل.
ملاحظة: للتبريد المفاعل يمكن تسهيل طريق إزالة المفاعل الصغير من الغلاف ومن الجمعية التدفئة. يمكن تطبيق تدفق الهواء البارد للمفاعل الصغيرة أيضا جعل هذه العملية أسرع وأسهل.- مرة واحدة يتم تبريد المفاعل الصغير إلى درجة حرارة الغرفة، افصله عن خطوط الغاز من الإعداد، وضعه في منصب نائب لتخفيف الجوز أسفل، وفضها المفاعل الصغير.
- في غطاء الدخان، واتخاذ مفاعل الصغيرة بصرف النظر عن طريق إزالة الجوز القاع، لوحة من النحاس الأصفر، ونافذة الياقوت، و"الطويق 1/16، والمغناطيس. إزالة الختم الدائري.
ملاحظة: كوكس قد تشكلت خلال التجربة، والتي قد تتسبب في 1/16 ". الطويق والمغناطيس أن تمسك الحرارية.- استخدام ملاقط لسحب "الطويق 1/16 والمغناطيس بها. استخدام ملعقة لرافعة حلقة الختم من أخدود الختم. ومع ذلك، والحرص على عدم خدش أخدود الختم في هذه العملية.
- لإزالة الجزء الأكبر من المواد عالقة على جدران المفاعل الصغير، فرك التجويف الداخلي للمفاعل الصغيرة مع قطعة من المناشف الورقية غارقة في المذيبات (التولوين أو ثنائي كلورو ميثان). كرر هذه العملية مع قطعة من قماش الصنفرة، حصى ويفضل الخشن (رقم 100).
ملاحظة: أثناء هذه العملية، لا خدش السطوح الختم. في نهاية هذه الخطوة، يجب أن يكون تألق معدني من الفولاذ المقاوم للصدأ داخل تجويف المفاعل الصغير واضح. - إزالة المواد عالقة على الأسطح المسطحة من المغناطيس تشكيله حسب الطلب باستخدام قطعة من قماش الصنفرة، حصى ويفضل الخشن (رقم 100).
- استخدام 1/16 "سلك غارقة في المذيبات لإزالة المواد عالقا داخل حولو من المغناطيس تشكيله حسب الطلب.
- استخدام مسحات (التولوين، ثنائي كلورو ميثان، أو الأسيتون) القطن المذيبات غارقة لإزالة المواد تمسك نافذة الياقوت.
- لإزالة ما تبقى من مواد عالقة على جدران المفاعل، بما في ذلك الأسطح الختم، واستخدام المذيبات غارقة (التولوين أو ثنائي كلورو ميثان) قطعة قطن.
ملاحظة: يتم الانتهاء من عملية تنظيف عندما، بعد الغسل مع مسحة القطن غارقة في المذيبات، ومسحة القطن يخرج مع آثار ضئيلة على ذلك.
ملاحظة: ومع ذلك مملة هذه العملية قد تكون هذه الخطوة مهمة لتجنب انتقال التلوث بين التجارب. - السماح المفاعل الصغير الهواء الجاف.
5. صورة تحليل 9
- استخراج المعلومات من الميكروسكوب المتعلقة متوسط قيم قنوات الأحمر والأخضر والأزرق (RGB)، فضلا عن المعلومات ذات الصلة في مساحة اللون هوى، والتشبع، وكثافة (الجمعيتان).
ملاحظة: شارك الجمعيتانيوصف الفضاء لور بواسطة الإحداثيات الاسطوانية، حيث هوى، والتشبع والحدة تتوافق مع الزاوي، شعاعي، والإحداثيات الرأسية، على التوالي. ونظرا للعلاقات بين قيم RGB بكسل والقيم الجمعيتان المقابلة من المعادلات التالية 12، 13، حيث م هو الحد الأدنى من القيم RGB، بينما α و β وينسق زوج من اللونية:
مكافئ. 1
مكافئ. 2
مكافئ. 3
مكافئ. 4
مكافئ. 5 </ P>
مكافئ. 6
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تطور البصري أثاباسكا فراغ بقايا هو ممثل سلوك عينات النفط الخام الثقيلة asphaltenic والعينات فراغ بقايا asphaltenic في ظل ظروف التكسير الحراري. ومع ذلك، باستخدام عينات مختلفة و / أو درجة حرارة مختلفة، والضغط، أو ظروف التفاعل يمكن أن تؤدي إلى مجموعة واسعة من السلوكيات المرحلة. الميكروسكوب الموافق التجربة التكسير الحراري على عينة فراغ بقايا أثاباسكا في شروط تعيين نقطة النهائية من 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (N 2) ترد في الشكل (3)، في حين يبين الشكل 4 تطور درجات الحرارة أثناء التجربة.
في درجة حرارة الغرفة، هذه العينة هي فطيرة الصلبة. وبالتالي، فإن معظمها لا ترطب نافذة الياقوت من العينة وعلى اتصال مع الغاز (في هذه الحالة، N 2). واجهة الهواء / الياقوت غلة reflectio أكثر إشراقا ن من واجهة النفط / الياقوت، وبالتالي فإن الإضاءة والتعرض الإعدادات المناسبة لصورة سوف عينة السائل تسفر دائما المناطق البيضاء إذا كان سطح الياقوت هو على اتصال مع الغاز. عند درجة حرارة أعلى (> 150 درجة مئوية)، وتصبح عينة السائل بما فيه الكفاية لتدفق والرطب على سطح النافذة. المواد الصلبة المعدنية الصغيرة داخل العينة، والتي يمكن تحديدها من قبل عناصر لامعة صغيرة (الشكل 3 أ)، يمكن أن تكون مؤشرا على كفاءة التحريك. كما العينة هي ساخنة لارتفاع درجات الحرارة، والصور سطع في المقابل، مع عدم وجود تغيير لون ما دام أي رد فعل كبير يجري. ردود الفعل التكسير الحراري في بقايا فراغ asphaltenic تسبب اللون وسطوع التغييرات التي تتوافق مع التحول الكيميائي للعينة. في بعض الأحيان رد فعل طويلة، يمكن أن يتم الكشف عن تشكيل المجالات من المرحلة الكربونية متباين الخواص (mesophase) كما التغاير ثابتة على النافذة (الشكل 3 D).
e_content "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> وأظهر تحليل صورة سلسلة من الميكروسكوب في الأرقام 5 و 6، والتي تظهر تطور شدة السطوع واللون مع الوقت رد فعل على التوالي في وقت مبكر جدا. أوقات رد الفعل، وزيادة سطوع الصورة تتبع تطور درجة الحرارة داخل المفاعل. كما أن درجة الحرارة داخل المفاعل تقترب من 435 درجة مئوية مجموعة نقطة، وردود الفعل التكسير الحراري في بقايا أثاباسكا فراغ تصبح سائدة. ردود الفعل تكسير الحرارية في أثاباسكا فراغ بقايا لحث على تغيير السطوع في العينة التي تتبع الاتجاه المتسارع في التناقص. وفي الفترة نفسها، لون العينة لا تزال مستقرة في الجزء الأول من رد فعل قبل ان يخضع لتحول نحو اللون الأزرق، وتشكيل mesophase له تأثير زيادة شدة سطوع الشاملة وتعزيز اللون الأزرق التحول 9. . في غضون الصفحات = "1"> 
الشكل 1: صور للمفاعل الصغير، الذي عقد رأسا على عقب من قبل المشبك. ترتيب التحميل المسبق، مع الوجه السفلي فتح (A). في المفاعل الصغير تحميل ومختومة (B). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: أمثلة على مجالات من رأي المفضلة، كما حددها المستطيلات الحمراء، فيما يتعلق السطح الداخلي للنافذة الياقوت. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
/files/ftp_upload/55246/55246fig3.jpg "/>
الشكل (3): الميكروسكوب التي اتخذت خلال تكسير التجربة الحرارية في أثاباسكا فراغ بقايا مع شرط وضع نقطة من 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (N 2) بعد 0 دقيقة (A)، و 25 دقيقة (B)، 50 دقيقة (C)، و 80 دقيقة (D). شريط مقياس = 100 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (4): درجة الحرارة داخل المفاعل خلال تكسير التجربة الحرارية في أثاباسكا فراغ بقايا مع مجموعة نقطة من 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (N 2). الرجاء انقر هنا لعرض أكبر نسخة من هذا الرقم.
الرقم 5: تطور شدة سطوع (أولا) من الميكروسكوب التي اتخذت خلال تكسير التجربة الحرارية في أثاباسكا فراغ بقايا تحت 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (ن 2)، تطبيع من قبل سطوع صورة مجهرية تؤخذ في 350 درجة مئوية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: تطور هوى والتشبع (H و S في الإحداثيات القطبية) من الميكروسكوب التي اتخذت خلال تكسير التجربة الحرارية في أثاباسكا فراغ بقايا تحت 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (N 2).ove.com/files/ftp_upload/55246/55246fig6large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 7: تطور شدة سطوع (أولا) من الميكروسكوب التي اتخذت خلال تجربة التكسير الحراري على الأسفلت الباردة بحيرة تحت 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (ن 2)، تطبيع من قبل سطوع صورة مجهرية تؤخذ في 350 درجة مئوية. وحددت نقاط البيانات في تتوافق الحمراء إلى الصور التي تم التقاطها باستخدام الهدف محموما. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 8: أشعة الرئيسية الحادث (الأسهم الزرقاء) و r تنعكسآيس (الأسهم الحمراء) تشارك في الإضاءة لعينة من خلال نافذة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل رقم 12: تطور شدة سطوع (أولا) من الميكروسكوب التي اتخذت خلال تجربة hydroconversion، تطبيع من قبل سطوع صورة مجهرية تؤخذ في 350 درجة مئوية. وقد جرت التجربة hydroconversion على عينة زيت الغاز فراغ الثقيلة تحت 420 درجة مئوية و 15 ميجا باسكال (H 2)، مع 12،3 وزن٪ ني / مو محفز. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
خطوات حاسمة في إطار بروتوكول
الخطوة الأولى الحاسمة في البروتوكول هو ضمان سلامة ختم المعدن إلى الياقوت، وخاصة إذا كانت التجربة هي التي يتعين الاضطلاع بها تحت الضغط. وبالتالي، يجب فحص التوازي، ونعومة، ونظافة الأسطح ختم بعناية، وتسرب الاختبارات يجب أن تكون شاملة. منذ معامل تمزق الياقوت هي وظيفة خفض درجة الحرارة 14، وينبغي أن تستخدم أكثر سمكا ويندوز الياقوت للعمل تحت ضغط عال ودرجة حرارة عالية. كدليل، وتستخدم 8 نوافذ الياقوت مم في تجاربنا التي تهدف لمحاكاة الظروف hydroconversion (400-450 درجة مئوية و 16 ميجا باسكال H 2).
الخطوة الثانية الحاسمة تتعلق بالحصول على صور عالية الجودة، والتي تتطلب إضاءة ساطعة من العينة. قطار نظيفة البصريات. إعدادات المجهر تكييفها (القزحية فتحة واسعة وطويلة في العمل، distaأهداف الامتحانات التنافسية الوطنية)؛ والمحاذاة الصحيحة بين الهدف المجهر، نافذة المفاعل، ومنصة دعم.
للتحليل الكمي للمعلومات الصورة، فمن الأهمية بمكان عدم ارتفاع درجة حرارة الهدف المجهر أثناء تنفيذ الملاحظات. الأسلوب هو موضح في الخطوة 3.6.1 من بروتوكول يمنع هذا الانهاك. إذا كان مشغل يغفل لإزالة الهدف من تحت المفاعل النووي بين اثنين من لقطات أخذت دقيقة واحدة على حدة، وسوف تظهر الصورة الثانية بشكل ملحوظ أكثر إشراقا نتيجة لذلك. لتوضيح هذه المسألة، ونقاط البيانات المبينة باللون الأحمر على شكل 7 تتوافق مع الصور حيث المشغل قد غادروا الهدف تحت المفاعل النووي في دقيقة السابق.
وأخيرا، من المهم لتنظيف المفاعل تماما بين التجارب من أجل تجنب انتقال التلوث.
التعديلات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
سوء نوعية البيانات زالنتائج enerally من متغير سيئة تسيطر التشغيل (درجة الحرارة والضغط، أو التحريك)، أو مشكلة في القطار البصريات. المشاكل المحتملة في القطار البصريات وتشمل: سوء الإضاءة؛ فتحة القزحية الصغيرة؛ المنحرفة عبر المستقطبات. المرايا قذرة، مرشحات مقسم الأشعة، أو الأهداف؛ مفاعل المنحرفة أو نظام أساسي يدعم فوق الهدف؛ نافذة القذرة أو خدش الياقوت. حقل غير منسجم من الرأي؛ أهداف محموما. وخارج نطاق التركيز الأهداف.
القيود المفروضة على تقنية
لتكوين الحالي للالإعداد التجريبية، والقيد الرئيسي من هذه التقنية هو عدم وجود القدرة على إعادة إنتاج نفس المستوى من سطوع الصورة عبر تجارب مختلفة. بالإضافة إلى النظافة والتنسيق بين قطار والبصريات، تم العثور على سطوع الصورة لتكون حساسة جدا لتحديد المواقع والميل للمفاعل على الهدف الذي حاليا لا تسيطر بإحكام الفقرة متر. ومع ذلك، تطبيع سطوع صورة سلسلة من الميكروسكوب في تجربة معينة من قبل سطوع صورة مجهرية تؤخذ في درجة الحرارة المرجعية ضمن نفس السلسلة يوفر حلا مرضيا، كما انه يعطي بيانات قابلة للتكرار.
أهمية تقنية مع الاحترام لالحالية / الطرق البديلة
الجمع بين المستقطبات العرضية في القطار البصريات من مجهر مقلوب مع نافذة مفاعل مصنوع من الياقوت يسمح للمراقبة من الصور عالية على النقيض من العينة في الموقع. عندما تسليط الضوء على عينة مبهمة من خلال النافذة، وتشارك اثنين من الأفكار الرئيسية، كما هو مبين في الشكل (8): انعكاس الضوء على سطح الخارجي للنافذة في اتصال مع الهواء، وانعكاس الضوء على سطح الداخلي من النافذة في اتصال مع العينة. ونظرا لشدة التفكير في كل واجهة من المعادلة التالية"XREF"> 15:
مكافئ. 7
حيث مؤشرات 1 و 2 تشير إلى وسائل الإعلام وتقع قبل وخارجها واجهة، على التوالي؛ ن وصف مؤشرات الانكسار. وκ هو معامل الانقراض. في الهواء / الياقوت والياقوت / انعكاسات النفط، ومساهمة معامل الانقراض إلى انعكاس يمكن إهمالها. النظر في معامل الانكسار من الياقوت في الاتجاه C-محور (أشعة عادية)، و1،765 (المتوسط في نطاق 380-700 نانومتر) 16، وشدة انعكاس الأول في / واجهة الياقوت الهواء حوالي 7.7٪ من الضوء الساقط . وبما أن معظم عينات النفط لديها مؤشرات الانكسار تتراوح 1،45 حتي 1،6 17، ويمكن اعتبار شدة انعكاس الثاني في / واجهة النفط الياقوت أنها أقل من 0.9٪ من الضوء الساقط. على التقريب الأول، والهواء / انعكاس الياقوتعلى الأقل أكثر من 9 مرات أكثر إشراقا من انعكاس الياقوت / النفط. وبالتالي، عند إجراء الملاحظات ضمن إعدادات مشرق الميدان (باستخدام ضوء unpolarized)، وoutshined صور من العينة التي كتبها انعكاس الهواء / الياقوت. لتوضيح هذه المسألة، الميكروسكوب المتخذة بموجب إعدادات مشرق الميدان خلال تكسير تجربة الحرارية على عينة فراغ بقايا أثاباسكا في شروط تعيين نقطة النهائية من 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (N 2) وترد في الشكل 9 (المصباح المجهر الجهد تم تخفيضها إلى 10 V وتم تخفيض التعرض الكاميرا إلى 25 مللي ثانية إلى تجنب التفجرات).
الرقم 9: الميكروسكوب التي اتخذت خلال تكسير التجربة الحرارية في أثاباسكا فراغ بقايا مع شرط وضع نقطة من 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (N 2) بعد 0 دقيقة (A)، و 25 دقيقة (B) 50 دقيقة (C)، و 80 دقيقة (D)، التي يتم التقاطها باستخدام إعدادات المجهر مشرق الميدان بدلا من المستقطبات متقاطعة. شريط مقياس = 100 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
كما يمكن أن يرى من خلال مقارنة الرقم 9 مع الشكل (3)، وطريقة عرض لمراقبة العينة باستخدام ضوء عبر الاستقطاب ونافذة الياقوت في الاستفادة من العائد صور عالية التباين التي هي قادرة على وصف وسائل الاعلام الخواص.
كما ينعكس الضوء في الهواء واجهة / الياقوت، لا يغير طائرة الاستقطاب. وهكذا، يكون الإعداد عبر المستقطب يلغي هذا التأمل قبل أن يضرب كاميرا CCD. كما يسافر الضوء من خلال الياقوت، ومع ذلك، طائرة الاستقطاب التي تدور بسبب الانكسار الياقوت. هذه الظاهرة تسمح في النهاية عينة التصوير، حتى لو كانت عينة النفط نفسها هي الخواص ولا يغير الطائرة استقطاب الضوء على انعكاس الياقوت / النفط. إذا تم استخدام الإعداد عبر المستقطب في تركيبة مع نافذة الخواص بصريا (مثل السيليكا تنصهر أو الإيتريوم والألومنيوم والعقيق، YAG)، ثم فقط وسيلة متباين الخواص (تغيير الطائرة استقطاب الضوء على / واجهة عينة نافذة) ومضان استقطابها ويمكن الاطلاع. ويبين الشكل 10 الميكروسكوب التي اتخذت خلال تجربة التكسير الحراري على أثاباسكا عينة فراغ بقايا في شروط تعيين نقطة النهائية من 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (N 2) باستخدام الإعداد عبر المستقطب ونافذة YAG 4 مم سميكة.
الرقم 10: الميكروسكوب التي اتخذت خلال تجربة تكسير الحراري على أثاباسكا فراغ بقايا مع شرط وضع نقطة من 435 درجة مئوية، وP أجهزة الصراف الآلي (N 2) بعد 0 دقيقة (A)، و 25 دقيقة (ب) و 50 دقيقة (C)، و 80 دقيقة (D)، التي يتم التقاطها باستخدام نافذة YAG بدلا من نافذة الياقوت. شريط مقياس = 100 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
وبالمقارنة مع تقنية المقدمة، من أعلى إلى أسفل، التكوين الساخنة مرحلة المستخدمة في الآخر يعمل 11، 18 مساوئها يضم الفجوة الغاز بين السطح الداخلي للنافذة المفاعل والعينة السائلة. في مثل هذا التكوين، فإن استخدام نافذة الياقوت تنتج صورا يهيمن عليها سطوع انعكاس الياقوت / الغاز، وتشبه الى حد بعيد استخدام مشرق الميدان مع مجهر مقلوب. وهكذا، فإن القائمين على مرحلة من أعلى إلى أسفل الساخنة المستخدمة نافذة مفاعل مصنوع من YAG، والتي تسمح فقطالصورة لمراقبة المواد متباين الخواص، كما شرح سابقا.
قد تتطور الخصائص البصرية للعينة حيث تخضع لتغير في درجة الحرارة والضغط، أو وقت رد الفعل. تشكيل نظام متعدد المراحل يمكن وصف تشكيل تجانس على سطح النافذة. ويبين الشكل 11 أمثلة على النظم الغاز السائل متباين الخواص الصلبة، والسائلة الخواص الصلبة، والسائلة متباين الخواص شبه الصلبة، والسائلة الكريستال السائل متعدد المراحل.
الشكل 11: أمثلة من السلوكيات مرحلة المتنوعة التي لوحظت خلال (D) تجارب الحراري تكسير (A، B، و C) والفحم تسييل. الغاز السائل متباين الخواص الصلبة (A)، السائل الخواص الصلبة (B)، السائل متباين الخواص شبه الصلبة (C (D) أنظمة متعددة المراحل. شريط مقياس = 100 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
لأنظمة متجانسة،-مراحل واحدة، والتغيرات في سطوع ولون العينة يمكن أن تكون ذات صلة الخواص الفيزيائية والكيميائية. وبعد المعادلة 7، وتعزى التغيرات في سطوع عينة التغيرات في مؤشرات الانكسار. على وجه الخصوص، وكلما زاد الفرق في مؤشرات الانكسار بين العينة والياقوت، وأكثر إشراقا التفكير. على سبيل المثال، كما يتم تسخين عينة النفط الثقيل إلى درجة حرارة أقل من 300 درجة مئوية، ومعامل الانكسار من النفط ينخفض في حين أن معامل الانكسار من الياقوت يزيد قليلا، مما أسفر عن صور أكثر إشراقا. خلال ردود الفعل متساوي الحرارة تكسير العينات فراغ بقايا، صور تخضع لانخفاض الهائل في السطوع. هذا هو فيtributed إلى زيادة في معامل الانكسار بسبب زيادة في الأروماتية وكثافة. على العكس من ذلك، hydroconversion ردود الفعل عند درجة حرارة ثابتة تنتج زيادة تدريجية في سطوع العينة، والتي تتطابق مع انخفاض في معامل الانكسار بعد ان شهدت انخفاضا في كثافة العينة.
يتغير لون تتبع تطور الخصائص الطيفية من العينة، والتي تتوافق مع التركيب الكيماوي ل. أبرزها، وقد عرضت عينات فراغ بقايا من الأحمر إلى الأزرق تحول لون عندما تتعرض لتفاعلات التكسير الحراري لمبلغ طويلة من الزمن قبل تشكيل الرواسب. لدينا ما يكفي التكسير الحراري وقت رد الفعل، هذه العينات تخضع زيادة في الأروماتية والبدء في تشكيل الأوليغومرات. تشكيل أكثر من الأنواع مترافق يؤدي إلى تغير في الخصائص الطيفية، حيث امتصاص ضوء السائد من التحولات عينة من الأطوال الموجية الأقصر إلى الموجات الأطول. منذ أطياف انعكاس هي النظير من القيمة المطلقةorption الأطياف، والتحول الطيفي المقابلة في الضوء المنعكس يذهب من الأطوال الموجية للموجات أقصر، مطابقة تغير لونها من الأحمر إلى الأزرق 9.
التطبيقات المستقبلية أو الاتجاهات بعد اتقان هذه التقنية
في حين دراساتنا التي تنطوي على استخدام هذا الإعداد تم المتعلقة أساسا للتخلص الظواهر الانفصال خلال visbreaking وhydroconversion عينات النفط الثقيل في تشغيل المصب، ويمكن تطبيق هذه التقنية إلى التحقيق في آليات مرحلة الانفصال الأخرى التي تحدث في وحدات معالجة النفط وخطوط ( تبلور الشمع، demulsification، وما إلى ذلك). أكثر عموما، يمكن تطبيق هذه التقنية إلى أي نظام حيث تتبع الخصائص البصرية لعينة في الموقع هو من أهمية كبيرة.
وتتركز جهودنا البحثية الحالية على إقامة المزيد من العلاقات بين الخصائص الطيفية وفيزخصائص sical (ذوبان على وجه الخصوص) من عينات البترول. في الوقت الحاضر، فإن المعلومات الواردة في الطيفية الصور يقتصر، حيث يتم التعبير عن ذلك في ثلاث قنوات اللون (RGB). ولذلك، فإن التطور الأكثر وعدا من هذه التقنية تكمن في تنفيذ توصيف الطيفية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sapphire window, C-plane, 3 mm thick - 20 mm diam., Scratch/Dig: 80/50 | Guild Optical Associates | ||
| C-seal | American Seal & Engineering | 31005 | |
| Type-K thermocouple | Omega | KMQXL-062U-9 | |
| Ferrule (1/16") | Swagelok | SS-103-1 | Inserted for creating a clearance gap between the magnet and the window surface |
| Coil Heater | OEM Heaters | K002441 | |
| Temperature controller | Omron | E5CK | |
| Inverted microscope | Zeiss | Axio Observer.D1m | Require cross-polarizer module |
| Toluene, 99.9% HPLC Grade | Fisher | Catalog # T290-4 | Harmful, to be handled in fume hood |
| Methylene chloride, 99.9% HPLC Grade | Fisher | Catalog # D143-4 | Harmful, to be handled in fume hood |
| Acetone, 99.7 Certified ACS Grade | Fisher | Catalog # A18P-4 |
References
- Gray, M. R. Upgrading Petroleum Residues and Heavy Oils. , Marcel Dekker Inc. New York, USA. (1994).
- Wiehe, I. A. Process Chemistry of Petroleum Macromolecules. , CRC Press. Boca Raton, USA. (2008).
- Rahimi, P. M., Teclemariam, A., Taylor, E., deBruijn, T., Wiehe, I. A. Thermal Processing Limits of Athabasca Bitumen during Visbreaking Using Solubility Parameters. Heavy Hydrocarbon Resources, ACS Symposium Series, Volume 895. , American Chemical Society. Washington, D. C., USA. (2005).
- Wiehe, I. A., Kennedy, R. J. Application of the Oil Compatibility Model to Refinery Streams. Energy Fuels. 14 (1), 60-63 (2000).
- Rahimi, P., Gentzis, T., Cotté, E. Investigation of the Thermal Behavior and Interaction of Venezuelan Heavy Oil Fractions Obtained by Ion-Exchange Chromatography. Energy Fuels. 13 (3), 694-701 (1999).
- Bagheri, S. R., Gray, M. R., McCaffrey, W. C. Influence of Depressurization and Cooling on the Formation and Development of Mesophase. Energy Fuels. 25 (12), 5541-5548 (2011).
- Bagheri, S. R., Gray, M. R., Shaw, J., McCaffrey, W. C. In Situ Observation of Mesophase Formation and Coalescence in Catalytic Hydroconversion of Vacuum Residue Using a Stirred Hot-Stage Reactor. Energy Fuels. 26 (6), 3167-3178 (2012).
- Bagheri, S. R., Gray, M. R., McCaffrey, W. C. Depolarized Light Scattering for Study of Heavy Oil and Mesophase Formation Mechanisms. Energy Fuels. 26 (9), 5408-5420 (2012).
- Laborde-Boutet, C., Dinh, D., Bender, F., Medina, M., McCaffrey, W. C. In Situ Observation of Fouling Behavior under Thermal Cracking Conditions: Hue, Saturation and Intensity Image Analyses. Energy Fuels. 30, 3666-3675 (2016).
- Dinh, D. In-Situ Observation of Heavy-Oil Cracking using Backscattering Optical Techniques. MSc Thesis. , The University of Alberta. Edmonton, Canada. (2015).
- Rahimi, P., et al. Investigation of Coking Propensity of Narrow Cut Fractions from Athabasca Bitumen Using Hot-Stage Microscopy. Energy Fuels. 12 (5), 1020-1030 (1998).
- Hanbury, A. Constructing cylindrical coordinate colour spaces. Pattern Recognition Letters. 29 (4), 494-500 (2008).
- Gonzalez, R. C., Woods, R. E. Digital Image Processing, Third Edition. , Prentice Hall. Upper Saddle River, USA. (2008).
- Wachtman, J. B., Maxwell, L. H. Strength of Synthetic Single Crystal Sapphire and Ruby as a Function of Temperature and Orientation. J. Am. Ceram. Soc. 42 (9), 432-433 (1959).
- Kaye, G. W. C., Laby, T. H. Tables of physical and chemical constants / originally compiled by G.W.C. Kaye and T.H. Laby ; now prepared under the direction of an editorial committee. , Longman Scientific & Technical. Essex, UK. (1995).
- Malitson, I. H., Dodge, M. J. Refractive Index and Birefringence of Synthetic Sapphire. J. Opt. Soc. Am. 62 (11), 1405 (1972).
- Buckley, J. S., Hirasaki, G. J., Liu, Y., Von Drasek, S., Wang, J. X., Gill, B. S. Asphaltene Precipitation and Solvent Properties of Crude Oils. Pet. Sci. Technol. 16 (3-4), 251-285 (1998).
- Perrotta, A., McCullough, J. P., Beuther, H. Pressure-Temperature Microscopy of Petroleum-Derived Hydrocarbons. Prepr. Pap. Am. Chem. Soc., Div. Pet. Chem. 28 (3), 633-639 (1983).
