Introduction
sıcaklık, basınç ve, reaktif şartlar geniş bir yağ numunelerin faz davranışı çalışma beslemeleri çeşitli işleyen bir rafineri için son derece faydalı bilgiler sağlayabilir. Özellikle, kola veya çökellerin kontrolsüz oluşumu süreç birimleri ve çizgilerin kirlenme ciddi üretimini (throughput kaybı) ve enerji verimliliği (ısı transfer direnci artış) 1, 2, 3 etkileyebilir. Olası bir derece olumsuz ekonomik etkileri 4 olurdu temizlik amaçlar için bir kapatma gerekebilir malzeme kirlenme birikiminden kaynaklanan tıkanmasıyla. Yemlerin kirlenme eğilimlerini bir değerlendirme yapmasına proses koşulları 5 optimizasyonu ve rafineri akımlarının harmanlama için son derece değerli olabilir.
In situ bir geliştirdikLaboratuvarımızda petrol istikrar analizörü rafineri proses koşullarına tabi yağ örneklerinin görselleştirme izin vermek. Bu cihaz, paslanmaz çelik bağlantı parçaları imal edilmiştir ve alt sızdırmaz bir safir pencere ile donatılmış özel olarak tasarlanmış bir reaktör dayanır. cihazın ana prensibi sıcaklık ve basınç istenen aralık reaktör içindeki örnek ve elde edilen çapraz polarize yansıma görüntüleme aydınlatma olup. Iken Kırılma koşullarını 6, 7, 8, 9 (yüksek basınç gerektirmeyen), reaktör tasarımı (hidro altında örneklerin davranışını araştırmak için elden edilmiştir taklit etmek termal parçalama süreçleri üzerinde duruldu bu kurulum için daha önce yayınlanmış eser göreli katalitik altında çatlama yüksek H 2 basınç) ve yüksek öncesi altında çatlama aquathermal 10 (termalssure buhar) koşulları. Böylece, cihaz 6 saate kadar reaksiyon süreleri için 450 ° C ve 16 MPa hem sürdürmek yeteneği ile, 20-450 ° C sıcaklık aralığında ve 0,1-16 MPa basınç aralığında çalışabilmesi için revize edilmiştir.
Sıcaklık, basınç ve, reaktif şartlar belirli bir aralığı altında numunelerinin görsel bilgiler analiz ilk seviye örnek tek fazlı ya da çok fazlı olup olmadığını belirlemek için. Opak izotropik malzeme görselleştirme sağlar ve diğer çalışmalara 11'de tarif anizotropik malzeme görselleştirme ile sınırlı değildir ki bu sistem benzersizdir. Numunelerin tıkanma eğilimi temel göstergesi toplu sıvının dışarı tortuları bırakma eğilimi iken; gaz-sıvı, sıvı-sıvı, sıvı-katı ve daha karmaşık faz davranışı görülmektedir. Bu hom kalır Ancak, değerli bilgiler, aynı zamanda, bir sıvı görsel evrimi elde edilebilirogeneous (tek fazlı). Örneğin rengi görünür ışık aralığında spektral bilgileri (380-700 nm) bir alt kümesi olabilir iken Özellikle, görüntü parlaklığı, kırılma indisi ve numunenin ekstinksiyon katsayısı ile ilgilidir onun kimyasının 9 bir tanımlayıcısı olarak kullanılır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dikkat: mühendislik kontrolleri (H 2 akış sınırlayıcı, basınç regülatörleri ve kopma diski montaj) ve kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, ısıya dayanıklı eldiven kullanımı dahil, yüksek sıcaklık ve basınç şartları altında bir deney yaparken tüm uygun güvenlik uygulamalarını kullanın , laboratuvar önlüğü, tam uzunlukta pantolon ve kapalı parmak ayakkabılar). Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) bakın. Bu adımlar zararlı uçucu organik çözücüler (toluen ve diklorometan) kullanımını içeren olarak, davlumbaz, mikro-reaktör yükleme ve temiz-up yürütmek.
NOT: Kurulum açıklaması (ek dosyasına bakın).
1. Mikro-reaktör Yükleme
- Açık alt yüz contası (böylece üst kısmında konumlandırılmış) ile dikey ve baş aşağı mikro reaktör kelepçe.
NOT: Bu aşamada, safir cam, özel işlenmiş mıknatıs, 1/16 "yüksük,Pirinç yastığı ve alt somunu henüz monte edilmesi gerekir.- gaz hatları mikro-reaktör bağlamak için kullanılan bağlantı elemanları kapalı olduğundan emin olun.
- Ince bir spatula ile açık yüz contası ile reaktöre numunenin yaklaşık 0.6 g yükleyin.
- Numune aslında büyük bir kap içinde muhafaza edilirse, mikro reaktör yüklemeden önce bir alt örnek olun.
- , Reaktörün içinde yüklü numune miktarını tahmin öncesi ve yükleme sonrası konteyner ve spatula tartmak ve kitle farkı hesaplamak için.
- termokupl üzerine özel işlenmiş mıknatıs kaydırın.
- Daha büyük daire yukarı bakacak şekilde 1/16 "ön halkalı kaydırın.
- Sızdırmazlık yüzeyi (yani, conta bileziği oturur uydurma oluk) alt yüz mühür montaj temiz ve kuru olduğundan emin olun.
NOT: En ağır petrol örneği oldukça viskoz doğası gereğis, sızdırmazlık yüzeyi yanlışlıkla yükleme işlemi sırasında numune tarafından bulaşmış var olması çok muhtemeldir.- toluen içinde bir pamuklu çubuk ucu batırın ve onları temizlemek için sızdırmazlık yüzeylerine uygulayın. numuneyi kontamine hangi reaktör boşluğunun içine toluen damla için dikkatli olun.
- toluen ile temizlik gerekiyorsa, sızdırmazlık yüzeyleri bir sonraki adıma geçmeden önce kuru olduğundan emin olun.
- Safir cam, temiz ve kuru olduğundan emin olun.
- safir cam kirliyse, uygun bir çözücü ile ıslatılmış bir pamuklu bir bez kullanın ve sonra pencere yüzeylerini temizlemek için aseton kullanılarak nihai yıkama gerçekleştirmek; Hava kuru let it.
- sızdırmazlık yüzeyinde sızdırmazlık halkasını, sızdırmazlık halkasının üstünde ardından safir pencere ve safir penceresinin üstündeki sonra pirinç yastık yerleştirin; o pirinç pad üzerinde yağlayıcı küçük, toplu iğne başı büyüklüğünde damla uygulanması tercih edilir.
- bot Konupirinç pedi ve safir pencere kapsülleme sırasında uydurma alt yüz-mühür üzerinde tom somun. parmak geçirmez duruma gelene kadar alt somunu ayarlayın.
- Reaktör baş aşağı tutarken, bir mengene aktarın. parmak sıkı konumdan 90 ° alt somunu sıkmak için bir anahtar kullanın.
NOT: Bu işlemden sonra, tepkime kabı artık ters yapılacak gerek yoktur. - Mühür potansiyel kusurları için mikro reaktör kontrol edin.
NOT: penceresindeki mühür sıkıştırılmış yüzey sürekli bir daire yapmaz ise pencere tespit edilebilir bazı fiş veya çatlak ya da hatalı bir mühür gösterebilir.- Bir arıza durumunda, muayene için mikro reaktör açın.
- reaktörü yeniden mühürlemek için çalışırken giderilmesi eylemi aldıktan sonra, yepyeni bir sızdırmazlık halkasını kullanın.
2. Mikro reaktör Kurulum
- Mikro reaktör yüklenir ve kapatılır sonra, bağlantıve gaz hatlarına reaktör sızıntı olup olmadığını testleri.
- Daima 5 MPa maksimum basınçta N 2 ile sızıntı testi başlar.
NOT: sızıntı testi için tercih edilen yöntem kurulum silindirden basınçlı ve daha sonra izole edilir basınç çürüme testidir (kapanış valfleri V2 ve V3). Basınç süresi (fazla 30 dakika) uzun bir süre için stabil kalırsa, hiçbir sızıntı görülmektedir. - Yaklaşan deney için hedef basıncı 5 MPa daha yüksek ise yüksek basınçlarda ek sızıntı testleri yürütmek.
NOT: Bu ek sızıntı testleri deney için istenen basınç koşulu eşleşti kadar 6 Mpa maksimum basınç artışlarla ile yapılabilir. sızıntı testi ve kurulum işlemi hem de basınç üst sınırı olarak 16 MPa düşünün.
NOT: Gelecek deneyde kurulum basınç altında tutmak için kullanılan gaz (yanıcı gazlar gibi) etkisiz değilse, t kullanarak sızıntı testi başka dizi yürütmeko N2 ile kaçak testlerinin başarılı bir dizi gaz birliği hedef.
- Daima 5 MPa maksimum basınçta N 2 ile sızıntı testi başlar.
- Başarılı sızıntı testinden sonra bir sonraki yükleme adımları yapmadan önce kurulum basıncını.
- kendisi kangal ısıtıcı takılı paslanmaz çelikten bir ısıtma bloğu, mikro reaktör yerleştirin. Mikroskop objektif üzerinde bulunan platform üzerinde derleme yerleştirin.
- reaktörü, ısıtıcı ve seramik yün dolu bir kasanın iki yarısı ile ısıtma bloğu örten. birlikte bir hortum klibi kullanarak kasanın iki yarısını kelepçe.
- Ince ayar mikroskop objektif üzerine reaktör konumu.
- Çapraz polarize ışık kullanarak mikroskop açın. safir pencere iç yüzeyi üzerinde odaklanmak üzere düşük büyütme kullanılarak amacı dikey konumunu ayarlayın.
- En düşük büyütme (genellikle 50 kat) görüş alanı, bir radyoyu kapsamaktadır, böylece reaktör yerleştirinŞekil 1 'de tarif edildiği gibi iç sınır, 1/16 "Ön halkanın kenar ihtiva cam yüzeyinden l bölümü.
NOT: Yazılım tarafından edinilen Gerçek mikrograflar halkalı kendisi gösteren önleyeceğini görüş bu alanda, alt kümelerini merkezli olmalıdır.
- sıcaklık kontrolörü (TIC1) mikro-reaktör (TT1) ve termokupl bağlayın.
- 120 rpm bir hızda dış mıknatıs tahrik motoru açın.
- istenen ayar noktasına kurulum basınç.
NOT: Atmosfer basıncı çalışır havalandırma için tüm çıkış vanalarını açarak yapılmaktadır. Toplu deneyleri valf V4 kapatarak yapılabilir. (Yüksek basınç koşulları için tercih edilir) basınç sabit bir başlık altında deneyler geri-basınç regülatörü Pv2 kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Çatlayan Reaksiyonların Görselleştirme 3. Düzenli Prosedürü
- Tüm deney boyunca,örnek görselleştirmek veya bir anlık görüntüsünü alarak yalnızca reaktör altında mikroskop objektif yerleştirin. gerekmediğinde reaktöre altında mikroskop objektif bırakmaktan kaçının.
NOT: Yüksek sıcaklıklarda reaktörün altında mikroskop objektif bırakılması yoksul veriler sonuçlanan görüntülerin yapay bir parlatma neden olur ve objektif bir bozulmaya yol açabilir. - Sıcaklık kontrol açın ve 200 ° C'lik bir sıcaklık ayar noktası uygulanır. Numune sıcaklığı 200 ° C'ye ulaştığında, doğrulamalar yuvarlak gerçekleştirin.
NOT: doğrulamaları yuvarlak mikroskop hedeflerinin basınç, sıcaklık, reaktör pozisyonu, odak mesafesini doğrulayarak, ve karıştırma gerektirir. sıcaklık değiştikçe, reaktör ve ısıtma grubu destekleme platform biraz deforme yüzden safir / numune arayüzü odak kalması mikroskop objektif dikey pozisyonu ayarlanabilir olmalıdır. Karıştırma işlemi mot saptanabilir1/16 "halkanın ya da (örneğin küçük mineral katı gibi) numune küçük heterojenite iyon. - Numune 200 ° C'ye ulaştığında her şey yolunda ise, 300 ° C'ye kadar bir ayar noktası değişikliği gerçekleştirin. Numune sıcaklığı 300 ° C'ye ulaştığında, doğrulamalar başka yuvarlak gerçekleştirin.
- Yeni sıcaklık set noktası olarak 350 ° C ile, önceki adımı yineleyin.
Not: 350 ° C, genellikle kırma reaksiyonları (dk zaman ölçeği) önemli olmayan daha yüksek sıcaklık sınırı olarak kabul edilebilir. - genellikle 400-450 ° C aralığında, istenilen reaksiyon sıcaklığına ayar noktası sıcaklığını değiştirin.
- Son sıcaklık ayar noktası değişikliği yaptıktan sonra, tercihen, düzenli zaman aralıklarında her dakika reaksiyon ve kayıt verilerini izlemeye başlamak.
- aşağıdaki gibi veri kaydın her aşamasını yürütmek: reaktörün altında hedefe yerleştirmek için mikroskop burun döndürün. ayarlamakodaklanır. bir anlık görüntü alabilir. reaktörden altından uzak objektif taşımak için burun döndürün. sıcaklık edin.
NOT: Gelecek kantitatif görüntü analizleri için, anlık yani büyütme, aydınlatma koşullarına ve kamera satın alma ayarlarına (ışığa tepki ve maruz kalma süresi) açısından, deney boyunca tutarlı ayarlarla alınmalıdır. kurallar olarak, bu yazının sunulan mikrograflar 100X büyütme, (bir halojen ampul kullanarak) maksimum aydınlatma koşulları, kameranın doğrusal duyarlılık tepkisi ve 200-400 ms arasında değişen pozlama süreleri ile alınmıştır. - sürece gerektiği gibi tekrar tekrar veri kayıt adımları uygulayın.
NOT: Genel olarak, gözlem süresi numunesinde görsel değişiklikler (renk, parlaklık ve heterojenite) veya reaksiyon dönüşüm tahmini tarafından yönlendirilir.
Not: Tercihan, mezofaz kok büyük miktarlarda oluşumu, ardından deney devam bilmek(Hangi reaktör daha zor temizlenmesini kolaylaştırır).
- aşağıdaki gibi veri kaydın her aşamasını yürütmek: reaktörün altında hedefe yerleştirmek için mikroskop burun döndürün. ayarlamakodaklanır. bir anlık görüntü alabilir. reaktörden altından uzak objektif taşımak için burun döndürün. sıcaklık edin.
4. Kapatma ve Temizlik-up
- Kapalı sıcaklık kontrolörü ve karıştırıcı çevirerek ve kurulumu boşaltılarak deneyi sonlandırın. Reaktör soğuması.
NOT: reaktörü soğutma kasadan ve ısıtma tertibatının dışında mikro reaktör kaldırarak kolaylaştırılabilir. Mikro-reaktöre serin hava akımı uygulamak da bu süreç daha hızlı ve kolay yapabilirsiniz.- Mikro-reaktör oda sıcaklığına kadar soğutulur sonra, kurulum gaz hatları ayırın alt somunu gevşetmek için bir mengeneye yerleştirin ve mikro reaktör açmak.
- Davlumbaz. Dip somunu, pirinç pedi, safir cam, 1/16 "halkalı ve mıknatıs kaldırarak ayrı mikro reaktör almak sızdırmazlık halkasını çıkartın.
NOT: Kok "1/16 yol açabilir, deney sırasında oluşmuş olabilecek; yüksük ve mıknatıs termo sıkışmış olması.- 1/16 "halkalı ve mıknatıslar çekin için cımbız kullanın. Sızdırmazlık oluğunun dışına sızdırmazlık halkasını kolu için bir spatula kullanın. Ancak, süreç içinde sızdırmazlık oluk çizmemeye özen gösterin.
- Mikro reaktör duvarlarına sıkışmış malzemenin bir kısmını çıkarmak için, solvent ıslatılmış (tolüen ya da diklorometan) kağıt havlu adet mikro reaktörün iç boşluğu fırçalamaktadır. zımpara bezi, tercihen kaba kum (# 100) adet işlemi tekrarlayın.
NOT: Bu süreçte, sızdırmazlık yüzeyleri çizmez. Bu aşamanın sonunda, mikro reaktör boşluğunun içine, paslanmaz çelikten metal parlaklık açık olmalıdır. - Zımpara bir parça bez kullanarak özel işlenmiş mıknatıs düz yüzeylere yapışmış malzeme, tercihen kaba kum (# 100) sökün.
- ho içinde sıkışmış malzeme çıkarmak için solvent batırılmış 1/16 "kablo kullanınözel işlenmiş mıknatıs le.
- safir pencere yapışmış malzemeyi çıkarmak için çözücü batırılmış (tolüen, diklorometan veya aseton) pamuklu bez kullanın.
- sızdırmazlık yüzeyleri de dahil olmak üzere, reaktör duvarlarının yapışmış maddenin kalanını kaldırmak için, solvent ıslatılmış (toluen veya diklorometan) pamuklu bez kullanın.
NOT: Bir solvent batırılmış pamuklu çubukla ovma sonra, pamuklu çubukla üzerinde önemsiz izleri çıktığında, temizleme işlemi tamamlanır.
NOT: Bu işlem olabilir Ancak sıkıcı, bu adım deneyler arasında çapraz bulaşmayı önlemek için önemlidir. - Mikro-reaktör hava kurumaya bırakın.
5. Görüntü Analizi 9
- Kırmızı, yeşil ve mavi (RGB) kanallarının ortalama değerleri yanı sıra renk tonu, doygunluk ve yoğunluk (SBE) renk uzayında karşılık gelen bilgilere ilişkin mikrograflar bilgileri ayıklamak.
NOT: HSI color alanı sırasıyla, renk tonu, doygunluk ve yoğunluk açısal, radyal karşılık silindirik koordinatlar, ve dikey koordinatlar ile tarif edilir. Α ve β kromasitenin çifti koordinatları ise, bir pikselin RGB değerleri ve mukabil HSI değerleri arasındaki ilişkiler, m RGB değerlerinin en az aşağıdaki denklem 12, 13, tarafından verilmektedir:
Denk. 1
Denk. 2
Denk. 3
Denk. 4
Denk. 5 </ P>
Denk. 6
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Athabasca vakum artığı görsel gelişimi termal ayırma koşulları altında asphaltenic ağır ham petrol örnekleri ve asphaltenic vakum kalıntısı numunelerinin davranışının temsilcisidir. Bununla birlikte, farklı numune ve / veya farklı sıcaklık, basınç, ya da reaksiyon koşulları kullanılarak faz davranışları çeşitli ortaya çıkmasına neden olabilir. 435 ° C ve P ATM (N2) Şekil 4, deney sırasında sıcaklık gelişimini gösterirken, Şekil 3 'de verilmiştir son ayar noktası koşullarında bir Athabasca vakum kalıntısı örnek termal ayırma deneyi tekabül Mikrografikleridir.
Oda sıcaklığında, bu örnek, bir katı hamur olduğu; Bu şekilde, safir pencere çok örnek tarafından ıslatılmış ve (bu durumda, K 2) gaz ile temas halindedir. Bir hava / safir arayüzü çok daha parlak bir Reflectio verir safir yüzey gazı ile temas halinde ise n bir yağ / safir arayüzü, bu nedenle görüntü uygun aydınlatma ve pozlama ayarları daha sıvı numune her zaman beyaz bölgeleri verecektir. daha yüksek bir sıcaklıkta (> 150 ° C) 'de, örnek bir akış ve pencere yüzeyinin nemlendirilmesi için yeterli sıvı hale gelir. Küçük parlak elemanları (Şekil 3 A) tespit edilebilir numune içinde küçük mineral katı, karıştırma işlemi verimlilik bir göstergesi olarak görev yapabilir. Örnek daha yüksek sıcaklıklara ısıtıldığı zaman, resim sürece önemli bir tepkimenin meydana hiçbir renk değişikliği ile, buna uygun olarak aydınlatmak. asphaltenic vakum artıklarında termal ayırma tepkimeleri numunenin kimyasal dönüşümü karşılık gelen renk ve parlaklık değişikliklere neden olmaktadır. Uzun reaksiyon sürelerinde, anizotropik karbonlu faz (mezofaz) arasında etki oluşması penceresi (Şekil 3 D) sabit çoktürellik şekilde tespit edilebilir.
"fo: keep-together.within-PAGE =" e_content 1 "> mikrograflar dizisinin bir görüntü analizi sırasıyla, reaksiyon süresi ile parlaklık yoğunluğu ve renk gelişimini gösteren Şekiller 5 ve 6'da gösterilen bir çok erken 'de. reaksiyon süreleri, görüntü parlaklığı artış reaktör içindeki sıcaklık evrimini takip eder. reaktör içindeki sıcaklık 435 ° C ayar noktası yaklaşırken, Athabasca Vakumlu kalıntı termal çatlama reaksiyonlar yaygın hale gelir. Athabasca Vakum Isıl çatlama reaksiyonları tortu, azalan üstel trendini takip numunede bir parlaklık değişimini teşvik. aynı dönemde, numunenin rengi mavi rengin doğru bir kayma geçmeden önce reaksiyonun ilk bölümünde sabit kalır. mezofaz oluşum etkisi vardır genel parlaklık yoğunluğu artan ve mavi renk kayması 9 artırılması. .within-page = "1"> 
Şekil 1: bir kelepçe ile baş aşağı mikro reaktör, elde edilen fotoğraflar. Alt yüzü ile ön yükleme düzeneği olup, (A) açıldı. Yüklenen ve sızdırmaz mikro reaktör (B). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2: tercih alanları-açısı, safir pencere iç yüzeyi ile ilgili olarak, kırmızı dikdörtgenlerle tarif edilen örnekleri. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
/files/ftp_upload/55246/55246fig3.jpg "/>
Şekil 3: 435 ° 'lik bir durumu ayar noktası ile Athabasca vakum artığı bir termal ayırma deney sırasında alınan Mikrograflar C ve P ATM (N2) 0 dakika (A), 25 dakika (B), 50 dakika (C) sonra, 80 dakika (D). Ölçek çubuğu = 100 mikron. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4: 435 ° C arasında set noktası ile Patm (N2) ile Athabasca vakum artığı bir termal ayırma deney sırasında reaktör içindeki sıcaklık. Bir büyük görmek için tıklayınız Bu rakamın sürümü.
Şekil 5: 435 ° C ve P atm Athabasca vakum artığı bir termal ayırma deney sırasında alınan mikrograflar parlaklık yoğunluğu (I) 'Evrimi (N2) altında, 350 ° C de alındı mikrograftaki parlaklığı ile normalize. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 6: 435 ° C ve P atm Athabasca vakum artığı bir termal ayırma deney sırasında alınan mikrograflar (N2) arasında renk tonu ve (kutupsal koordinatlarda H ve S) doygunluk evrimi.ove.com/files/ftp_upload/55246/55246fig6large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 7: 350 ° C de alındı mikrograftaki parlaklığı ile normalize 435 ° C ve P ATM (N2) altında, Cold Lake bitüm bir termal ayırma deney sırasında alınan mikrograflar parlaklık yoğunluğu (I) 'evrimi. veri noktaları Aşırı ısınmış bir amacı ile çekilen fotoğraflara kırmızı tekabül ettiği sıraladı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 8: Ana olay ışınları (mavi oklar) ve yansıyan rBir pencereden bir numunenin aydınlatma dahil ays (kırmızı oklar). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 12: Bir hidro-deney sırasında alınan mikrograflar parlaklık yoğunluğu (I) 'in gelişimi, 350 ° C de alındı mikrograftaki parlaklığı ile normalize. Hidro-deneyi 12.3 wt.% Ni / Mo katalizörü ile, 420 ° C ve 15 MPa (H2) altında ağır bir vakum gaz yağı numunesi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokol çerçevesinde kritik adımlar
protokol ilk kritik bir safha, deney basınç altında gerçekleştirilecektir, özellikle de metal-safir contanın bütünlüğünün sağlamaktır. Böylece, paralellik, pürüzsüzlük ve sızdırmazlık yüzeylerinin temizliği dikkatlice kontrol edilmeli ve kaçak testleri kapsamlı olmalıdır. Safir rüptürü modülü beri kalın safir camlar yüksek basınç ve yüksek sıcaklıkta çalışma için kullanılması gerektiğini sıcaklık 14 azalan bir fonksiyonudur. Bir kılavuz olarak, 8 mm kalınlığında safir camlar hidro koşulları (400-450 ° C ve 16 MPa H 2) taklit etmek amacıyla deneylerde kullanılır.
İkinci kritik bir adım numunenin parlak bir ışık gerektiren yüksek kaliteli görüntüler elde edilmesini ilgilidir; optik temiz bir tren; adapte mikroskop ayarları (geniş iris diyafram ve uzun çalışma-distance hedefler); ve mikroskop objektif, reaktör penceresinde ve destekleyici bir platform arasında uygun uyum.
Görüntü bilgilerinin kantitatif analiz için, gözlemler yaparken mikroskop objektif yanmamasına kritik öneme sahiptir. Protokol aşama 3.6.1 tarif edilen yöntem, aşırı ısınmayı önler. Operatör bir dakika arayla çekilen iki anlık arasındaki reaktörden altından hedefe kaldırmak için atlar ise, ikinci resim belirgin parlak bir sonucu olarak görünecektir. Bu sorunu göstermek için, veri noktaları operatör önceki dk reaktör altındaki hedefi bıraktığı resimlere Şekil 7 tekabül kırmızı özetlenen.
Son olarak, çapraz bulaşmayı önlemek amacıyla deneyler arasında iyice reaktörü temizlemek için önemlidir.
Değişiklikler ve Sorun Giderme
Kötü veri kalitesi gBelediyeler tüzel oluşumlardır kötü kontrollü çalışma değişkeni (sıcaklık, basınç, ve karıştırma işlemi) ya da optik tren bir sorun kaynaklanır. optik tren Olası sorunlar şunlardır: zayıf aydınlatma; Küçük bir iris diyafram; yanlış hizalanmış çapraz polarize; Kirli aynalar, kiriş bölücülerin, ya da hedefleri filtreler; Yanlış hizalanmış bir reaktör ya da objektif üzerinde destek platformu; Bir kirli veya çizilmiş safir cam; bir görüş uyumsuz alan; ısınmış hedefler; ve out-of-odak hedefleri.
Tekniğin Sınırlamalar
deney düzeneği mevcut yapılandırma için, bu tekniğin ana sınırlama farklı deneyler arasında görüntü parlaklığı aynı düzeyde üreme yeteneği olmaması. Temizlik ve optik tren uyum ek olarak, resim parlaklığı şu sıkı paragraf kontrol edilmez amacı reaktöre konumlandırılması ve eğim, çok duyarlı olduğu bulunmuştur metre. tekrarlanabilir verileri verimleri Ancak, aynı seri içinde bir referans sıcaklığında alınan bir mikrografı görüntü parlaklığı ile belirli bir deneyde mikrograflar bir dizi görüntü parlaklığını normalize, tatmin edici bir çözüm sağlar.
Mevcut / Alternatif Yöntemler Göre Tekniği Önemi
Safir yapılmış bir reaktör pencereli bir ters mikroskop optik tren çapraz polarize kombinasyonu yerinde numunenin yüksek kontrastlı görüntüler gözlenmesini sağlar. Pencereden opak numunesi üzerinde ışık parlayan, Şekil 8'de gösterildiği gibi, iki ana yansımaları ilgilidir: havayla temas eden pencerenin dış yüzeyi üzerinde ışığın yansımasını ve iç yüzeyi üzerinde ışığın yansımasını numune ile temas halinde pencere. Her bir ara yüzeyde yansıma yoğunluğu aşağıdaki denklem ile verilmektedir"xref"> 15:
Denk. 7
endeksleri 1 ve 2 önce ve sırasıyla arayüzü, ötesinde bulunan medyaya bakın nerede; n kırılma indeksleri tanımlamak; ve κ söndürme katsayısıdır. hava / safir ve safir / yağ yansımaları olarak, yansıma söndürme katsayısı katkısı ihmal edilebilir. 1.765 olarak Cı-ekseni yönünde (olağanüstü ışını) 'de safir kırılma indeksi göz önüne alındığında (380-700 nm aralığında ortalama) 16, hava / safir arayüzü birinci yansıma yoğunluğu üzerine gelen ışığın% 7,7 . En yağ örnekleri 1.45 1.6 ila 17 arasında değişen kırılma indislerine sahip olduğundan, safir / yağ ara yüzeyinde ikinci bir yansıma yoğunluğu gelen ışığın az% 0.9 olarak kabul edilebilir. İlk yakınlaştırılmasına ilişkin, hava / safir yansımasısafir / yağ yansıması en az 9'dan fazla kat daha parlak olduğunu. gözlemler (Kutuplanmamış ışık kullanarak) parlak alan ayarları altında yapıldığında yüzden, numunenin görseller hava / safir yansıma tarafından outshined edilir. Bu sorunu göstermek için, mikrografları 435 ° C ve P atm son ayar noktası koşullarında bir Athabasca vakum kalıntısı örnek termal ayırma deney sırasında parlak-alanlı ayarları altına alınmış (N2), Şekil 9 (mikroskop lamba gerilimi sunulmuştur ) 10 V düşürüldü ve kamera maruz darbe çıkışları önlemek için 25 ms düşürülmüştür.
Şekil 9: 435 ° C ve P atm bir koşul seti noktasına sahip Athabasca vakum artığı bir termal ayırma deney sırasında alınan Mikrograflan (N2) 0 dakika (A), 25 dakika (B sonrası), 50 dakika (C) ve 80 dakika (D), parlak alan mikroskobu ayarları yerine çapraz polarize kullanılarak denetlenebilir. Ölçek çubuğu = 100 mikron. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3, Şekil 9 karşılaştırarak görülebileceği gibi, çapraz polarize ışığı bir safir pencere kullanarak örnek gözlemlemek için bir yöntem sunulmaktadır izotropik ortamı tanımlamak için mümkün olan yüksek kontrastlı görüntüleme üretme avantajına sahiptir.
hafif hava / safir arayüzü yansıyan gibi, onun polarizasyon düzlemi değişmez. o CCD kamera çarpmadan önce Böylece, çapraz polarize ayarı bu yansımayı iptal eder. ışık safir üzerinden geçecek, ancak, onun polarizasyon düzlemi nedeniyle safir çiftkırılım döner. Bu olgu sonuçta örnek görüntüleme sağlarYağ Örnek hiçbir izotropik ve bile ışığın polarizasyon düzlemi safir / yağ yansıması üzerine değişmez. çapraz polarize (pencere / numune arabiriminde ışığın polarizasyon düzlemi değiştirme), o zaman sadece anizotropik ortamında (örneğin, erimiş silis ve itriyum-alüminyum-garnet YAG gibi), optik izotropik bir pencere ile kombinasyon halinde kullanılırsa ve depolarize floresan görülebilir. Şekil 10, son 435 ° C, ayar noktası koşullarına ve çapraz polarize ayarı ve 4 mm kalınlıkta bir YAG penceresini kullanarak Patm (N2) bir Athabasca vakum kalıntısı numune üzerinde bir termal ayırma deney sırasında alınan mikrograflannı göstermektedir.
Şekil 10: 435 ° C arasında bir koşul seti noktasına sahip Athabasca vakum artığı bir termal ayırma deney sırasında alınan Mikrograflar vePatm (N2) 0 dakika (A), 25 dakika (B), 50 dakika (C) ve 80 dakika (D) sonra YAG pencere yerine bir safir pencere kullanılarak denetlenebilir. Ölçek çubuğu = 100 mikron. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Sunulan tekniğe karşılaştırıldığında, yukarıdan aşağıya, diğer kullanılan sıcak sahne kurulumu 18 reaktör penceresinin iç yüzeyi ve sıvı numune arasındaki gaz boşluğu içeren dezavantajı vardır, 11 çalışır. Böyle bir yapılandırmada, bir safir pencere ile bir inverted mikroskop ile parlak alan kullanımına benzer safir / gaz yansıma, parlaklığı hakim görüntüleri üretir. Böylece, yukarıdan aşağıya sıcak evre operatörler sadece izin YAG yapılmış bir reaktör penceresi, kullanılananizotropik malzeme gözlem için s, daha önce açıkladı.
Sıcaklık, basınç veya reaksiyon süresi bir değişikliğe uğrar bir numunenin optik özellikleri açığa çıkarır. çok fazlı bir sistemin oluşumunu penceresi yüzeyi üzerinde heterojen oluşumu ile karakterize edilebilir. Şekil 11, gaz-sıvı-anizotropik katı, sıvı-izotropik katı, sıvı-anizotropik yarı-katı ve sıvı-sıvı kristal çok fazlı sistemlerin örnekleri gösterilmiştir.
Şekil 11: kırma (A, B, ve C) ısı ve kömür sıvılaştırma (D) deneyler sırasında gözlemlenen çeşitli faz davranışları örnekler. Gaz-sıvı-anizotropik bir katı madde (A), bir sıvı-izotropik bir katı (B), bir sıvı-anizotropik yan katı (Cı (D), çok fazlı sistemler. Ölçek çubuğu = 100 mikron. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
homojen ve tek fazlı sistemlerde, parlaklık ve numunenin renk değişimi, fiziksel ve kimyasal özellikleri ile ilgili olabilir. Denklem 7 takip ederek, numune parlaklık değişiklikler kırılma indeksleri değişikliklere ilişkilendirilir. Özel olarak, örnek ve safir, parlak yansıma arasındaki kırılma indeksleri farkı daha büyüktür. ağır yağ numunesi, 300 ° C'nin altındaki bir sıcaklıkta ısıtılır safir kırılma endeksi biraz daha parlak görüntüler elde artarken Örneğin, yağ kırılma endeksi azalır. vakum artığı örneklerinin izotermal çatlama reaksiyonlar sırasında, görüntü parlaklığı bir üstel azalma tabi; Bu yer almaktadırbağlı aromatiklik ve yoğunluk artışına kırılma indeksi artışa arttırdı. Tersine, sabit bir sıcaklıkta, hidro-dönüştürme reaksiyonları numunenin yoğunluğunda bir azalma, aşağıdaki kırılma sayısında bir azalmaya karşılık gelen örnek parlaklığı bir kademeli bir artış üretir.
Renk değişiklikleri kendi kimyası uygun numune spektral özelliklerinin, evrimini izleyin. En önemlisi, vakum kalıntısı örnekleri sergiledi kırmızı-to-mavi renk kayması madde oluşması öncesinde uzun bir süre için termal ayırma reaksiyonlara maruz bırakıldığında. Yeterli termal ayırma Reaksiyon süresi göz önüne alındığında, bu tür örnekler aromatiklik bir artış geçmesi ve oligomerlerin oluşturulması için başlar. daha fazla eşleştirilmiş türlerin oluşumu spektrum özellikleri, örnek vardiya baskın ışık emme kısa dalga boyu daha uzun dalga boylarına bir değişikliğe yol açar. yansıma spektrumları beri abs muadiliorption spektrumları, yansıyan ışık gelen spektral kayma kırmızı mavi 9 renk değişikliği eşleşen kısa dalga boylarına uzun dalga boylarında, gider.
Bu Tekniği Mastering sonra gelecek Uygulamalar veya Tarifi
Bu kurulum kullanımını içeren çalışmalarımız esas vis-kırma ve alt işlemde, ağır petrol örnekleri hidro sırasında ayırma unsurlarının faz ile ilgili olsa da, teknik, petrol işleme birimleri ve çizgiler meydana gelen diğer faz ayırma mekanizmalarının incelenmesi (tatbik edilebilir mum kristalizasyon, emülsiyonlaşma engelleme performansını, vs.). Daha genel olarak, bu teknik, in situ bir numunenin optik özellikleri takip büyük önem taşımaktadır herhangi bir sisteme uygulanabilir.
Mevcut araştırma çabaları spektral özellikleri ve phy arasında daha fazla ilişki kurma odaklandıkSical özellikleri petrol örnekleri arasında (özellikle çözünürlük). Üç renk kanalının (RGB) olarak ifade edilmiştir, çünkü şu anda, görüntülerdeki spektrum bilgisi, sınırlıdır. Bu nedenle, bu tekniğin en umut verici gelişimi hiperspektral karakterizasyonu uygulanması yer alır.
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).
