정유 공정 조건에서 오일 샘플의 위상 행동 제자리 시각화에서
Summary
This article describes a setup and method for the in situ visualization of oil samples under a variety of temperature and pressure conditions that aim to emulate refining and upgrading processes. It is primarily used for studying isotropic and anisotropic media involved in the fouling behavior of petroleum feeds.
Abstract
To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to visualize the behavior of petroleum samples under process conditions. The experimental setup relies on a custom-built micro-reactor fitted with a sapphire window at the bottom, which is placed over the objective of an inverted microscope equipped with a cross-polarizer module. Using reflection microscopy enables the visualization of opaque samples, such as petroleum vacuum residues, or asphaltenes. The combination of the sapphire window from the micro-reactor with the cross-polarizer module of the microscope on the light path allows high-contrast imaging of isotropic and anisotropic media. While observations are carried out, the micro-reactor can be heated to the temperature range of cracking reactions (up to 450 °C), can be subjected to H2 pressure relevant to hydroconversion reactions (up to 16 MPa), and can stir the sample by magnetic coupling.
Observations are typically carried out by taking snapshots of the sample under cross-polarized light at regular time intervals. Image analyses may not only provide information on the temperature, pressure, and reactive conditions yielding phase separation, but may also give an estimate of the evolution of the chemical (absorption/reflection spectra) and physical (refractive index) properties of the sample before the onset of phase separation.
Introduction
온도, 압력, 및 반응 조건의 넓은 범위의 오일 샘플의 위상 거동의 연구 급식의 다양한 처리하는 정제 조작에 대한 유용한 정보를 얻을 수있다. 특히, 코크스 또는 침전물의 비 제어에 의한 형성 프로세스 유닛 및 라인의 오염이 심각하게 제조 (처리량의 감소), 에너지 효율성 (열전달 저항의 증가) 1, 2, 3에 영향을 미칠 수있다. 가능은 매우 부정적인 경제적 영향 (4)을해야 청소 목적을위한 종료가 필요할 수 있습니다 재료를 오염의 축적에 의한 밀봉을. 사료의 오염 성향의 평가를 수행하는 공정 조건 (5)의 최적화 및 정제 스트림의 배합에 매우 유용 할 수있다.
우리는 현장에서 개발 한실험실 석유 안정성 분석 정제 공정 조건에 따라 오일 샘플의 시각화를 허용한다. 이 장치는 스테인리스 이음쇠 제조되고 하단 밀봉 사파이어 윈도우를 구비 한 반응기에 특별히 설계에 의존한다. 장치의 기본 원리는 온도와 압력의 원하는 범위의 반응기 내부의 샘플 결과 교차 편광 반사 이미지의 조명이다. 반면 비스 브레이킹 (visbreaking) 조건 6, 7, 8, 9 (고압이 필요하지 않은), 반응기 설계는 (수소 전환에 따라 샘플의 거동을 조사하기 위해 철저하고 에뮬레이트 열분해 과정에 초점이 설정 이전 문서 작업 대하여 촉매 하에서 크래킹 높은 H 2 압력)과 높은 사전에서 균열 aquathermal 10 (열ssure 증기) 조건. 따라서, 장치가 최대 6 시간의 반응 시간, 450 ° C, 16 MPa의 양쪽을 유지하는 능력은 20-450 ° C의 온도 범위 및 0.1-16 MPa의 압력 범위에서 작동하기 위해 수정되었다.
온도, 압력, 및 반응 조건의 특정한 범위 하에서 시료의 영상 정보에 대한 분석의 첫 단계는 샘플이 단상 또는 다상인지 여부를 결정하는 것이다. 이 불투명 등방성 물질의 시각화를 허용하고 다른 작업 (11)에 기재된 이방성 물질의 시각화에 한정되지 않음에이 시스템은 유일하다. 샘플의 오염 성향의 주요 지표는 벌크 액체에서 퇴적물을 드롭하는 경향이 있지만, 기액, 액체 – 액체 – 고체, 액체,보다 복잡한 위상 거동이 관찰 될 수있다. 이 HOM 유지하지만, 유용한 정보는 액체의 시각적 진화로부터 추출 될 수있다ogeneous (단상). 시료의 색은 가시 광선 영역에서의 스펙트럼 정보 (380-700 ㎚)의 서브 세트 일 수있는 동안 특히, 영상의 밝기가 굴절률과 시료의 흡광 계수에 관한 것이다 그 화학 9 기술자로 사용된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜 내에서 중요한 단계
이 프로토콜의 첫 단계는 중요한 실험 감압하에 수행 될 경우 특히 상기 금속 – 사파이어 시일의 무결성을 보장한다. 따라서, 병렬, 평활성 및 밀봉면의 청결도주의 깊게 검사되어야하며, 누출 검사 철저해야한다. 사파이어의 파열 계수 때문에 두꺼운 사파이어 윈도우 고온 고압 작업용 표기 온도 (14)의 감소 함수이다. 지침으로?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors acknowledge Daniel Palys for supplying Figure 12 and for his assistance in managing laboratory supplies.
Materials
| Sapphire window, C-plane, 3mm 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
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