Name: in situ visualization of the phase behavior of oil samples under refinery process conditions
Uploaded: 2017-02-21T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions at JoVE.com

The authors acknowledge Daniel Palys for supplying Figure 12 and for his assistance in managing laboratory supplies.

זהירות: משתמש בכל נהלי הבטיחות המתאימים בעת ביצוע ניסוי בתנאי טמפרטורה ולחץ גבוה, כולל השימוש של בקרות הנדסה (מגבילה זרימה H 2, רגולטורים לחצו, והרכבת דיסק קרע) וציוד מגן אישי (משקפי מגן, כפפות טמפרטורה עמידה , חלוק, מכנסיים באורך מלא, ונעליים סגורות). התייעץ כל גיל?...

<ol>
	<li>Gray, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Upgrading Petroleum Residues and Heavy Oils. , (1994).</li><li>Wiehe, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Process Chemistry of Petroleum Macromolecules. , (2008).</li><li>Rahimi, P. M., Teclemariam, A., Taylor, E., deBruijn, T., Wiehe, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+Processing+Limits+of+Athabasca+Bitumen+during+Visbreaking+Using+Solubility+Parameters.">Thermal Processing Limits of Athabasca Bitumen during Visbreaking Using Solubility Parameters.</a> Heavy Hydrocarbon Resources, ACS Symposium Series, Volume 895. , (2005).</li><li>Wiehe, I. A., Kennedy, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+Oil+Compatibility+Model+to+Refinery+Streams.">Application of the Oil Compatibility Model to Refinery Streams.</a> Energy Fuels. 14 (1), 60-63 (2000).</li><li>Rahimi, P., Gentzis, T., Cott&#233;, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+Thermal+Behavior+and+Interaction+of+Venezuelan+Heavy+Oil+Fractions+Obtained+by+Ion-Exchange+Chromatography.">Investigation of the Thermal Behavior and Interaction of Venezuelan Heavy Oil Fractions Obtained by Ion-Exchange Chromatography.</a> Energy Fuels. 13 (3), 694-701 (1999).</li><li>Bagheri, S. R., Gray, M. R., McCaffrey, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Depressurization+and+Cooling+on+the+Formation+and+Development+of+Mesophase.">Influence of Depressurization and Cooling on the Formation and Development of Mesophase.</a> Energy Fuels. 25 (12), 5541-5548 (2011).</li><li>Bagheri, S. R., Gray, M. R., Shaw, J., McCaffrey, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Observation+of+Mesophase+Formation+and+Coalescence+in+Catalytic+Hydroconversion+of+Vacuum+Residue+Using+a+Stirred+Hot-Stage+Reactor.">In Situ Observation of Mesophase Formation and Coalescence in Catalytic Hydroconversion of Vacuum Residue Using a Stirred Hot-Stage Reactor.</a> Energy Fuels. 26 (6), 3167-3178 (2012).</li><li>Bagheri, S. R., Gray, M. R., McCaffrey, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depolarized+Light+Scattering+for+Study+of+Heavy+Oil+and+Mesophase+Formation+Mechanisms.">Depolarized Light Scattering for Study of Heavy Oil and Mesophase Formation Mechanisms.</a> Energy Fuels. 26 (9), 5408-5420 (2012).</li><li>Laborde-Boutet, C., Dinh, D., Bender, F., Medina, M., McCaffrey, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Observation+of+Fouling+Behavior+under+Thermal+Cracking+Conditions:+Hue,+Saturation+and+Intensity+Image+Analyses.">In Situ Observation of Fouling Behavior under Thermal Cracking Conditions: Hue, Saturation and Intensity Image Analyses.</a> Energy Fuels. 30, 3666-3675 (2016).</li><li>Dinh, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> In-Situ Observation of Heavy-Oil Cracking using Backscattering Optical Techniques. MSc Thesis. , (2015).</li><li>Rahimi, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+Coking+Propensity+of+Narrow+Cut+Fractions+from+Athabasca+Bitumen+Using+Hot-Stage+Microscopy.">Investigation of Coking Propensity of Narrow Cut Fractions from Athabasca Bitumen Using Hot-Stage Microscopy.</a> Energy Fuels. 12 (5), 1020-1030 (1998).</li><li>Hanbury, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Constructing+cylindrical+coordinate+colour+spaces.">Constructing cylindrical coordinate colour spaces.</a> Pattern Recognition Letters. 29 (4), 494-500 (2008).</li><li>Gonzalez, R. C., Woods, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Digital Image Processing, Third Edition. , (2008).</li><li>Wachtman, J. B., Maxwell, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strength+of+Synthetic+Single+Crystal+Sapphire+and+Ruby+as+a+Function+of+Temperature+and+Orientation.">Strength of Synthetic Single Crystal Sapphire and Ruby as a Function of Temperature and Orientation.</a> J. Am. Ceram. Soc. 42 (9), 432-433 (1959).</li><li>Kaye, G. W. C., Laby, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 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. , (1995).</li><li>Malitson, I. H., Dodge, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Refractive+Index+and+Birefringence+of+Synthetic+Sapphire.">Refractive Index and Birefringence of Synthetic Sapphire.</a> J. Opt. Soc. Am. 62 (11), 1405 (1972).</li><li>Buckley, J. S., Hirasaki, G. J., Liu, Y., Von Drasek, S., Wang, J. X., Gill, B. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asphaltene+Precipitation+and+Solvent+Properties+of+Crude+Oils.">Asphaltene Precipitation and Solvent Properties of Crude Oils.</a> Pet. Sci. Technol. 16 (3-4), 251-285 (1998).</li><li>Perrotta, A., McCullough, J. P., Beuther, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure-Temperature+Microscopy+of+Petroleum-Derived+Hydrocarbons.">Pressure-Temperature Microscopy of Petroleum-Derived Hydrocarbons.</a> Prepr. Pap. Am. Chem. Soc., Div. Pet. Chem. 28 (3), 633-639 (1983).</li></ol>

צעדים קריטיים בתוך הפרוטוקול השלב הקריטי הראשון בפרוטוקול הוא הבטחה שלמות חותם מתכת אל-ספיר, במיוחד אם הניסוי הוא להתבצע תחת לחץ. לפיכך, ההקבלה, החלקלקות, ואת הניקיון של משטחי האיטום יש לבדוק בקפידה, ואת בדיקות הדליפה צריכות להיות ?...

המחקר של התנהגות השלב של דגימות שמנות במגוון רחב של טמפרטורות, לחצים, ותנאי תגובתי יכול להניב מידע שימושי מאוד עבור המפעיל של בית זיקוק שמעבדת מגוון של זנות. בפרט, העכירות של יחידות תהליך וקווים ידי היווצרות בלתי מבוקרת של קוק או משקעים יכולה להשפיע על ייצור קשה (אובדן התפוקה) וצריכת אנרגיה יעילה (גידול התנגדות העברת חום) 1, 2, 3. חיבור שנגרם אפשרי על ידי ההצטברות של עכירות חומר עשוי לדרוש כיבוי למטרות לנקות, אשר תהיה השפעה כלכלית שלילית מאוד 4. מבצע הערכה של נטיות עכירות של זנות יכולה להיות יקר מאוד עבור אופטימיזציה של תנאי תהליך 5 ואת המיזוג של זרמי זיקוק. פתחנו באתרומנתח של יציבות נפט במעבדה שלנו כדי לאפשר ההדמיה של דגימות שמן בכפוף לתנאי תהליך הזיקוק. מנגנון זה מסתמך על הכור תוכנן במיוחד עשוי אביזרי נירוסטה מצויד חלון ספיר אטום בתחתית. העיקרון המרכזי של המכשיר הוא הארת המדגם בתוך הכור על הטווח הרצוי של טמפרטורה והלחץ ואת ההדמיה של ההשתקפות הצולבת מקוטב שהתקבלה. בעוד מחקרים קודם שפורסמו בהשוואה להגדרה זו מתמקדת בתהליכי פירוק תרמיים לחקות תנאי visbreaking 6, 7, 8, 9 (אשר אינם דורשים בלחץ גבוה), עיצוב הכור עבר שינוי מקיף כדי לחקור את ההתנהגות של דגימות תחת hydroconversion (קטליטי פיצוח תחת H 2 בלחץ גבוה) ו aquathermal 10 (תרמית פיצוח תחת טרום גבוההקיטור ssure) תנאים. לכן, המכשיר תוקן על מנת לפעול בטווח 20-450 ° C הטמפרטורה ואת הטווח לחץ 0.1-16 MPa, עם היכולת לקיים הוא 450 ° C ו -16 מגפ&quot;ס עבור זמני תגובה של עד 6 שעות. הרמה הראשונה של ניתוח על המידע החזותי של הדגימות תחת טווח מסוים של טמפרטורה, לחץ, ותנאי תגובתי היא לקבוע אם המדגם הוא חד פאזיים או רב שלבית. מערכת זו היא ייחודית בכך שהיא מאפשרת ההדמיה של חומר איזוטרופי אטום אינו מוגבלת ההדמיה של חומר איזוטרופי המתואר עבודה אחרת 11. בעוד האינדיקטור המרכזי של הנטייה עכירות של דגימות היא הנטייה לרדת משקעים מתוך נוזלים בצובר; גז נוזלי, נוזל-נוזל, נוזל-מוצק, והתנהגויות שלב מורכבות יותר ניתן לצפות. עם זאת, מידע רב ערך יכול גם להיות הופק האבולוציה החזותית של נוזל כפי שהוא נשאר Homogeneous (חד פאזיים). בפרט, את הבהירות של תמונות קשורה מקדם השבירה ואת מקדם הכחדה של המדגם, בעוד הצבע של המדגם הוא קבוצת משנה של מידע ספקטרלי שלה בטווח האור הנראה (380-700 ננומטר), אשר יכול להיות משמש תאר הכימיה שלה 9.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sapphire window, C-plane, 3mm thick - 20 mm diam., Scratch/Dig: 80/50</td>
			<td>Guild Optical Associates</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-seal</td>
			<td>American Seal &#38; Engineering</td>
			<td>31005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Type-K thermocouple</td>
			<td>Omega</td>
			<td>KMQXL-062U-9&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrule (1/16&#34;)</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-103-1</td>
			<td>Inserted for creating a clearance gap between the magnet and the window surface</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coil Heater</td>
			<td>OEM Heaters</td>
			<td>K002441</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller</td>
			<td>Omron</td>
			<td>E5CK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axio Observer.D1m</td>
			<td>Require cross-polarizer module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene, 99.9% HPLC Grade</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>Catalog # T290-4</td>
			<td>Harmful, to be handled in fume hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methylene chloride, 99.9% HPLC Grade</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>Catalog # D143-4</td>
			<td>Harmful, to be handled in fume hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone, 99.7 Certified ACS Grade</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>Catalog # A18P-4</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ visualization of the phase behavior of oil samples under refinery process conditions

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 &#176;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.

האבולוציה החזותית של שאריות אבק Athabasca היא נציג של ההתנהגות של דגימות נפט גולמי כבד asphaltenic ודוגמאות שאריות אבק asphaltenic בתנאי פיצוח תרמיים. עם זאת, באמצעות מדגמים שונים ו / או טמפרטורה שונה, לחץ, או תנאי תגובה יכול להצמיח מגוון רחב של התנהגויות שלב. Micrographs...

Watch this Scientific Journal Video about In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions at JoVE.com

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

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.

באתרו ויזואליזציה של התנהגות השלב של דוגמאות שמן בתנאי תהליך זיקוק

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 ...

Research

JoVE Journal

Engineering

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

רגישות גבוהה תהודה מגנטית גרעינית בחצי Giga-פסקל: כלי חדש לבדיקת מאפיינים אלקטרוניים והכימיים של חומר מעובה בתנאים קיצוניים

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

המצאה של אור לבן פולטות תאים אלקטרוכימיים עם פליטה יציבה מ Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

אתגרים ראולוגיות אפיון השעיות מרוכזות מאוד - מקרה עבור משחות כסף הדפסת מסך

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

מנגנון בדיקה חדשנית Biaxial לקביעת גבול יצירת תחת תנאי חם החתמת

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

פקד שדה חשמלי של הברית אלקטרונית ב- WS Nanodevices2 מאת אלקטרוליט Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture

שבירה Extrudate זרז נבואה על סמך המודולוס של קרע

The mechanical strength of extruded catalysts and their natural or forced breakage by either collision against a surface or by a compressive load in a ...

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

התהליך הניסיוני במחקרי מעבדה של בחיי עיר בוער: דליקות והיעילות צריבה של נפט גולמי

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory ...

Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

שילוב מיקרופלואידיקה Microrheology כדי לקבוע מאפייני Rheological מחומר רך במהלך שלב חוזרות מעברים

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

שיטות של באתרו לשעבר בחיי עיר חקירות של המרות מבניים: המקרה של התגבשות של משקפיים מתכתי

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...