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Use of ultrasound in petroleum residue upgradation

Authors


Abstract

Conventional processes for the upgradation of residual feedstocks, viz., thermal cracking and catalytic cracking are carried out in the temperature range of 400–520°C. Such high temperatures can in principle be substituted by acoustic cavitation. In the present work, two vacuum residues, namely, Arabian mix vacuum residue (AMVR) and Bombay high vacuum residue (BHVR) and one asphalt, viz., Haldia asphalt (HA) were subjected to acoustic cavitation for different reaction times from 15 min to 120 min at ambient temperature and pressure. An attempt has been made to seek a performance comparison of two devices of acoustic cavitation, namely, ultrasonic bath and ultrasonic horn with regard to their ability to upgrade the petroleum residues to lighter, more value-added products mainly the hydrocarbons boiling in the range of gas oil fraction. Another attempt has been made to study the effect of ultrasound on the upgradation of the residue when it is emulsified in water with the help of different surfactants. For all the cases, a kinetic model has been developed based on the constituents of the residue so as to get an insight into the reaction mechanism. The study revealed that ultrasonic horn is more effective in bringing about the upgradation than ultrasonic bath and that the acoustic cavitation of the aqueous emulsified hydrocarbon mixture could reduce the asphaltenes content to a greater extent than the acoustic cavitation of non-emulsified hydrocarbon mixture. The reduction in asphaltenes content of BHVR was found to be more followed by AMVR followed by HA. The variation in the rate constants was found to be feed specific and the rate constants for the conditions of maximum conversion of asphaltenes to gas oil for AMVR, BHVR and HA were found to be 0.29 × 10−4 s−1, 1.4 × 10−4 s−1 and 0.23 × 10−4 s−1, respectively.

Abstract

Les procédés traditionnels visant à enrichir la concentration des matières premières résiduelles, c.-à-d. le craquage thermique et le craquage catalytique, se font à des températures variant entre 400 et 520°C. Des températures aussi élevées peuvent, en principe, être substituées par la cavitation acoustique. Dans le cadre de cette étude, deux résidus sous vide, à savoir le mélange arabe de résidus sous vide (MARSV) et le résidu de vide poussé de Bombay (RVPB) et un asphalte, c.-à-d. l'asphalte Haldia (AH), ont été soumis à la cavitation acoustique selon différents temps de réaction, variant entre 15 et 120 minutes, à la température et la pression ambiantes. Une tentative a été faite pour chercher à obtenir une comparaison du rendement des deux dispositifs de cavitation acoustique, à savoir un bain à ultrasons et une sonde à ultrasons, en ce qui a trait à leur capacité à enrichir la concentration des résidus de pétrole de façon à obtenir des produits plus légers à valeur ajoutée accrue, principalement les hydrocarbures en ébullition dans la gamme de fractions gaz-pétrole. Une autre tentative a été faite pour étudier l'effet des ultrasons sur l'enrichissement de la concentration du résidu lorsqu'il est en émulsion dans l'eau avec l'aide de différents agents de surface. Dans tous les cas, on a élaboré un modèle cinétique fondé sur les éléments constitutifs du résidu de façon à obtenir un aperçu du mécanisme de réaction. L'étude a révélé que la sonde à ultrasons est plus efficace pour provoquer l'enrichissement de la concentration que le bain à ultrasons et la cavitation acoustique du mélange d'hydrocarbures en émulsion aqueuse pouvait réduire le contenu en asphaltènes dans une plus grande mesure que la cavitation acoustique d'un mélange d'hydrocarbures non en émulsion. La réduction du contenu en asphaltènes du RVPB s'est avérée être la plus grande, suivie du MARSV et de l'AH. La variation des constantes de vitesse de réduction s'est avérée être propre à la charge et les vitesses de réduction concernant les conditions de la conversion maximale des asphaltènes en gaz-pétrole du MARSV, du RVPB et de l'AH se sont avérées être de 0,29 × 10−4 s−1, 1,4 × 10−4 s−1 et 0,23 × 10−4 s−1, respectivement. Mots-clés: ultrason, cavitation, résidu de pétrole, agent de surface, émulsion, cinétique.

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