Phase behaviour of CO2 -bitumen fractions

Authors

  • Robert R. Eastick,

    1. Department of Chemical and Petroleum Engineering, The University of Calgary, Calgary, Alberta T2N IN4
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  • William Y. Svrcek,

    1. Department of Chemical and Petroleum Engineering, The University of Calgary, Calgary, Alberta T2N IN4
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  • Anil K. Mehrotra

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Petroleum Engineering, The University of Calgary, Calgary, Alberta T2N IN4
    • Department of Chemical and Petroleum Engineering, The University of Calgary, Calgary, Alberta T2N IN4
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Abstract

The phase behaviour of Cold Lake bitumen and its five fractions (or “cuts”) saturated with carbon dioxide is examined. The two lightest fractions (bp < 510°C) were clear liquids, whereas the third and fourth fractions were dark and viscous, i.e. much like the whole bitumen. The fifth fraction was a glass-like solid, with a softening temperature of approximately 100°C. The vapour-liquid equilibrium (VLE) data for the bitumen and bitumen fractions saturated with CO2 were collected at temperatures from 25 to 150°C and pressures up to 10 MPa. Experiments were also performed at conditions under which pure CO2 exists as a liquid. The VLE and LLE data were correlated with the Peng-Robinson equation of state by modeling each bitumen fraction as one pseudocomponent whose critical properties and acentric factor were estimated from correlations available in the literature.

The CO2-solubility and density data were used to develop generalized correlations for the critical pressure and the binary interaction parameter (kij) in terms of molar mass and critical temperature. The model was subsequently used to predict the solubility of CO2 in the whole bitumen which was represented as a 5-component mixture. A correlation for Cut i-Cut j binary interaction parameter (kij) was developed in terms of temperature and the difference in hydrocarbon molar masses. The average deviation in the predicted and experimental CO2-solubility in the whole Cold Lake bitumen was less than 7%.

Abstract

On examine ici le comportement de phase du bitume de Cold Lake et de ses cinq fractions (ou «coupures») saturées avec du dioxyde de carbone. Les deux fractions les plus légères (bp < 510°C) sont des liquides clairs, tandis que les troisième et quatrième fractions sont noires et visqueuses comme le bitume pur. La cinquième fraction est solide comme du verre, avec une température de ramollissement approximative de 100°C. Les données d'équilibre liquide-vapeur (ELV) pour le bitume et les fractions de bitume saturées avec du CO2 ont été recueillies à des températures comprises entre 25 et 150°C et des pressions allant jusqu'à 10 MPa. Les expériences ont également été menées en présence de CO2 pur sous forme liquide. On a corréle lés données d'équilibre ELV et ELL avec l'éequation d'état de Peng-Robinson en modélisant chaque fraction de bitume comme un pseudo-composant dont les propriétés critiques et le facteur acentrique furent estimés à partir des corrélations parus dans les travaux publiés.

On a utilisé les données de la solubilité du CO2 et de la masse volumique pour établir des corrélations généralisées pour la pression critique et le paramètre d'interaction binaire (Kij) en fonction de la masse molaire et de la température critique. On a utilisé par la suite le modèle pour prédire la solubilité du CO2 dans le bitume pur qui est représenté comme un mélange è 5 composants. Une corrélation a été établie pour le paramétre d'interaction binaire fraction i-fraction j par rapport à la température et à la différence dans les masses molaires des hydrocarbures. L'écart moyen dans la solubilité prédite et expérimental du CO2 dans le bitume de Cold Lake est inférieur à 7%.

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