Role of Pressure in Coking of Thin Films of Bitumen

Authors


Abstract

An important step in the formation of product from feed in a fluidized-bed coker is the evolution of product and coke from layers of vacuum residue on the surfaces of heated particles and from liquid inside agglomerates of liquid and solid. In the present study, the yield of coke from Athabasca vacuum residue was measured using a reactor based on rapid induction heating of thin films of liquid feed on the surface of pieces of Curie-point alloy. This approach allowed measurement of the yield of coke at pressures from 101–652 kPa, temperatures of 503 and 530°C, and reaction times from 10 to 240 s. When the liquid was reacted in thin films of ca. 20 µm, the effects of temperature and pressure on coke yield were insignificant. As the film thickness was increased to 120 µm, the yield of coke increased at all conditions. The yield of coke from thicker films was only sensitive to total pressure at 503°C reaction temperature, when the pressure was increased from 377 kPa to 652 kPa. Observable bubbling due to cracking reactions during coking was suppressed by increasing pressure, and the transition from quiescent liquid to bubbling liquid increased from circa 26 µm at 101.3 kPa to 78 µm at 652 kPa at 503°C. The bubbling transition was much less sensitive to pressure at 530°C, falling in the range from 22 µm to 43 µm as pressure increased from 101.3 to 652 kPa. These results suggest that the most important effect of pressure will be on the physical behaviour of liquid feed, due to its impact on bubble evolution from liquid inside agglomerates of liquid and solid particles. Depending on the liquid/solid ratio in an agglomerate, the formation of bubbles inside such a structure would make it weaker and easier to disperse on the fluidized bed reactor.

Abstract

Une étape importante dans la formation des produits à partir de l'alimentation dans un cokeur à lit fluidisé réside dans l'évolution des produits et du coke à partir des couches de résidu sous vide à la surface des particules chauffées et à partir du liquide contenu dans les agglomérats de liquide et de solide. Dans la présente étude, le rendement en coke de résidus sous vide d'Athabasca a été mesuré à l'aide d'un réacteur basé sur le chauffage par induction rapide de films minces d'alimentation liquide à la surface de pièces d'alliage au point de Curie. Cette méthode permet de déterminer le rendement en coke à des pressions entre 101 et 652 kPa, des températures entre 503 et 530ºC et des temps de réaction entre 10 et 240 s. Lorsqu'on fait réagir le liquide dans les films minces de l'ordre de 20 microns, l'effet de la température et de la pression sur le rendement en coke est faible. À mesure que l'épaisseur de film augmente jusqu'à 120 microns, le rendement en coke augmente quelles que soient les conditions. Le rendement en coke obtenu avec des films plus épais est sensible à la pression totale seulement à une température de réaction de 503ºC, lorsque la pression passe de 377 kPa à 652 kPa. Un bullage observable dû aux réactions de craquage lors de la cokéfaction est supprimé en augmentant la pression, et la transition entre le liquide en repos et le liquide bullant augmente pour passer d'environ 26 microns 101,3 kPa à 78 microns à 652 kPa et 503ºC. La transition de bullage est beaucoup moins sensible à la pression à 530ºC, tombant entre 22 microns et 43 microns alors que la pression augmente de 101,3 à 652 kPa. Ces résultats suggèrent que l'effet de la pression le plus important sera sur le comportement physique de l'alimentation liquide, en raison de son impact sur l'évolution des bulles à partir du liquide contenu dans les agglomérats de liquide et de particules solides. Selon le rapport liquide-solide dans un agglomérat, la formation des bulles à l'intérieur d'une telle structure les rendrait plus légères et plus faciles à se disperser dans le réacteur à lit fluidisé.

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