En utilisant les techniques de rayons X, les scientifiques développent un outil d'analyse qui peut prédire avec plus de précision comment les composés soufrés d'un lot de pétrole brut pourraient corroder l'équipement, un problème de sécurité important pour l'industrie pétrolière.

Les résultats de ces expériences en cours à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du laboratoire national d'accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie amélioreront les directives de l'industrie. L'objectif est de caractériser les types de soufre les plus critiques à identifier dans l'huile, afin de mieux anticiper le potentiel de taux de corrosion.

Une équipe de chercheurs de Chevron et de l'Université de la Saskatchewan effectue une série d'études à SSRL pour examiner de près les formes de soufre dans le pétrole brut.

"En regardant le pétrole brut avec une combinaison de techniques de spectroscopie aux rayons X, nous avons pu examiner et décrire la chimie complexe des composés soufrés avec une haute spécificité, " a déclaré Monica Barney, ingénieur de recherche en matériaux chez Chevron.

Complexités dans les données

Près d'un million de barils de pétrole sont traités chaque jour dans les principales raffineries de Chevron à travers les États-Unis, et le soufre présent dans l'huile peut réagir avec les métaux dans divers types d'équipement et causer des dommages. Ces réactions sont quelque chose que les ingénieurs doivent prendre en compte pour assurer un traitement sûr et fiable.

Mais des concentrations élevées de soufre ne sont pas toujours en corrélation avec des niveaux élevés de corrosion, ou l'inverse, et cela rend difficile de prévoir à quel point un pétrole brut particulier sera corrosif.

"On peut mesurer la concentration de soufre, mais il ne vous parle pas de la réactivité, " dit Barney, qui dirige les études. "Connaître le type de soufre dans le pétrole brut est d'une importance cruciale pour prédire les propriétés liées à la corrosion."

La collaboration a commencé lorsque Barney travaillait sur une étude de corrosion distincte à SSRL. Après avoir collecté les données, l'équipe Chevron avait du mal à interpréter les complexités qu'elle voyait dans les résultats.

Dans une recherche en ligne, ils sont tombés sur un diagramme élaboré par deux professeurs de l'Université de la Saskatchewan, Graham George et Ingrid Pickering, alors qu'ils faisaient partie du personnel de SSRL. Ils mènent depuis des années des expériences de biologie moléculaire et de toxicologie au synchrotron SSRL.

Le diagramme montrait des informations de spectroscopie recueillies à partir de la superposition de données sur de nombreux types de soufre, semblable à ce qui est vu dans le pétrole brut. Il a montré comment la comparaison d'un spectre global à une bibliothèque de normes pouvait identifier des types individuels de composés.

"Quand je suis tombé sur ce chiffre, Je pensais, 'Ça y est. C'est ce dont on a besoin.' C'est ce que nous recherchions depuis des années :une méthode de caractérisation qui pourrait quantifier les quantités de chaque type de soufre, " dit Barney.

L'idée était d'utiliser la même technique - la spectroscopie d'absorption des rayons X au soufre K-edge - pour mesurer et déterminer les types de soufre dans les pétroles bruts.

Barney a rapidement commencé à collaborer avec George et Pickering pour trouver une solution. Tous deux ont travaillé auparavant dans l'industrie pétrolière et gazière, et Barney dit que leur expertise correspondait parfaitement à ce que Chevron voulait étudier.

Avec cette méthode d'analyse, l'équipe a développé une approche pour examiner le pétrole brut avec « des rayons X tendres, " qui occupent le juste milieu entre les rayons X à haute énergie et à basse énergie.

Adapté à la bonne énergie, Les rayons X ont permis aux chercheurs de collecter des informations détaillées sur le soufre et ses voisins chimiques et d'aider à démêler les informations qui se chevauchent générées par les similitudes dans les composés soufrés.

Comprendre la chimie du soufre

Le grand nombre de divers composés soufrés présents dans le pétrole brut, chacun subtilement différent des autres, rend les résultats de la plupart des types de techniques de caractérisation difficiles à interpréter ou même non concluants.

Le travail de spectroscopie d'absorption des rayons X au SSRL permet aux scientifiques de voir une description précise de la chimie du soufre du pétrole brut.

« Ceci est un exemple d'utilisation de la spectroscopie de pointe pour une application dans le monde réel, " dit Georges.

Ce travail fait partie d'une collaboration plus large chez Chevron qui utilise plusieurs autres techniques pour comprendre la chimie du soufre dans le pétrole brut. Les données expérimentales de plusieurs méthodes de caractérisation chimique sont combinées et comparées aux données des études de corrosion et aux prédictions de la modélisation informatique.