來自由美國加州斯坦福大學管理的SLAC國家加速器實驗室的科學家們正在著手開發一項旨在于更好分析原油中硫化物腐蝕速率的新型分析工具。

    該X射線分析法是SLAC旗下斯坦福同步輻射光源分部（SSRL）所進行一系列試驗項目的一部分。 在該項目中，來自于雪佛龍公司和薩斯喀徹溫大學的研究人員正在SSRL進行一系列的試驗與分析來研究原油中存在硫的不同形式。

    通過運用X射線光譜法來觀察原油，我們能夠觀察并解釋高專一性硫化物所具有的復雜化學性質。

    雪佛龍公司的材料研究工程師Monica Barney

    原油中時常存在的化合物包括噻吩和芳香硫醚。雪佛龍公司旗下的許多煉油廠和石油化工產品處理站每天都要處理大量原油。掌握高溫環境下原油處理設備中的原油腐蝕速率能使工程師采取腐蝕預防手段來保護設備。

    歷史數據采集法

    Barney表示原油中存在的硫會與各種設備中的金屬發生反應從而對設備造成破壞。因此，工程師必須考慮這些化學反應以確保原油加工時的安全性。

    工程師能輕而易舉地測定原油中存在的硫含量，但硫濃度的高低與腐蝕程度并沒有關聯，這使得工程師們很難預測某種原油在高溫下的腐蝕性。

    我們可以測定硫濃度，但無法確定其化學反應度，了解原油中硫的類型對于預測可能出現的腐蝕來說至關重要。“

    Barney：雪佛龍公司和薩斯喀徹溫大學的合作就此開始。在收集完研究數據后，Barney團隊將嘗試分析獲取到的試驗數據結果。

    Barney表示多年以來石油行業使用的是實地匯編數據——腐蝕速率以時間的形式來代表一系列經常被使用的合金；而被稱為”修正后的納爾遜曲線“使用的是含有wt%硫含量原油的試驗數據，并通過溫度的形式來體現腐蝕速率。

    但是這種方法無法用來表征和量化不同種類的硫，原因是不同硫的組成不同，因此其化學反應度的變化程度可能超過一個數量級，尤其是在高溫情況下。

    光譜分析法

    在搜尋答案的過程中，Barney的團隊無意中在網上發現了由薩斯喀徹溫大學Graham George和Ingrid Pickering兩位教授所繪制的曲線圖，兩位均是SSRL 的前雇員，曾在SSRL研究所進行過有關分子生物學和毒物學的實驗研究。

    該曲線圖顯示的光譜所采集的數據均為各種類型硫（類似于原油中存在的硫）的數據疊加，展示了如何通過將整體光譜與標準庫進行對比以確定單個化合物的類型，使研究人員能更詳細地了解不同原油中存在的硫化合物的組成。

    當我偶然發現這個曲線圖時，我知道這就是我們多年來一直在找尋、需要的東西。這種表征法可以幫助量化不同種類的硫。

    Barney：此外，他們還研發了一種使用”軟X射線“來檢驗石油的方法，這種射線的強度值處于高能和低能X射線之間。通過使用強度適中的X射線，研究人員能夠收集有關硫和與硫相關其他化學元素的詳細信息。這種檢驗法將強度適中的X射線照射在樣品的表面薄層上，X射線可以收集來自樣品的某些信號，研究人員可以根據這些信號來準確預測樣品的組成。

    研究人員使用的樣品可以是原油、石油的蒸餾產品、加工或萃取后獲得的產品。此類樣品中硫或其他元素的濃度范圍從100ppm至2wt%不等。樣品的腐蝕速率將在高溫情況下暴露在金屬表面上時進行測定。

    在一個實驗案例中，研究人員將一份樣品與一片金屬合金共同放入高壓釜中。該金屬片的大小或形狀并不固定，同時在被投入高壓釜的前后都會對其進行稱重和測量。

    此外，樣品和金屬合金還能被置于探針中通過觀察陽極電阻的變化來測量記錄實時腐蝕速率。在這種情況下，高壓釜的最高溫度能保持在398.9攝氏度，壓力保持在1,000 psi。

    具體操作是先將合金片插入到樣品中，接著將高壓釜密封，然后將溫度提升到試驗溫度，使石油發生沸騰攪動，試驗時間通常為8小時至6個月。

    所有樣品的腐蝕速率都將與樣品中單獨的各項組分的相對含量進行比較以建立數據模型或方程式。該模型將腐蝕速率和樣品中的不同元素含量建立起聯系，如在百萬分率等級下硫，氮，氧和氯的含量。

    經改良的硫化腐蝕預測結果

    這些試驗結果能提供有關不同石油中硫相對含量的信息，研究人員能將這些數據與現有模型結合以提高腐蝕預測結果的精確性。

    George表示”這正是一個將光譜學投入實際應用的實例“，并認為在2018年將對其進行進一步的測試。

    利用X射線進行的分析實驗是由雪佛龍公司和薩斯喀徹溫大學的研究團隊共同進行的，雙方表示將使用其他實驗方法進行分析以增強對原油中硫的化學性的認識。雙方的研究目標是將通過使用多種化學表征方法得到的實驗數據與從腐蝕研究和計算機模擬預測得到腐蝕相關數據進行結合、比較。

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責任編輯：王元

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