Utilizzando le tecniche a raggi X, gli scienziati stanno sviluppando uno strumento di analisi in grado di prevedere in modo più accurato come i composti di zolfo in un lotto di petrolio greggio potrebbero corrodere le apparecchiature, un importante problema di sicurezza per l'industria petrolifera.

I risultati di questi esperimenti in corso presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) presso lo SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia miglioreranno le linee guida del settore. L'obiettivo è quello di caratterizzare i tipi di zolfo più critici da identificare nell'olio, al fine di anticipare meglio il potenziale dei tassi di corrosione.

Un team di ricercatori della Chevron e dell'Università del Saskatchewan sta eseguendo una serie di studi presso SSRL per esaminare da vicino le forme di zolfo nel petrolio greggio.

"Osservando il petrolio greggio con una combinazione di tecniche di spettroscopia a raggi X, siamo stati in grado di esaminare e descrivere la complessa chimica dei composti solforati con elevata specificità, " ha detto Monica Barney, un ingegnere di ricerca sui materiali alla Chevron.

Complessità nei dati

Quasi un milione di barili di petrolio vengono lavorati in un dato giorno nelle principali raffinerie Chevron negli Stati Uniti, e lo zolfo presente nell'olio può reagire con i metalli in vari tipi di apparecchiature e causare danni. Queste reazioni sono qualcosa che gli ingegneri devono considerare per garantire un'elaborazione sicura e affidabile.

Ma le alte concentrazioni di zolfo non sono sempre correlate ad alti livelli di corrosione, o viceversa, e questo rende difficile prevedere quanto sarà corrosivo un particolare greggio.

"Possiamo misurare la concentrazione di zolfo, ma non ti dice della reattività, "dice Barney, chi conduce gli studi. "Conoscere il tipo di zolfo nel petrolio greggio è di fondamentale importanza per prevedere le proprietà legate alla corrosione".

La collaborazione è iniziata quando Barney stava lavorando a uno studio sulla corrosione separato presso SSRL. Dopo aver raccolto i dati, il team Chevron era alle prese con come interpretare le complessità che vedevano nei risultati.

In una ricerca online, si sono imbattuti in un diagramma sviluppato da due professori dell'Università del Saskatchewan, Graham George e Ingrid Pickering, mentre erano nello staff di SSRL. Hanno condotto per anni esperimenti di biologia molecolare e tossicologia al sincrotrone SSRL.

Il diagramma mostrava le informazioni spettroscopiche raccolte dalla sovrapposizione di dati su molti tipi di zolfo, simile a quanto visto nel petrolio greggio. Ha mostrato come confrontare uno spettro complessivo con una libreria di standard potrebbe identificare i singoli tipi di composti.

"Quando mi sono imbattuto in questa figura, Ho pensato, 'Questo è. Questo è ciò di cui abbiamo bisogno.' È quello che stavamo cercando da anni:un metodo di caratterizzazione in grado di quantificare le quantità di ciascun tipo di zolfo, "dice Barney.

L'idea era di utilizzare la stessa tecnica, la spettroscopia di assorbimento dei raggi X sul bordo K dello zolfo, per misurare e determinare i tipi di zolfo negli oli grezzi.

Barney iniziò presto a collaborare con George e Pickering per trovare una soluzione. Entrambi hanno lavorato in precedenza nell'industria petrolifera e del gas, e Barney afferma che la loro esperienza corrispondeva perfettamente a ciò che la Chevron voleva studiare.

Con questo metodo di analisi, il team ha sviluppato un approccio per esaminare il petrolio greggio con "raggi X teneri, " che occupano la via di mezzo tra i raggi X ad alta e bassa energia.

Sintonizzati sull'energia corretta, I raggi X hanno permesso ai ricercatori di raccogliere informazioni dettagliate sullo zolfo e sui suoi vicini chimici e aiutare a prendere in giro le informazioni sovrapposte generate dalle somiglianze nei composti dello zolfo.

Capire la chimica dello zolfo

Il gran numero di vari composti solforati presenti nel petrolio greggio, ognuno sottilmente diverso dagli altri, rende i risultati della maggior parte delle tecniche di caratterizzazione difficili da interpretare o addirittura inconcludenti.

Il lavoro di spettroscopia di assorbimento dei raggi X presso SSRL consente agli scienziati di vedere una descrizione precisa della chimica dello zolfo del petrolio greggio.

"Questo è un esempio di utilizzo della spettroscopia all'avanguardia per un'applicazione del mondo reale, "dice Giorgio.

Questo lavoro fa parte di una più ampia collaborazione alla Chevron che utilizza diverse altre tecniche per comprendere la chimica dello zolfo nel petrolio greggio. I dati sperimentali di diversi metodi di caratterizzazione chimica vengono combinati e confrontati con i dati degli studi sulla corrosione e le previsioni della modellazione al computer.