来自由美国加州斯坦福大学管理的SLAC国家加速器实验室的科学家们正在着手开发一项旨在于更好分析原油中硫化物腐蚀速率的新型分析工具。
该X射线分析法是SLAC旗下斯坦福同步辐射光源分部（SSRL）所进行一系列试验项目的一部分。 在该项目中，来自于雪佛龙公司和萨斯喀彻温大学的研究人员正在SSRL进行一系列的试验与分析来研究原油中存在硫的不同形式。
通过运用X射线光谱法来观察原油，我们能够观察并解释高专一性硫化物所具有的复杂化学性质。
雪佛龙公司的材料研究工程师Monica Barney
原油中时常存在的化合物包括噻吩和芳香硫醚。雪佛龙公司旗下的许多炼油厂和石油化工产品处理站每天都要处理大量原油。掌握高温环境下原油处理设备中的原油腐蚀速率能使工程师采取腐蚀预防手段来保护设备。
历史数据采集法
Barney表示原油中存在的硫会与各种设备中的金属发生反应从而对设备造成破坏。因此，工程师必须考虑这些化学反应以确保原油加工时的安全性。
工程师能轻而易举地测定原油中存在的硫含量，但硫浓度的高低与腐蚀程度并没有关联，这使得工程师们很难预测某种原油在高温下的腐蚀性。
我们可以测定硫浓度，但无法确定其化学反应度，了解原油中硫的类型对于预测可能出现的腐蚀来说至关重要。“
Barney：雪佛龙公司和萨斯喀彻温大学的合作就此开始。在收集完研究数据后，Barney团队将尝试分析获取到的试验数据结果。
Barney表示多年以来石油行业使用的是实地汇编数据——腐蚀速率以时间的形式来代表一系列经常被使用的合金；而被称为”修正后的纳尔逊曲线“使用的是含有wt%硫含量原油的试验数据，并通过温度的形式来体现腐蚀速率。
但是这种方法无法用来表征和量化不同种类的硫，原因是不同硫的组成不同，因此其化学反应度的变化程度可能超过一个数量级，尤其是在高温情况下。
光谱分析法
在搜寻答案的过程中，Barney的团队无意中在网上发现了由萨斯喀彻温大学Graham George和Ingrid Pickering两位教授所绘制的曲线图，两位均是SSRL 的前雇员，曾在SSRL研究所进行过有关分子生物学和毒物学的实验研究。
该曲线图显示的光谱所采集的数据均为各种类型硫（类似于原油中存在的硫）的数据叠加，展示了如何通过将整体光谱与标准库进行对比以确定单个化合物的类型，使研究人员能更详细地了解不同原油中存在的硫化合物的组成。
当我偶然发现这个曲线图时，我知道这就是我们多年来一直在找寻、需要的东西。这种表征法可以帮助量化不同种类的硫。
Barney：此外，他们还研发了一种使用”软X射线“来检验石油的方法，这种射线的强度值处于高能和低能X射线之间。通过使用强度适中的X射线，研究人员能够收集有关硫和与硫相关其他化学元素的详细信息。这种检验法将强度适中的X射线照射在样品的表面薄层上，X射线可以收集来自样品的某些信号，研究人员可以根据这些信号来准确预测样品的组成。
研究人员使用的样品可以是原油、石油的蒸馏产品、加工或萃取后获得的产品。此类样品中硫或其他元素的浓度范围从100ppm至2wt%不等。样品的腐蚀速率将在高温情况下暴露在金属表面上时进行测定。
在一个实验案例中，研究人员将一份样品与一片金属合金共同放入高压釜中。该金属片的大小或形状并不固定，同时在被投入高压釜的前后都会对其进行称重和测量。
此外，样品和金属合金还能被置于探针中通过观察阳极电阻的变化来测量记录实时腐蚀速率。在这种情况下，高压釜的最高温度能保持在398.9摄氏度，压力保持在1,000 psi。
具体操作是先将合金片插入到样品中，接着将高压釜密封，然后将温度提升到试验温度，使石油发生沸腾搅动，试验时间通常为8小时至6个月。
所有样品的腐蚀速率都将与样品中单独的各项组分的相对含量进行比较以建立数据模型或方程式。该模型将腐蚀速率和样品中的不同元素含量建立起联系，如在百万分率等级下硫，氮，氧和氯的含量。
经改良的硫化腐蚀预测结果
这些试验结果能提供有关不同石油中硫相对含量的信息，研究人员能将这些数据与现有模型结合以提高腐蚀预测结果的精确性。
George表示”这正是一个将光谱学投入实际应用的实例“，并认为在2018年将对其进行进一步的测试。
利用X射线进行的分析实验是由雪佛龙公司和萨斯喀彻温大学的研究团队共同进行的，双方表示将使用其他实验方法进行分析以增强对原油中硫的化学性的认识。双方的研究目标是将通过使用多种化学表征方法得到的实验数据与从腐蚀研究和计算机模拟预测得到腐蚀相关数据进行结合、比较。
更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注国家材料腐蚀与防护科学数据中心http://www.ecorr.org