Face à la rareté actuelle des réserves de pétrole brut, qui se traduit par une forte hausse des prix du gaz, il est de plus en plus important d'améliorer le contrôle qualité des réserves existantes. La composition du pétrole brut varie selon son origine naturelle, ses conditions de transport et de stockage (Référence 1). Les propriétés physico-chimiques du pétrole brut les plus importantes sont la densité (également appelée densité API), la courbe du point d'ébullition réel et la viscosité (Référence 1). La densité API est l'abréviation de la densité de l'American Petroleum Institute, qui est une mesure inverse du poids des liquides pétroliers par rapport à celui de l'eau. Si un liquide a une densité API supérieure à 10, il sera considéré comme un pétrole léger flottant sur l'eau.
Les méthodes analytiques de contrôle qualité du pétrole brut sont longues, coûteuses et nécessitent une préparation d'échantillons. La spectroscopie proche infrarouge (SPIR) est une méthode rapide et peu coûteuse qui ne nécessite aucune préparation d'échantillon et permet de mesurer in situ les propriétés physico-chimiques du pétrole brut. Des liaisons telles que CH, NH et SH sont des liaisons d'absorption cibles que la SPIR peut identifier. La figure 1 illustre le spectre SPIR du pétrole brut sur une large plage. Allied Scientific Pro propose les spectromètres proches infrarouges portables T1 et T11 avec cuvette, capables de mesurer une partie du spectre SPIR, comme illustré à la figure 1.
Figure 1 : Spectre NIRS du pétrole brut. Les cadres bleu et rouge représentent les plages spectrales des spectromètres T1 et T11 d'Allied Scientific Pro.
Pour plus d'informations sur ces spectromètres de transmittance, veuillez vous référer à https://www.alliedscientificpro.com/nirvascan
La teneur en soufre du pétrole brut est également essentielle à la quantification, car les procédés en aval, tels que le craquage catalytique et le raffinage, sont affectés par une teneur élevée en soufre. Le craquage catalytique est un procédé important de l'industrie pétrolière : la vapeur de pétrole traverse un lit catalytique de faible densité, ce qui provoque le craquage des fractions les plus lourdes et la production de produits plus légers et de meilleure qualité. Le groupe sulfhydryle représenté par la liaison SH illustrée à la figure 2 peut être détecté par un spectromètre proche infrarouge à 1 750 nm.
Figure 2 : Le groupe sulfhydryle (liaison SH) peut être détecté à l'aide du spectromètre T11 à 1750
La modélisation par les moindres carrés partiels a été utilisée dans une étude pour modéliser 153 échantillons de pétrole brut (référence 1). La dérivée première et le filtre Savitzky Golay (SG) ont été appliqués aux échantillons collectés et les prédictions ont été effectuées sur 30 spectres d'un ensemble d'essais soumis à la dérivée première et au même filtre SG. La plage API des échantillons était de 20 à 43 °C et la teneur en soufre de 0,3 à 3,8 %. nm. Le modèle de régression PLS avait une précision de 2,73 % pour la densité API et de 4,46 % pour la teneur en soufre, ce qui constitue des précisions raisonnables.
Dans une autre étude menée chez Allied Scientific Pro, plusieurs échantillons de pétrole brut ont été fournis pour être testés avec le spectromètre T1, dont la plage de mesure est comprise entre 900 et 1 700 nm. Les échantillons étaient tous scellés et présentaient apparemment une viscosité variable. Étant donné que les échantillons de pétrole brut sont généralement très visqueux et de couleur foncée, une cuvette de 1 cm pour un spectromètre de transmittance ne convient pas à la mesure de leur transmission. C'est pourquoi une cuvette de 1 mm d'épaisseur a été fournie. La figure 3 montre l'échantillon de pétrole brut dans une cuvette de 1 mm d'épaisseur.
Figure 3 : Échantillon de pétrole brut dans une cuvette de 1 mm d'épaisseur
La cuvette a été placée dans le spectromètre de transmission comme indiqué dans la figure 2 et sa transmission sur la plage 900-1700 a été mesurée.
Figure 4 : Une cuvette de 1 mm remplie de pétrole brut a été placée à l'intérieur du porte-cuvette du spectromètre T1
Plusieurs échantillons ont été testés et leur courbe d’absorption est présentée dans la figure 5.
Figure 5 : Les courbes d'absorption des échantillons de pétrole brut
Bien qu'il s'agisse d'une étude qualitative et qu'aucune modélisation PLS n'ait été réalisée sur ces échantillons, on a constaté une forte augmentation de l'absorption dans la région des courtes longueurs d'onde du tracé d'absorption chez les échantillons les plus visqueux. La viscosité des échantillons a été évaluée visuellement lors du versement des échantillons dans la cuvette, en fonction de leur adhérence résiduelle à la cuvette une fois les échantillons retirés.
En conclusion, les spectromètres NIR portables sont des appareils idéaux pour les tests sur le terrain des produits pétroliers bruts et peuvent fournir des informations sur leurs propriétés physico-chimiques. Allied Scientific Pro propose également la plateforme Nirvacloud, où les utilisateurs peuvent télécharger leurs profils spectraux, effectuer des prétraitements et créer des modèles de moindres carrés partiels (PLS) pour quantifier les ingrédients de leurs échantillons de pétrole brut. Pour plus d'informations, consultez le lien suivant : https://nirvacloud.ai/
Références :
1- Analyse rapide du pétrole brut par spectroscopie de réflectance proche infrarouge, J Long et.al, Petrolium science and technology, vol 37, no 3, 2019.
2- Teneur en soufre. La science du lignite victorienne, Science Direct 1991.