Maestría en Ingeniería Química

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Análisis cinético multiescala de la vía de desulfuración directa del dibenzotiofeno en la fase modelo CoMoS
(Universidad Industrial de Santander, 2023-08-19) Ariza Gómez, Michael Leonardo; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Hess, Franziska; Morales Valencia, Édgar Mauricio; Mejía Ospino, Enrique; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
La reacción de hidrodesulfuración (HDS) de moléculas como el dibenzotiofeno (DBT) es un elemento clave para reducir las emisiones de gases tóxicos. Generalmente, estas reacciones se llevan a cabo con un catalizador de disulfuro de molibdeno promovido por cobalto o níquel, lo que permite una mejor actividad catalítica del sistema. En general, se realizan experimentos y cálculos teóricos para comprender el fenómeno de la reacción de hidrodesulfuración, sin embargo, la dinámica del proceso se descuida y no se considera hasta la fecha. Hemos implementado diferentes metodologías para tener una noción de la evolución temporal de las especies en HDS. En este trabajo, realizamos un estudio teórico sobre la ruta de desulfuración directa del dibenzotiofeno en vacantes de azufre pertenecientes a la fase activa del modelo CoMoS. Usamos cálculos DFT estáticos para comprender el estado electrónico del sistema, luego estimamos las propiedades termodinámicas en condiciones de operación para estudiar el efecto de las contribuciones de la entropía y la entalpía de la reacción. Luego, desarrollamos un modelo microcinético (MK) que permite comprender la interacción de todos los pasos elementales. Finalmente, realizamos simulaciones cinéticas de Monte Carlo (KMC) para conocer la distribución espacial y la frecuencia con la que ocurren las reacciones en el borde de CoMoS. En conjunto, estos hallazgos sugieren que: i) la monohidrogenación de la molécula dibenzotiofeno es el paso limitante de velocidad en la reacción para cualquier tipo de técnica utilizada en este estudio, lo cual fue verificado por medio de un grado de control de velocidad; ii) considerar adsorber hidrógeno molecular en el plano de la reacción, ayudo a comprender las altas condiciones de presión y temperatura que requieren las refinerías para remover estos heteroátomos de azufre iii) el escalado que se realizó en estudio, permitió comprobar que mediante la implementación exclusiva de los calculos teóricos es posible describir la tendencia de los datos experimentales.
Análisis de la desactivación de catalizadores usados en la unidad de hidrotratamiento de fondo de vacío desasfaltado de la refinería de Barrancabermeja-Unibon
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Duarte Correa, Liseth Johana; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Garzon Fuentes, Laura Liliana
Se analizaron catalizadores NiMo/Al2O3 que fueron desactivados en los dos reactores de lecho fijo de la unidad de hidrotratamiento de fondo de vacío desasfaltado durante un ciclo de operación de ca. 187 días. Los catalizadores fueron muestreados de diferentes posiciones axiales y angulares con el fin de correlacionar el proceso de desactivación con su localización. Se analizaron las propiedades texturales y la composición elemental superficial y másicas de los catalizadores gastados. La naturaleza del coque se determinó mediante análisis termogravimétrico y espectroscopía Raman. Además, se estableció una metodología detallada para el análisis superficial de catalizadores gastados mediante espectroscopía fotoelectrónica de rayos X. Los resultados permitieron conocer el proceso de desactivación en la unidad. El reactor 1 es desactivado por un taponamiento o acumulación de coque, níquel y vanadio en la mitad del reactor. Por su parte, en el reactor 2 se encontró que la cantidad de carbono aumenta y la de metales disminuyen hacia abajo en los lechos. Los depósitos de metales y coque en los catalizadores generan una disminución en el área superficial; y el coque puede promover la formación de microporos sobre la alúmina. Los resultados contribuyeron al estudio que debe realizar la industria para establecer y reformular esquemas catalíticos que serán empleados en ciclos operacionales posteriores.
Análisis del comportamiento de la unidad U1000 de la GRB mediante su modelado con la herramienta ASPEN HYSYS® para evaluar la factibilidad de cargar aceite desmetalizado
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Tristancho Muñoz, Adrián; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Castellanos Romero, German Emilio
En el presente trabajo de aplicación se desarrolló un modelo, por medio de la herramienta Aspen HYSYS®, de la unidad de desasfaltado con propano U1000 de la refinería de Ecopetrol S.A. en Barrancabermeja. En él se analizó el comportamiento de la producción y calidad del extracto, enfocados en su rendimiento y contenido de Carbón Conradson (CCR), simulando como corriente de carga DMO. El modelo inicialmente fue validado al comparar los registros históricos del proceso con los datos arrojados por la simulación con carga de Fondos de Vacío y Slurry. Las pruebas se realizaron con diferentes paquetes termodinámicos siendo el más apropiado la ecuación de estado Pen Robinson Stryjek Vera (PRSV). Luego se procedió a implementar el DMO como nueva corriente de carga al modelo, evaluando el comportamiento del extracto y las condiciones operacionales del proceso en la simulación. Esta valoración se hizo por medio de ensayos de evaluación, cada una con un tipo diferente de solvente de extracción y ajustando las variables independientes: relación solvente carga y la temperatura de cima de la torre de desasfaltado. Los mejores resultados se obtuvieron en la corrida que utilizó el solvente de extracción con una composición de 57% de propano, 24% de propileno, 10% de Butano más otros, con datos promedios de rendimiento en 49.64% y CCR en 1.58%w. Con un intervalo de confianza del modelo de un 95%, esta propuesta de aplicación concluye que la unidad de desasfaltado con propano U1000, bajo ciertos ajustes operacionales, puede cargar DMO y obtener un alto rendimiento de extracto y bajo contenido de Carbón Conradson en el mismo. * Trabajo de Aplicación Final. ** Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas, Escuela de Ingeniería Química Maestría en Ingeniería Química, Director: Prof. Victor Gabriel Baldovino Medrano,
Desarrollo de un modelo quimiométrico con la aplicación de tecnología NIR para la predicción de la calidad de crudos ene el área de mezclados de la refinería de Barrancabermeja
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Sosa Gutierrez, Jholvis; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel
En el presente trabajo se desarrolló un modelo de predicción para mezclas de crudos con gravedad API entre 21,10 a 25,50 y con porcentaje en peso de azufre entre 0,96 y 1,27 del área de mezclado de la refinería de Barrancabermeja, mediante espectroscopia en la región del infrarrojo cercano NIR. La caracterización de las cuarenta (40) muestras de mezclas de crudo según métodos estandarizados fue suministrada por el sistema de información del laboratorio de la refinería; la información espectral permitió clasificar el grupo de muestras mediante análisis por componentes principales (PCA) y se desarrollaron dos modelos predictivos por regresión por mínimos cuadrados parciales (PLS). Con el uso del software THE UNSCRAMBLER se aplicaron diferentes pretratamientos para el rango espectral de 3400 a 3500 cm-1 y de 4000 a 4600 cm-1. La descomposición de los datos de infrarrojo por componentes principales permitió identificar las muestras analizadas de acuerdo con su composición porcentual similar en cada mezcla. Se conformaron tres grupos de muestras de acuerdo a las tendencias observadas en: livianas, medias y tipo LCT. El método de regresión PLS aplicado a los espectros NIR mostró un desempeño satisfactorio en cada modelo de predicción, el valor RMSECV para la gravedad API es de 0.258 y para el %p/p de azufre de 0.026, valores aceptables en comparación a la reproducibilidad del método de ensayo en el laboratorio de la refinería. Estos modelos de predicción pueden ser una alternativa a las técnicas convencionales empleadas comúnmente e incrementar la reproducibilidad de los métodos con disminución de costos y en un menor tiempo de análisis.
Desarrollo de un sistema de reacción discontinuo para la oxidación fotocatalítica de compuestos olefínicos empleando CO2 supercrítico como solvente
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-20) Pájaro Contreras, Estefany; Martínez Ortega, Fernando; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Martínez Rey, Ramiro; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
El diseño de un reactor químico es un proceso complejo ya que debe permitir una operación segura en los rangos de temperatura y presión en los que se desarrollará el proceso de interés. Para ello, se debe considerar la naturaleza de las sustancias involucradas, las fases presentes, la cinética y la termodinámica del proceso. Así, al conocer estos aspectos es posible realizar una adecuada selección de materiales, tipo de operación, dinámica de fluidos y geometría del reactor. Comercialmente podemos encontrar reactores construidos en diferentes materiales como aceros, zafiro, borosilicato, PVC, algunos de estos diseñados para soportar altas presiones, otros permiten la iluminación en el interior del reactor y otro grupo opera en sistemas heterogéneos con catalizadores suspendidos. Sin embargo, tener estas tres características en un solo dispositivo requiere un riguroso análisis mecánico y algunas modificaciones en los diseños comerciales de reactores de alta presión. Debido a la expansión que ha tenido la fotocatálisis heterogénea en las últimas décadas por la variedad de procesos químicos que se pueden realizar, como las reacciones de oxidación selectiva utilizando oxígeno atmosférico como oxidante y CO2 supercrítico como solvente, sustituyendo disolventes orgánicos, ha aumentado el uso de fotorreactores de alta presión. Puesto a que los reactores para fotocatálisis heterogénea que utilizan scCO2 como disolvente son pocos y suelen utilizar catalizadores ácidos inmovilizados. En este trabajo se diseñó un fotorreactor que permite procesos de transferencia de átomos de oxígeno a olefinas utilizando scCO2 como solvente y un complejo dioxo-molibdeno soportado sobre TiO2 como catalizador, activado por radiación UV-Vis.
Efecto de la proporción entre platino y renio en el estado químico superficial y el desempeño catalítico de pt-re/y-al203 en procesos de reformado con búsqueda de un menor consumo energético
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Rodriguez Pereira, Jhonatan; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Hoyos Marin, Luis Javier
El proceso de reformado de nafta convierte los componentes de mezcla de gasolina de bajo octanaje en componentes de alto octanaje para su uso en combustibles de gasolina de alto rendimiento. A nivel industrial, el reformado se lleva a cabo a temperaturas entre 450 - 520 °C y presiones entre 1.5 - 3.5 MPa, lo que implica altos costos de operación. En particular, el consumo específico de energía del proceso es una función de la temperatura. Por lo tanto, bajo tales condiciones, una reducción en la temperatura del proceso tiene un gran impacto en el consumo de energía y la economía del proceso. En Colombia este proceso se lleva a cabo a 486 °C y 2 MPa. El reformado se ha realizado usando catalizadores Pt-Re/-Al2O3 desde hace más de medio siglo. Hasta el momento, no se ha logrado una imagen clara del estado químico de la superficie de los metales. Se han llevado a cabo esfuerzos particulares utilizando la caracterización XPS, pero existe un problema porque las señales más representativas de Al y Pt, Al 2p y Pt 4f (68-75 eV) se solapan debido a que están en el mismo rango de energía de enlace. En este trabajo, evaluamos los cambios en el estado físico-químico de una serie de catalizadores Pt-Re/-Al2O3 en los que se varió la composición relativa de los metales. Un diseño experimental fue empleado para analizar el efecto de la carga metálica total y la fracción molar de Pt. También se llevaron a cabo ensayos catalíticos para determinar si es posible reducir la temperatura de reacción sin sacrificar el rendimiento catalítico.
Enfoque de operaciones unitarias guiadas por caracterización para la síntesis de catalizadores de Pt-Fe/SiO2 por co-impregnación para la combustión de metano
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Espinosa Lobo, Carol Bibiana; Velasco Rozo, Edwing Alexander; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; González Rodríguez, Lina María; Pedraza Avella, Julio Andrés
El método de síntesis se diseñó desde las operaciones unitarias involucradas en la impregnación y tratamiento térmico de los materiales. Se obtuvieron catalizadores Pt -Fe con dos tamaños de partícula de platino. Se determinó que la relación molar de los catalizadores no tuvo efecto sobre la porosidad y área específica. Sin embargo, la incorporación de los metales al soporte tuvo un efecto neto de reducción del área específica. El método de síntesis mostró alta reproducibilidad y control del tamaño de partícula metálica. El tamaño de partícula de platino determinó el comportamiento catalítico en la combustión de metano. El análisis cinético de los materiales permitió establecer que la energía de activación de la combustión de metano fue constante, para los catalizadores bimetálicos PtFe/SiO2 pero mayor en comparación con la presentada por los catalizadores monometálicos Pt/SiO2. Por otro lado, se estableció que la cinética de la reacción puede describirse mediante una expresión: rCH4 = kApp[CH4] [O2]-0.3. En este caso, el valor negativo para el orden aparente de reacción de O2 indicó que un aumento del comburente reduce la eficiencia de los catalizadores. Finalmente, fue posible establecer que existe un efecto sinérgico entre el platino y el hierro cuando la temperatura de reacción fue de 390 °C.
Estudio del efecto de variables de síntesis de materiales Janus basados en dióxido de manganeso con potenciales aplicaciones en recobro mejorado de petróleo
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Rivera Quintero, Paula Andrea; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Mercado Castro, Donaldo Fabio; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Mejía Ospino, Enrique; Mercado Ojeda, Ronald Alfonso
Con el aumento de la demanda de energía, los altos precios del petróleo y el agotamiento de los pozos de petróleo ligero, la industria petrolera se ha visto obligada a explotar los pozos de crudo, aunque esta práctica no es económicamente viable. Para recuperar petróleo crudo, se utilizan comúnmente Técnicas de Recuperación de Petróleo Mejoradas, que se dividen principalmente en dos grupos: Recuperación Térmica y Recuperación No Térmica. La recuperación térmica busca reducir la viscosidad del petróleo y mejorar su movilidad hacia los pozos productores. Para esta propuesta, es necesario estudiar un medio de transporte para la introducción satisfactoria de catalizadores al pozo de inyección sin causar daño a la formación. Además, existe evidencia de que el uso de sistemas catalíticos permite reacciones de oxidación a baja temperatura. Para este problema se proponen nanomateriales tipo Janus basados en MnO2. Uno de los desafíos más importantes es el transporte de los nanomateriales, es importante crear una nanofluido con los nanomateriales que se llevarán al pozo; para ello es necesario modificar su comportamiento hidrofílico o hidrofóbico. En este trabajo hemos sintetizado nanomateriales Janus basados en MnO2 funcionalizados con ácidos carboxílicos como el ácido hexanoico y ácido adípico, y una doble funcionalización con 3- aminopropiltrietoxisilano (APTES); hemos encontrado que es posible la modificación de su hidrofilicidad, haciéndolos catalizadores prometedores y mejorando su comportamiento en la estabilización de nanofluidos.
Evaluación cinética del reformado seco de metano sobre un catalizador Ni–La2O3
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Sandoval Bohórquez, Víctor Stivenson; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Morales Valencia, Édgar Mauricio; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Martínez Ortega, Fernando; Jiménez, Romel
El reformado seco de metano es una tecnología prometedora para la reducción de CH4 y CO2. Los catalizadores óxido Ni–La en solución sólida se caracterizan por su prolongada estabilidad (100 h) cuando se ensayan a conversión completa. La cinética del reformado seco sobre este tipo de catalizadores se ha estudiado utilizando enfoques basados tanto en la ley de potencia como en Langmuir–Hinshelwood. Sin embargo, estos estudios generalmente solo se ocupan del ajuste de la velocidad neta de CH4, por lo tanto, ignoran los procesos superficiales paralelos y competitivos, así como las diferentes configuraciones posibles de la superficie activa. En este trabajo, sintetizamos un catalizador óxido Ni–La en solución sólida y evaluamos seis mecanismos de reacción tipo Langmuir–Hinshelwood considerando sitios activos simples y duales para evaluar la cinética del reformado seco y de la reacción inversa del gas al agua e investigamos el desempeño de los modelos cinéticos resultantes. Al hacer esto, se encontró que: (1) todas las velocidades netas fueron ajustadas adecuadamente por un modelo de un solo sitio que consideraba que la primera escisión del enlace C–H en el metano ocurría en un sitio par metal–oxígeno; (2) este modelo predijo la existencia de una superficie de níquel casi saturada con adatomos de oxígeno quimisorbidos, los cuales eran derivados de la disociación del CO2; (3) la disociación del CO2 puede ser un proceso inhibitorio o irrelevante, y también puede modificar la energía de activación aparente del CH4. Estos hallazgos contribuyen a una mejor comprensión de la cinética de la reacción de reformado seco y proporcionan un modelo cinético robusto para el diseño y escalado del proceso.
Evaluación de la influencia ambiental, técnica y económica del uso de biogás como materia prima en los procesos de reformado de metano con vapor y en seco para la producción de hidrógeno
(Universidad Industrial de Santander, 2024-03-01) Rodríguez Cortés, Paula Yulieth; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Uribe, Ariel; Morales Medina, Giovanni; Karelovic Burotto, Alejandro
En esta investigación, se lleva a cabo un estudio comparativo entre cuatro tecnologías ampliamente empleadas en la producción de hidrógeno mediante el reformado de metano: 1) Reformado de metano con vapor de agua a partir de gas natural (SMR con gas natural) a escala industrial, 2) Reformado de metano con vapor de agua a partir de biogás (SMR con biogás) a escala piloto, 3) Reformado de metano en seco a partir de gas natural (DMR con gas natural) a escala industrial y 4) Reformado de metano en seco a partir de biogás (DMR con biogás) a escala piloto. La comparación se llevó a cabo mediante estudios técnico, económico y ambiental utilizando simulaciones en Aspen Plus y Aspen Energy Analyzer. Los resultados indican que la tecnología SMR con gas natural exhibe una mayor viabilidad técnica, económica y ambiental en comparación con las otras opciones. Además, se implementó una integración energética en esta tecnología, resultando en un diseño óptimo de red de intercambio, y se incorporó una etapa de Captura de Carbono con monoetanolamina (MEA).
Exploración de alternativas catalíticas para reacciones de valorización de hidrocarburos con catalizadores de NiMo/zeolita-boehmita
(Universidad Industrial de Santander, 2024-02-22) Acevedo Córdoba, Luisa Fernanda; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Morales Valencia, Édgar Mauricio; Pérez Martínez, David de Jesús; León Bermúdez, Adán Yovani; Agudelo Valderrama, José Luis
Este trabajo desarrolla una exploración de alternativas catalíticas para reacciones de valorización de hidrocarburos con catalizadores de níquel y molibdeno soportados en zeolita y boehmita (NiMo/zeolita-boehmita). Para la primera alternativa, se sintetizo un catalizador de tipo industrial con una formulación de NiMo/zeolita-boehmita y se evaluó en la valorización de crudo pesado. Se determinaron las condiciones de operación (temperatura, masa del catalizador y tamaño de partícula del catalizador) donde se observó una influencia de la actividad catalítica en las reacciones de valorización. Adicionalmente, se determinó la influencia de las concentraciones de CO2 y CH4 sobre la actividad del catalizador. Para la segunda alternativa, se investigó una ruta no convencional para preparar catalizadores de NiMo/zeolita-boehmita, donde se minimizaron los efectos negativos de la impregnación húmeda de catalizadores. El estudio se llevó a cabo utilizando una síntesis mecanoquímica en un molino planetario de bolas, que permitió la incorporación de la fase activa sin utilizar solventes. Se evaluó la influencia de la composición del portador y la ruta de impregnación (convencional y libre de solventes) sobre las propiedades del material y la actividad catalítica de los conformados. Los materiales sintetizados por el método libre de solventes fueron evaluados en reacciones de hidrocraqueo de tetralina.
Exploración y análisis superficial de co-catalizadores en reacciones de hidrocraqueo en fase dispersa del fondo de un crudo pesado colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Gomez Vargas, Ludwing Enrique; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Pérez Martínez, David de Jesús
Se evaluaron zeolitas y amberlitas como co-catalizadores ácidos en reacciones de hidrocraqueo en fase dispersa del fondo de un crudo pesado colombiano usando como catalizador disperso sulfuro de molibdeno (MoS2). El objetivo principal fue determinar el efecto sobre el desempeño de la reacción en términos de conversión, rendimientos y selectividad, buscando incrementar el rendimiento de productos líquidos convertidos (<525°C), gasóleo de vacío, destilados medios y nafta, sin incrementar la formación de coque. Tres temperaturas de reacción fueron empleadas, 380, 400 y 420°C, se determinaron las diferentes fracciones presentes en el producto líquido, se determinó la concentración del molibdeno y el vanadio tanto de forma másica como en superficie del producto sólido. Se encontró que es posible incrementar el rendimiento de productos líquidos convertidos a 380°C, con un incremento en la selectividad hacia nafta y una reducción en la selectividad hacia coque al emplear amberlitas. Con las zeolitas se obtuvo una reducción en el rendimiento de productos líquidos en todo el rango de temperatura, con un consecuente incremento en la selectividad de subproductos, gases y coque. A diferencia de las amberlitas, la presencia de microporos en las zeolitas favoreció el incremento en la selectividad hacia subproductos. Por otra parte, se estableció que la temperatura es un factor limitante en el uso de co-catalizadores sólidos, a 420°C se obtuvo un incremento en la selectividad hacia coque, mostrando que los sólidos actúan como una semilla incrementando la formación de este subproducto. Por último, se encontró que la presencia de los co-catalizadores sólidos favorece la segregación del MoS2 entre la fase líquida y sólida durante la reacción, reduciendo la concentración relativa (Mo/V) en la superficie del producto sólido, esto indica un efecto adicional y diferente de la presencia de sitios ácidos de los co-catalizadores.
Influence of the presence of representative molecules of pyrolysis bio-oils on the hydrotreating of guaiacol and xylene over a nickel-aluminosilicate catalyst
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Redondo Serrano, Raúl Andrés; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Mora Vergara, Iván Darío
La hidrodesoxigenación catalítica (HDO) es un tratamiento que permite la producción de biocombustibles mediante la eliminación de heteroátomos de oxígeno de bioaceites de pirólisis rápida de biomasa lignocelulósica. Sin embargo, estudiar la complejidad del proceso requiere el uso de mezclas modelo que representen en gran medida la carga real para ser analizadas a mayor profundidad. El guayacol es una molécula modelo ampliamente utilizada ya que tiene dos grupos oxigenados de interés; hidroxilo (OH) y metoxilo (OCH3), comúnmente presentes en compuestos derivados de lignina y precursores de coque durante la HDO. Además, los bioaceites contienen varios grupos moleculares orgánicos como ácidos, cetonas, fenoles, una abundante concentración de agua, y algunas trazas de grupos nitrógeno. En este sentido, se realizó un estudio sobre la influencia de la presencia de diversos tipos de moléculas representativas de bioaceites de pirólisis en el coprocesamiento de guayacol y xileno sobre un catalizador de níquelaluminosilicato. En concreto, se analizaron tres moléculas representativas posiblemente inhibidoras: piridina, ácido acético y agua empleando pruebas catalíticas que se realizaron en un reactor discontinuo a 250 y 190ºC, presión de H2 de 6,9 MPa, 750 rpm de agitación. Como resultado de este estudio, se encontró que en las condiciones empleadas, la piridina inhibe fuertemente al guayacol, afectando su desoxigenación y ocupando sitios metálicos y ácidos del soporte, formando piperidina. Por otro lado, el ácido acético disminuye la actividad catalítica pero no la selectividad, y en presencia de piridina reacciona para producir acetilpiperidina. El agua no afectó significativamente la actividad o la selectividad
Influencia de la presencia de moléculas representativas de bioaceites de pirólisis en el hidrotratamiento de guayacol y xileno sobre un catalizador de níquel-aluminosilicato
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Redondo Serrano, Raúl Andrés; Mora Vergara, Iván Darío; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Pérez Martínez, David de Jesús; Duarte Duarte, Diana Paola
La hidrodesoxigenación catalítica (HDO) es un tratamiento que permite la producción de biocombustibles mediante la eliminación de heteroátomos de oxígeno de bioaceites de pirólisis rápida de biomasa lignocelulósica. Sin embargo, estudiar la complejidad del proceso requiere el uso de mezclas modelo que representen en gran medida la carga real para ser analizadas a mayor profundidad. El guayacol es una molécula modelo ampliamente utilizada ya que tiene dos grupos oxigenados de interés; hidroxilo (-OH) y metoxilo (-OCH3), comúnmente presentes en compuestos derivados de lignina y precursores de coque durante la HDO. Además, los bioaceites contienen varios grupos moleculares orgánicos como ácidos, cetonas, fenoles, una abundante concentración de agua, y algunas trazas de grupos nitrógeno. En este sentido, se realizó un estudio sobre la influencia de la presencia de diversos tipos de moléculas representativas de bioaceites de pirólisis en el coprocesamiento de guayacol y xileno sobre un catalizador de níquel-aluminosilicato. En concreto, se analizaron tres moléculas representativas posiblemente inhibidoras: piridina, ácido acético y agua empleando pruebas catalíticas que se realizaron en un reactor discontinuo a 250 y 190ºC, presión de H2 de 6,9 MPa, 750 rpm de agitación. Como resultado de este estudio, se encontró que en las condiciones empleadas, la piridina inhibe fuertemente al guayacol, afectando su desoxigenación y ocupando sitios metálicos y ácidos del soporte, formando piperidina. Por otro lado, el ácido acético disminuye la actividad catalítica pero no la selectividad, y en presencia de piridina reacciona para producir acetilpiperidina. El agua no afectó significativamente la actividad o la selectividad.
Kinetics assessment of the dry reforming of methane over a ni-la2o3 catalyst
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Sandoval Bohórquez, Víctor Stivenson; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Morales Valencia, Edgar Mauricio
El reformado seco de metano es una tecnología prometedora para la reducción de CH4 y CO2. Los catalizadores óxido Ni–La en solución sólida se caracterizan por su prolongada estabilidad (100 h) cuando se ensayan a conversión completa. La cinética del reformado seco sobre este tipo de catalizadores se ha estudiado utilizando enfoques basados tanto en la ley de potencia como en Langmuir–Hinshelwood. Sin embargo, estos estudios generalmente solo se ocupan del ajuste de la velocidad neta de CH4, por lo tanto, ignoran los procesos superficiales paralelos y competitivos, así como las diferentes configuraciones posibles de la superficie activa. En este trabajo, sintetizamos un catalizador óxido Ni–La en solución sólida y evaluamos seis mecanismos de reacción tipo Langmuir–Hinshelwood considerando sitios activos simples y duales para evaluar la cinética del reformado seco y de la reacción inversa del gas al agua e investigamos el desempeño de los modelos cinéticos resultantes. Al hacer esto, se encontró que: (1) todas las velocidades netas fueron ajustadas adecuadamente por un modelo de un solo sitio que consideraba que la primera escisión del enlace C–H en el metano ocurría en un sitio par metal–oxígeno; (2) este modelo predijo la existencia de una superficie de níquel casi saturada con adatomos de oxígeno quimisorbidos, los cuales eran derivados de la disociación del CO2; (3) la disociación del CO2 puede ser un proceso inhibitorio o irrelevante, y también puede modificar la energía de activación aparente del CH4. Estos hallazgos contribuyen a una mejor comprensión de la cinética de la reacción de reformado seco y proporcionan un modelo cinético robusto para el diseño y escalado del proceso.
Proceso de síntesis de catalizadores Au-Fe/Al2O3 para combustión de metano
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Hernández Maya, Mery Sheryll; Velasco Rozo, Edwing Alexander; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; García Rojas, Verónica; Pedraza Avella, Julio Andrés
La combustión catalítica de metano es una reacción de interés para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Se deben tener en cuenta algunas consideraciones al sintetizar catalizadores para esta reacción específica. En este trabajo, se sintetizaron una serie de catalizadores Au-Fe/Al2O3 mediante un proceso de impregnación secuencial diseñado considerando los procesos químicos que ocurren en cada paso. Los catalizadores se sintetizaron con una concentración molar total de metales de 10 mol/m2 (soporte) y con relaciones molares Au/(Au+Fe) de 0.0, 0.02, 0.09, 0.29 y 1.00. Estos catalizadores se comportaron en la combustión de metano (57.000 mL/g* h, bajo condiciones diluidas de CH4 de 1.5% vol en 21% vol. O2, y N2 balanceado) de la siguiente manera: (1) Se observó actividad desde 500 °C para todos los catalizadores (2) Solo se detectaron CO2 y CO en la corriente de producto con una selectividad del 90% a CO2 (3) El catalizador con relaciones molares más bajas mostró la actividad más alta (4) En general, se observó una histéresis inversa en el comportamiento catalítico. Tal comportamiento implicó lo siguiente: (A) Se encontró que la actividad catalítica era fuertemente dependiente del contenido de oro, disminuyendo al aumentar la composición de oro, (B) Las diferencias observadas en la actividad durante la ignición y extinción de la temperatura se debieron al aumento de tamaño de las nanopartículas de oro (C) Se observó una alta dispersión de oro y un posible comportamiento sinérgico entre Au y Fe para el catalizador con la relación molar menor de 0.01 que presentó una temperatura de ignición de ~523 °C y 70% de conversión de metano.
Synthesis process of au-fe/al2o3 catalysts for methane combustion
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Hernández Maya, Mery Sheryll; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Velasco Rozo, Edwing Alexander; Ballesteros Rueda, Luz Marina
La combustión catalítica de metano es una reacción de interés para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Se deben tener en cuenta algunas consideraciones al sintetizar catalizadores para esta reacción específica. En este trabajo, se sintetizaron una serie de catalizadores Au-Fe/Al2O3 mediante un proceso de impregnación secuencial diseñado considerando los procesos químicos que ocurren en cada paso. Los catalizadores se sintetizaron con una concentración molar total de metales de 10 mol/m2 (soporte) y con relaciones molares Au/(Au+Fe) de 0.0, 0.02, 0.09, 0.29 y 1.00. Estos catalizadores se comportaron en la combustión de metano (57.000 mL/g* h, bajo condiciones diluidas de CH4 de 1.5% vol en 21% vol. O2, y N2 balanceado) de la siguiente manera: (1) Se observó actividad desde 500 °C para todos los catalizadores (2) Solo se detectaron CO2 y CO en la corriente de producto con una selectividad del 90% a CO2 (3) El catalizador con relaciones molares más bajas mostró la actividad más alta (4) En general, se observó una histéresis inversa en el comportamiento catalítico. Tal comportamiento implicó lo siguiente: (A) Se encontró que la actividad catalítica era fuertemente dependiente del contenido de oro, disminuyendo al aumentar la composición de oro, (B) Las diferencias observadas en la actividad durante la ignición y extinción de la temperatura se debieron al aumento de tamaño de las nanopartículas de oro (C) Se observó una alta dispersión de oro y un posible comportamiento sinérgico entre Au y Fe para el catalizador con la relación molar menor de 0.01 que presentó una temperatura de ignición de ~523 °C y 70% de conversión de metano.

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