Doctorado en Ingeniería Química
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Item A study of the inhibition of second stage hydrocraking catalysts by weakly basic nitrogen-containing compounds(Universidad Industrial de Santander, 2017) Celis Cornejo, Carlos Mauricio; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Pérez Martínez, David de Jesús; Maugé, Françoise; Moreno Lopera, Jorge Andrés; Maradei García, María Paola; Viejo Abrante, Fernando; Mejía Ospino, EnriqueEl procesamiento de crudos cada vez más pesados plantea un reto enorme en las refinerías modernas, respecto a la eliminación de los heterocompuestos y mejoramiento de estas cargas mediante hidroprocesos. En esta contribución, se identifican las especies químicas más refractarias al hidrotratamiento en un gasóleo de vacío Colombiano, empleando espectrometría de masas de alta resolución. Estos análisis permitieron evidenciar una alta abundancia relativa de las especies parcialmente hidrogenadas de los compuestos nitrogenados tipo pirrólicos, cuyo carácter es levemente básico. El efecto de estos compuestos débilmente básicos sobre el desempeño de un catalizador convencional de hidrocraqueo se evaluó a diferentes niveles de nitrogenados, variando no solo la cantidad, sino la fracción entre las especies seleccionadas. Los ensayos catalíticos se efectuaron siguiendo la reacción de fenantreno, a temperaturas entre 623, 638 y 653 K, velocidades espaciales entre 1.3 y 2.2 h-1, y nitrógeno total entre 0, 1 y 5 ppm en la carga. El análisis estadístico de este diseño experimental permitió obtener una correlación entre las variables operacionales y establecer que el efecto de los nitrogenados es evidente en la selectividad hacia los productos tipo naftaleno y tetralina. Para dar una explicación factible a las observaciones experimentales, se llevaron a cabo simulaciones con DFT en mordenita, para modelar un sitio de Brønsted y evaluar la adsorción de distintos compuestos nitrogenados y poliaromáticos. Los nitrogenados débilmente básicos mostraron una tendencia a protonarse cuando interaccionan con los sitios ácidos, igual que los más básicos. Para validar esta predicción hecha por los cálculos, se desarrolló una metodología para seguir la adsorción de compuestos nitrogenados pirrólicos en fase líquida, sobre una zeolita protonada, mediante ATR-IR. Los resultados de este trabajo permiten concluir que los compuestos débilmente básicos pueden causar efectos inhibitorios significativos, incluso en pequeñas concentraciones (<5 ppm de N) en la carga.Item A study of the inhibition of second stage hydrocraking catalysts by weakly basic nitrogen-containing compounds(Universidad Industrial de Santander, 2018) Celis Cornejo, Carlos Mauricio; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Pérez Martínez, David de JesúsEl procesamiento de crudos cada vez más pesados plantea un reto enorme en las refinerías modernas, respecto a la eliminación de los heterocompuestos y mejoramiento de estas cargas mediante hidroprocesos. En esta contribución, se identifican las especies químicas más refractarias al hidrotratamiento en un gasóleo de vacío Colombiano, empleando espectrometría de masas de alta resolución. Estos análisis permitieron evidenciar una alta abundancia relativa de las especies parcialmente hidrogenadas de los compuestos nitrogenados tipo pirrólicos, cuyo carácter es levemente básico. El efecto de estos compuestos débilmente básicos sobre el desempeño de un catalizador convencional de hidrocraqueo se evaluó a diferentes niveles de nitrogenados, variando no solo la cantidad, sino la fracción entre las especies seleccionadas. Los ensayos catalíticos se efectuaron siguiendo la reacción de fenantreno, a temperaturas entre 623, 638 y 653 K, velocidades espaciales entre 1.3 y 2.2 h-1, y nitrógeno total entre 0, 1 y 5 ppm en la carga. El análisis estadístico de este diseño experimental permitió obtener una correlación entre las variables operacionales y establecer que el efecto de los nitrogenados es evidente en la selectividad hacia los productos tipo naftaleno y tetralina. Para dar una explicación factible a las observaciones experimentales, se llevaron a cabo simulaciones con DFT en mordenita, para modelar un sitio de Brønsted y evaluar la adsorción de distintos compuestos nitrogenados y poliaromáticos. Los nitrogenados débilmente básicos mostraron una tendencia a protonarse cuando interaccionan con los sitios ácidos, igual que los más básicos. Para validar esta predicción hecha por los cálculos, se desarrolló una metodología para seguir la adsorción de compuestos nitrogenados pirrólicos en fase líquida, sobre una zeolita protonada, mediante ATR-IR. Los resultados de este trabajo permiten concluir que los compuestos débilmente básicos pueden causar efectos inhibitorios significativos, incluso en pequeñas concentraciones (<5 ppm de N) en la carga.Item Análisis de balance de fluxes de Saccharomyces cerevisiae mediante la utilización de nuevas funciones objetivo, compuestas por combinaciones de objetivos de los compartimentos celulares(Universidad Industrial de Santander, 2013) García Sánchez, Carlos Eduardo; Torres Sáez, Rodrigo Gonzalo; Olivares Hernández, Roberto; Quintero Díaz, Juan Carlos; Sánchez Torres, Viviana; López Giraldo, Luis JavierEl objetivo principal del análisis de balance de flux (Flux Balance Analysis – FBA) es obtener predicciones cuantitativas de los fluxes metabólicos de un organismo. Para ello, es necesario usar una función objetivo apropiada para garantizar buenas estimaciones de esas velocidades de reacción. En este estudio, se evaluó el desempeño predictivo del FBA, usando funciones objetivo surgidas de la combinación lineal de diferentes objetivos celulares supuestos. Este enfoquees más apropiado para las células eucarióticas, debido a la multiplicidad de compartimentos celulares que presentan. Por esta razón, se usó en este estudio Saccharomyces cerevisiae como organismo modelo, y su red metabólica fue representada usando el modelo metabólico a escala genómica denominado iMM904. Dado que el objetivo fue evaluar el potencial predictivo del FBA utilizando el tipo de funciones objetivo descritas, el consumo de sustrato y oxígeno fueron los únicos valores experimentales que se usaron como datos de entrada para el FBA. Además, se utilizó información experimental acerca del crecimiento celular y de la excreción de metabolitos al ambiente para evaluar la calidad de las predicciones. La calidad de las predicciones obtenidas con el FBA dependió drásticamente del conocimiento de la tasa de consumo de oxígeno. En la mayoría de clasificaciones estudiadas, las mejores predicciones se obtuvieron con „maximización de producción de biomasa‟ como función objetivo, así como con algunas combinaciones de objetivos que la incluían. En el caso particular del modelado de crecimiento en fase exponencial en un cultivo por lotes sin conocimiento de la tasa de consumo de oxígeno, la función objetivo „maximización de producción de biomasa más minimización de producción de NADH en el citosol más minimización de consumo de NAD(P)H en la mitocondria‟ arrojó mejores predicciones de los fluxes que las obtenidas usando cualquier otra función objetivo explorada en este trabajo.Item Análisis de balance de fluxes de saccharomyces cerevisiae mediante la utilización de nuevas funciones objetivo, compuestas por combinaciones de objetivos de los compartimentos celulares(Universidad Industrial de Santander, 2013) García Sánchez, Carlos Eduardo; Torres Sáez, Rodrigo GonzaloEl objetivo principal del análisis de balance de flux (Flux Balance Analysis – FBA) es obtener predicciones cuantitativas de los fluxes metabólicos de un organismo. Para ello, es necesario usar una función objetivo apropiada para garantizar buenas estimaciones de esas velocidades de reacción. En este estudio, se evaluó el desempeño predictivo del FBA, usando funciones objetivo surgidas de la combinación lineal de diferentes objetivos celulares supuestos. Este enfoquees más apropiado para las células eucarióticas, debido a la multiplicidad de compartimentos celulares que presentan. Por esta razón, se usó en este estudio Saccharomyces cerevisiae como organismo modelo, y su red metabólica fue representada usando el modelo metabólico a escala genómica denominado iMM904. Dado que el objetivo fue evaluar el potencial predictivo del FBA utilizando el tipo de funciones objetivo descritas, el consumo de sustrato y oxígeno fueron los únicos valores experimentales que se usaron como datos de entrada para el FBA. Además, se utilizó información experimental acerca del crecimiento celular y de la excreción de metabolitos al ambiente para evaluar la calidad de las predicciones. La calidad de las predicciones obtenidas con el FBA dependió drásticamente del conocimiento de la tasa de consumo de oxígeno. En la mayoría de clasificaciones estudiadas, las mejores predicciones se obtuvieron con „maximización de producción de biomasa‟ como función objetivo, así como con algunas combinaciones de objetivos que la incluían. En el caso particular del modelado de crecimiento en fase exponencial en un cultivo por lotes sin conocimiento de la tasa de consumo de oxígeno, la función objetivo „maximización de producción de biomasa más minimización de producción de NADH en el citosol más minimización de consumo de NAD(P)H en la mitocondria‟ arrojó mejores predicciones de los fluxes que las obtenidas usando cualquier otra función objetivo explorada en este trabajo.Item Análisis de los efectos de inhibición en la hidrodesulfuración profunda usando reacciones modelo(Universidad Industrial de Santander, 2019) Morales Valencia, Édgar Mauricio; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Castillo Araiza, Carlos Omar; Jiménez, Romel; Hoyos Marín, Luis Javier; Maradei García, María Paola; Mejía Ospino, Enrique; Martínez Ortega, FernandoEsta investigación se enfocó inicialmente en el estudio de los efectos de inhibición sobre la HDS de una carga modelo de nafta FCC, utilizando como catalizador CoMo-S/γ-Al2O3. En particular, se estudió la HDS del 2-metiltiofeno y los efectos de inhibición de una olefina lineal , una cicloolefina, una diolefina ramificada plana y unas olefinas planas ramificadas. Los tres tipos de olefinas inhibieron la hidrodesulfuración, y el grado de inhibición dependió tanto del tipo de olefina como de su concentración en la alimentación de reacción. En la segunda parte del trabajo se evaluó una carga modelo tipo diésel. Se estudió la HDS de dibenzotiofeno y los efectos de la presencia de moléculas con diferentes estructuras aromáticas: naftaleno, fluoreno y fenantreno, así como de compuestos que contienen nitrógeno en su estructura: quinolina e indol, utilizando como catalizador NiMo-S/γ-Al2O3. Además, se realizó un modelado cinético de las reacciones simultáneas, el cual se basó en el formalismo de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson y se sometió a un análisis de regresión con la forma reparametrizada de las ecuaciones de Arrhenius y van't Hoff. Antes de abordar los efectos de inhibición, se revisó la cinética del HDS de DBT, en este sentido, las observaciones se ajustaron mejor al considerar que las dos rutas paralelas para el HDS de DBT, es decir, las llamadas rutas de desulfuración directa y desulfuración mediada por hidrogenación, tienen lugar en dos tipos diferentes de sitios activos. El modelo desarrollado se utilizó como base para el modelado cinético de la inhibición de compuestos aromáticos y nitrogenados en el HDS de DBT. Los parámetros cinéticos se estimaron en ambos sitios catalíticos y exhibieron consistencia termodinámica. Estos hallazgos son importantes porque proporcionan una idea de los efectos de inhibición o promoción de compuestos poliaromáticos y nitrogenados de diferentes estructuras químicas sobre HDS ultra profunda.Item Analysis of inhibition effects on deep hydrodesulfurization using model reactions(Universidad Industrial de Santander, 2019) Morales Valencia, Edgar Mauricio; Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Castillo Araiza, Carlos OmarEsta investigación se enfocó inicialmente en el estudio de los efectos de inhibición sobre la HDS de una carga modelo de nafta FCC, utilizando como catalizador CoMo-S/-Al2O3. En particular, se estudió la HDS del 2-metiltiofeno y los efectos de inhibición de una olefina lineal , una cicloolefina, una diolefina ramificada plana y unas olefinas planas ramificadas. Los tres tipos de olefinas inhibieron la hidrodesulfuración, y el grado de inhibición dependió tanto del tipo de olefina como de su concentración en la alimentación de reacción. En la segunda parte del trabajo se evaluó una carga modelo tipo diésel. Se estudió la HDS de dibenzotiofeno y los efectos de la presencia de moléculas con diferentes estructuras aromáticas: naftaleno, fluoreno y fenantreno, así como de compuestos que contienen nitrógeno en su estructura: quinolina e indol, utilizando como catalizador NiMo-S/-Al2O3. Además, se realizó un modelado cinético de las reacciones simultáneas, el cual se basó en el formalismo de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson y se sometió a un análisis de regresión con la forma reparametrizada de las ecuaciones de Arrhenius y van't Hoff. Antes de abordar los efectos de inhibición, se revisó la cinética del HDS de DBT, en este sentido, las observaciones se ajustaron mejor al considerar que las dos rutas paralelas para el HDS de DBT, es decir, las llamadas rutas de desulfuración directa y desulfuración mediada por hidrogenación, tienen lugar en dos tipos diferentes de sitios activos. El modelo desarrollado se utilizó como base para el modelado cinético de la inhibición de compuestos aromáticos y nitrogenados en el HDS de DBT. Los parámetros cinéticos se estimaron en ambos sitios catalíticos y exhibieron consistencia termodinámica. Estos hallazgos son importantes porque proporcionan una idea de los efectos de inhibición o promoción de compuestos poliaromáticos y nitrogenados de diferentes estructuras químicas sobre HDS ultra profunda. * Tesis Doctoral. ** Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas. Escuela de Ingeniería Química. Director: Prof. Víctor Gabriel Baldovino Medrano. Codirector: Prof. Carlos Omar CastilloItem Aplicación de análisis exergético para la evaluación de procesos de producción de bioetanol de segunda generación(Universidad Industrial de Santander, 2011) Ojeda Delgado, Karina Angélica; Kafarov, Viatcheslav VictorovichActualmente, existe un gran interés mundial en la producción de biocombustibles. Sin embargo, los biocombustibles de primera generación han sido ampliamente debatidos sobre el uso de biomasa con fines alimenticios para su producción. En este sentido, las investigaciones se han enfocado en el estudio de otras materias primas potenciales para la producción biocombustibles de bajo costo y que no afecten la seguridad alimentaria de la población; sin embargo, la implementación del proceso de biocombustibles de segunda generación a escala industrial requiere un análisis detallado desde el punto de vista exergético que permita orientar adecuadamente el desarrollo tecnológico en este campo. En este trabajo investigativo se desarrolló una metodología basada en análisis exergético para comparar diferentes alternativas tecnológicas para la producción de bioetanol a partir de material lignocelulósico, las cuales fueron simuladas usando el para el aprovechamiento del material lignocelulósico con un mínimo consumo energético externo. La tesis se ha dividido en seis capítulos principales: El Capítulo I describe de manera conceptual los principales aspectos del análisis exergético y de la integración de procesos. El Capítulo II dedicado a la aplicación del análisis exergético en reactores de hidrólisis enzimática. El Capítulo III describe las características de la simulación de las rutas de producción. En el Capítulo IV se describe de manera detallada la comparación de dichas rutas usando la metodología de análisis exergético. En el Capítulo V la metodología de integración de procesos fue aplicada de las rutas de mejores resultados exergéticos y finalmente en el Capítulo VI se describen las alternativas de producción propuestas con base en los análisis realizados. Así, los resultados de este trabajo podrán ser utilizados como una herramienta eficaz para el análisis y desarrollo de este tipo de procesos.Item Aplicación de análisis exergético para la evaluación de procesos de producción de bioetanol de segunda generación(Universidad Industrial de Santander, 2011) Ojeda Delgado, Karina Angélica; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Maciel Filho, Rubens; El-Halwagi, Mahmoud; Acevedo Duarte, Leonardo; Escalante Hernández, Humberto; Ramírez García, ÁlvaroActualmente, existe un gran interés mundial en la producción de biocombustibles. Sin embargo, los biocombustibles de primera generación han sido ampliamente debatidos sobre el uso de biomasa con fines alimenticios para su producción. En este sentido, las investigaciones se han enfocado en el estudio de otras materias primas potenciales para la producción biocombustibles de bajo costo y que no afecten la seguridad alimentaria de la población; sin embargo, la implementación del proceso de biocombustibles de segunda generación a escala industrial requiere un análisis detallado desde el punto de vista exergético que permita orientar adecuadamente el desarrollo tecnológico en este campo. En este trabajo investigativo se desarrolló una metodología basada en análisis exergético para comparar diferentes alternativas tecnológicas para la producción de bioetanol a partir de material lignocelulósico, las cuales fueron simuladas usando el software Aspen Plus™ con el fin de guiar el diseño de un esquema de producción para el aprovechamiento del material lignocelulósico con un mínimo consumo energético externo. La tesis se ha dividido en seis capítulos principales: El Capítulo I describe de manera conceptual los principales aspectos del análisis exergético y de la integración de procesos. El Capítulo II dedicado a la aplicación del análisis exergético en reactores de hidrólisis enzimática. El Capítulo III describe las características de la simulación de las rutas de producción. En el Capítulo IV se describe de manera detallada la comparación de dichas rutas usando la metodología de análisis exergético. En el Capítulo V la metodología de integración de procesos fue aplicada de las rutas de mejores resultados exergéticos y finalmente en el Capítulo VI se describen las alternativas de producción propuestas con base en los análisis realizados. Así, los resultados de este trabajo podrán ser utilizados como una herramienta eficaz para el análisis y desarrollo de este tipo de procesos.Item Caracterización del crecimiento de biopelículas soportadas en un sistema de lecho de fijo utilizado para la digestión anaerobia de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos(Universidad Industrial de Santander, 2017) Vergara Mendoza, Marisol; Torres Sáez, Rodrigo Gonzalo; Rodríguez Chaparro, Adela T.; Cadavid Rodríguez, Luz Stella; Nabarlatz, Débora Alcida; Sánchez Torres, Viviana; Escalante Hernández, HumbertoEn esta trabajo, se evaluaron reactores metanogénicos de biopelícula adherida para el tratamiento del efluente generado por un reactor Hidrolítico/acidogénico con Fracción orgánica (FO) de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) como sustrato. En la selección del inóculo se utilizó, lodo porcícola, lodo PTAR y lodo mezcla (MEZC). Los resultados de la Actividad Metanogénica Específica (AME) en unidades de g DQO/ g SSV*d fue de 0.1233 para el lodo PTAR, 0.0454 para el porcícola y 0.1803 para MEZC. Los soportes evaluados para la inmovilización de los microorganismos fueron tusa de mazorca, luffa cilíndrica, ladrillo cerámico y espuma de poliuretano. La producción de biogás de los biorreactores fue de 0.232 (m3 CH4/kg DQOremovido) para el reactor con ladrillo cerámico como soporte, seguido por la tusa de mazorca con 0.211 m3 CH4/kg DQOremovido y la espuma de poliuretano 0.154 (m3 CH4/kg DQOremovido), por último la luffa cilíndrica con 0.111 (m3 CH4/kg DQOremovido), En la evaluación del reactor de biopelícula se utilizó como soporte el ladrillo cerámico. La producción de metano obtenida por el reactor fue de 0.27 (m3 CH4/kg DQOremovido/d). En el conteo e identificación de los microorganismos metanogénicos se observó la presencia de metanógenos acetoclásticos pertenecientes al género Methanotrix sp. y Methanosarcina sp., estos microorganismos utilizan el acetato como principal ruta metabólica para la producción de metano. Por otro lado, se identificó también la presencia de población metanogénica hidrogenofílica (Methanoccocus sp. y Methanobacterium sp.) que utilizan el formato para la producción de metano. Finalmente, el modelo matemático del reactor de película adherida fue validado por los resultados experimentales para la concentración de sustrato (Sb). Las predicciones del modelo con relación a la concentración de biomasa activa y la producción de metano presentaron diferencias entre los datos experimentales y el modelo, observándose una marcada diferencia al alcanzar el estado estacionario.Item Caracterización del crecimiento de biopelículas soportadas en un sistema de lecho de fijo utilizado para la digestión anaerobia de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos(Universidad Industrial de Santander, 2017) Vergara Mendoza, Marisol; Torres Sáez, Rodrigo GonzaloEn esta trabajo, se evaluaron reactores metanogénicos de biopelícula adherida para el tratamiento del efluente generado por un reactor Hidrolítico/acidogénico con Fracción orgánica (FO) de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) como sustrato. En la selección del inóculo se utilizó, lodo porcícola, lodo PTAR y lodo mezcla (MEZC). Los resultados de la Actividad Metanogénica Específica (AME) en unidades de g DQO/ g SSV*d fue de 0.1233 para el lodo PTAR, 0.0454 para el porcícola y 0.1803 para MEZC. Los soportes evaluados para la inmovilización de los microorganismos fueron tusa de mazorca, luffa cilíndrica, ladrillo cerámico y espuma de poliuretano. La producción de biogás de los biorreactores fue de 0.232 (m3 CH4/kg DQOremovido) para el reactor con ladrillo cerámico como soporte, seguido por la tusa de mazorca con 0.211 m3 CH4/kg DQOremovido y la espuma de poliuretano 0.154 (m3 CH4/kg DQOremovido), por último la luffa cilíndrica con 0.111 (m3 CH4/kg DQOremovido), En la evaluación del reactor de biopelícula se utilizó como soporte el ladrillo cerámico. La producción de metano obtenida por el reactor fue de 0.27 (m3 CH4/kg DQOremovido/d). En el conteo e identificación de los microorganismos metanogénicos se observó la presencia de metanógenos acetoclásticos pertenecientes al género Methanotrix sp. y Methanosarcina sp., estos microorganismos utilizan el acetato como principal ruta metabólica para la producción de metano. Por otro lado, se identificó también la presencia de población metanogénica hidrogenofílica (Methanoccocus sp. y Methanobacterium sp.) que utilizan el formato para la producción de metano. Finalmente, el modelo matemático del reactor de película adherida fue validado por los resultados experimentales para la concentración de sustrato (Sb). Las predicciones del modelo con relación a la concentración de biomasa activa y la producción de metano presentaron diferencias entre los datos experimentales y el modelo, observándose una marcada diferencia al alcanzar el estado estacionarioItem Contribución a la interpretación del efecto de sinergia de catalizadores para reacciones de hidrodesulfuración e hidrogenación(Universidad Industrial de Santander, 2006) Pinzón Cárdenas, María Helena; Giraldo Duarte, Sonia Azucena; Centeno Hurtado, Aristóbulo; Delmon, Bernard; Montes, Consuelo; Ramírez García, ÁlvaroLa industria de petróleo enfrenta estrictas regulaciones que se imponen a los combustibles en cuanto a contenido de azufre y aromáticos. El hidrotratamiento (HDT) es una de las alternativas más importantes para la reducción de estos compuestos, que se viene desarrollando integrando avances tecnológicos tanto en el área de proceso así como en la de desarrollo de los catalizadores. Este trabajo se enfoca a la interpretación de algunos parámetros que contribuyen al efecto de sinergia de sistemas bimetálicos no convencionales. En este trabajo se estudió el efecto de la relación atómica Pt/(Pt+Mo), el contenido de metales y las características del soporte (alúmina) sobre la actividad y sinergia en las reacciones de HDT. Catalizadores Pt-Mo soportados sobre diferentes gama alúmina comerciales fueron preparados, caracterizados y evaluados en reacciones simultáneas de hidrodesulfuración de dibenzotiofeno e hidrogenación de naftaleno. La caracterización de los catalizadores se realizó mediante Quimisorción de CO, distribución de afinidad protónica (PAD) y Adsorción de NO por Espectroscopia Infrarrojo. La relación atómica Pt/(Pt+Mo) influye drásticamente sobre el comportamiento catalítico y la formación de sitios activos es destacable a bajos contenidos de metales en los catalizadores. Los resultados de caracterización sugieren que el comportamiento de estos catalizadores es debido a un mejoramiento en la dispersión de las especies activas sobre el soporte, la cual se obtuvo a bajo contenido de metales y una relación atómica específica. La composición química superficial de la alúmina influye sobre la dispersión y podría estar asociada con una interacción específica entre el Pt y los grupos OH superficiales de la alúmina, así como también, con la formación y distribución de la fase activa de Mo expuesta sobre la superficie del soporte.Item Contribución a la interpretación del efecto de sinergia de catalizadores para reacciones de hidrodesulfuración e hidrogenación(Universidad Industrial de Santander, 2006) Pinzón Cárdenas, María Helena; Giraldo Duarte de León, Sonia Azucena; Centeno Hurtado, AristóbuloLa industria de petróleo enfrenta estrictas regulaciones que se imponen a los combustibles en cuanto a contenido de azufre y aromáticos. El hidrotratamiento (HDT) es una de las alternativas más importantes para la reducción de estos compuestos, que se viene desarrollando integrando avances tecnológicos tanto en el área de proceso así como en la de desarrollo de los catalizadores. Este trabajo se enfoca a la interpretación de algunos parámetros que contribuyen al efecto de sinergia de sistemas bimetálicos no convencionales. En este trabajo se estudió el efecto de la relación atómica Pt/(Pt+Mo), el contenido de metales y las características del soporte (alúmina) sobre la actividad y sinergia en las reacciones de HDT. Catalizadores Pt-Mo soportados sobre diferentes gama alúmina comerciales fueron preparados, caracterizados y evaluados en reacciones simultáneas de hidrodesulfuración de dibenzotiofeno e hidrogenación de naftaleno. La caracterización de los catalizadores se realizó mediante Quimisorción de CO, distribución de afinidad protónica (PAD) y Adsorción de NO por Espectroscopia Infrarrojo. La relación atómica Pt/(Pt+Mo) influye drásticamente sobre el comportamiento catalítico y la formación de sitios activos es destacable a bajos contenidos de metales en los catalizadores. Los resultados de caracterización sugieren que el comportamiento de estos catalizadores es debido a un mejoramiento en la dispersión de las especies activas sobre el soporte, la cual se obtuvo a bajo contenido de metales y una relación atómica específica. La composición química superficial de la alúmina influye sobre la dispersión y podría estar asociada con una interacción específica entre el Pt y los grupos OH superficiales de la alúmina, así como también, con la formación y distribución de la fase activa de Mo expuesta sobre la superficie del soporte.Item Corrosión en sistemas multifásicos en flujo intermitente, caso CO2, agua, aceite, sobre acero al carbono 1020(Universidad Industrial de Santander, 2004) Villarreal Celis, Jaime Orlando; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Retamoso Rodríguez, Clemente; Echavarría, Félix; Vera López, Enrique; Peña Ballesteros, Darío YesidUn problema difícil de entender, predecir y controlar, presente com únmente en la operación en la industria petr olera, es la corrosión por CO2 en las tuberías de producción y transporte de los hidrocarburos. Los hidrocarburos provenientes de los pozos, cuando se trans portan por las tuberías forman una mezcla compleja, de múltiples fases, con diferentes configuraciones geométricas, asociadas con la erosión - corrosión cuando su hidrodinámica es altamente turbulenta. Una de estas formas de flujo multifásico que se caracteriza por su alta turbulencia es el flujo “slug”. En la bibliografía se reportan estudios de la corrosión ocasionada por CO2 disuelto en fases acuosas en los cuales se han estudiado experimentalmente factores tales como la presión parcial del CO2, la temperatura, la composición del fluido, la metalurgia de los materiales, pero muy poco se conoce sobre el efecto del flujo multifásico en la corrosión de este gas. La mayoría de los estudios mencionados se han realizado en laboratorios utilizando celdas, discos y cilindros rotatorios y autoclaves, pero los estudios de la corrosión en flujo multifásico requieren de circuitos hidrodinámicos construidos en tuberías de longitud considerable para la formación de los diferentes patrones de flujo. Para el desarrollo de esta investigación fue necesario en primer lugar diseñar y construir un circuito hidrodinámico de 48 metros de longitud. Fue construido en tuberías de acero inoxidable SS 31 6 y PVC transparente. Se validaron y ajustaron algunas correlaciones y el modelo hidrodinámico de Dukler y Hubbard que caracterizan el flujo “slug”. Para las condiciones de los ensayos de este estudio en un flujo simple en una tubería de 5 c m de diámetro, solución salina con una concentración de 1% de NaCl, saturada con CO 2, se observó que la corrosión está gobernada por un mecanismo mixto de difusión y la cinética de las reaccion es electroquímicas de reducción catódica. Finalmente, con base en los datos experimentales recopilados se propuso una correlación matemática para calcular la velocidad de corrosión, en función de la frecuencia de los “slugs” hasta una valor de 75 “slugs”/min, y otros parámetros como la caída de presión y la presión parcial del CO2.Item Corrosión en sistemas multifásicos en flujo intermitente, caso co29 agua, aceite, sobre acero al carbono 1018(Universidad Industrial de Santander, 2004) Villarreal Celis, Jaime Orlando; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Retamoso Rodríguez, ClementeUn problema difícil de entender, predecir y controlar, presente comúnmente en la operación en la industria petrolera, es la corrosión por CO2 en las tuberías de producción y transporte de los hidrocarburos. Los hidrocarburos provenientes de los pozos, cuando se transportan por las tuberías forman una mezcla compleja, de múltiples fases, con diferentes configuraciones geométricas, asociadas con la erosión - corrosión cuando su hidrodinámica es altamente turbulenta. Una de estas formas de flujo multifásico que se caracteriza por su alta turbulencia es el flujo “slug”. En la bibliografía se reportan estudios de la corrosión ocasionada por CO2 disuelto en fases acuosas en los cuales se han estudiado experimentalmente factores tales como la presión parcial del CO2, la temperatura, la composición del fluido, la metalurgia de los materiales, pero muy poco se conoce sobre el efecto del flujo multifásico en la corrosión de este gas. La mayoría de los estudios mencionados se han realizado en laboratorios utilizando celdas, discos y cilindros rotatorios y autoclaves, pero los estudios de la corrosión en flujo multifásico requieren de circuitos hidrodinámicos construidos en tuberías de longitud considerable para la formación de los diferentes patrones de flujo. Para el desarrollo de esta investigación fue necesario en primer lugar diseñar y construir un circuito hidrodinámico de 48 metros de longitud. Fue construido en tuberías de acero inoxidable SS 316 y PVC transparente. Se validaron y ajustaron algunas correlaciones y el modelo hidrodinámico de Dukler y Hubbard que caracterizan el flujo “slug”. Para las condiciones de los ensayos de este estudio en un flujo simple en una tubería de 5 cm de diámetro, solución salina con una concentración de 1% de NaCl, saturada con CO2, se observó que la corrosión está gobernada por un mecanismo mixto de difusión y la cinética de las reacciones electroquímicas de reducción catódica. Finalmente, con base en los datos experimentales recopilados se propuso una correlación matemática para calcular la velocidad de corrosión, en función de la frecuencia de los “slugs” hasta una valor de 75 “slugs”/min, y otros parámetros como la caída de presión y la presión parcial del CO2.Item Desarrollo de materiales catalíticos bifuncionales para la hidrodesulfuración de dibenzotiofenos por la ruta de hidrogenación(Universidad Industrial de Santander, 2009) Baldovino Medrano, Víctor Gabriel; Centeno Hurtado, Aristóbulo; Giraldo Duarte, Sonia Azucena; Martínez Rey, Ramiro; Gil Gambas, Francisco Javier; Hoyos, Luis Javier; Martínez Ortega, FernandoLa hidrodesulfuración (HDS) de di--dibenzotiofenos es necesaria para obtener combustibles tipo Diesel que cumplan con las regulaciones ambientales presentes y por consiguiente su utilización tenga un menor impacto negativo tanto en el medioambiente como en la salud. Dichas moléculas presentan fuertes impedimentos estéricos que impiden su hidrodesulfuración directa (DDS) sobre los catalizadores empleados, su HDS procede casi exclusivamente por la ruta de hidrodesulfuración por hidrogenación (HID). En esta Tesis Doctoral se desarrollaron sistemas catalíticos bifuncionales Pd-Pt soportados para la HDS de dibenzotiofeno por la ruta HID. Entre los aportes de la Tesis se encuentran: (i) El planteamiento de un mecanismo de reacción específico de la ruta HID. (ii) La preparación de catalizadores Pd-Pt soportados cuya selectividad HID/DDS puede controlarse a través de la relación atómica Pd/(Pd+Pt). (iii) El establecimiento de una correlación entre las sinergias en HID y en hidrogenación de aromáticos bajo atmósfera de H2S. (iv) El planteamiento de un modelo de fase activa Pd-Pt en HDS. (v) Se mostró que la selectividad HID/DDS puede ser drásticamente modificada a partir de cambios “suaves” en la acidez del soporte catalítico de la fase activa Pd-Pt. Toda la evidencia experimental obtenida indica que el éxito en la manipulación de la selectividad HID/DDS está ligada a una conveniente sintonización entre las características intrínsecas de la fase activa y el balance de sitios ácidos Lewis-Brønsted de naturaleza “suave” del soporte catalítico. Esta denominada acidez suave es muy relevante para la futura aplicación de dichos materiales en un proceso de HDS profunda de Diesel, porque reduce los riesgos de envenenamiento por moléculas nitrogenadas básicas y deposición de coque. En adición, los catalizadores Pd-Pt son estables y no son envenenados por el H2S, y tienen simultáneamente alta actividad en HDS y en hidrogenación de aromáticos.Item Desarrollo de un modelo de simulación para el proceso de coquización retardada de residuos de la refinación de crudos Colombianos(Universidad Industrial de Santander, 2016) Díaz Mateus, Fabian Andrey; Chaves Guerrero, Arlex; Maradei García, María Paola; Fuentes Díaz, David Alfredo; Guzmán Monsalve, AlexanderColombia se encuentra actualmente en un proceso de actualización de toda su infraestructura petrolera de crudos livianos hacia crudos pesados los cuales conforman casi la totalidad de nuestras reservas futuras. El proceso de coquización retardada es el corazón de esa actualización ya que permitirá la conversión total de los crudos pesados y extra-pesados en Colombia. La coquización retardada apenas se está comenzando a estudiar en el país, los únicos datos experimentales disponibles provienen de la planta piloto de coquización retardada del Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) de Ecopetrol. Esta tesis doctoral se encuentra dentro del convenio de cooperación tecnológica 03 de 2011 firmado por el ICP y la Universidad Industrial de Santander (UIS) y está acreditada para emplear estos datos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un modelo de simulación computacional del proceso de coquización retardada empleando dinámica de fluidos computacional (CFD) con el fin de generar una herramienta de predicción de la formación de productos y de la acumulación de coque dentro del reactor. Este modelo fue solucionado numéricamente mediante programación en lenguaje C++. El desarrollo de este modelo de simulación representa un avance significativo ya que aún no se ha presentado en la literatura un modelo de simulación en dinámica de fluidos computacional de este proceso, los modelos que se encuentran en la literatura corresponden a correlaciones y modelos cinéticos los cuales no dependen del tiempo, variable fundamental para este proceso, y por lo tanto no presentan nada acerca de la acumulación de coque en el reactor, ni de las propiedades de la cama de coque las cuales dependen de las variables fluido-dinámicas del medio reaccionante, como fue comprobado en este trabajo. El rendimiento de coque obtenido en las simulaciones presenta una desviación máxima de 4.98% respecto a datos experimentales obtenidos en planta piloto.Item Desarrollo de un modelo de simulación para el proceso de coquización retardada de residuos de la refinación de crudos colombianos(Universidad Industrial de Santander, 2016) Díaz Mateus, Fabián Andrey; Chaves Guerrero, Árlex; Maradei García, María Paola; Fuentes Díaz, David Alfredo; Guzmán Monsalve, Alexander; Maciel Filho, Rubens; Molina Ochoa, Alejandro; Jaramillo Ibarra, Julián Ernesto; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; González Silva, GermánColombia se encuentra actualmente en un proceso de actualización de toda su infraestructura petrolera de crudos livianos hacia crudos pesados los cuales conforman casi la totalidad de nuestras reservas futuras. El proceso de coquización retardada es el corazón de esa actualización ya que permitirá la conversión total de los crudos pesados y extra-pesados en Colombia. La coquización retardada apenas se está comenzando a estudiar en el país, los únicos datos experimentales disponibles provienen de la planta piloto de coquización retardada del Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) de Ecopetrol. Esta tesis doctoral se encuentra dentro del convenio de cooperación tecnológica 03 de 2011 firmado por el ICP y la Universidad Industrial de Santander (UIS) y está acreditada para emplear estos datos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un modelo de simulación computacional del proceso de coquización retardada empleando dinámica de fluidos computacional (CFD) con el fin de generar una herramienta de predicción de la formación de productos y de la acumulación de coque dentro del reactor. Este modelo fue solucionado numéricamente mediante programación en lenguaje C++. El desarrollo de este modelo de simulación representa un avance significativo ya que aún no se ha presentado en la literatura un modelo de simulación en dinámica de fluidos computacional de este proceso, los modelos que se encuentran en la literatura corresponden a correlaciones y modelos cinéticos los cuales no dependen del tiempo, variable fundamental para este proceso, y por lo tanto no presentan nada acerca de la acumulación de coque en el reactor, ni de las propiedades de la cama de coque las cuales dependen de las variables fluido-dinámicas del medio reaccionante, como fue comprobado en este trabajo. El rendimiento de coque obtenido en las simulaciones presenta una desviación máxima de 4.98% respecto a datos experimentales obtenidos en planta piloto.Item Desarrollo de un método de pretratamiento termomecánico continuo con ácido sulfúrico diluido para la producción de etanol lignocelulósico a partir de bagazo de caña de azúcar(Universidad Industrial de Santander, 2017) Mantilla Barbosa, Neila Milena; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Castillo Monroy, Edgar Fernando; Garzón Fuentes, Laura LilianaLa biomasa lignocelulósica es una fuente atractiva de materia prima para producción de azúcares, que pueden ser convertidos en etanol a través de la fermentación de los azúcares hidrolizados de la celulosa y hemicelulosa contenida en la biomasa, para lo cual, es necesaria una etapa de pretratamiento que aumente la accesibilidad enzimática de la biomasa y no degrade los azúcares solubilizados. En busca de una alternativa eficiente y viable económicamente se desarrolló un método y un reactor de pretratamiento que en conjunto con la hidrólisis enzimática permiten solubilizar altas cantidades de glucosa y xilosa, sin degradarlas. El pretratamiento desarrollado logra combinar efectos físicos (térmicos y mecánicos) y químicos (ácido sulfúrico diluido) con operación en continuo en una sola etapa a baja severidad. En primer lugar, se investigó acerca del mejor tipo de refinación mecánica, utilizando molinos de discos y diferentes configuraciones de elementos de cizallamiento en un compounder, combinando estos pretratamientos mecánicos con el pretratamiento con ácido sulfúrico diluido a baja severidad en etapas separadas, seguidamente se elaboró el diseño del equipo de pretratamiento en base al tipo de molienda con mejores resultados en discontinuo. Una vez el equipo de pretratamiento fue fabricado, se realizó el comisionado y puesta en marcha del equipo donde se varió el flujo másico y la concentración de ácido sulfúrico diluido, se determinó el tiempo de residencia y se evaluaron los resultados de las etapas conjuntas de pretratamiento e hidrólisis enzimática. Con los datos obtenidos experimentalmente, se realizó una estimación tecno-económica del proceso global de producción de etanol, comparando el pretratamiento termomecánico desarrollado con un pretratamiento con ácido sulfúrico diluido con operación en continuo, como herramienta para la toma de decisiones con respecto a la optimización futura del pretratamiento desarrollado.Item Desarrollo de un proceso para el aprovechamiento integral de microalgas para la obtención de biocombustibles(Universidad Industrial de Santander, 2012) Sánchez Tuirán, Eduardo Luis; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; El-Halwagi, Mahmoud; Acevedo Duarte, Leonardo; Barrera Zapata, Rolando; Nabarlatz, Débora AlcidaNorteamérica debido a que no hay realmente un balance neutro de CO2 y su producción se basa en la utilización de materia prima que normalmente sería destinada a la alimentación. Para lograr implementar el proceso de producción de biodiesel a escala industrial y que sea competitiva con el diesel de petróleo es necesario encontrar materias primas que posean mayores rendimientos de producción de aceite que los cultivos tradicionales de oleaginosas. En el panorama de las materias primas aparecen con fuerza las microalgas. Debido a la novedad de estos cultivos alternativos, no existen aún esquemas integrados de aprovechamiento para la obtención de biocombustibles. Es por eso que el desarrollo de estos procesos a través de la aplicación de los principios de la Ingeniería Química en diversas áreas permitirá obtener un diseño novedoso de aprovechamiento total de biomasa de microalga que permita la producción de biocombustibles de manera sostenible y eficiente. Teniendo en cuenta lo anterior, en esta investigación fue desarrollado un análisis para el diseño de un proceso integrado de aprovechamiento de microalgas en la producción conjunta de biocombustibles basado en principios de síntesis e integración de procesos. El Capítulo I describe de manera conceptual los principales aspectos del procesamiento y utilización de microalgas basado en esquemas de biorefinería. El Capítulo II está dedicado a la descripción del modelamiento y validación de las propiedades fisicoquímicas de los componentes y de las rutas seleccionadas usando Aspen Plus™. El Capítulo III describe los análisis realizados a los casos de estudios evaluados y su comparación. Posteriormente en el Capítulo IV se describen las propuestas de integración energética a los casos de estudio analizados. Finalmente, en el Capítulo V se describen las alternativas de producción propuestas con base en los análisis realizados.Item Desarrollo de un proceso para el aprovechamiento integral de microalgas para la obtención de biocombustibles(Universidad Industrial de Santander, 2012) Sánchez Tuirán, Eduardo Luis; Kafarov, Viatcheslav VictorovichLos biocombustibles tradicionales están siendo fuertemente criticados, principalmente en Europa y Norteamérica debido a que no hay realmente un balance neutro de CO2 y su producción se basa en la utilización de materia prima que normalmente sería destinada a la alimentación. Para lograr implementar el proceso de producción de biodiesel a escala industrial y que sea competitiva con el diesel de petróleo es necesario encontrar materias primas que posean mayores rendimientos de producción de aceite que los cultivos tradicionales de oleaginosas. En el panorama de las materias primas aparecen con fuerza las microalgas. Debido a la novedad de estos cultivos alternativos, no existen aún esquemas integrados de aprovechamiento para la obtención de biocombustibles. Es por eso que el desarrollo de estos procesos a través de la aplicación de los principios de la Ingeniería Química en diversas áreas permitirá obtener un diseño novedoso de aprovechamiento total de biomasa de microalga que permita la producción de biocombustibles de manera sostenible y eficiente. Teniendo en cuenta lo anterior, en esta investigación fue desarrollado un análisis para el diseño de un proceso integrado de aprovechamiento de microalgas en la producción conjunta de biocombustibles basado en principios de síntesis e integración de procesos. El Capítulo I describe de manera conceptual los principales aspectos del procesamiento y utilización de microalgas basado en esquemas de biorefinería. El Capítulo II está dedicado a la descripción del modelamiento y validación de las propiedades fisicoquímicas de los componentes y lisis realizados a los casos de estudios evaluados y su comparación. Posteriormente en el Capítulo IV se describen las propuestas de integración energética a los casos de estudio analizados. Finalmente, en el Capítulo V se describen las alternativas de producción propuestas con base en los análisis realizados.