A study of the inhibition of second stage hydrocraking catalysts by weakly basic nitrogen-containing compounds

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dc.contributor.advisorBaldovino Medrano, Víctor Gabriel
dc.contributor.advisorPérez Martínez, David de Jesús
dc.contributor.authorCelis Cornejo, Carlos Mauricio
dc.contributor.evaluatorMaugé, Françoise
dc.contributor.evaluatorMoreno Lopera, Jorge Andrés
dc.contributor.evaluatorMaradei García, María Paola
dc.contributor.evaluatorViejo Abrante, Fernando
dc.contributor.evaluatorMejía Ospino, Enrique
dc.date.accessioned2022-04-01T05:16:52Z
dc.date.available2022-04-01T05:16:52Z
dc.date.created2017
dc.date.issued2017
dc.description.abstractEl 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.
dc.description.abstractenglishThe increasing production of heavy crude oil and its process is challenging for modern refineries, regarding the elimination of hetero-compounds and the upgrading of these streams through hydroprocesses. In this contribution, the most refractory to hydrotreatment species in a Colombian vacuum gas oil were identified, using high-resolution mass spectrometry. These analyses allowed to evidence a high relative abundance of the partially hydrogenated species of nitrogenous pyrrolic compounds, whose character is slightly basic. The effect of these weakly basic compounds on the performance of a conventional hydrocracking catalyst was evaluated at different nitrogen levels, varying not only the amount but the fraction between the selected species. The catalytic tests were carried out following the phenanthrene reaction, at temperatures of 623, 638 and 653 K, space velocities between 1.3 and 2.2 h -1, and total nitrogen content of 0, 1 and 5 ppm in the feed. The statistical analysis of this experimental design allowed establishing a correlation between the operational variables and evidenced the effect of the nitrogen compounds on the selectivity towards the naphthalene and tetralin like products. To provide a feasible explanation for the experimental observations, DFT simulations were carried out in a mordenite structure, for modeling a Brønsted site and evaluate the adsorption of different nitrogen-containing and polynuclear aromatic hydrocarbons. Weakly basic nitrogen-containing compounds became protonated when interacting with acid sites, as well as the most basic species. To validate this prediction addressed by the calculations, a methodology was developed to follow the adsorption of pyrrolic compounds in the liquid phase, on a protonic zeolite, by means of ATR-IR. Summarizing our results, is possible to conclude that the weakly basic compounds can cause significant inhibitory effects, even at small concentrations (<5 ppm of N) in the feed.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001427204
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería Química
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9624
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectHidrocraqueo
dc.subjectInhibición
dc.subjectCompuestos nitrogenados
dc.subjectCarbazol
dc.subjectDébilmente básicos
dc.subjectPoliaromáticos
dc.subjectPhenanthrene
dc.subjectAdsorción
dc.subjectATR-IR
dc.subjectESI FT-ICR-MS
dc.subjectDFT
dc.subjectMecanismo De Isomerización
dc.subject.keywordHydrocracking
dc.subject.keywordInhibition
dc.subject.keywordNitrogen Compounds
dc.subject.keywordCarbazole
dc.subject.keywordWeakly Basic
dc.subject.keywordPolynuclear Aromatic Hydrocarbons
dc.subject.keywordPhenanthrene
dc.subject.keywordAdsorption
dc.subject.keywordATR-IR
dc.subject.keywordESI FT-ICR-MS
dc.subject.keywordDFT
dc.subject.keywordIsomerization Mechanism.
dc.titleA study of the inhibition of second stage hydrocraking catalysts by weakly basic nitrogen-containing compounds
dc.title.englishA study of the inhibition of second stage hydrocracking catalyst by weakly basic nitrogen-containing compounds
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dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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