Conversión pirolítica de los concentrados resino-asfalténicos de los crudos pesados

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Afanasjeva, Natalia
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Universidad Industrial de Santander
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ResumenEl procesamiento del petróleo en las refinerías se ha complicado en los últimos años debido al agotamiento de los crudos livianos y la aparición de crudos pesados en la dieta de conversión. Uno de los mayores problemas que debe resolverse para incorporar estos crudos y también para procesar las fracciones pesadas que actualmente se generan a nivel mundial es el manejo de la fracción del concentrado resino-asfalténico (CRA) y el procesamiento de los asfaltenos. En este trabajo se presenta el análisis de características fisicoquímicas de concentrado resino-asfalténico de los crudos pesados colombianos para evaluar su potencial para el uso de las fracciones pesadas en el proceso de pirólisis suave bajo atmósfera inerte con el fin de obtener productos de mayor valor agregado. Se realizó la precipitación de los CRA ́s y a partir de éstos se extrajeron y purificaron los asfaltenos de los crudos pesados Castilla: 21%, San Fernando 18% y Rubiales 13% La conversión térmica de éstos por TGA mostró que se produjo 30, 55 y 40%p de coque. Se presentan los datos de análisis elemental, poder calorífico, análisis próximo, el cálculo de las formulas químicas empíricas de los CRA. El proceso de pirólisis suave de los CRA se realizó en un reactor a nivel de laboratorio entre 330 y 470°C y se obtuvieron tres fracciones, una sólida, una líquida y una gaseosa, las cuales se cuantificaron y analizaron por diferentes técnicas espectroscópicas (C+H+N,S+O, FT-IR, RMN 1H y 13C) y cromatográficas (GC y GC- MS). Con el aumento de la temperatura de reacción el rendimiento de las fracciones sólida y gaseosa aumentó. La fracción líquida presentó un valor máximo a 450°C y la máxima conversión de los CRA en productos potencialmente útiles como combustibles fue ~26% (Base seca). El cálculo de los parámetros cinéticos del proceso de pirólisis con base en la ecuación de Arrhenius permitió estimar las energías de activación (Ea) y factor de colisiones (k0). Palabras clave: crudos pesados, concentrado resino-asfalténico, conversión pirolítica, análisis elemental; poder calorífico.    Pyrolytic conversion of resin-asphaltene concentrates from heavy oils  Abstract Crude refining has become complicated due to depletion of light oil and need of heavier fraction to attend the growing demand in energy. The main problem is the handling of these fractions with high content of asphaltenes and resin concentrates. This research deals with the physicochemical characteristics of resin-asphaltenes concentrates obtained from different Colombian heavy oils in order to evaluate their potential in a process of mild pyrolysis in inert atmosphere to obtain aggregated value liquid products. Resin asphaltene concentrates (CRA) were obtained by precipitation and then the pure asphaltene isolated and purified. Asphaltene content in Castilla crude: 21%, San Fernando crude: 19% and from Rubiales crude: 13%. Thermal conversion by TGA for the same asphaltenes resulted in 30, 35 and 40% yield of coke. Elemental analysis, heat content, proximate analysis and empiric formula are given for the concentrate and the obtained coke. Pyrolysis was done in a lab batch reactor under temperatures 330 - 470°C. Three fractions were obtained: gas, liquid and solid. All fractions were characterized by mean of different spectroscopic techniques (C+H+N, S+O, FT-IR, RMN 1H y 13C) and chromatography (HPLC, GC and GC-MS). At higher temperatures yield of gas and solid fraction increased. Maximum yield of liquid fraction was obtained at 450°C. Potential conversion of asphaltenes in added value products as raw fuels is ~26% (dry basis). Kinetic parameters were determined according to Arrhenius equation with a value of energy activation (Ea) in the order of 352 kJ/mol. And also the k0 collision factor was calculated. Keywords: heavy oils, resin-asphaltene concentrate, pyrolysis conversion, elemental analysis, calorific power.    Conversão pirolíticos dos concentrados resino-asfaltenicos de os crudes pesados  Resumo A demanda de combustíveis fósseis está aumentando, mas o fornecimento de petróleo leve vem caindo,de modo que as refinarias devem começar a usar petróleos mais pesados como um substituto barato. Neste papel, asfaltenos a partir de óleos pesados Castilla (21%), San Fernando (19%) e Rubiales (13%) foram extraídos e analisados. As mudanças de temperatura experimentadas pelos três asfaltenos brutos foram estudados por termogravimetria e calorimetria diferencial de varrimento, e em seguida, foram submetidas a um processo de pirólise, entre 330 e 470°C sob atmosfera inerte. Após as três fracções de pirólise foram obtidos, um sólido, um líquido e gasoso, o qual foi recuperado, quantificado e analisado por meio de técnicas cromatográficas e espectroscópicas. A fração sólida é também determinado o seu teor de asfaltenos restante e coque. Em geral, medida que a temperatura aumenta o rendimento de coque, de líquidos e de gás aumentou, alcançando um 450°C, a conversão completa dos asfaltenos em produtos potencialmente úteis, tais como combustível. Finalmente, o cálculo dos parâmetros cinéticos do processo do pirólise com base na equação de Arrhenius reservou para calcular as energias da ativação do (Ea) e do fator das colisões k0. Palabras-chave: asfaltenos, petróleos pesados, pirólise, análise termogravimétrica, coque.    Cita: Afanasjeva N. Conversión pirolítica de los concentrados resino-asfalténicos de los crudos pesados. rev.ion. 2014;27(2):71-85.
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