Análisis cinético multiescala de la vía de desulfuración directa del dibenzotiofeno en la fase modelo CoMoS

Ariza Gómez, Michael Leonardo

Análisis cinético multiescala de la vía de desulfuración directa del dibenzotiofeno en la fase modelo CoMoS

dc.contributor.advisor	Baldovino Medrano, Víctor Gabriel
dc.contributor.advisor	Hess, Franziska
dc.contributor.advisor	Morales Valencia, Édgar Mauricio
dc.contributor.author	Ariza Gómez, Michael Leonardo
dc.contributor.evaluator	Mejía Ospino, Enrique
dc.contributor.evaluator	Ramírez Caballero, Gustavo Emilio
dc.date.accessioned	2023-09-13T13:56:52Z
dc.date.available	2023-09-13T13:56:52Z
dc.date.created	2023-08-19
dc.date.issued	2023-08-19
dc.description.abstract	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.
dc.description.abstractenglish	The hydrodesulfurization (HDS) reaction of molecules such as dibenzothiophene (DBT) is a key element in reducing toxic gas emissions. Generally, these reactions are carried out with a molybdenum disulfide catalyst promoted by cobalt or nickel, which allows a better catalytic activity of the system. In general, experiments and theoretical calculations are performed to understand the phenomenon of the hydrodesulfurization reaction, however, the dynamics of the process are neglected and not considered to date. We have implemented different methodologies to have a notion of the time evolution of species in HDS. In this work, we perform a theoretical study on the direct desulfurization pathway of dibenzothiophene in sulfur vacancies belonging to the active phase of the CoMoS model. We use static DFT calculations to understand the electronic state of the system, then we estimate the thermodynamic properties at operating conditions to study the effect of entropy and enthalpy contributions to the reaction. Then, we developed a microkinetic model (MK) that allows to understand the interaction of all elementary steps. Finally, we performed kinetic Monte Carlo (KMC) simulations to gain insight into the spatial distribution and frequency with which reactions occur at the catalyst surface. Taken together, these findings suggest that: (i) monohydrogenation of the dibenzothiophene molecule is the rate limiting step in the reaction for any type of technique used in this study, which was verified by a degree of rate control; ii) considering adsorbing molecular hydrogen in the reaction plane helped to understand the high pressure and temperature conditions required by the refineries to remove these sulfur heteroatoms iii) the scaling performed in the study allowed to verify that by implementing only the theoretical calculations it is possible to describe the trend of the experimental data.
dc.description.degreelevel	Maestría
dc.description.degreename	Magíster en Ingeniería Química
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/15029
dc.language.iso	eng
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.program	Maestría en Ingeniería Química
dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería Química
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Teoría del funcional de densidad
dc.subject	Hidrodesulfuración
dc.subject	Dibenzotiofeno
dc.subject	Transferencia de hidrógeno
dc.subject.keyword	Density Functional Theory (DFT)
dc.subject.keyword	Hydrodesulfuration
dc.subject.keyword	Dibenzothiophene (DBT)
dc.subject.keyword	Hydrogen Transfer
dc.title	Análisis cinético multiescala de la vía de desulfuración directa del dibenzotiofeno en la fase modelo CoMoS
dc.title.english	Multiscale Kinetic Analysis of the Direct Desulfurization Pathway of Dibenzothiophene on CoMoS Phase Model
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría