Ignición asistida de un proceso de combustión in situ con partículas de óxidos de metales de transición

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dc.contributor.advisorKafarov, Viatcheslav Victorovich
dc.contributor.advisorBottía Ramírez, Hernando
dc.contributor.authorAkimushkina Valencia, Lucía
dc.contributor.evaluatorPedraza Avella, Julio Andrés
dc.contributor.evaluatorLeón Bermudez, Adán Yovani
dc.date.accessioned2025-03-21T21:19:32Z
dc.date.available2025-03-21T21:19:32Z
dc.date.created2025-02-18
dc.date.embargoEnd2030-01-01
dc.date.issued2025-02-18
dc.description.abstractThe growing global energy demand has shifted attention toward unconventional oils due to their abundance. In reservoirs containing extra-heavy crude oil at significant depths, in-situ combustion (ISC) is often the only feasible recovery method. This method consists in the generation of oxidation reactions between crude oil and an oxidizing agent. The initial stage of the process, known as ignition, requires a sustained temperature increase, driven by the rate of heat generation from oxidation reactions, which must exceed heat losses in the reservoir. The rate of heat generation can be enhanced with the use of transition metals oxides as catalysts for the oxidation reactions. Three transition metal oxides (MnO2, MoO3 and Fe3O4) were synthesized at different temperatures to obtain different particle sizes. Size and morphology were determined by SEM, TEM, and adsorption isotherms. The performance of the synthesized oxides was evaluated on the oxidation reactions of an extra heavy oil. Kinetic parameters were estimated using the isoconversional method. The obtained activation energy of the catalyst with the best performance was used in a developed numerical model to evaluate the ignition stage in terms of temperature and oxygen profiles as functions of distance and time. The addition of metal oxides altered the oxygen consumption as well as the oxidation products, specifically increased the CO₂/CO molar ratio across all systems. A correlation was observed between particle size and the obtained activation energies with smaller particles leading to lower activation energies compared to larger ones for the Iron and Manganese catalysts. The most favorable kinetic changes were observed with molybdenum oxide in the size of 4.61 ± 1.72 um. The catalyst reduced the activation energy during the low temperature oxidation (LTO) by 9.46% and the high temperature oxidation (HTO) by 13.3% compared to the crude oil alone. The presence of the catalyst significantly enhanced the ignition stage, reducing the time required to achieve the process's auto-sustainability by 25.5%.
dc.description.abstractenglishLa creciente demanda mundial de energía ha desviado la atención hacia los crudos no convencionales debido a su abundancia. En yacimientos muy profundos de crudos extrapesados la combustión in situ (ISC) es a menudo el único método de recobro posible. Este método consiste en la generación de reacciones de oxidación entre el petróleo crudo y un agente oxidante. La etapa inicial del proceso, conocida como ignición, requiere un aumento sostenido de la temperatura, impulsado por la tasa de generación de calor de las reacciones de oxidación, que debe superar las pérdidas de calor en el yacimiento. La tasa de generación de calor se puede mejorar mediante el uso de catalizadores de óxidos de metales de transición que asistan estas reacciones de oxidación. Se sintetizaron tres óxidos de metales de transición (MnO2, MoO3 y Fe3O4) a diferentes temperaturas para obtener diferentes tamaños de partículas. El tamaño y la morfología se determinaron mediante SEM, TEM e isotermas de adsorción. El desempeño de los óxidos sintetizados se evaluó en las reacciones de oxidación de un crudo extrapesado. Los parámetros cinéticos se estimaron utilizando el método isoconversional. La energía de activación obtenida del catalizador con el mejor rendimiento se utilizó en un modelo numérico desarrollado para evaluar la etapa de ignición en términos de perfiles de temperatura y oxígeno en función de la distancia y el tiempo. La adición de óxidos metálicos modificó el consumo de oxígeno y los productos de oxidación, aumentando específicamente la relación molar CO₂/CO en todos los sistemas con catalizador. Se observó una correlación entre el tamaño de partícula y las energías de activación obtenidas, donde las partículas más pequeñas condujeron a energías de activación más bajas en comparación con las más grandes en los catalizadores de hierro y manganeso. Los cambios cinéticos más favorables se presentaron con el óxido de molibdeno en un tamaño de 4,61 ± 1,72 µm. Este catalizador redujo la energía de activación en un 9,46% durante la oxidación a baja temperatura (LTO) y en un 13,3% durante la oxidación a alta temperatura (HTO) en comparación con el crudo sin catalizador. Además, la presencia del catalizador mejoró significativamente la etapa de ignición, disminuyendo en un 25,5% el tiempo necesario para alcanzar la autosostenibilidad del proceso.
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería Química
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-5071-3899
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/20.500.14071/45363
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_f1cf
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectCombustión in situ
dc.subjectIgnición
dc.subjectCatalizador
dc.subjectReacciones de oxidación
dc.subjectÓxidos de metales de transición
dc.subject.keywordIn situ Combustion
dc.subject.keywordIgnition
dc.subject.keywordCatalyst
dc.subject.keywordOxidation Reactions
dc.subject.keywordTransition Metal Oxide
dc.titleIgnición asistida de un proceso de combustión in situ con partículas de óxidos de metales de transición
dc.title.englishAssisted ignition of in situ combustion process by transition metal oxide particles
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
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