Revista ION

Diesel hydrotreating process modelling

El hidrotratamiento es hoy en día una de las tecnologías más importantes en la industria de refinación de petróleo ya que permite lograr las exigentes especificaciones en lo que concierne a los contenidos de azufre y aromáticos de productos como diésel y gasolina. En este proceso se presentan al mismo tiempo reacciones de hidrodesulfurización, hidrodesnitrogenación e hidrodesaromatización. El proceso se estudió a escala piloto, empleando como carga diésel y mezclas de éste con Aceite liviano de ciclo y Jet, en un reactor de lecho empacado, a temperaturas entre 300 y 450°C, relación hidrógeno/carga en el rango de 200 a 700Nm³/m³ y velocidades espaciales entre 0,3 a 1,5h-1; a presión constante de 5,5MPa. Todas las pruebas se realizaron con un catalizador comercial. El estudio permitió el desarrollo de relaciones pseudo-cinéticas en función de las condiciones de operación y la composición de la carga. Estas relaciones describen cada una de las reacciones presentes en el hidrotratamiento de diesel. Los parámetros cinéticos y los órdenes de reacción fueron calculados mediante un algoritmo de optimización no lineal (Solver - Excel). Los resultados de paridad obtenidos entre las concentraciones experimentales y calculadas, presentan correlaciones superiores a 0,9 en la mayoría de los casos y con un alto porcentaje de repetitividad del método.

Hydrotreating process is one of the most important technologies in the oil refining industry since makes possible to meet the strict sulphur and aromatic specifications for diesel and gasoline. In this process reactions for sulphur removal (hydrodesulphurization), nitrogen removal (hydrodenitrogenation) and aromatic hydrogenation occurs simultaneously. The diesel hydrotreating process was studied at pilot plant, using as feedstocks diesel and mixtures of diesel with light cycle oil and Jet. A fixed bed reactor packed with commercial hydrotreatment catalyst was used for experimentation at temperatures between: 300- 450°C, Hydrogen/Feedstock ratio of 200-700Nm³/m³, space velocities of 0.3 - 1.5h-1 and a constant pressure of 5.5MPa. This study allowed the development of pseudo-kinetics relations in function of the operating conditions and feedstock properties describing every main reaction that take place during diesel hydrotreating. The kinetics parameters and reaction orders were calculated through an optimization algorithm. The parity results obtained between the experimental and calculated concentrations of sulphur, nitrogen and aromatics showed a correlation ratio higher than 0.9 in most of the cases and a good repeatability of the calculation method.

Fluid dynamic model of an asphaltene sedimentation equipment

El crudo pesado es una mezcla compleja de compuestos incluyendo saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos. En esta mezcla los asfaltenos son los componentes más pesados con tendencia a ser inestables y precipitar, ocasionando inconvenientes en el transporte y procesamiento. Para remediar este problema se han desarrollado tecnologías consistentes en la utilización de solventes, las cuales a determinadas condiciones de operación, permiten separar la fracción pesada, mejorando las propiedades y logrando asegurar condiciones para el transporte y refinación de crudos pesados. En este trabajo se desarrolla un modelo de Fluido-Dinámica (FDC) para un equipo de sedimentación de asfaltenos, mediante el uso de balances microscópicos. La solución permitió determinar: distribución de sólidos, patrones de flujo y puntos de acumulación de fase pesada, útiles para la comprensión del comportamiento fluido-dinámico del sistema. El modelo se valida mediante datos obtenidos en una planta piloto con capacidad para tratar 2,3x10-6 m³/s (1,25 BPD) de crudo pesado. Dicha planta, propiedad del Instituto Colombiano del Petróleo de ECOPETROL (ICP), está ubicada en el municipio de Piedecuesta, Colombia.

Heavy crude oil is a complex mixture of compounds that include saturates, aromatics, resins and asphaltenes. In this mixture, the asphaltenes are the heaviest components and can be unstable and precipitate. This kind of components causes troubles in transportation and processing. One way to reduce this problem is through technologies that use solvents, which under adequate operating conditions, separate the heavy fraction, improving the properties and conditions for transporting and refining of heavy crude oil. The present work develops a model of Computational Fluid Dynamics (CFD) for asphaltene settler, using microscopic balance. The response of this model allowed to determine: the solids flow pattern distribution and accumulation points of heavy phase. This information is useful for understanding the fluid-dynamic behavior of the system. The model was validated using data from a pilot plant with capacity for treatment 2.3 x10-6 m³/s (1.25 BPD) of heavy crude oil. This pilot plant is located in the Colombian Petroleum Institute of ECOPETROL (ICP), Piedecuesta, Santander, Colombia.

Fitting crude oil property curves: new methodology and implementation into the CrudeExpert program

La predicción de propiedades de mezcla y recorte de crudos a partir de los datos de laboratorio consignados en los reportes denominados assays es una importante actividad para la planeación de la producción en las refinerías. En los assays de crudos se reportan las propiedades promedio discontinuas de los compuestos destilados en el respectivo intervalo de temperaturas. Estos intervalos experimentales difieren de los obtenidos en operación industrial. De acuerdo a esto, se hace necesaria la implementación de un procedimiento matemático de ajuste de curvas para la representación continua de las propiedades de los crudos. En el presente trabajo se propone una nueva metodología para el ajuste de curvas continuas basada en la ecuación de Riazi para la curva TBP, la interpolación por trazadores cúbicos y la validación por medio de la ecuación de Kay. Esta nueva metodología fue programada en un módulo de VBA-Excel® denominado CrudeExpert el cual procesa la información de los assays de crudos y evalúa las propiedades en mezcla y recorte. La metodología fue aplicada a los assays de los crudos Castilla Coveñas Blend, South Blend y Caño Limón de ECOPETROL S.A. con resultados satisfactorios en la reproducción de los datos experimentales para las propiedades densidad, contenido de azufre, punto de llama y carbón Conradson. Los resultados obtenidos con CrudeExpert para recorte y mezcla con los anteriores crudos en intervalos diferentes a los reportados en sus assays fueron validados con el paquete comercial CrudeManager LE.

Prediction of properties for crude oil blending and distillation is an important activity for refinery planning. Crude fraction properties are measured at laboratory at standard cut temperatures and reported in the so called assays. Owing to the standard cut temperatures differ from the industrial ones, it is required a mathematical procedure to represent the discrete assays' data as continuous functions. Herein, we present a new methodology based on the Riazi's equation for TBP curve, the cubic spline interpolation and the Kay's equation. This new methodology was codified in a VBA-Excel® based program called CrudeExpert which processes assays' data and evaluates properties for blending and distillation of crudes. The methodology was carried out using the crude assays for Castilla Coveñas Blend, South Blend and Caño Limón from ECOPETROL S.A. with successful results for the reproduction of experimental values for density, sulfur content, flash point and carbon residue (Conradson). Likewise, results from CrudeExpert for blending and distillation of the preceding crudes at different cut temperatures were validated with the commercial CrudeManager LE package.

**Improvement of CO₂ sequestration by Chlorella vulgaris UTEX 1803 on labscale photobioreactors**

Las microalgas han sido sugeridas como una respuesta adecuada para la producción de combustibles debido a sus ventajas relacionadas con altas tasas de crecimiento, alta eficiencia fotosintética y alta producción de biomasa comparada con otros cultivos terrestres energéticos. Se estudió el efecto de la inyección continua de CO2 sobre la productividad de biomasa de Chlorella vulgaris UTEX 1803 a escala de laboratorio. Los cultivos se realizaron en condiciones autotróficas a 23±1°C, con ciclos luz-oscuridad 12:12h durante periodos establecidos de 5 días. Los cultivos se efectuaron a concentraciones de NaNO3 (0,59mM; 1,18mM; 1,76mM; 2,35mM) y flujos continuos con 2,3 y 3,8%v de CO2. Todos los experimentos fueron desarrollados por triplicado. Los resultados obtenidos en los diferentes experimentos muestran que las mejores productividades fueron 0,28(g/l.dia) y 0,44(g/l.dia) utilizando 2,3%v de CO2, 0,59mM NaNO3 y 3,8%v de CO2, 1,18mM NaNO3 respectivamente, indicando que la cantidad de CO2 influencia genera la mayor influencia en el crecimiento de C. vulgaris. Sin embargo, al disminuir la concentración de nitrógeno, es posible obtener una mayor productividad de biomasa, esto representa un avance importante en la producción de cultivos fotosintéticos, ya que abre las posibilidades para mejorar la producción total de biomasa mientras se reduce los costos en la producción.

Microalgae have been suggested as an appropriate response to the production of fuels due to their advantages associated with high growth rates, high photosynthetic efficiency and high production of biomass compared to other terrestrial energy crops. This work focuses on the effect of continuous inyection of CO2 on biomass productivity of Chlorella vulgaris UTEX 1803 on labscale photobioreactors. Autotrophic cultures were carried out on 23±1°C, with light:dark cicles of 12:12, also different fluxes of CO2 (2.3 and 3.8 v%) and different concentrations of sodium nitrate (0.59mM; 1.18mM; 1.76mM; 2,35mM) were tested. Results obtained in the different experiments show that the best productivity were 0.28 (g/l.dia) and 0.44(g/l.dia) using 2.3v% de CO2, 0.59mM NaNO3 and 3.8v% de CO2, 1.18mM NaNO3 respectively, Indicating that the amount of CO2 influence generates the greatest influence on the growth of C. vulgaris. However, by lowering the concentration of nitrogen, it is possible to obtain a higher productivity of biomass. This represents an important advance in photosynthetic crop production, as it opens the possibilities to improve the total biomass production while reducing costs production.

Gasification of waste biomass in the flower industry, case: Eastern Antioquia

Este artículo presenta los resultados de gasificación de una mezcla de 1/3 de cada especie de biomasa residual del cultivo de pompón, áster y hortensia con vapor de agua como agente gasificante, en un reactor a escala de laboratorio. La biomasa, como materia prima recibió un secado solar antes de iniciar el proceso de gasificación, se realizó también un procedimiento de reducción de tamaño de partícula a fin de obtener geometrías acordes al proceso de gasificación, se caracterizó mediante el análisis próximo y último y se estableció como temperatura de operación del reactor un rango de 700 a 750°C. Como resultado, la composición del gas de síntesis producido fue analizada por cromatografía gaseosa y para el promedio de producción se obtienen: CH4 2,8 - 5%v, CO 9,3 - 22,2%v, H2 30,3 - 46,6%v.

This paper presents the results of gasification of a mixture of 1/3 of each kind of residual biomass cultivation pompon, hydrangea and aster with steam as a gasifying agent in a laboratory scale reactor. The biomass feedstock received a solar drying before starting the gasification process, there was also a method for particle size reduction to obtain consistent geometries with gasification process, was characterized by proximate and ultimate analysis and established as reactor operating temperature range of 700 to 750°C. As a result, the composition of the produced synthesis gas was analyzed by gas chromatography and the average yield obtained: CH4 2.8 to 5%v, CO 9.3 to 22.2%v, H2 30.3 to 46.6%v.

Thermogravimetric analysis as a new method to determine of total solid content (TSC) and dry rubber content (DRC) of natural latex

El látex de caucho natural es la materia prima para la fabricación de diversos elementos utilizados en la industria y la calidad de ellos está ligada a la composición del látex fresco preservado. La norma ASTM D1076 presenta un método para la determinación del CST, CCS y Ácidos Grasos Volátiles (AGV), entre otras propiedades, para el látex natural; este método resulta ser largo y tedioso, por tal razón se busca una forma de caracterización del látex natural que ahorre tiempo y facilite su obtención. El objetivo de este trabajo es determinar el CST, CCS y AGV en el látex natural por termogravimetría. Para esto se sometieron muestras de látex natural a análisis termogravimétrico bajo una atmósfera inerte y los resultados fueron comparados con los obtenidos en los métodos señalados por las normas ASTM D1076, lográndose finalmente un método de caracterización viable con una varianza entre los dos métodos de 0,45 para los valores obtenidos de CST y una varianza entre los dos métodos de 0,13 para el CCS comparado con los valores obtenidos en las condiciones dadas por la norma. Por otra parte, no fue posible determinar el contenido de AGV por termogravimetría pues la pérdida de masa de estas sustancias se encuentra en el mismo intervalo de temperatura del agua. Adicionalmente, se realizó una caracterización cualitativa por FTIR de la fase densa y la fase acuosa del látex natural, lo que permitió la identificación de grupos funcionales correspondientes al poliisopreno, proteínas y carbohidratos en la fase densa del látex.

Natural rubber latex is the raw material for the manufacture of various products used in the industry and the quality of them is associated to the composition of fresh latex preserved. ASTM D1076 presents a method for the determination of TSC, DRC and VFA, among other natural rubber latex properties. This method turns out to be long and tedious, therefore it is looking for a way to characterize the natural latex to save time and to easy operation. The aim of this study is to determine the TSC, DRC and VFA in the natural latex by thermogravimetry. In order to achieve this objective, latex samples were submitted to thermogravimetric analysis under an inert atmosphere and the results were compared with those obtained in the methods described by ASTM D1076, achieving a viable method of characterization for the determination of TSC and DRC with an variance between two methods of 0.45 from the values obtained for TSC and an variance between two methods of 0.13 for DRC compared with the obtained at ASTM conditions. In the other hand, it was not possible to determine the VFA content by thermogravimetry because the mass loss of these compounds occurs in the same temperature range than the water. Additionally, a qualitative characterization by FTIR of the dense phase and the aqueous natural rubber was performed, which allowed the identification of functional groups corresponding to polyisoprene, proteins and carbohydrates in the dense phase of the latex.

Naphthalene as a model molecule to explain the mechanism of hydrodesulfurization over Pd-Pt/γ-Al₂O₃ catalysts

El desarrollo de la hidrodesulfuración (HDS) de moléculas tipo dibenzotiofeno (DBT) por la ruta de hidrogenación (HID) sobre catalizadores Pd-Pt/γ-Al2O3 fue estudiado por medio del análisis de la reactividad del naftaleno (NFT) sobre estos materiales. Para ello, una serie de catalizadores Pd-Pt/γ-Al2O3 con diferentes proporciones molares Pd/(Pd+Pt) fueron preparados por el método de coimpregnacion, caracterizados por absorción atómica y adsorción-desorción de nitrógeno y evaluados a temperaturas entre 503 y 543K y 5MPa. Los resultados muestran que, para éste sistema catalítico, existe un efecto de sinergia en la selectividad hacia la trans-decalina. Se pudo concluir que el mecanismo de reacción del NFT sobre el catalizador bimetálico Pd-Pt/γ-Al2O3 comprende el roll-over Δ1,9-octalina sobre la superficie catalítica, existiendo de este modo una similitud con el mecanismo de reacción del DBT por la ruta de HID en la HDS.

The development of the hydrodesulfurization (HDS) of dibenzothiophene (DBT) type molecules by the hydrogenation (HYD) route over Pd-Pt/γ-Al2O3 catalysts was studied through the analysis of the reactivity of naphthalene over these materials. A series of Pd-Pt/γ-Al2O3 catalysts with different Pd/(Pd+Pt) molar ratios were prepared by the coimpregnation method, characterized by atomic absorption and nitrogen adsorption-desorption techniques and tested at temperatures between 503 and 543K and 5MPa. Results show a synergy in the selectivity to trans-decaline. It was concluded that the reaction mechanism of naphthalene over Pd-Pt/γ-Al2O3 bimetallic catalysts entails the roll-over of the Δ1,9-octalina over the catalytic surface. In this way, there exists a similarity with the reaction mechanism of DBT by the HYD route of HDS.

Eulerian-Lagrangian model with Discrete Element Method on liquid-solid flow with low upstream velocity

En este trabajo se plantea un modelo Euleriano - Lagrangiano mejorado con el método de los elementos discretos y se simula un campo de flujo formado por una fase líquida y una sólida dispersa cuyas densidades son ligeramente diferentes, el objeto de la simulación es evaluar el comportamiento de la fase dispersa formada por 7050 partículas distribuidas según la distribución normal en 10 tamaños diferentes. De la simulación fue posible encontrar la expansión del lecho, como se distribuye la fase dispersa y una evaluación de los fenómenos que producen la tendencia a la segregación y/o al entremezclado producto de la respuesta diferente que hacen las partículas de distinto tamaño a la fuerza de arrastre consecuencia del flujo ascendente.

This paper presents a simulation of flow field formed by a liquid phase and a solid dispersed which densities are slightly different, the simulation was done using a Eulerian - Lagrangian model improved with the method of discrete elements, the simulation was performed to evaluate the dispersed phase particles behavior formed by 7050 particles distributed according to the normal distribution in 10 different sizes. From the simulation was possible to find the bed expansion, the distribution of particles from dispersed phase into control volume, and an assessment of the phenomena that produces trend toward segregation and/or intermixing of particles with different size like consequence drag force differences by result of upward flow.