Cuantificación de los aditivos BTEX presentes en la gasolina distribuida en el Distrito Metropolitano de Quito y análisis ingenieril del trabajo de la refinería

Super and Extra gasolines distributed at the Metropolitan District of Quito were analyzed by Gas Chromatography/Mass Spectrometry. 36 gas stations corresponding to the 30% of all existing until late 2014 (72 stations), were sampled. At first a qualitative analysis was performed to determine all hydrocarbons and other compounds present in gasoline; subsequently, BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylenes) concentration was determined, in order to clarify compliance of the Ecuadorian current regulations for gasolines. It was determined that Extra gasoline contain a higher amount of isoparafins and cyclic hydrocarbons, while the lack of those in Super gasoline reflects only a greater addition of aromatics. In some Extra gasolines, it was found hydrocarbons with alcohol groups, this could explain the Ecuadorian Government project to introduce “Ecopais” gasoline, with ethanol, in all the country regions. It was determined that benzene, a carcinogenic compound, exceeds the permissible limits in both types of gasoline, and is even practically the double in Super gasoline (1.105%). It also was observed that there is not current regulations for the addition of the rest of aromatics. Finally it was clarified that the modifications at the Esmeraldas Refinery, are related to the change of the reactor and regenerator of the FCC (Fluid Catalytic Cracking) unit. It is not the aim increase the production of petroleum derivates.Se analizó las gasolinas Súper y Extra distribuidas en el Distrito Metropolitano de Quito mediante Cromatografía de Gases/Espectrometría de Masas, para ello se muestreó 36 estaciones, correspondientes al 30% del total existente para finales de 2014 (72 estaciones). En primera instancia se realizó un análisis cualitativo para determinar todos los hidrocarburos presentes en las gasolinas, así como otros compuestos; y posteriormente se cuantificó la concentración de BTEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno, Xilenos) con el fin de esclarecer el cumplimiento de las normativas ecuatorianas vigentes para regulación de gasolinas. Se determinó que la gasolina Extra presenta mayor cantidad de isoparafinas e hidrocarburos cíclicos, mientras que la falta de los mismos en la gasolina Súper refleja únicamente una mayor adición de aromáticos. En varias gasolinas Extra, se encontraron hidrocarburos con grupos alcohol, lo cual se explica como el proyecto del Gobierno Ecuatoriano para introducir la “Gasolina Ecopaís”, gasolina con etanol, en todas las regiones. Se determinó que el benceno, compuesto cancerígeno, supera los límites permisibles en los dos tipos de gasolina, e incluso es aproximadamente el doble en la gasolina Súper (1.105%). También se observó que no existen normas de adición para el resto de aromáticos. Finalmente se esclareció que las modificaciones dispuestas en la Refinería de Esmeraldas, se resumen al cambio del reactor y regenerador de la unidad FCC (Fluid Catalytic Cracking). No se pretende aumentar la cantidad de producción de derivados del petróleo

Evaluación del uso de redes neuronales artificiales en la predicción de resultados de un proceso de isomerización para su uso como herramienta didáctica en la materia de simulación de procesos

El objetivo de este trabajo se fundamenta en el desarrollo y evaluación de una red neuronal que sea capaz de predecir la concentración molar de isobutano e isopentano en un proceso de isomerización con un coeficiente de correlación lo más cercano a 1. Para el diseño de la red primero se modelo el sistema a través de un software de simulación de código abierto, DWSIM, una vez simulado se obtiene a partir de este una base de 115 pares de datos haciendo variar las fracciones molares en la alimentación, relación de reflujo y porcentaje de conversión, a este grupo de datos se le aplica un análisis estadístico para verificar la existencia de datos atípicos y corroborar si la media de los datos es aceptable. En el software Matlab se selecciona la arquitectura y el logaritmo de red que mejor se adapte al conjunto de datos. Finalmente se procedió aplicar un análisis estadístico para realizar la comparación entre los valores arrojados por el simulador y los predichos por la red neuronal. Como resultados finales se verificó que la red que mejor se ajusta adecuadamente es el algoritmo Bayesian Regularization con una red de veinte neuronas ocultas, seis neuronas de entrada y cuatro neuronas de salida, dando un error cuadrático medio de 1,73e-04 y un coeficiente de correlación total de 0,9990. Concluyendo de esta manera que la red es capaz de predecir la fracción molar de isobutano e isopentano en el proceso de isomerización con la misma exactitud que lo haría un simulador ya que no existe una diferencia significativa entre las medias de los datos reales y los predichos por la red. Se recomienda emplear diferentes métodos termodinámicos y rangos específicos para las variables de entrada y de esta manera obtener resultados idóneos a la realidad del sistema de isomerización.The objective of this work is based on the development and evaluation of a neural network capable of predicting the molar concentration of isobutane and isopentane in an isomerization process with a correlation coefficient as close to 1. For the design of the network, the system is first modeled through an open code simulation software, DWSIM; once simulated, a base of 115 pairs of data is obtained from it by varying the mole fractions in the feed, reflux relationship and conversion percentage; a statistical analysis is applied to this group of data to verify the existence of atypical data and to corroborate if the mean of the data is acceptable. The Matlab software is used to select the architecture and the network logarithm that best suits the data set. Finally, a statistical analysis was applied to compare the values obtained by the simulator to those predicted by the neural network. As final result, it was verified that the best fitting network is the Bayesian Regularization algorithm with a network of twenty hidden neurons, six input neurons and four output neurons, giving a mean square error of 1.73e-04 and a total correlation coefficient of 0.9990. Thus concluding that the network is able to predict the mole fraction of isobutane and isopentane in the isomerization process with the same accuracy as a simulator would do, since there is no significant difference between the means of the real data and those predicted by the network. It is recommended to use different thermodynamic methods and specific ranges for the input variables to obtain results suitable to the reality of the isomerization system

Planta de isomerización de n-butano mediante la introducción de la tecnología ISOMALK-3

Traballo de Fin de Grao en Enxeñaría Química. Curso 2020-2021El objeto de este proyecto es el diseño de una planta de producción de isobutano a partir de la isomerización de n-butano con una capacidad de isomerización de 150.000 t/año. El producto se obtiene mediante la isomerización de butano en presencia de hidrogeno mediante la introducción de la tecnología ISOMALK-3 que facilita el empleo de catalizadores no clorados eliminando los principales inconvenientes de la isomerización de butano mediante tecnologías convencionales

Documentación de la técnica de cromatografía de gases en el análisis de hidrocarburos alifáticos en aguas residuales

En el presente documento se compilan los aportes bibliográficos en el estudio de la técnica de cromatografía de gases aplicada al análisis de hidrocarburos alifáticos en aguas residuales. Además se hace énfasis en las distintas técnicas de extracción de hidrocarburos alifáticos de aguas residuales, principalmente extracción en fase sólida. También se exponen algunas investigaciones en cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. Se muestran otras tendencias en cuanto al proceso de extracción previo de los hidrocarburos alifáticos en muestras de agua como lo son la extracción asistida por microondas, microextracción en fase sólida, extracción asistida por ultrasonido, extracción mediante barra de agitación (stir bar), y la técnica headspace. Se indican informes a nivel internacional y nacional sobre el efecto de la contaminación de agua con hidrocarburos alifáticos. Así mismo se trata sobre los problemas generados a los organismos vivos, y los riesgos que ellos conllevan. También se muestran los conceptos estadísticos de precisión, exactitud, linealidad, límite de detección, límite de cuantificación y sensibilidad, que se requieren cuando se desea estandarizar o validar una técnica cromatográfica

Diseño de blends de combustibles basado en propiedades termodinámicas

La valorización de la biomasa es un área en permanente evolución, relevante de investigación y que continuará atrayendo el interés del sector industrial a medida que más y más consumidores estén preocupados por el impacto ambiental del uso de recursos fósiles no renovables. Señal de ello son las grandes inversiones realizadas por la industria química tradicional (BASF, DUPONT, Braskem, Mitsubishi, entre otras) en nuevas vías de síntesis de químicos y materiales, a partir de recursos renovables. Además, existen beneficios económicos significativos si en futuros desarrollos tecnológicos se procesa biomasa residual. El notable potencial de la biomasa, como fuente alternativa de productos químicos, combustibles y materiales demanda nuevas tecnologías para procesar eficientemente materias primas complejas y diversas. Por su parte, impulsar el desarrollo de biorrefinerías eficientes obliga a integrar el diseño de nuevos procesos con el diseño de productos innovadores que faciliten la inserción de estos en el mercado. En este contexto, es importante el desarrollo de modelos termodinámicos predictivos y de algoritmos de simulación de propiedades de mezclas robustos, tanto en el ámbito productivo (diseño y simulación de biorrefinerías) como en el de blends de combustibles, que permitan predecir el desempeño de biocombustibles al ser utilizados, por ejemplo, como aditivos de combustibles convencionales. Esta tesis realiza dos contribuciones principales: 1) modelado del equilibrio de fases de sistemas involucrados en la conversión de biomasa, dirigida a la síntesis de biocombustibles y 2) desarrollo de herramientas para el diseño de productos multicomponentes que, en particular, se aplican al diseño de mezclas de combustibles y biocombustibles. El Capítulo 1 brinda una visión general sobre las tendencias actuales en biorrefinerías y biocombustibles. Se presentan los compuestos que constituyen la plataforma de biobasadas y sus principales rutas de conversión a biocombustibles. En esta tesis se amplía el al- VIII cance de la Ecuación de Estado a Contribución Grupal con Asociación (GCA-EoS). Este modelo ha sido aplicado con éxito a la descripción del comportamiento de fases de mezclas que involucran biocombustibles de primera generación (etanol y biodiesel) y numerosos productos naturales. En el Capítulo 2, luego de describir el modelo termodinámico GCAEoS, su base teórica y tabla de parámetros, se discuten las principales estrategias de parametrización desarrolladas durante este trabajo de tesis. El Capítulo 3 presenta el modelado del equilibrio entre fases de mezclas de CO2 con las series homólogas de n-alcanos y n-alcoholes. Estos sistemas son de particular interés para el desarrollo de tecnologías intensificadas por presión que están siendo altamente aplicadas en la síntesis de compuestos biobasados y donde el CO2 es el solvente por excelencia. El Capítulo 4 desarrolla el trabajo realizado en torno a extender la tabla de parámetros de la GCA-EoS a nuevos biocombustibles furánicos. Por último, el Capítulos 5 está dedicado al modelado termodinámico de éteres con alcanos y alcoholes. Esta extensión se aplica a la predicción del equilibrio de fases de sistemas constituidos por compuestos polifuncionales como poliéteres y glicol éteres. En la segunda parte de la tesis, la GCA-EoS se aplica a la simulación de propiedades de blends y se integra a una herramienta de diseño de productos multicomponentes basado en propiedades termodinámicas. En el Capítulo 6 se presentan los algoritmos desarrollados para simular matemáticamente ensayos experimentales que determinan las principales propiedades reguladas por normas nacionales e internacionales. Finalmente, el Capítulo 7 presenta el algoritmo de optimización, basado en técnicas metaheurísticas, que permite encontrar mezclas sustitutas que cumplan con un conjunto de propiedades especificadas para el combustible (presión de vapor Reid, curva de destilación y perfil de composición PIANOX). El diseño de blends es una aplicación de interés particular para esta tesis; sin embargo, está claro que la herramienta desarrollada puede ser extendida y aplicada al diseño de productos multicomponentes en una diversidad de aplicaciones.Currently, biomass valorization is a research field of growing interest and has gain special attention in the industrial sector as more and more consumers are concerned about the environmental impact of using non-renewable fossil resources. Sign of it are the large investments done by the traditional chemical industry (BASF, DUPONT, Braskem, Mitsubishi) in new synthesis routes of chemicals and materials from renewable resources. Moreover, significant economic benefits can be achieved if future technological developments process residual biomass. Biomass potential as an alternative source of chemical, fuels and materials require new technologies capable of efficiently process complex and inhomogeneous raw materials. On the other hand, boosting the development of efficient biorefineries requires integrating the design of new processes with the design of innovative products that facilitate the insertion of these in the market. In this context predictive thermodynamic models and robust property simulation algorithms are required for both, process and product conceptual design and optimization. This thesis makes two main contributions for the development of: 1) a thermodynamic model for biorefineries, with focus on biofuel synthesis and 2) a tool for multicomponent product design, specifically applied to fuel/biofuel blends design. Chapter 1 provides an overview about current trends in biorefineries and biofuels. It also introduces the main platform chemicals obtained from biomass processing and their further conversion routes towards biofuels. In this thesis the scope of application of the Group Contribution with Association Equation of State (GCA-EoS) is extended in the biorefineries context and to include new biofuels. This thermodynamic model has been successfully applied to mixtures involving first generation biofuels (bioethanol and biodiesel) and several natural products. Chapter 2 describes the GCA-EoS model, its theoretical bases and discusses the parametrization strategies developed during this research work. Chapter 3 reviews the modeling of CO2 phase behavior with the n-alkane and n-alcohol homologous series. These systems are of interest for developing pressure intensified technologies highly applied in the synthesis of platform chemicals. Chapter 4 is focus on extending GCAEoS table of parameters to new furanic biofuels. Finally, Chapter 5 introduces the thermodynamic modeling of ethers with alkanes and alcohols, extension of the GCA-EoS that allows predicting the phase behavior of systems including polyfunctional compounds such as polyether and glycol ethers, also considered next generation biofuels. In the second part of this thesis, the GCA-EoS is applied to the simulation of fuel blend properties and the development of a tool for designing blends based on thermodynamic properties. The developed algorithms for modeling experimental tests methods, regulated by national and international standards, are presented in Chapter 6. Finally, Chapter 7 presents an optimization algorithm based on metaheuristics techniques that allows searching for surrogate mixtures that fulfill specified fuel properties (Reid vapor pressure, distillation curve and PIANOX composition). Beyond blend design, the tools developed in this thesis could be extended and applied to other multicomponent product design.Fil: Gonzalez Prieto, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentin

Desarrollo de un micro-reactor de lecho transportado y su aplicación al estudio craqueo catalítico

La evaluación en laboratorio de los catalizadores de FCC necesita el empleo de unidades de laboratorio propias a este proceso debido a la desactivación muy rápida del catalizador. En el presente trabajo se plantea la construcción, optimización y aplicación al ensayo de catalizadores de FCC de un nuevo sistema de reacción de laboratorio denominado MicroDowner, que funciona con un reactor de lecho transportado descendente y cortos tiempos de residencia. Su aplicación principal va dirigida al ensayo de catalizadores de FCC, pero también puede ser utilizado en otros procesos que requieran tiempos de reacción cortos como por ejemplo procesos de oxidación selectiva. Después de estudiar la influencia de las condiciones de operación sobre los rendimientos experimentales proporcionados por la unidad y establecer un protocolo experimental estándar, se comparó con otras unidades de ensayo de catalizador como la unidad de laboratorio MAT y la planta piloto DCR. Los experimentos realizados han mostrado que el reactor construido permite obtener resultados muy similares a los obtenidos en la planta piloto, y lógicamente destacando las diferencias ya conocidas entre planta piloto y reactor MAT, en especial en el rendimiento a olefinas y a coque. La unidad MicroDowner se ha utilizado para evaluar el procesamiento de nafta en una unidad de FCC con el objetivo de incrementar la producción de olefinas cortas. Al contrario de la nafta LSR, que sólo craquea a temperaturas muy altas, la nafta de FCC reacciona apreciablemente incluso a temperaturas moderadas. El rendimiento a olefinas cortas aumenta con el incremento de la temperatura de reacción mientras que la selectividad disminuye, siendo la adición de zeolita ZSM5 siempre beneficiosa para la obtención de olefinas cortas. En todos los esquemas considerados se consigue una amplia reducción del contenido en olefinas de la gasolina alimentada.Sauvanaud ., LL. (2004). Desarrollo de un micro-reactor de lecho transportado y su aplicación al estudio craqueo catalítico [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8641Palanci

Craqueo térmico y catalítico, con y sin vapor de agua, de alcanos sobre zeolitas, cinética, desactivación y estabilización del catalizador

El mercado del refino demanda cada vez mayor cantidad de productos con una mejor calidad, tanto técnica como medioambiental, lo que conlleva elevados costes de inversión. Sin embargo, dentro de este mercado, el precio del producto final no suele reconocer el mayor coste asociado a la mejora de las calidades. Si se pretende aumentar o, como mínimo, mantener el margen económico de refino se debe actuar sobre aquellos factores que, sin suponer grandes inversiones, afecten positivamente al mismo, díganse el aumento de la capacidad de conversión así como la optimización e integración de los esquemas de refino. En este contexto, la unidad de FCC, dada su gran rentabilidad e importancia económica dentro del esquema general de refino, así como su gran adaptabilidad y versatilidad para el procesado de distintas corrientes y obtención de diferentes productos, juega un papel central como una de las tecnologías primarias sobre las que poder actuar para incrementar el margen económico de refino. Este hecho, unido a la creciente demanda de olefina ligera por parte del mercado, muestra una posible alternativa de integración para la mejora de dicho margen. En la presente investigación se han llevado a cabo experimentos de craqueo catalítico de n-parafinas en condiciones de operación de alta severidad, principalmente mayores temperaturas de reacción y empleando, en las ocasiones oportunas, grandes proporciones de agua en el alimento, con el fin de incrementar la producción de olefinas ligeras en la corriente de salida. En dicho estudio se han empleado como catalizadores materiales zeolíticos que maximizan la producción de olefina ligera, tales como zeolitas de tipo ZSM-5 con diferente relación Si/Al y zeolita IM-5, nuevo material con un gran potencial como catalizador de craqueo. Se muestra un estudio del rendimiento, selectividad y comportamiento ante la desactivación de los diferentes productos de reacción durante el craqueo, prestando especial hincapié a las olefinas ligeras. Además se observa la influencia de distintas variables de operación tales como el tiempo de contacto, temperatura de reacción, presión parcial de agua en la corriente alimento, tiempo de reacción, longitud de la cadena de la parafina, tipo de catalizador, relación Si/Al de un mismo catalizador, etc., valorando sus implicaciones en los objetivos generales planteados. Así mismo, se propone un modelo de desactivación que es capaz de simular el comportamiento mostrado por los catalizadores, teniendo en cuenta los datos de actividad instantánea del catalizador tomados a tiempos muy cortos de reacción, condición de operación a la que se tiende en la nuevas unidades de craqueo catalítico diseñadas para incrementar la producción de olefinas ligeras. Finalmente se muestran los resultados obtenidos tras la estabilización de las estructuras zeolíticas, mediante tratamientos post-síntesis de incorporación de fósforo, frente a los efectos negativos derivados de las nuevas condiciones de operación. Se presenta un estudio de optimización de las variables de operación, tanto del proceso reactivo como del método de estabilización.The refining market increasingly demands more products with better quality, both technically and environmentally, leading on higher investment costs. However, within this market, the price of the final product does not recognize the higher cost usually associated with quality improvement. To increase or at least maintain the economic refining margin it is needed to act on those factors which affect positively, without assuming major investments, as the increase in conversion capacity and the optimization-integration refining schemes. In this context, the FCC unit, given its high profitability and economic importance within the overall refining scheme, and its great adaptability and versatility for processing different streams and obtaining various products, plays a central role as one of the primary technologies on which to act to increase the economic refining margin. This fact, together with the growing demand for light olefins by the market, shows a possible integration alternative for improving the margin profit. In this investigation catalytic cracking experiments of n-paraffins were carried out under high severity conditions, including greater reaction temperatures and, on suitable occasions, large proportions of water in feed, in order to increase light olefin production. In this study were used as catalysts zeolite materials that maximize the production of light olefins, such as zeolite ZSM-5 with different Si/Al ratio and zeolite IM-5, new material has great potential as cracking catalyst. It shows a study of the yield, selectivity and deactivation behavior in the different products during the cracking reaction, with particular emphasis on light olefins. Besides this, it also shows the influence of different operating variables such as contact time, reaction temperature, water partial pressure, reaction time, paraffin chain length, catalyst type, Si/Al ratio, etc.., assessing its implications on the general objectives proposed. Moreover, it is developed a deactivation model that is capable of simulating the activity behavior shown by the catalysts, even at very short reaction times, operating condition used by the new catalytic cracking units designed to increase light olefin production. Finally, it compares the results obtained before and after a zeolite hydrothermal stabilization, through post-synthesis treatments of phosphorus incorporation

Diseño y simulación de un reactor prototipo que soporte condiciones de hidrogenación para crudo pesado con una capacidad de 1 galón por segundo para Petroecuador

En el presente proyecto se presentan algunas de las características del proceso de selección, diseño y cálculo del reactor prototipo para hidroprocesamiento. Con el enfoque creciente para reducir las impurezas del petróleo, el proceso de hidrotratamiento del crudo, se hace cada día más importante en las refinerías. Existen diferentes tecnologías para la remoción de las impurezas tales como el azufre, oxígeno y nitrógeno, sulfuros, aromáticos, etc., y una de las más usadas es el proceso donde se le agrega hidrógeno al petróleo para el rompimiento de las moléculas y enlaces. La propuesta planteada para el diseño del reactor prototipo es colocar tres camas de catalizador con dos tipos de catalizador para hidroprocesamiento, los cuales serán operados en un reactor de cama fija. La configuración óptima para el reactor prototipo de hidrotratamiento del petróleo, implica que una vez definidas las entradas y salidas del proceso en el reactor, es seleccionar los posibles equipos o insumos asociados y las especificaciones de los productos deseados

Evaluación de concentraciones de gases y vapores generados en el expendio de combustible en la gasolinera del sindicato de choferes profesionales del cantón Saquisilí, provincia de Cotopaxi, periodo 2014 - 2015

The purpose of this research is to monitor gases and vapors emitted into the environment in the process to sale fuel and then this process is compared with Table No. 4 of Environmental Regulations for Hydrocarbon Operations in Ecuador (RAHOE), the investigation was made at the service station to Professional Drivers of Saquisilí canton located at Simon Bolivar in 0°50’33.6’’S y 78º39’50.6’’W. First, for making the investigation was necessary to find information about the gas station, some of them are the identification, limits to service station, characteristics of the place, infrastructure, operation, features of the areas, staff or workers to the service station andweather conditions....El propósito del presente trabajo de investigación es monitorear los gases y vapores emitidos al ambiente en el proceso de expendio de combustible, para posteriormente ser comparados con la TABLA N° 4 del Reglamento Ambiental para las Operaciones Hidrocarburíferas en el Ecuador (RAHOE), la indagación se realizó en la estación de servicio del Sindicato de Choferes Profesionales del Cantón Saquisilí ubicada en la calle Simón Bolívar entrada al cantón en las coordenadas 0°50’33.6’’S y 78º39’50.6’’W. Para poder realizar el estudio primero se levantó información de la estación de servicio, incluyendo identificación, límites, características del lugar, infraestructura, operación, características de las áreas de la infraestructura, personal de trabajo de la estación de servicio y condiciones climáticas…