Proyectos Fin de Carrera

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Evaluación de un Modelo Termodinámico de Precipitación de Parafinas para Predecir Problemas de Aseguramiento de Flujo
(Universidad Rey Juan Carlos, 2008) García Galván, Federico
Los problemas derivados de la precipitación de parafinas cada vez tienen un peso más importante en la industria del petróleo. La producción de petróleo se lleva a cabo en condiciones más severas debido a la escasez de crudo, lo que causa una mayor precipitación de parafinas. Este fenómeno provoca la obstrucción de oleoductos y tuberías disminuyendo, y en los casos más graves cortando, la producción con el consecuente impacto económico. Los gastos derivados de la remediación y la pérdida de producción así como la escasez de datos experimentales de precipitación de parafinas en crudos, hacen muy importante el desarrollo de modelos que sean capaces de predecir las curvas de precipitación de los crudos para poder solucionar estos problemas antes de que tengan lugar. El presente proyecto forma parte de una línea de investigación desarrollada por Repsol y el Grupo de Aseguramiento de Flujo de la Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología (ESCET) de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) en Móstoles, Madrid. Se ha estudiado la precipitación experimental de parafinas en una serie de crudos de diversa procedencia mediante ensayos de calorimetría diferencial de barrido (DSC), precipitación simple (determinación de la cantidad total de parafinas de un crudo a -20ºC, según el método de Burger y cols.) y precipitación fraccionada. Este último procedimiento ha sido desarrollado por el grupo de Aseguramiento de Flujo en los laboratorios del Departamento de Tecnología Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos y en él se elimina la utilización de disolvente, evitando así el desplazamiento de la WAT hacia temperaturas más bajas por efecto de la temperatura. Las muestras obtenidas se analizaron mediante Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y Resonancia Magnética Nuclear de Protón (RMN-1H). Los análisis por DSC han permitido obtener la Temperatura de Aparición de Ceras (WAT) y la curva de precipitación de los crudos (WPC) así como la cantidad de crudo ocluido en las parafinas precipitadas. Los análisis de RMN-1H revelan el grado ramificación de las parafinas precipitadas (relación CH2/CH3) y la cantidad de crudo ocluido mediante la cuantificación de los hidrógenos aromáticos presentes en las muestras. La URJC ha desarrollado un modelo termodinámico para predecir la precipitación de parafinas en crudos. Los datos experimentales se compararon con los predichos por el modelo para poder determinar así su eficacia.
Fraccionamiento de crudos por enfriamiento
(Universidad Rey Juan Carlos, 2008) Greño Cano, Ana Isabel
Las mezclas petrolíferas tienen una composición muy compleja respecto a la cantidad y naturaleza de las especies presentes. Las condiciones extremas de presión y las bajas temperaturas en las que se puede llegar a operar en los yacimientos provocan la ruptura del equilibrio termodinámico y por tanto la precipitación de distintos compuestos orgánicos, que pueden ocasionar serios problemas en las operaciones de extracción, producción, transporte, refino. Estos problemas vienen asociados fundamentalmente a la deposición de parafinas, asfaltenos y sales inorgánicas que se acumulan, pudiendo llegar a parar la extracción. Dichos bloqueos pueden interrumpir la producción, ocasionar costosas operaciones de limpieza de las líneas, además de aumentar costes operacionales. En este estudio se obtiene la curva de deposición de parafinas en función de la temperatura mediante un método de precipitación fraccionada, puesto a punto previamente en el Laboratorio de Aseguramiento de Flujo de esta Universidad. También se utilizó para la determinación de la curva de precipitación la técnica de Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y un método experimental basado en Espectroscopía Infrarroja de Transformada de Fourier (FTIR). Se caracterizaron los crudos y todas las fracciones mediante diferentes técnicas, tales como la Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), la Resonancia Magnética Nuclear de Protón (RMN H1) y la Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR). Mediante DSC se determinó la temperatura de aparición de parafinas (WAT), el contenido total de n-parafinas y la distribución de n-parafina. La técnica de FTIR también permitió determinar la WAT, obteniendo resultados consistentes. Mediante Resonancia Magnética Nuclear de Protón (RMN H1) se realizó un análisis estructural de las parafinas, obteniendo la relación CH2/CH3 y el contenido en aromáticos. Los resultados obtenidos muestran que las fracciones precipitadas están formadas mayoritariamente por parafinas lineales. La cantidad de crudo embebido presente en las fracciones se estimó mediante DSC y RMN H1 para corregir las curvas experimentales obtenidas mediante precipitación fraccionada y permitir su comparación con las curvas de precipitación obtenidas por DSC. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios en todos los casos. Además, para uno de los crudos se determinó la curva de precipitación mediante FTIR. Los resultados aunque preliminares fueron satisfactorios al compararlos con los obtenidos por otras técnicas.
Funcionalización oxidativa de catalizadores carbonosos para su aplicación en la obtención de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de metano
(Universidad Rey Juan Carlos, 2008) Rio Galera, Juan del
La actual preocupación por el agotamiento de las reservas naturales de combustibles fósiles y su contribución negativa en el medio ambiente suscita la búsqueda de alternativas más limpias. Entre estas posibilidades aparece el hidrógeno como combustible limpio y versátil, además de tener la capacidad actual de poder acoplarse a cualquier actividad. La limitación de este vector energético es conseguir un medio de obtención eficaz. Debido a la situación actual de calentamiento global, es importante desligar la producción del hidrógeno de las emisiones de CO2. Para ello, una opción que se está estudiando es la descomposición térmica de metano en hidrógeno y carbono sólido. Se trata de un proceso que requiere temperaturas elevadas de operación (>1100ºC). Sin embargo, usando diferentes tipos de catalizadores sólidos (metálicos o carbonosos), se permite disminuir notablemente la temperatura de operación (500-1100ºC). Recientemente se está optando por la utilización como catalizador de materiales puramente carbonosos. A pesar de que estos catalizadores carbonosos presentan en general una menor actividad y operan a temperaturas mayores que los catalizadores metálicos, evitan la desactivación de los catalizadores por deposición del carbono elemental sobre sus centros activos, como le ocurría a los catalizadores metálicos y por el contrario podrían dar lugar a un proceso autocatalítico en el que el mismo carbono producido durante la reacción de descomposición del metano actuará como catalizador de la misma. Además este proceso puede resultar ventajoso económicamente si el producto carbonoso obtenido es comercializado con un precio adecuado. La mayor o menor actividad de los catalizadores carbonosos en la descomposición termocatalítica está principalmente determinada por su origen, estructura y área superficial y, en general, los carbones sin ordenamiento molecular son catalíticamente más activos que los carbones ordenados debido a una mayor proporción de centros activos. Además, se ha demostrado, que muchas de las propiedades químicas de los catalizadores carbonosos, incluyendo su actividad catalítica, están relacionadas con la presencia de impurezas y de determinados grupos superficiales, siendo de particular interés los grupos oxigenados. La utilización de materiales carbonosos mesoestructurados como catalizadores en la producción de hidrógeno por descomposición de metano, se presenta como la alternativa más prometedora. La estructura porosa perfectamente definida, su carácter amorfo y el tamaño de poro medio, superior al de los carbones activados, le confieren a estos catalizadores carbonosos una actividad muy superior y una mejora de la resistencia a la desactivación que los carbones comerciales habituales. Además mediante el proceso de oxidación química se espera conseguir un incremento de la actividad catalítica del material al aumentar la proporción de grupos funcionales oxigenados superficiales que actúan como centros activos de la reacción, hecho no constatado experimentalmente como se verá en los resultados. En esta línea de investigación, en el presente proyecto, se ha realizado el estudio de la actividad catalítica de estos materiales carbonosos mesoestructurados para la reacción de descomposición térmica del metano, comparándolos frente a un catalizador carbonoso comercial. En concreto se ha estudiado la influencia de la superficie química de estos carbones en su actividad catalítica, para lo cual, los distintos carbones disponibles se oxidaron con diferentes concentraciones de ácido nítrico. Los catalizadores utilizados se caracterizaron mediante Difracción de Rayos-X (DRX), análisis de adsorción-desorción de N2l (BET), Microscopía de Transmisión de electrones (TEM), análisis elemental y análisis termogravimétrico (TG) (tanto en atmósfera oxidante como en atmósfera inerte), con el objeto de conocer su estructura, sus propiedades texturales y su composición química superficial. Los estudios de la actividad catalítica se llevaron a cabo en una termobalanza, comparando en primer lugar los materiales carbonosos mesoestructurados CMK-3 y CMK-5, sintetizados por el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos, con un negro de carbono comercial CBbp. Se comprobó que para tiempos cortos de reacción los materiales mesoporosos de alto ordenamiento presentan una mayor actividad catalítica que los carbones comerciales habituales empleados en la reacción de descomposición termocatalítica de metano. En cuanto al estudio de la superficie química de los carbones se concluyo que el proceso de oxidación con HNO3, no resultaba beneficioso para ninguno de los materiales carbonosos empleados. En el caso del material carbonoso CMK-3 no produce efecto alguno en lo que a incremento de actividad catalítica se refiere, por el contrario provoca una importante pérdida de actividad catalítica en los otros dos materiales, el CBbp y el CMK-5, posiblemente debido sobre todo a la degradación estructural provocada en estos materiales durante el proceso de oxidación con HNO3.

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