Desarrollo de adsorbentes de carbón para purificación de corrientes de refinería

Abstract

El coque de petróleo es uno de los subproductos más abundantes de la industria petrolera venezolana. Actualmente este material se está acumulando, debido a las normativas ambientales instauradas en los últimos años en diversos países del mundo, las cuales han restringido el empleo de este material como combustible. En consecuencia, se han emprendido diversas investigaciones orientadas a implementar nuevos usos. En este sentido, se planteó en el presente trabajo de investigación, la preparación de carbones activados partiendo de este material como precursor, para ser empleados en la purificación de corrientes de refinería. Los parámetros de operación estudiados para la preparación fueron los siguientes: método de mezcla (impregnación y mecánico), relaciones de KOH/coque (1 a 4), temperaturas de activación (700, 800 y 900) °C y caudal de nitrógeno (70 y 210) mL/min. Los carbones activados producidos fueron caracterizados mediante isotermas de adsorción de N2, lográndose la cuantificación de: áreas superficiales (BET), volúmenes totales (t-plot) y tamaños de poros (BJH), principalmente. Posteriormente, los carbones que presentaron las superficies más altas fueron caracterizados mediante el método de titulación BOEHM, de acuerdo a las familias de compuestos oxigenados presentes en su superficie (ácidos carboxílicos, esteres y alcoholes). Se obtuvieron carbones activados con áreas de superficie (BET) máximas iguales a 2547 m2/g, empleando el método de mezcla mecánica a una relación igual a 4, temperatura de activación de 800 °C y caudal de nitrógeno de 210 mL/min. Los carbones sintetizados que mostraron superficies muy desarrolladas, se utilizaron para los ensayos de captura de tiofeno y piridina a partir de soluciones de concentración conocida en hexadecano. Igualmente se empleó un carbón activado comercial (CAC) como referencia. Los resultados obtenidos mostraron que la superficie, el volumen total y tamaño de poros no son parámetros determinantes en la adsorción de moléculas de tiofeno y piridina. Se obtuvo que la relación de grupos funcionales por área rige la adsorción de moléculas de este tipo, estableciendo la formación de puentes de hidrógeno entre los adsorbatos y las familias de compuestos oxigenados (alcoholes y carboxílicos) presentes en la matriz carbonosa, como los principales responsables de la adsorción. Para una relación de adsorbente respecto a la solución igual al 2%, los porcentajes de la captura oscilaron entre: 19-46 % para el tiofeno y entre 24-60 % para la piridina. Adicionalmente, se estudio el tiempo de contacto y se obtuvo que este parámetro no ejerce una influencia significativa en la adsorción de tiofeno, pero si en la adsorción de piridina, debido a que las interacciones entre la piridina y el adsorbato se ven favorecidas a un mayor tiempo de contacto. Finalmente, fue seleccionado el carbón que mostro el mayor porcentaje de captura de tiofeno y piridina, para evaluar su desempeño en la retención de azufre, a partir de una nafta proveniente del proceso de craqueo catalítico en lecho fluidizado. De igual forma se empleó un CAC a modo comparativo. Las concentraciones de la carga antes y después de pasar por el lecho adsorbente fueron determinadas mediante fluorescencia de rayos X de longitud de onda dispersiva. Los resultados obtenidos de retención de azufre para ambos carbones, para tres tiempos de contacto (3, 6 y 24 h) fueron semejantes y estos oscilaron entre: 10-13 % de captura. La similitud en los resultados obtenidos de eliminación de azufre podría ser atribuida principalmente a la competencia de moléculas presentes en la nafta por los sitios activos presentes en la matriz carbonosa, fenómenos de difusión interna y la cinética involucrada de las moléculas..