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DESARROLLO EXPERIMENTAL.
Capítulo V
35
36
5.1 Diseño de Experimentos.
La metodología del diseño de experimentos estudia cómo variar las condiciones
habituales de realización de un proceso empírico para aumentar la probabilidad de
detectar cambios significativos en la respuesta, de esta forma se obtiene un mayor
conocimiento del comportamiento del proceso de interés [43].
Se realizó un diseño de experimento factorial 32, el cual esta constituido de dos
variables, temperatura y tiempo de reacción, con tres niveles cada uno. Estos tres
niveles se dividen en inferior, medio y superior. La presión es el factor constante en este
experimento y se añadió un punto central en el tiempo de reacción y temperatura media
para observar si existe reproducibilidad en las pruebas [9].
375
380
385
390
395
400
405
410
415
420
425
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Tiempo de reacción (min)
Tem
pera
tura
s (°
C)
Gráfica 1. Combinación de variables.
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Las combinaciones obtenidas son las siguientes:
300ml 15gr 1950psi
Residuo de vacío Presión de Reacción
Catalizador zeolita SAPO-34
Tabla 6. Factores constantes para todas las reacciones.
1 380 302 380 603 380 904 400 305 400 606 400 907 420 308 420 609 420 90
Reacción # Temperatura °C Tiempo de Reacción
Tabla 7. Combinaciones de las variables de reacción.
5.2 Destilación a vacío.
Lo que se busca con la destilación a vacío es extraer las fracciones que no
destilan a temperatura atmosférica. Sometiendo a los residuos a presión reducida para
evitar un craqueo térmico o ruptura de moléculas. Finalmente los residuos de destilación
a vacío se ocuparan para las reacciones de hidrotratamiento e hidrogenólisis [42, 22].
Para este trabajo se usó el residuo de destilación atmosférica obtenido por Isabel
Gómez en su proyecto de tesis.
Material:
• Reóstato.
• Parrilla con agitación. • Conexión T y en Y.
• Nido de calentamiento.
• Acetona
• Balanza Analítica. • Matraz de bola (500ml).
• Matraz de bola (1lt).
• Termómetro (2).
• Refrigerante.
38
• Codo 90°.
• Baño María.
• Conexión de Vacío.
• Bomba de vacío (Welch 1400).
• Manómetro McLeod.
• Trampa de vapor.
• Hielo Seco.
• Mangueras.
120 V
140 V
OFF
120 V
140 V
OFF
StirON
OFFHeat
ON
OFFHeat
Nido de calentamientoNido de calentamientoNido de calentamiento
Stir
a)
Termómetros esmerilados
Codo de 90° Refrigerante
Reóstato
Parrilla con agitación
Matraz de 2 bocas
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b)
Manómetro McLeod Trampa de Vapor
Welch1400
DuoSeal vacuum pump
Welch1400
DuoSeal vacuum pump
Conexión en T Vaso Dewart Bomba de vacío Welch 1400
Figura 17. (a) Equipo de destilación. (b) Conexiones y bomba de vacío. Metodología:
• Se introduce en un matraz de 3 bocas alrededor de 300 y 330gr de residuo de
destilación atmosférica y la mosca para agitación.
• Se sella el matraz colocando el tapón de vidrio, la conexión para termómetro y la
conexión en Y.
• Poner una película de grasa de silicón a los tapones para evitar que queden
pegados al matraz y se monta en el nido de calentamiento.
40
• Colocar el refrigerante al matraz de 3 y 2 bocas.
• Conectar el sistema de vacío al matraz de 2 bocas y aislar lo mejor posible el
sistema colocando nuevamente una película de silicón a las demás conexiones.
• En un vaso dewart poner hielo seco y acetona industrial para lograr un
enfriamiento homogéneo en la trampa de vapor.
• Mediante el nomograma Chart – 449, UOP Method 76, se hace la conversión de
temperatura atmosférica a su respectiva temperatura de vacío, en función de la
presión de vacío. En las destilaciones realizadas se alcanzó una presión de vacío
de 0.5-0.9mm de Hg.
• Una vez sellado el sistema, se prende la bomba de vacío dejándola 15min para
que alcance la mayor presión de vacío en el sistema.
• Llegado a ello, se empieza el calentamiento y esto debe ser lento para evitar la
formación de coque.
• La destilación debe ser lenta, aproximadamente una gota de destilado cada dos o
tres segundos.
• Se deben anotar las temperaturas de los vapores y del fondo del matraz para
llevar un control de los diferentes cortes.
• Cuando se llegue a la temperatura de ebullición del diesel, se detiene el
calentamiento y se deja enfriar.
• Se pesan los cortes obtenidos y el residuo de vacío para el posterior balance de
materia.
5.3 Síntesis de Zeolitas.
Para la preparación del soporte catalítico de zeolitas tipo SAPO-34 se utilizó el
método desarrollado por A. M. Prakash [49, 9, 6, 7, 10].
Reactivos:
• Ácido fosfórico, H3PO4.
• Pseudobohemita 65.5%, Al2O3
(Alcoa).
• Sílice fumante 100%, SiO2.
• Morfolina 97-99%.
• Agua destilada
41
Materiales:
• Recipientes de acero inoxidable.
• Parrilla de calentamiento con
agitación magnética (2).
• Pipetas (10ml).
• Agitadores magnéticos.
• Reactor de acero inoxidable con
recubierta interior de teflón
(150ml).
• Soporte del reactor.
• Recipiente de aluminio, aislado
con fibra de vidrio.
• Sales de calentamiento
(Termex).
• Controlador de temperatura
(Eurotem Controls).
• Termopar de varilla tipo k
(Fluke).
• Recipiente de filtrado.
• Horno (Thermoline).
• Crisoles de porcelana y pinzas
para crisol.
Figura 18. Reactor de zeolitas.
Contenedor con interior de teflón
Reactor de acero inoxidable
42
Metodología:
Preparación del gel.
• Se mezclan en un recipiente de acero inoxidable 18ml de agua destilada y
9.12ml de ácido fosfórico.
• Se pesan 9.20g de pseudobohemita y se añaden lentamente durante 2 horas a la
solución anterior.
• Una vez agregada la pseudobohemita se adicionan 10ml de agua destilada y se
deja agitando el recipiente por 7 horas para que alcance una mejor
homogenización.
• En otro recipiente de acero inoxidable se mezclan 9.7ml de morfolina y 15ml de
agua destilada.
• A esta mezcla se le adicionan lentamente 4.09g de sílice fumante agitando
constantemente para evitar que el gel no endurezca demasiado y dificulte su
preparación.
• Una vez preparada esta mezcla, se agregará gota a gota y lentamente al primer
recipiente que se dejó agitando por 7 horas. Se debe tener el mismo cuidado que
el paso anterior para no tener demasiados grumos y estropear la agitación.
• Por último se añaden 24ml de agua destilada a la mezcla final y se deja agitando
durante 7 horas.
• El pH del gel resultante deberá fluctuar entre 6.4 y 7.5.
Añejamiento.
• Se deposita el gel dentro del contenedor recubierto de teflón y se mete en una
incubadora a una temperatura de 38°C durante 24 horas.
Cristalización.
• Se funden las sales térmicas previamente hasta alcanzar una temperatura
constante de 200°C con ayuda del controlador de temperatura BLUE.
• Se retira el contenedor recubierto de teflón de la incubadora y se introduce en el
reactor de acero inoxidable cerrándolo con un torque de 75 lb/in2.
43
• Se coloca el soporte al reactor y los ganchos sujetadores y se deposita
lentamente en las sales térmicas. Se debe tener cuidado ya que el reactor es
pesado y puede voltearse si el movimiento es brusco.
• Por último se deja al reactor dentro las sales por 24 horas.
Recuperación de producto.
• Una vez cumplidas las 24 horas el reactor se retira con cuidado y lentamente se
deja enfriar hasta temperatura ambiente.
• Se abre el reactor y el producto es retirado para su lavado y filtración.
Secado.
• El soporte de zeolita tipo SAPO-34 ya filtrado se deposita en crisoles y se
introduce en un horno a 100°C durante 6 horas para su secado.
Calcinado.
• Este sólido es calcinado a 550°C durante 6 horas para la eliminación de
compuestos orgánicos.
5.4 Impregnación del soporte de zeolita tipo SAPO-34.
Es de gran importancia obtener un valor aproximado de la porosidad del soporte
ya que el volumen final de la solución de sales usada para la impregnación está en
función de ese valor. El cálculo del volumen se hizo mediante la siguiente ecuación:
Vtotal = (gr de soporte) x (porosidad del soporte ml/gr)
Donde la porosidad para la zeolita SAPO-34 reportada es aproximadamente de
0.5605 ml/gr dando así el volumen total de la solución de sales. Para la preparación de
este catalizador se usaron los porcentajes del contenido de metales activos, de Cobalto y
Molibdeno, de un prototipo comercial denominado Procatalyse HR-346 cuya
composición es de [6, 9, 10, 7]:
44
MoO3 14%
CoO 3%
Soporte 83%
Para ver las cantidades a pesar de las respectivas sales de Cobalto y Molibdeno
se hizo un cálculo relacionando el porcentaje utilizado para el prototipo Procatalyse con
los gramos de soporte y así obtener la cantidad de CoO y MoO3 presente. Una vez
obtenido ésto, se hace un balance estequiométrico en relación al número de moles de Co
y Mo presentes sus sales y asi obtener los gramos de sal a pesar.
Reactivos:
• Heptamolibdato de amonio tetrahidratado.
• Nitrato de cobalto (II) hexahidratado.
• Soporte. Zeolita SAPO-34.
• Agua desionizada.
a)
Rotavapor
Atomizador Matraz de bola (1L) Solución de sales
45
b)
ThermoLine
21100Tube Furnace
Figura 19. (a) Sistema de impregnación. (b) Horno de secado (100°C) y calcinado (550°C).
Metodología:
Preparación del sistema.
• Se muele el catalizador y se hace pasar por unas mallas de 50, 60, 70, y 80
micras para obtener un tamaño de poro uniforme.
• En un vaso de precipitado se mezclan heptamolibdato de amonio, nitrato de
cobalto y agua desionizada hasta homogenizar la solución. Las cantidades de los
reactivos están en función del peso del soporte a impregnar y la estequiometría
de las sales.
• Se conecta el atomizador a la línea por donde pasará el aire seco y a la línea por
donde pasará la solución de sales.
• Se deposita el soporte en un matraz de bola y éste se conecta al rotavapor.
Impregnación.
• Se enciende la rotación y se hace pasar aire seco que arrastrará la solución de
sales e impregnará el soporte por medio de un atomizador. Este paso es rápido y
46
se debe hacer con cuidado ya que una mala atomización puede acusar que el
soporte no quede impregnado en su totalidad o que una inyección brusca de aire
haga volar el polvo fuera del matraz y se pierda parte considerable de zeolita.
Añejamiento.
• Una vez lograda la impregnación total del soporte se suspende la rotación y se
deja reposar durante 5 horas.
Secado.
• Se retira el catalizador del matraz y se deposita en crisoles para eliminar el
exceso de agua en un horno a 120°C durante 24 horas.
Calcinado.
• El catalizador es sometido a una temperatura de 550°C durante 6 horas para
lograr su forma oxidada.
• Se deja enfriar el catalizador a temperatura ambiente en un desecador.
5.5 Presulfidización de la fase catalítica.
En esta etapa están presentes los metales (cobalto-molibdeno) en su forma
oxidada. La presulfidización convierte los metales a un estado sulfurado para que el
catalizador SAPO-34 tenga una mayor actividad y selectividad [9, 10, 6]:
Reactivos:
• Gas de hidrógeno.
• Gas de nitrógeno.
• Gas de ácido sulfhídrico.
• Catalizador SAPO-34, Co-Mo/ Al2O4.
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Corriente de N2, H2 y H2S Sales térmicas (232°C)
ON
OFF
Stir
Heat
ON
OFF
Stir
Heat
Trampa de gases
Figura 20. Sistema para la presulfidización. Metodología:
• El catalizador impregnado se deposita nuevamente en el matraz de bola y se
conecta al rotavapor.
• Se calibran los flujos de nitrógeno, hidrógeno y ácido sulfhídrico.
• Se seca el catalizador mediante su exposición a una temperatura de 232°C en un
baño de sales Thermex, con una corriente de nitrógeno a razón de 10ml/min
durante 12 horas.
• Ya seco, se expone nuevamente a una corriente de una mezcla que contiene 95%
hidrógeno y 5% ácido sulfhídrico a razón de 9ml/min, durante 90min, a la
misma temperatura que el paso anterior (232°C).
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• Durante esta etapa ocurre un cambio en el color del catalizador, de azul claro a
negro, indicando la presencia de la fase MoS2 y Co-Mo-S.
• Finalmente se somete a una corriente de nitrógeno por 30 minutos hasta que
haya un enfriamiento total del catalizador.
5.6 Caracterización de zeolitas.
5.6.1 Espectroscopía Infrarroja (Transformada de Fourier).
Los análisis se llevaron a cabo en el laboratorio de análisis instrumental de la
Universidad de las Américas empleando un espectrofotómetro Bio-Rad de transformada
de Fourier. Con esta técnica se pueden detectar los sitios activos de la fase catalítica y
percibir los cambios en la región de huella digital [9, 6].
Reactivos:
• KBr
• Soporte catalítico (Zeolita SAPO-34).
• Espectrofotómetro Bio-Rad.
Material:
• Celdas para muestra.
• Mortero de Ágata c/pistilo.
• Balanza analítica.
• Espátula.
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Espectrofotómetro Bio-Rad
Bio-Rad
Celdas para muestra
Mortero de Ágata Regulador de voltaje
Figura 21. Equipo para análisis de IR.
Metodología:
• Se ponen a secar aproximadamente 5gr de KBr durante 24 horas a una
temperatura de 110°C con el fin de minimizar la humedad existente en el blanco.
• Se enciende en espectrofotómetro dejándolo calentar durante 30min.
• Se pesa cierta cantidad de blanco (KBr), se muele perfectamente y se pone en la
celda.
• El equipo se calibra haciendo una lectura del blanco y el espectro obtenido debe
aproximarse lo más posible a 1.0 para que esto nos de una lectura óptima.
• Calibrado el equipo se introduce la celda con la muestra, la cual contiene KBr-
Zeolita y se realizan los espectros necesarios.
• Antes de cada lectura se debe poner el blanco y hacer una nueva calibración.
• Las muestras fueron lotes de zeolitas SAPO-34 secas y calcinadas.
50
5.6.2 Difracción de Rayos X.
Se tomaron tres muestras de zeolita SAPO-34 para su análisis. Un lote fue de
zeolita seca y dos de zeolita calcinada. Con esto se busca que la estructura cristalina de
la zeolita fuera semejante a la reportada en la literatura para zeolita SAPO-34.
Los análisis fueron realizados en Universidad Autónoma de Puebla (BUAP) y el
Dr. Sylvain Bernés hizo los correspondientes análisis. El equipo utilizado se manejó con
las siguientes condiciones de operación:
Radiación Mo - kαFiltro NiCorriente 30Kv - 30mATemperatura 30°CAncho 6Ganancia 7Constante de tiempo 4 segEscala completa 5000Velocidad de escaneo 1°/minRanura Divergente 1°RanuraScaltering 1°Ranura de Recepción 0.15°Velocidad 2.5 mm/minDifractómetro Shimadzu XD-54 Tabla 8. Condiciones de operación para la XRD.
5.6.3 Espectroscopía de Absorción Atómica.
Para este análisis se deben preparar estándares de cada sal (Co y Mo) para poder
realizar la curva de calibración. Los análisis se llevaron a cabo en el laboratorio de
análisis instrumental de la Universidad de las Américas empleando un
espectrofotómetro SpectraAA-220 para la determinación de metales, utilizando los
siguientes estándares y condiciones de operación.
51
123
Estándar Concentración de Molibdeno (ppm)
255075
Tabla 9. Concentración de estándares de Molibdeno.
123
Estándar Concentración de Cobalto (ppm)
7.5
2.55
Tabla 10. Concentración de estándares Cobalto.
GananciaPosición de lámparaCorriente de lámparaCorriente
67%3
7 miliampers10 miliampers
Tabla 11. Condiciones de operación del espectrofotómetro.
Co(NO 3 ) 2 6H2O Co 291.03 58.93(NH 4 )6Mo7O 24 4H 2 O Mo 1235.86 95.94
Sal Metal PM de sal (g/gmol)
PM de metal (g/gmol)
Tabla 12. Pesos moleculares de las sales de Co y Mo.
Materiales:
• Matraces aforados de 250ml
(10).
• Pipetas 10ml (2).
• Propipeta.
• HCl.
• Bisulfato de potasio.
• Agua regia.
• Agua destilada.
• Soporte de zeolita SAPO-34.
• Vasos de precipitados (4).
• Crisoles (4).
• Parrilla de calentamiento.
• Pinzas para crisol.
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Al hacer la lectura de los estándares puede haber error en los valores obtenidos y
tener una curva de calibración desajustada. Esto se puede deber a que la lámpara se
calibró en poco tiempo y la absorbancia tiene un porcentaje alto. También se pude deber
a que las diluciones tengan alta o baja concentración.
Figura 22. Espectrofotómetro SpectraAA-220 (VARIAN).
Metodología:
• Se abren los tanques de combustible para la flama.
• Se enciende el espectrofotómetro y se coloca la lámpara del metal a determinar.
• La corriente de lámpara se ve en las especificaciones de la misma y dependiendo
del uso que esta tenga se debe dejar calibrando entre 30min y 3 horas para que se
pueda estabilizar.
• Limpiar bien la celda de la flama para que no hayan residuos de carbón e
interfieran cuando se este haciendo el análisis.
• Abrir la entrada de los gases y encender la flama se debe poner un vaso con agua
destilada en la succión para limpiar el conducto aspersor de posibles residuos de
análisis anteriores.
• Poner los estándares del metal a determinar en la succión para realizar la curva
de calibración.
53
• Se procede a leer las muestras después de obtener la curva e interpretar los
resultados.
• Una vez realizado el análisis, cerrar los tanques de combustible para la flama.
5.7 Reacción de Hidrotratamiento.
Las reacciones de hidrotratamiento requieren de altas temperaturas y altas
presiones y son utilizadas para demorar la formación de coque ya que éste actúa sobre
los precursores del mismo catalizador. Tradicionalmente se ha venido utilizando en el
procesamiento de fracciones derivadas de la destilación del petróleo, incluyendo los
residuos de vacío, con el fin de reducir la concentración de contaminantes tales como
azufre, nitrógeno y metales [9, 11, 46].
Una vez alcanzada la presión de reacción y empezado el calentamiento no se
debe abrir la válvula de entrada, ni prender el compresor si baja la presión, ya que la
diferencia de presión en el sistema hará que el diafragma del compresor se dañe. Para
las reacciones con residuo de vacío es recomendable calentar el crudo en baño maría y
en una probeta graduada para facilitar su vaciado al reactor.
Al iniciar la reacción se debe tener precaución de no llevar a más de 5 el nivel de
agitación ya que la reacción sería violenta y habrá aumento súbito de temperatura y
presión.
Se recomienda abrir la válvula de salida del reactor lentamente para dejar salir
los gases de reacción y dejar fluir por un rato para que la línea se purgue de reacciones
anteriores y no interfieran en el análisis.
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Tanque de hidrógeno Reactor Autoclave Engineers Manómetro (presión de reacción 1950psig)
Compresor
Figura 23. Presurización del reactor con hidrógeno.
1950
Trampas para gases de reacción Controlador de temperatura (BLUE)
Regulador de agitación
Figura 24. Sistema de reacción.
400°400°
Válvula de entrada
Válvula de salida
BLUE
ON
Start
OFF
Stop
1950psig
55
Metodología:
• Se carga el reactor con 300ml de residuo de vacío y con 15gr de catalizador
activado (presulfidizado).
• Introducir la mampara con el agitador y ajustar los tornillos con un torque de 75
lb/in2.
• Conectar las tuberías de entrada y salida de los gases.
• Hacer pruebas de fugas con el tanque de aire y con la válvula de entrada abierta
y la de salida cerrada. Una vez revisadas y corregidas, se cierra el tanque de aire
y se abre el tanque de hidrógeno para purgar el reactor.
• Realizado esto, se debe esperar a que el reactor alcance la misma presión
(100psi) que el tanque de hidrógeno.
• Después se prende el compresor y una vez alcanzada la presión deseada se cierra
la válvula de entrada y se apaga el compresor. Acto seguido se cierra el tanque
de hidrógeno.
• Colocar el horno de calentamiento al reactor, encender el controlador de
temperatura, conectar el termopar y fijar la temperatura de operación.
• Se deben colocar las mangueras para refrigerar el sello y el serpentín y mantener
un flujo constante para evitar su calentamiento.
• Cuando se alcanza la temperatura y presión de reacción, se coloca la banda al
agitador y se prende la agitación.
• Al momento de iniciar la agitación se toma el tiempo de de reacción.
• Cuando la reacción ha terminado, se apaga la agitación y se retira el horno
dejando enfriar el reactor.
• Una vez alcanzada la temperatura ambiente en el reactor, se abre la válvula de
salida para tomar muestras de gases de reacción.
• Hecho el análisis se despresuriza el reactor, se mide el flujo volumétrico del gas
y se cuantifica la cantidad de ácido sulfhídrico producido mediante el peso de las
trampas.
• Se desconectan las tuberías de entrada y salida del reactor y se retiran los
tornillos.
• Se retira el producto líquido y sólido de reacción. Si este se encuentra muy
viscoso se recomienda calentar en baño maría el reactor para que fluya con más
facilidad.
56
5.7.1 Análisis de gases de reacción.
La cromatografía de gases, como su nombre lo indica es particularmente
apropiada para la separación de gases y líquidos volátiles ó sólidos en estado gaseoso.
El único requerimiento es algunos grados para la estabilidad a una temperatura
necesaria para mantener la sustancia en estado gaseoso [4].
Para este análisis se utilizó un cromatógrafo de gases Varian (3400) con dos
columnas, Porapak-Q y Tamiz Molecular que son controladas manualmente por dos
válvulas externas [9].
Las condiciones de operación son las siguientes [9]:
Detector de conductividad térmicaDetector
Temperatura del detector
Temperatura del inyector
200°C
45°C
29°C
230°C
Tiempo de retención de la
muestra70 min
Flujo de gas acarreador 0.55ml/seg
Volumen de muestra 0.5ml
Temperatura de filamento de
columna
- Porapak QLongitud: 1.95m; Diámetro: 1/8´´
- Tamiz MolecularLongitud: 0.95m; Diámetro: 1/8´´
Temperatura de Columna
Tabla 13. Condiciones de operación del cromatógrafo.
57
Figura 25. Equipo de análisis de gases.
Metodología:
• Se debe verificar el flujo de helio hacia el cromatógrafo con ayuda de un
burbujómetro de tal manera que se tenga una presión de salida del tanque de
80psi y un flujo de 10ml/18seg.
• Se enciende el regulador de voltaje y se prende el cromatógrafo asi como la
computadora y el programa PeakSimple. Se selecciona el método a ocupar y se
graban las condiciones de operación ya mencionadas en la tabla 14.
• Se deben alcanzar las condiciones establecidas, esto ocurre cuando en el display
dejan de parpadear los números de la columna, detector e inyector, además que
se enciende el botón de ready, indicando que el cromatógrafo está listo para el
análisis.
• Se llena la jeringa con el volumen necesario de muestra y se procede a inyectar
por la parte superior del cromatógrafo teniendo cuidado de no doblar la aguja.
• Al momento de introducir la muestra se debe apretar la barra espaciadora del
teclado y las válvulas de las dos columnas deben estar abiertas para que se pueda
detectar el pico de H2.
• Una vez detectado este pico se debe cerrar la válvula Porapak-Q ya que se
detectará el CO y éste puede desactivarla.
58
• Ya detectado éste pico, se cambia la polaridad de las válvulas, abriendo
Porapak-Q y cerrando Tamiz Molecular. Este paso debe hacerse rápido para no
afectar la lectura.
• Hecho esto se debe esperar a que salga el pico de H2S que es el último en
aparecer.
• La inyección de gases puros ayudará a obtener los factores de corrección para la
interpretación de resultados.
5.8 Análisis de productos de reacción
5.8.1 Medición de la viscosidad.
La viscosidad es una medida de la resistencia a fluir que presentan los líquidos.
Esto significa que a mayor viscosidad un líquido escurre más lentamente y disminuye
con el aumento de temperatura ya que está relacionada directamente con las fuerzas de
atracción entre las moléculas del líquido.
Se realizó la medición de viscosidad a los productos líquidos de reacción y al
residuo de vacío con ayuda del viscosímetro de Brookfield, el cual por medio del torque
ejercido por una aguja nos da el valor de viscosidad en cP, calculándose de la siguiente
manera:
Viscosidad (cP) = Factor x Lectura del viscosímetro
123456
2000/rpm4000/rpm8000/rpm20000/rpm
FactorAguja
200/rmp800/rpm
Tabla 14. Relación aguja-rpm.
59
Materiales:
• Recipiente para el producto líquido de reacción.
• Agujas.
• Viscosímetro Brookfield.
• Muestra.
Metodología:
• Se debe poner en 0 (autozeroing) el movimiento de la aguja.
• Calentar la muestra si presenta una viscosidad muy alta.
• Introducir la aguja hasta la marca y prender el motor.
• Ajustar las rpm de manera que el lector vaya marcando valores cercanos al 99.9.
Si la aguja no da valores muy altos, se deberá cambiar para que mejore la
lectura.
• Una vez encontrada la aguja que arroje un valor cercano al 99.9 se anotan las
rpm y el # de aguja para obtener la viscosidad mediante la fórmula ya
mencionada.
5.8.2 Cuantificación de maltenos y asfaltenos.
El procedimiento se basa en la definición de los asfaltenos como compuestos
solubles en aromáticos y maltenos como solubles en alifáticos. Se ocupa un equipo de
extracción de vidrio pyrex llamado soxhlet, el cual tiene como función recircular los
vapores condensados con ayuda de un sifón a la fuente de disolvente que se encuentra
en evaporación continua arrastrando consigo las sustancias deseadas (maltenos y
asfaltenos) contenidas dentro de un cartucho de celulosa desechable (filtro wathman).
La velocidad de reflujo depende de la eficiencia y del tamaño del condensador [11, 48].
Materiales:
• Filtro watman 40.
• Equipo Soxhlet.
• Mangueras.
• Matraz de bola.
• Balanza analítica.
• Nido de calentamiento.
• Reóstato.
• Productos líquidos de reacción.
60
Sustancias:
• Benceno.
• Hexano.
• Muestra.
Metodología:
• Se deben pesar el filtro, el matraz y la
muestra.
• Verter la muestra al filtro wathman e
introducirlo en el recipiente del soxhlet.
• Colocar hexano en el matraz para extraer
los maltenos y conectar todo el equipo,
poniendo un globo en la parte superior
para evitar que los gases no condensados
escapen.
• La extracción se realiza cuando el filtro se
empieza a llenar del condensado de
hexano y baña la muestra. Cuando el color
del condensado pasa a ser incoloro en el
filtro es cuando la extracción ha
finalizado.
• Se apaga el equipo y se deja enfriar. Se
retira el matraz y se pesa.
Filtro Wathman
Figura 26. Equipo de extracción soxhlet. • El matraz con benceno se introduce para
continuar con la extracción de asfaltenos.
• Se conecta de nuevo el equipo y se calienta de nuevo hasta obtener un solvente
incoloro. Se retira el matraz y se pesa.
• La recuperación de hexano y benceno se hace mediante su respectiva destilación
obteniendo así los pesos de maltenos y asfaltenos para su cuantificación.
61
5.8.3 Resonancia Magnética Nuclear.
La resonancia magnética nuclear de protón (1H-NMR, 13C-NMR) se ha
empleado en el análisis de compuestos orgánicos y mezclas, incluyendo fracciones de
petróleo. Con esta rápida y relativamente cara técnica, podemos medir la distribución de
hidrógeno entre los grupos aromáticos y alifáticos de algunos subgrupos.
Este análisis fue llevado a cabo en el laboratorio de Resonancia Magnética
Nuclear, con ayuda de la Ing. Gudelia Martínez.
Figura 27. Equipo de RMN.
Se preparó una muestra con residuo liquido de reacción (10mg diluidos en
cloroformo deuterado) y se entregaron para su análisis. Se realizaron pruebas de protón
y carbono 13 a los productos líquidos de reacción.