Propuestas de proyectos de interes para la industria petrolera

1. Propuestas de proyectos de interes para la industria petrolera Freddy Imbert Laboratorio de Cinética y Catálisis Departamento de Química Facultad de Ciencias Universidad de los Andes Laboratorio Cinética y Catálisis

2. Gas Natural Generalidades

3. Laboratorio Cinética y Catálisis Reformado seco de metano sobre catalizadores basados en Ni y Co soportados sobre nanopartículas de MgO Freddy Imbert, Edder Garcia Laboratorio de Cinética y Catálisis Departamento de Química Facultad de Ciencias Universidad de los Andes

4. Gas natural Generalidades Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual 2005 (Junio-Octubre 2007)

5. Generalidades Gas natural EIA, World Energy Projections Plus (2008). , http://www.eia.doe.gov./iea

6. Generalidades Reservas probadas de gas natural BP Statistica Rewiew of Word Energy, London, http://www.eia.doe.gov./iea

7. Generalidades Reservas probadas de gas natural en Latino América BP Statistica Rewiew of Word Energy, London, http://www.eia.doe.gov./iea

8. Producción de gas en Venezuela Generalidades EIA, World Energy Projections Plus (2008). , http://www.eia.doe.gov./iea

9. Producción de gas en el mundo Generalidades EIA, World Energy Projections Plus (2008). , http://www.eia.doe.gov./iea

10. Generalidades Producción de gas en el continente EIA, World Energy Projections Plus (2008). , http://www.eia.doe.gov./iea

11. Mercado de gas en Venezuela Generalidades

12. Reformado de Metano Generalidades

13. Tecnologías disponibles para reformar metano Reformado con vapor de agua o reformado húmedo CH4 + H2O CO + 3H2 ΔH°= 49,3 Kcal/mol Reactores adiabáticos y H2O/CH4 ≈ 3 CH4Cs + 2H2 ΔH°= 47,9 Kcal/mol Oxidación parcial de metano CH4 + ½ O2 CO + 2H2 ΔH°= -8,5 Kcal/mol Reformado autotermico

14. Reformado de metano con CO2 Generalidades CH4 + CO22CO + 2H2 ΔH°= 59,1 Kcal/mol CH4 (●) con CO2 (○) CO2 + H2 CO + H2O ΔH°= 9,8 Kcal/mol J. A. Peters, ARL Technical Report 88-008, The Pennsylvania State University, 1988.

15. Efecto invernadero Generalidades

16. Efecto invernadero Generalidades

17. Importancia estratégica del gas de síntesis CH3 Acetato de celulosa CH4 +CO2 (CH2)n polietileno + celulosa Cat. CH3COOH Alcanos Alquenos alcoholes (combustibles, Detergentes) CO + H2 “gas de síntesis” Cu/ZnO CH3OH Ag zeolitas HCHO CH2OH-CH2OH (CH2)n polímeros combustible

18. Consideraciones cinéticas Generalidades I. M. Bodrov y L. O. Apel’baum, Kinet. Catal., 8 (1967) 326.

19. Nanociencia y nanotecnología Generalidades

20. Nanocatálisis Generalidades

21. Nanocatálisis Generalidades CO + ½ O2 CO2 Paso: CO + 2M  CM + OM EJEMPLO Charles P. Poole, Frank Owens, editorial Reverté, México, (2007)

22. Estabilización de nanopartículas Generalidades Estabilización electro-estérica Estabilización con ligandos o un solvente Estabilización con soportes Agentes estabilizantes Estabilización electrostática Estabilización estérica

23. Métodos de síntesis de nanocatalizadores metálicos soportados Generalidades Impregnación Incorporación de nanoparticulas Metálicas en soportes Intercambio iónico Deposición en fase gaseosa

24. Síntesis de nanopartículas por combustión Generalidades

25. Características de la síntesis por combustión Generalidades La reacción de oxidación-reducción ocurre a temperaturas superiores a 500°C. La combustión es altamente exotérmica y provee la energía necesaria para que ocurra la oxidación. La temperatura es auto sostenida en el tiempo, debido a la llama de la combustión Los tamaños promedios generalmente son pequeños (<100nm), dado el rápido suministro de calor, lo cual dispersa las partículas. Combustibles más usados hidrazida maleíca (C4H4N2O2) y la carbohidrazida (CO(N2H3)2), la sacarosa (C14O12H20) y la urea (CON2H4)

26. Planteamiento del problema e Hipótesis Planteamiento del problema Nuestro país posee enormes reservas de gas natural, las cuales son poco explotadas, por lo tanto es pertinente el desarrollo de nuevos catalizadores muchos más activos y estables para transformar y revalorizar este recurso hacia la formación de gas de síntesis por medio del reformado seco, proceso que resulta muy atractivo ya que emplea CO2 como reactivo de partida - uno de los principales gases, con efecto invernadero - en el mundo se conocen pocos procesos que puedan utilizar este compuesto a gran escala. Hipótesis La nanopartículas de MgO son soportes apropiados para obtener catalizadores con fases activas monometálicas de Ni y Co y bimetálicas tipo Ni-Co en la reacción de reformado seco de metano

27. Objetivos Objetivo general Sintetizar catalizadores de Ni y Co soportados sobre nanopartículas de MgO y evaluar sus propiedades catalíticas en la reacción de reformado seco de metano. Objetivos Específicos 1. Síntesis de la nanopartículas de MgO. 2. Modificación de la nanopartículas de MgO mediante la incorporación con fases activas mono y bi-metálicas de Ni y Co, por los métodos de a) impregnación convencional, b) impregnación asistida con surfactante y c) combustión con urea. 3. Caracterización de la estructura, porosidad, composición de los sólidos obtenidos. 4. Evaluar el desempeño catalítico en la reacción de reformado seco de metano.

28. Parte experimental Síntesis del soporte nano-MgO (Bo-Quing Xu y col.) Filtrado y lavado con etanol 0,5L de una solución 0,4M de Mg(NO3)2 6(H2O) + Hidrogel de Mg(OH)2 Alcoholgel de Mg(OH)2 Digestión por 8h, TA 0,9L de solución de hidróxido de amonio al 2,5% p/p Calcinación en una mufla, 5ºC/min, a 520ºC por 5h, Bo-Qing Xu, Jun-Mei Wei, Hai-Yan Wang, Ke-Qiang Sun, Qi-Ming Zhu, Catal. Today 68 (2001) 217.

29. Parte experimental Incorporación de la fase Ni – Co

30. Método de impregnación convencional Soporte Nano-MgO ↓ Adicionar metanol (7,5 mL de metanol/g de catalizador) ↓ Pesar la cantidad necesaria de Ni(NO3)2 6(H2O) y Co(NO3)2 6(H2O). ↓ Agitar durante 18 h a Temperatura ambiente ↓ evaporar el solvente a (70°C) y secar a 100 °C por 24h ↓ Calcinar en flujo de aire de 30mL/min a 520˚C por 4 horas ↓ Caracterización ↓ Pruebas catalíticas

31. Métodos de impregnación asistido con surfactantes Soporte Nano-MgO ↓ Adicionar metanol (7,5 mL de metanol/g de catalizador) ↓ Pesar la cantidad necesaria de Ni(NO3)2 6(H2O) y Co(NO3)2 6(H2O). ↓ Agregar el surfactante (bromuro de cetiltrimetilamonio) ↓ Ajustar el pH ↓ Agitar durante 18 h a Temperatura ambiente ↓ evaporar el solvente a (70°C) y secar a 100 °C por 24h ↓ Calcinar en flujo de aire de 30mL/min a 520˚C por 4 horas ↓ Caracterización ↓ Pruebas catalíticas

32. Método de combustión con urea Soporte Nano-MgO ↓ Adicionar Agua ↓ Pesar la cantidad necesaria de Ni(NO3)2 6(H2O) y Co(NO3)2 6(H2O). ↓ Agregar urea ↓ Ajustar el pH ↓ Agitar durante 18 h a Temperatura ambiente ↓ Inducir la combustión en un horno precalentado a 500°C en flujo de aire, por 10min ↓ Caracterización ↓ Pruebas catalíticas

33. Caracterización 1) DRX 2) Análisis elemental por EDX 3) Microscopía electrónica de Barrido 4) Fisisorción de N2 5) Reducción a temperatura programada (TPR) 6) Quimisorción de H2 7) Pruebas de reformado seco de metano, estudiar la cinética de reacción Catalizadores obtenidos

34. Resultados y discusión

35. Analisis Quimico elemental por EDX y Microscopia Electronica de Barrido, MEB

36. Análisis elemental por EDX Soporte Impregnación

37. Análisis elemental por EDX Surfactante

38. Análisis elemental por EDX Combustión con úrea

39. MEB Micrografías del soporte nano-MgO

40. MEB Catalizador: (Ni0,50 Co0,50)O/MgO (impregnada)

41. MEB Catalizador: (Ni0,50 Co0,50)O/MgO (surfactante)

42. MEB Catalizador: (Ni0,50 Co0,50)O/MgO (úrea)

43. Difracción de Rayos X

44. Difracción de Rayos X Surfactante

45. Difracción de Rayos X Impregnadas

46. Difracción de Rayos X Combustión con úrea

47. Difracción de Rayos X El dominio cristalino de la fase óxido de magnesio (<d>) se estimó empleando la línea de MgO (200) en la ecuación de Sherrer, W.B. Innes, in: R.B. Anderson (Ed.), Experimental Methods in Catalytic Research, Academic Press, New York, 1968, p. 44.

48. Fisisorción de N2

49. Fisisorción de N2 Área superficiales, BET

50. Fisisorción de N2 Correlación el área superficial especifica y el dominio cristalino