Desarrollo de nanopartículas de magnetita Soportadas en un material micrométrico para remoción y subsecuente descomposición catalítica de crudo emulsionado en aguas de producción

Abstract

En la industria de petróleo y gas se producen grandes cantidades de fluidos que deben ser manejados según su naturaleza y fin. El agua de producción debido a su volumen y composición se ha convertido en uno de los mayores y más polémicos problemas ambientales relacionados a dicha industria. Adicionalmente los sistemas de tratamiento actual no proveen los estándares de calidad requeridos según la norma colombiana tanto para disposición como para reinyección. El objetivo de esta investigación es la producción de un nanointermedio compuesto por una base micrométrica de carbón activado producido a partir de residuos de café funcionalizado en su superficie con nanopartículas de magnetita para la remoción de crudo emulsionado en aguas de producción y su subsecuente descomposición catalítica a través de la aplicación de procesos térmicos como pirólisis y gasificación. En este orden de ideas, los gases generados pueden tener un potencial energético y el material adsorbente puede regenerarse para su uso posterior. El carbón activado se sintetizó por el método de activación química, las nanopartículas de magnetita por el método de co-precipitación y el nanointermedio por impregnación incipiente. Los materiales obtenidos se caracterizaron empleando las técnicas de espectroscopia de transmisión de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), dispersión dinámica de luz (DLS) y microscopía electrónica de barrido (SEM). La eficiencia del material adsorbente se determinó por isotermas de adsorción y mediante pruebas en un lecho empacado. La aplicación de procesos térmicos y la caracterización de los subproductos obtenidos se llevó a cabo mediante análisis termogravimétrico (TGA) y FTIR. El material obtenido presenta una estructura amorfa y un área superficial de 763 m2/g. Las isotermas de adsorción obtenidas reflejaron un comportamiento de tipo I de acuerdo con la IUPAC lo que indica una alta afinidad del nanointermedio por los hidrocarburos. Adicionalmente, se obtuvo una eficiencia de remoción de crudo cercana al 100% y por ende la recuperación del material para su reúso. El material sintetizado tiene una acción catalítica que permite obtener un gas rico en hidrocarburos livianos como metano. (Texto tomado de la fuente)

In the oil and gas industry, large quantities of fluids are produced that must be managed according to their nature and purpose. Produced water due to its volume and composition has become one of the most significant and controversial environmental problems related to this industry. Additionally, the current treatment systems do not provide the required quality standards according to the Colombian regulations, both for disposition and reinjection. The objective of this research is the production of a nanointermediate composed of a micrometric base of activated carbon produced from coffee residues and functionalized on its surface with magnetite nanoparticles for the removal of emulsified crude oil in produced water. Besides, the catalytic decomposition of the adsorbed crude oil was analyzed through the application of thermal processes such as pyrolysis and gasification looking for gases generated have an energy potential, and the adsorbent material can be regenerated for later use. The activated carbon was synthesized by the chemical activation method, the magnetite nanoparticles by the co-precipitation method and the nanointermediate by impregnation. The materials obtained were characterized using Fourier transform spectrophotometry (FTIR), dynamic light scattering (DLS), and scanning electron microscopy (SEM) techniques. The efficiency of the adsorbent material was determined by adsorption isotherms and packed bed. The application of thermal processes and the characterization of the obtained byproducts was carried out by thermogravimetric analysis (TGA) and FTIR. The material obtained has an amorphous structure and a surface area of 763 m2 / g. The adsorption isotherms obtained reflected a type I behavior according to the IUPAC, which indicates a high affinity of the nanointermediate for the hydrocarbons. Additionally, the efficiency of crude removal close to 100% was obtained, and therefore, the recovery of the material for reuse. The synthesized material has a catalytic action that allows getting a gas rich in light hydrocarbons like methane.