biodesulfuración de kerosene ecuatoriano

8/17/2019 Biodesulfuración de Kerosene Ecuatoriano

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BIODESULFURACIÓN

DEL KEROSENEProyecto de Química y Refaci! de" Petr!"eo

y #a$

ESCUELA SUPERIOR POLI%&CNICA DELLI%ORAL

De'artameto de Ciecia$ Química$

ELABORADO POR

S%(EFAN) A#UILARARIANNA ANC(ALUISA

II Término 2014Guayaquil – Ecuador


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A#RADECI*IEN%OS

Queremos agradecer a todas las personas que permitieron que este proyecto pueda

desarrollarse.

Al Ing. Raúl Serrano, por motivarnos continuamente a la búsqueda de nuevos

conocimientos, por ser un excelente maestro y compartir su valiosa experiencia con

nosotros.

Al Q.F. David isneros por prestarnos su ayuda y brindarnos su tiempo de manera

incondicional. Su gu!a y colaboraci"n desde el inicio de este proyecto nos permiti"

entender el mane#o y preparaci"n de las bacterias para las pruebas experimentales, su

ayuda $ue realmente valiosa para nosotras.

Al Ing. %arcos Intriago, por darnos la apertura para poder reali&ar nuestros ensayos en

su laboratorio. Siempre con muc'a paciencia con nosotras y esp!ritu colaborador.


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RESU*EN

(ste proyecto de investigaci"n tiene como ob#etivo disminuir el contenido de a&u$re

presente en el )erosene por medio del uso de bacterias. omo punto de partida, se

investig" varias tesis doctorales internacionales en donde aplicaban esta metodolog!a.

*ara el desarrollo de las pruebas de desul$uraci"n se utili&" tres grupos de bacterias

distintas+ *seudomonas, *seudomonas con acillus y acillus. A di$erencia de lastesis doctorales consultadas, nosotros traba#amos con bacterias no tratadas

gen-ticamente pues este pretratamiento se lo logra alterando el AD/ de las bacterias

con el $in de que consuman únicamente el a&u$re locali&ado en las mol-culas.

Se reali&aron dos pruebas con concentraciones distintas de cada grupo de bacterias,

obteniendo seis resultados para anali&ar. 0as bacterias $ueron tratadas inicialmente

con un caldo l1cteo para su m1ximo crecimiento, luego las muestras de )erosene #unto

con las bacterias crecidas se sometieron a aireaci"n y agitaci"n constante durante

siete 'oras pues se $ormaban dos $ases, una oleosa y otra acuosa 2donde se

encontraban las bacterias3. Finalmente se reali&aron varias pruebas cualitativas y

cuantitativas para identi$icar el contenido de a&u$re inicial y $inal, una de ellas $ue

reali&ada con un espectro$ot"metro de rayos 4 el cual nos dio valores num-ricos para

poder comparar los resultados. (n algunos ensayos no se obtuvieron los e$ectos

esperados5 sin embargo, s! 'ubo ciertas muestras en las que el contenido de a&u$re

disminuy" en un 67. on esto, deseamos promover el desarrollo e investigaci"n de

esta tecnolog!a con el $in de incrementar el porcenta#e de remoci"n de a&u$re en el)erosene lo cual podr!a ser posible con mayor experimentaci"n.

Palabras clave: )erosene, desul$uraci"n, 'idrodesul$uraci"n, resting cells, unidades

$ormadoras de colonias, pseudomonas, bacillus, (*A.


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ABS%RAC%

8'is researc' pro#ect aims to reduce t'e sul$ur content in )erosene t'roug' t'e use o$

bacteria. As a starting point, 9e investigated several international doctoral t'esis 9'ere

applied t'is met'odology. For t'e development o$ desul$uri&ation tests 9e used t'ree

groups o$ di$$erent bacteria+ *seudomonas, *seudomonas plus acillus and acillus.

:nli)e t'e dissertations consulted, 9e 9or) 9it' bacteria not genetically treated sincet'is pretreatment is ac'ieved by altering t'e D/A o$ t'e bacteria so t'at t'ey consume

only t'e sul$ur located in molecules.

89o tests 9it' di$$erent concentrations o$ eac' group o$ bacteria, six results to analy&e

9ere. 8'e bacteria 9ere treated initially 9it' a dairy $or its maximum gro9t' stoc), t'en

)erosene along 9it' t'e gro9n bacteria samples 9ere sub#ected to aeration and stirring

constantly $or seven 'ours as t9o p'ases, an oily and ot'er aqueous 29'ere t'e

bacteria 9ere located3 9ere $ormed. Finally several qualitative and quantitative tests

9ere per$ormed to identi$y t'e content o$ sul$ur initial and $inal, one o$ t'em 9as

per$ormed 9it' a spectrop'otometer xrays 9'ic' gave numerical values to compare

t'e results. In some trials 9ere not obtained t'e expected e$$ects5 ;o9ever, t'ere 9ere

certain samples in 9'ic' t'e sul$ur content decreased by 6.


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INDICE #ENERAL

INTROD!!I"N######################################################################################################$

CAP+%ULO I, PLAN%EA*IEN%O DEL PROBLE*A-----------------------------------------,

PROBLE%&TI!A#######################################################################################################' ()TI*I!A!I"N########################################################################################################+OB(ETI,O GENERAL##############################################################################################10OB(ETI,O) E)PE!-*I!O)#######################################################################################10.IP"TE)I)############################################################################################################10

CAP+%ULO II *ARCO CONCEP%UAL----------------------------------------------------------..

%AR!O TE"RI!O#######################################################################################################11%ETODOLOG-A#####################################################################################################14

Materiales y reactivos.......................................................................................14

Equipos............................................................................................................. 15

Procedimiento Experimental.............................................................................15

CAP+%ULO I/ AN0LISIS E IN%ERPRE%ACIÓN DE RESUL%ADOS--------------------.1

RE)LTADO)########################################################################################################1/AN&LI)I) DE RE)LTADO)###########################################################################################21!ON!L)IONE) RE!O%ENDA!IONE)################################################################2BIBLIOGRA*-A#######################################################################################################2


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'

CAP+%ULO I

PLAN%EA*IEN%O DEL PROBLE*A

PROBLE*0%ICA

(n la actualidad, el consumo de energ!a procedente de combustibles $"siles

representa cerca del B7 de la energ!a generada mundialmente. Aunque este

porcenta#e se 'a reducido durante los últimos aCos debido al desarrollo de nuevas

$uentes de energ!a, como la nuclear, se 'a detectado un aumento en la demanda de

energ!a generada a partir del petr"leo, gas y carb"n. (s claro ver que la dependencia

a estas sustancias es inevitable a pesar de promover continuamente el uso de

energ!as que impliquen menor combusti"n de compuestos de carbono. /o obstante, el

carbono, quien con$orma en su mayor!a a los combustibles $"siles, no es el único

elemento que al reaccionar con ox!geno produce compuestos contaminantes, pues el

nitr"geno y el a&u$re, #unto con algunos de sus derivados, tambi-n producen

sustancias t"xicas que promueven e$ectos negativos en distintos 1mbitos.

De#ando a un lado los compuestos de nitr"geno, nos centraremos en los compuestos

que poseen a&u$re, pues -stos representan mayor impacto ambiental, en la salud de

las personas y a$ectan la integridad de algunos materiales tanto en la industria como

en ob#etos cotidianos que en$rentan mayores exposiciones a estas part!culas.

0os productos que se $orman a partir de la combusti"n del a&u$re son

$undamentalmente el "xido de a&u$re 2S@3 quien es emitido directamente a la

atm"s$era y el tri"xido de a&u$re 2SE3 quien en combinaci"n con el vapor de agua

$orma 1cido sul$úrico 2;@S3. Debido a que el S@ es soluble en el agua y por la

intervenci"n 'umana quien promueve mayor producci"n de este compuesto, el p; de

la lluvia se ve a$ectada de manera que se acidi$ica llegando a tener un p; de E,@.

(xisten dos $en"menos que se crean por esta variaci"n y que es importante conocer.

0a deposici"n 'úmeda, la cual consiste en la trans$erencia de los compuestos 1cidos

desde la lluvia, nieve y niebla a los suelos, plantas y sistemas acu1ticos. 8al alteraci"n

provoca un trastorno en la reproducci"n en los seres acu1ticos y 'asta puede provocar

su muerte al acidi$icar los cuerpos de agua, tambi-n a$ecta el crecimiento de las

plantas. *or otro lado se encuentra la deposici"n seca, que se re$iere a la transmisi"n


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+

2US%IFICACIÓN

Se 'a demostrado que es posible disminuir el contenido de a&u$re en los combustibles$"siles, sin embargo los procesos desarrollados para este $in son muy costosos ymuc'os de ellos, poco e$icientes. 0a 'idrodesul$uraci"n es un tratamiento que elimina

el HB7 de contaminantes como nitr"geno, a&u$re, metales, entre otros, pero es pocoe$iciente respecto a la eliminaci"n de mol-culas comple#as de a&u$re, como el D8.eneralmente se reali&a la desul$uraci"n al >erosene por ser unas de las $raccionesm1s pesadas provenientes de la destilaci"n atmos$-rica y por ello contienen altascantidades de a&u$re, siendo los compuestos de D8 y sus derivados los querepresentan la mayor proporci"n de compuestos a&u$rados. Sin embargo, estoscompuestos no pueden ser trans$ormados por medio de la t-cnica de'idrodesul$uraci"n al presentar gran estabilidad y resistencia5 adem1s susrequerimientos de altas presiones 2@B %*a3 y temperaturas 2EBB6B J3 elevan elprecio de este proceso, sin contar con la demanda constante de 'idr"geno, lo que nos

lleva a un tratamiento poco e$ectivo al ser altamente costoso sin poder remover lacantidad de a&u$re su$iciente.(xisten tambi-n otros tratamientos de desul$uraci"n basados en m-todos $!sicoqu!micos. omo el trans$ormar compuestos organosul$urados en otros con punto deebullici"n mayor para poderlos extraer del combustible por medio de la destilaci"n. 0aprecipitaci"n de los compuestos organosu$lurados es otra opci"n pero su ba#orendimiento no lo 'ace conveniente. Asimismo, existen m1s m-todos que buscan laextracci"n de a&u$re pero al ser solo intentos de extracci"n siempre quedar1nresiduos, inclusive algunos con part!culas m1s comple#as que al inicio del tratamiento,y para esto se requiere otros procesos que no siempre pueden eliminar el a&u$re de

las nuevas sustancias $ormadas con $acilidad.Desde los aCos 6B se 'a buscado el desarrollo de tratamientos biol"gicos, los cualesemplean seres vivos, o partes de un organismo, para poder extraer o descomponer lasmol-culas de a&u$re presentes en los derivados del crudo. A partir de diversasinvestigaciones se 'an encontrado bacterias con propiedades caracter!sticas para este$in, como las *seudomonas. Al ser organismos vivos, siguen rutas metab"licasespec!$icas y muc'as de ellas son conocidas por tomar únicamente el 1tomo de a&u$rede cada mol-cula sin alterar la estructura carbonatada, en consecuencia, no a$ecta laspropiedades del combustible. (xisten otras bacterias de la $amilia *seudomona peroque siguen otras rutas metab"licas que cambian la estructura de la mol-cula org1nica,a$ectando principalmente la capacidad calor!$ica del combustible.0a ra&"n por la cualse toma el diben&otio$eno 2D83 como compuesto modelo para la prueba conmicroorganismos es porque al ser un compuesto comple#o y estable, si se puedeeliminar el a&u$re de esta mol-cula se podr1 lograr con los otros compuestosa&u$rados, los cuales son m1s sencillos. Adem1s, como $ue citado anteriormente,representa la porci"n mayor de los compuestos de a&u$re en el >erosene, recordandotambi-n que es una mol-cula que el m-todo por 'idrodesul$uraci"n no logratrans$ormar dando una mayor importancia a la investigaci"n y an1lisis del resultado delas pruebas con bacterias.De todos los m-todos brevemente descritos, el tratamiento por 'idrodesul$uraci"n esel utili&ado en el (cuador. Solo una re$iner!a, la Re$iner!a de (smeraldas, posee una

unidad 'idrodesul$uradora de Diesel, obteniendo un producto con contenido de a&u$remenor al B,B67 y eliminando compuestos de nitr"geno tambi-n. Según in$orma (*


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/

*etroecuador, el >erosene que se obtiene de la destilaci"n del crudo contiene B,E7 dea&u$re, y a pesar de esta cantidad presente en la sustancia, no 'ay indicios de que el>erosene es desul$urado en la Re$iner!a de (smeraldas. (l resto de re$iner!as en el(cuador no poseen sistemas de tratamiento para reducir el contenido de a&u$re. (nbase al ob#etivo planteado por el actual gobierno ecuatoriano con respecto al

me#oramiento del combustible nacional, el cual indica la intenci"n de cumplir con lasnormas de calidad (:R 6, es decir, producir combustibles con un contenido menosa 6Bppm de a&u$re5 es claro que se requerir1 una unidad desul$uradora para cadare$iner!a o al menos en las de mayor producci"n. G acorde a lo descrito previamenterespecto a la 'idrodesul$uraci"n, no ser1 posible lograr un contenido tan ba#o de a&u$repor medio de este m-todo. *or lo tanto, es una buena oportunidad para abrir paso a labiodesul$uraci"n m1s aún si en (cuador este tratamiento no 'a sido pro$undamenteestudiado por la gerencia de re$inaci"n del petr"leo de (* *etroecuador, y en caso deque investigadores lo 'ayan 'ec'o, lamentablemente no 'a sido aplicado a escalaindustrial 'asta a'ora.

De acuerdo a ensayos internacionales, se 'a probado que el tratamiento con*seudomonas Putida, bacteria espec!$icamente desarrollada para consumir 1tomos dea&u$re, 'a logrado reducir la cantidad de a&u$re a @Bppm, mientras que la'idrodesul$uraci"n puede lograr una disminuci"n que llega a los B ppm de a&u$re.(stos valores experimentales indican la e$ectividad en el uso de bacterias paradisminuir el a&u$re que se encuentra en los combustibles $"siles, sin embargo 'ay quetomar en cuenta las condiciones exactas a las que $ueron desarrolladas las pruebas yreali&ar un an1lisis costobene$icio para poder a$irmar su aplicaci"n en las re$iner!as.*or tal motivo, es necesario reali&ar primero pruebas a pequeCa escala, lo cual esposible en un laboratorio de acuerdo a investigaciones internacionales, para estudiar el

comportamiento de las bacterias con el a&u$re contenido en el >erosene y as! poder identi$icar la capacidad aplicativa y la e$ectividad del tratamiento biol"gico en lasre$iner!as del (cuador.


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OB2E%I/O #ENERAL

Reducir la cantidad de a&u$re presente en el )erosene en un 67 al ?B7 mediante

m-todos biol"gicos permitiendo as! que sea de me#or calidad.

OB2E%I/OS ESPEC+FICOS

• Reconocer el medio apropiado para la bacteria y su reproducci"n.• Desarrollar un m-todo adecuado para uni"n de $ases del medio.• onocer el mecanismo de traba#o de la bacteria en la muestra.• Anali&ar la capacidad desul$urante de la bacteria comparando con las normativas

(*A.• *oner en pr1ctica los m-todos de determinaci"n de contenido de a&u$re.• Determinar los $actores que a$ectan y $avorecen la biodesul$uraci"n.

(IPÓ%ESIS

0a utili&aci"n de pseudomonas y bacillus incide en la desul$uraci"n del diesel por

medio de degradaci"n en procesos oxidativos. *resenta como bene$icio adicional

sobre otras tecnolog!as de oxidaci"n, carencia de contaminantes secundarios,

biomasa inmovili&ada de vida larga y seguridad del sistema.

0a utili&aci"n de bacterias para este proceso provoca la disminuci"n del ?@7

compuestos a&u$rados evitando la contaminaci"n por combusti"n y aminorando gastos

de compra de equipos para procesos aún m1s tecnol"gicos.


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CAP+%ULO II

*ARCO CONCEP%UAL

*ARCO %EÓRICO

(l gas"leo o di-sel, es un producto de la re$inaci"n del crudo, el cual est1 compuesto

aproximadamente de un K67 de 'idrocarburos saturados 2principalmente para$inas

incluyendo isopara$inas y ciclopara$inas3 y un @67 de 'idrocarburos arom1ticos

2incluyendo na$talenos y alcalobencenos3. Adicionalmente, se 'an identi$icado al

menos @BB compuestos a&u$rados distintos, incluyendo sul$uros, mercaptanos,tio$enos, alquiltio$enos tetra'idrotio$enos, tio$enoles y ben&otio$enos 2runet y col.,

@BB63, que al estar en $orma de compuestos org1nicos producen emisiones elevadas

de productos sul$urados a la atm"s$era especialmente en actividades industriales y de

transporte.

(stas emisiones a$ectan negativamente al medio ambiente provocando la acumulaci"n

de gases invernadero, acidi$icaci"n, contaminaci"n del aire, contaminaci"n del agua,

daCo de las capas super$iciales y o&ono tropos$-rico5 daCo a la salud, los materiales, la

visibilidad y tienen una amplia repercusi"n econ"mica. Adem1s de daCos en las partes

met1licas del sistema de combusti"n por corrosi"n y el e$ecto indeseable sobre la

estabilidad del color en los derivados del petr"leo.

Debido a estos e$ectos se 'an creado regulaciones muy estrictas que se encargan de

controlar y minimi&ar el contenido de a&u$re. 0as normativas medioambientales

relativas a la protecci"n de la contaminaci"n atmos$-rica, imponen l!mites m1s

restrictivos en cuanto a los contenidos de a&u$re en los niveles de emisi"n. 0a (*A 'a

propuesto la reducci"n del contenido de a&u$re del diesel desde 6BB ppm a ?6 ppm,para el aCo @BBL.

0os m-todo de desul$uraci"n existen en la actualidad se dividen en tratamientos de

desul$uraci"n reductiva o ;idrodesul$uraci"n 2;DS3 y tratamientos de desul$uraci"n

oxidativa, donde destacan los 0avados aústicos y procesos de iodesul$uraci"n

2DS3.

0a 'idrodesul$uraci"n es el proceso que elimina únicamente el a&u$re de las $racciones

utili&ando 'idr"geno y un catali&ador, reduciendo los compuestos arom1ticos, as!como las caracter!sticas que van a $avorecer la $ormaci"n de gomas, y satura

http://es.wikipedia.org/wiki/Alcanohttp://es.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburo_arom%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Naftalenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Naftalenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Naftalenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bencenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Alcanohttp://es.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburo_arom%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Naftalenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Benceno


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cualquier tipo de ole$inas. 2Speig't, ?H?3. Sin embargo, a pesar que el proceso de

'idrodesul$uraci"n es capa& de eliminar compuestos org1nicos de a&u$re sencillos, no

es e$ectiva la eliminaci"n de mol-culas poliarom1ticas encontradas en las $racciones

m1s pesadas, como son los pertenecientes al grupo de diben&otio$enos y na$totio$enos

2%onticello, ?HH5 runet y col., @BB65%o'ebali, @BB3.

*or esta ra&"n el D8 y sus 'om"logos 'an sido ampliamente utili&ados como

compuestos organoa&u$rados modelo para el estudio de la DS de $racciones

petrol!$eras. (l mecanismo de traba#o es una ruta metabolica aerobica la cual consiste

en la adici"n de ox!geno a un 1tomo de carbono adyacente a otro de a&u$re, lo que

'ace m1s susceptible a la ruptura al enlace S, sin alterar el anillo arom1tico del

compuesto.

Fig 1. Ruta de desulfuración microbiana en enlace C-S

Actualmente, los proyectos para desul$uraci"n se 'an reali&ado por medio de bacterias

aer"bicas, como la *seudomona *utida ya que posee la capacidad de degradar

compuestos xenobi"ticos o sint-ticos y arom1ticos. Se encuentra entre las bacterias

con mayor tolerancia a disolventes, y los rendimientos de desul$uraci"n obtenidos son

altos.

(sta bacteria se caracteri&a por ser gram negativa, obicua, y pertenece a la subclase

gamma de las *roteobacterias. 0as condiciones para un crecimiento "ptimo son estar en un rango de temperatura entre @6E6 J y un p; de L. omo requerimiento

estricto que tiene es que en el medio debe estar en contacto con @.

Adem1s, para este proyecto se utili&a otro tipo de bacterias del g-nero acillus, que

cuentan con una caracter!stica principal de resistir condiciones des$avorables en el

ambiente por $ormaci"n de endoesporas. 0as condiciones para su crecimiento son un

rango de p; entre 6.6 .6, propagaci"n en medios de super$icie 'úmeda y depende

predominantemente de ox!geno que reciba del medio.


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1

(l desarrollo de las bacterias necesita un medio de cultivo que sea rico en nutrientes y

le permita crecer y multiplicarse para dar colonias. (l medio de cultivo que se a#usta a

ese rango de p; y no contiene in'ibidores del crecimiento bacteriano es el caldo

lactosa 2p; L.H M B.@3, el cual se compone de+

• *eptona de gelatina 6gr

• (xtracto de carne E gr

• 0actosa 6 gr.

(l extracto de carne y la peptona, son la $uente de carbono y nitr"geno, mientras que

la lactosa es el 'idrato de carbono.

Sabiendo que son microorganismos aerobios, la caracter!stica de mayor importancia

para este sistema es la provisi"n de un me&clado y aireaci"n adecuada. 0a desventa#a

del proceso est1 relacionada con el incremento de volumen de cultivo, incremento de

espumas o daCo por la $uer&a de las aspas. 28rilli A.,?HL3

Algunos autores mantienen que el desarrollo del proceso se basa en las variables

$!sicas y qu!micas relacionadas con el medio de cultivo y el tipo de reactor 2Goung,

?HKH3. (ntre los $actores qu!micos se incluye el p; a lo largo del crecimiento, calidad y

pure&a del medio5 as! como la concentraci"n en medio de las distintas $uentes de

carbono, nitr"geno y adici"n de agentes enriquecedores.

0os $actores $!sicos van a incluir la agitaci"n, aireaci"n, esterili&aci"n del medio, control

de temperatura y su trans$erencia en el interior del medio 2=otruba y col., ?HKH5

Nem,?HH3

(l sistema de biodesul$uraci"n debe desarrollarse en dos $ases inmiscibles, la $ase

acuosa que permita mantener la viabilidad del microorganismo y la $ase org1nica,

donde se encuentra disuelto el compuesto organosul$urado, utili&ando como

disolventes org1nicos dodecano, 'exadecano.

*ara la determinaci"n del a&u$re en el diesel, existen varios tipos de pruebas+

• 0a prueba Doctor es un indicador cualitativo que se utili&a para descubrir la

presencia de mercaptanos en los productos livianos.

• *rueba ol$ativa es una medida cualitativa para saber la presencia de a&u$re por

percepci"n del olor caracter!stico del a&u$re.

• :na t-cnica cuantitativa para la determinaci"n de a&u$re es el anali&ador 4

Supreme de x$ord Instruments que es un espectro$ot"metro de $luorescencia

de rayos 4 que mide desde partes por mill"n 'asta altos porcenta#es en todos


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los tipos de combustibles, con el $in de obtener el me#or rendimiento posible en

una velocidad "ptima, considerando un amplio rango de concentraciones para

el an1lisis de a&u$re.

Su instrumentaci"n combina un detector tipo SDD que proporciona alta resoluci"n

espectral, un tubo de rayos 4 con antic1todo de titanio que proporciona excelente

excitaci"n y por último una serie de $iltros para una reducci"n del $ondo. 8odo el

control del equipo se reali&a a trav-s del * integrado, este so$t9are permite una $1cil

operaci"n y mane#o de datos.

*E%ODOLO#+A

(l m-todo consiste en la determinaci"n de contenido de a&u$re de la muestra de

)erosene antes y luego de la biodesul$uraci"n. *ara esto se 'a escogido las bacterias

*seudomona y acillus a di$erentes concentraciones.

Se tiene E muestras de bacterias con su respectiva concentraci"n y son+

O *seudomona 2?BB73 con concentraci"n inicial de Lx?BH :FPg

O *seudomonaacillus con concentraci"n inicial de 6x?BH :FPg

O acillus 2l!quido3 con concentraci"n inicial de @?.?x?B :FPml

Materiales y reactivos

• acterias• aldo de lactosa marca %erc)• Agua desminerali&ada• %atra& (rlenmeyer de ?BB y @6B m0• *ipetas de ?B y @B m0• Di$usor de pecera

*ara pruebas de a&u$re+

• ;idr"xido de sodio• xido de plomo II


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1$

• Flor de a&u$re

Equipos

• Autoclave• omba para inyecci"n de aire• Agitador magn-tico• Sorbona• entr!$uga• (spectro$ot"metro de $luorescencia 4Supreme BBB

Procedimiento Experimental

*reparaci"n del medio de cultivo

Se requiere suspender ?E g de caldo de lactosa en ? litro de agua desminerali&ada,

agitando continuamente 'asta disolver completamente. :na ve& disuelta, la me&cla se

esterili&a en la autoclave a una presi"n aproximada de ?@B )gPcm@ durante ?6 minutos

y se de#a en re$rigeraci"n para su posterior uso.

*rotocolo de crecimiento de la bacteria

%e&clar el caldo con las bacterias en un matra& de @6B ml con una relaci"n de ?+Hcomo se ve a continuaci"n+

8abla ?. Descripci"n de la preparaci"n de las bacterias en el caldo de lactosa.

Tipo de bacteriaCantidad de

bacterias utilizadas

Volumen de caldo

utilizado(m!

Pseudomona ("##$! @E g @@6

Pseudomona y bacillus @E g @@6

%acillus ("##$! @6 m0 @@6


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1'

Se de#a @ 'oras en re$rigeraci"n para el crecimiento de la bacteria.

Fig. @ acterias preparadas en caldo de lactosa, listas para ser utili&adas como desul$uradoras

en el )erosene.

*roceso de biodesul$uraci"n

*ara llevar a cabo la desul$uraci"n, se toma

muestras de la bacteria y )erosene a di$erentes

proporciones volum-tricas. 0uego se procede a

agitar a 6BBKBB rpm y aireaci"n con ayuda de un

di$usor de pecera y una bomba dosi$icadora por un

lapso de L ' a temperatura ambiente.

Se reali&aron di$erentes pruebas con dos tipos de

concentraci"n+ al @B7 y al @67 de bacterias en

volumen.

Fig. E Durante el proceso dedesul$uraci"n, utili&ando agitador

P3udomona3 5Bacillu3Bacillu3 1006P3udomona3

Di7u3or


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P34udomona3

20 6 d4

8ac94ria3

2$ 6 d4 8ac94ria3

Bacillu3 5

P34udomona3

20 6 d4 8ac94ria3

2$ 6 d4 8ac94ria3

Bacillu3

20 6 d4 8ac94ria3

2$ 6 d4 8ac94ria3

1

magn-tico y un di$usor de pecera parainyectar aire.

Fig. (squema que muestra las pruebas que se reali&aron con los tres tipos de bacterias.

*osteriormente, las muestras obtenidas se centri$ugan a EBBB rpm por @B min para

poder retirar las bacterias del combustible. (l sobrenadante se recoge con pipeta,

teniendo como resultado la muestra de )erosene tratada.

Fig. 6 %uestra de )erosene luegode ser centri$ugada.

*ara conocer el contenido de a&u$re de las muestras de )erosene se lleva a cabo dos

pruebas cualitativas y una cuantitativa, determinando el porcenta#e de disminuci"n de

a&u$re en combustible.


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1+


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1/

*ruebas de contenido de a&u$re

O *rueba Doctor

*ara la preparaci"n de la soluci"n doctor se agrega ?@B gr de "xido de plomo con LB

gr de 'idr"xido de sodio en ? lt de agua destilada. 0uego se decanta y se $iltra paraeliminar los residuos de "xido de plomo.

(n la prueba se vierte 6 ml de soluci"n con ?B ml de diesel y se agita vigorosamente

por ?6 seg. Al ver la separaci"n de las $ases se agrega la $lor de a&u$re 'asta cubrir la

inter$ase del tubo de ensayo y se de#a por ?6 min.

Si la muestra permanece inalterable y el a&u$re conserva su color5 esto indica que el

producto no contiene mercaptanos.

Si la muestra esta coloreada o el a&u$re ligeramente cambiado, el producto todav!a

contiene mercaptanos.

O l$ativa

Se busca la percepci"n de olor de una persona a#ena al proyecto con las muestras

antes y despu-s de su tratamiento para comparar el olor y determinar su di$erencia.

O *rueba automati&ada

Se reali&a por medio de un espectro$ot"metro de $luorescencia de rayos 4 por

dispersi"n de energ!as, equipo de x$ord Instruments 4Supreme BBB, el cual anali&a

el porcenta#e de a&u$re a di$erentes rangos de concentraci"n. *ara la determinaci"n

del a&u$re, verter el diesel notratado en la celda portamuestra 'asta una marca interna

empleando unos ?E ml de muestra. 0a celda se coloca en el automuestrador encima

de una ventaba secundaria de seguridad. 0uego el so$t9are anali&a la muestra

generando E mediciones y su promedio.


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20

CAP+%ULO I/

AN0LISIS E IN%ERPRE%ACIÓN DE

RESUL%ADOS

RESUL%ADOS8abla @. Resultados de las pruebas de a&u$re en el espectro$ot"metro de rayos 4

Muestra

Prueba " (al $

en volumen!

Prueba &

(al &'$ envolumen!

Kerosene tratado

con Pseudomonas

(Ps!

?KHB ppm ??L ppm

Kerosene tratado

con Ps %acillus?K?6 ppm ?K? ppm

Kerosene tratado

con %acillus?KE@ ppm ?BH ppm

Kerosene ??B ppm

8ablaE. Resultados de las pruebas de a&u$re por medios organol-pticos.

Muestra Prueba " (al $ en

volumen!

Prueba &

(al &'$ en volumen!

lor olor lor olor Kerosene tratado

con Pseudomonas

(Ps!

/o se lograa preciar

olor

/aran#aoscruo

0igero olor al cultivo de

bacterias

/aran#aoscuro

Kerosene tratado

con Ps %acillus

0igeramente inodoro

a$-claro

lor carcater!stic

o acombustible

/aran#aoscuro

Kerosene tratado

con %acillus

/o se lograapreciar

algún olor

a$-claro

0igero olor al cultivo de

bacterias

/aran#aoscuro

Kerosene lor caracter!stico alcombustible

a$- oscuro


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21

8abla . Resultados de las pruebas de a&u$re a partir de la *rueba Doctor

%acteriaConcentra

ci)n*bservaci)n

Conten

ido

mercap

tanos

Pseudomona

("##$!?BBP@6

Sol. Doctor inalterada y combustibleclaro

no

Pseudomona

("##$!?BBPEE.E

Sol. Doctor alterada y combustiblecoloreado

si

Pseudomona %acillus ?BBP@6 Sol. Doctor inalterada y combustiblecoloreado no

Pseudomona

%acillus?BBPEE.E

Sol. Doctor alterada y combustiblecoloreado

si

%acillus ?BBP@6Sol. Doctor inalterada y combustible

coloreadono

%acillus ?BBPEE.ESol. Doctor inalterada y combustible

coloreadono

:a; :8;


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22

*i


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2

someti" la me&cla a centri$ugaci"n a EBBB rpm por @B minutos, y se utili&" este mismo

procedimiento tanto para las pruebas ? como para las pruebas @. omo las pruebas @

poseen mayor cantidad de bacterias, seguramente se necesitaba mayor tiempo de

centri$ugado o mayores revoluciones por minuto, por tanto, quedaron restos muy

pequeCos de bacterias en las muestras que pueden ser identi$icados por medio de una

prueba ol$ativa. Si se la lleva acabo podr1 apreciarse un olor bastante caracter!stico lo

que indica la presencia de las bacterias en las muestras $inales. Al reali&ar la prueba

de contenido de a&u$re con el espectro$ot"metro, los resultados indicaron que la

cantidad de a&u$re en la muestra no 'ab!a variado. De acuerdo a todo lo anali&ado

previamente, si nuestra 'ip"tesis de que aún se encontraban residuos de bacterias en

las muestras de la prueba @, entonces los valores deber!an ser aún m1s ba#os. (sto se

puede con$irmar reali&ando una segunda extracci"n y 'aciendo un an1lisis

nuevamente en el espectro$ot"metro de rayos 4.

(xisten realmente varios $actores que pudieron a$ectar el desempeCo de las bacterias

para desul$urar el )erosene. (ntre ellos consideramos el 1rea de contacto entre las

$ases org1nicas y acuosas. Se traba#" en un estado bi$1sico, es decir, en los matraces

pod!amos identi$icar la $ase org1nica 2el )erosene3 y la $ase acuosa 2con las bacterias3.

Debido a que ambas sustancias eran inmiscibles entre s! $ue necesario aplicar una

agitaci"n de alrededor de KBB rpm. A causa de que no se utili&" algún emulsi$icante, el

contacto entre las bacterias y el )erosene no $ue el m1s "ptimo. (sto disminuye laprobabilidad de que pueda remover el a&u$re pues 'a disminuido la super$icie de

contacto. *or tal motivo, 'emos encontrado que se utili&an solventes como el

'exadecano o nonil$enol para promover la emulsi$icaci"n de las $ases. Dic'a

experimentaci"n no se pudo reali&ar pero en $uturas investigaciones ser!a un $actor

interesante para ser probado.

Si reali&amos las respectivas comparaciones respecto a los est1ndares publicados por

la (*A, donde se propone producir combustibles, especialmente di-sel, con

cantidades de a&u$re menores a 6Bppm, no lograr!amos alcan&ar a cumplir con dic'a

norma si se procede de la $orma en que est1 descrito el texto. ;emos logrado reducir

los niveles de a&u$re en el )erosene pero no lo su$iciente para cumplir con dic'a

norma. Queda comprobado en esta investigaci"n que tanto los bacillus como la

combinaci"n de pseudomonas con bacillus son bacterias pueden reali&ar un buen

traba#o removiendo el a&u$re de los 'idrocarburos, de 'ec'o 'ay indicios de 'aber

logrado reducir la cantidad de a&u$re en @Bppm traba#ando únicamente con bacterias5

no obstante, los resultados en porcenta#es de remoci"n $ueron pequeCos debido a quela cantidad de bacterias proporcionadas en las pruebas $ueron tambi-n pequeCas.


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24

CONCLUSIONES ) RECO*ENDACIONES

Al t-rmino de este proyecto se puede concluir que el m-todo de desul$uraci"n por

medio de bacterias es aceptable ya que se comprob" el traba#o de las mismas en el

porcenta#e de disminuci"n de compuestos a&u$rados, evitando as! consumos altos de

energ!a y mayores costes de operaci"n. (ntre las bacterias utili&adas, se destac" la

*seudomonas con bacillus por su $ortale&a entre la adaptabilidad del medio y la gran

capacidad de desul$urar compuestos, por lo cual deber!a considerarse para pr"ximos

traba#os. abe destacar que 'aber traba#ado con un medio bi$1sico permite conocer la

necesidad de utili&aci"n de un disolvente org1nico para conseguir la uni"n de la

misma.

:n par1metro importante para anali&ar en este tipo de investigaci"n es el poder

calor!$ico. (sta propiedad nos permite determinar si luego del tratamiento con

bacterias se rompieron enlaces o S. Si se rompieron enlaces entonces el

poder calor!$ico disminuir1 indicando que las bacterias utili&adas en el proceso a$ectan

en la calidad del combustible.

(n cuanto a la composici"n de la muestra dieselbacteria se puede decir que a mayor

cantidad de caldo de cultivo con bacterias dentro de la muestra de diesel, me#or ser1 la

capacidad desul$urante de -sta.

Durante el crecimiento de las bacterias se recomienda utili&ar aportes extras de

nutrientes como 0glut1mico como $uente de carbono y sull$ato de magnesio como

$uente de a&u$re, al igual que una buena aireaci"n y agitaci"n a KBBR*%.

*or último, se conoce que el porcenta#e esperado no $ue alcan&ado por lo que se

recomienda aumentar la cantidad de caldo de cultivo de la bacteria en la muestra de

diesel para que exista una me#or interacci"n entre las $ases, logrando el rompimiento

del enlace S del compuesto.


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2$


27/31

ANE3OS

%uestras de )erosene al inicio de las pruebas.

(quipo ensamblado en una sorbona para el desarrollo de la desul$uraci"n, durante K

'oras consecutivas.


28/31

Separaci"n de las bacterias del )erosene por centri$ugado.


29/31

*ruebas para determianci"n de a&u$re+ *rueba Doctor, medici"n de p; y uso delespectro$ot"metro de rayos4.

eldas portamuestras para ser ingresadas al

espectro$ot"metro.


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biodesulfuración de kerosene ecuatoriano

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