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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
MEJORAMIENTO DE LOS CRUDOS PESADOS CON ACTIVIDAD BACTERIOLOGICA
Trabajo presentado ante la ilustre
Universidad Central de Venezuela por: Br. Spartacus Muoz Cardenas
para optar por el titulo de Ingeniero de Petrleo
Caracas, Julio de 2004
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO MEJORAMIENTO DE LOS CRUDOS PESADOS CON ACTIVIDAD
BACTERIOLOGICA Tutor Acadmico: Ing. Vctor Escalona Tutor Industrial : Dr Vladimr Leon Trabajo presentado ante la ilustre
Universidad Central de Venezuela por: Br. Spartacus Muoz para optar por el titulo de
Ingeniero de Petrleo
Caracas, Julio de 2004
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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Spartacus Muoz Crdenas
MEJORAMIENTO DE LOS CRUDOS PESADOS CON ACTIVIDAD BACTERIOLOGICA
Tutor acadmico. Ing. Vctor Escalona, Tutor industrial: Dr. Vladimir Len Tesis, Caracas, U.C.V, Facultad de Ingeniera, Escuela de Petrleo Ao 2004, 111 pginas. Palabras claves: Biotecnologa, mejoramiento de los crudos pesados, enzimas, bacterias. Tomando en cuenta que las reservas de crudo pesado de Venezuela son las
ms grandes del mundo 270.000 MM de bbl, y que cada vez se avanza mas en el
desarrollo de los crudos pesados, siendo hoy en da un negocio productivo para el
pas. Con el presente trabajo se busca dar un paso en el desarrollo tecnolgico en el
rea de los crudos pesados, utilizando la biotecnologa.
Es sabido que el negocio petrolero de los crudos pesados es un negocio
integral entre el yacimiento y el mejoramiento de los mismos en la refinera, ya que las
altas cantidades de azufre presente en el crudo, las altas producciones de coque, y el
difcil transporte de estos a travs de las tuberas, representan retos tecnolgicos por
resolver. Un paso en la respuesta de estos problemas es el uso de la biotecnologa,
que emplea los organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre, en
este caso desulfurizacin y reduccin de densidad del crudo pesado.
Una aplicacin de la biotecnologa en el rea de los crudos pesados en
Venezuela fue llevada a cabo en 1997 en el campo de Lagunillas, empleando la
biotecnologa como recuperacin terciaria, y se obtuvieron un aumento en la tasa de
produccin de los pozos.
Se plantea en este estudio el mejoramiento de los crudos pesados con un
grupo seleccionado de bacterias, procedentes del fondo marino de Mochima, del lago
de asfalto de Guanaco (Edo Sucre), y del suelo de Sartenja (Edo Miranda).
Con las bacterias a travs de su actividad enzimtica se logro cambiar la
densidad del crudo pesado Cerro Negro en al menos 2 API, y se demostr la
capacidad de ciertos microorganismos de desulfurizar el DBT, molcula modelo de los
compuestos aromticos presentes en el crudo.
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INDICE INTRODUCCION 9 CAPTULO I. OBJETIVOS 1.1 Objetivos generales 11
1.2 Objetivos especficos 11
1.3 Hiptesis 11
CAPTULO II. LOS CRUDOS PESADOS EN VENEZUELA 2.1 Las reservas de crudo pesado 12
2.2 El negocio de los crudos pesado en Venezuela, tecnologas de
produccin y refinacin, y sus debilidades. 13
2.2.1 Produccin de los crudos pesados 13
La Produccin De La Faja Petrolfera Del Orinoco 14
2.2.2 Mejoramiento de los crudos pesados 17
CAPTULO III. CARACTERIZACIN DE LOS CRUDOS PESADOS 3.1 A nivel molecular 20
3.1.1. Modelo molecular de un crudo pesado 20
3.1.2. Asociaciones moleculares 22
3.1.3. Composicin de los crudos pesados y residuos 23
3.2 Naturaleza de los crudos pesados 24
3.2.1 Las tres caractersticas mas importantes asociados con
la produccin transporte y mejoramiento de los crudos
pesados (viscosidad, produccin de residuo de vaco y calidad
del residuo de vaco) 25
CAPTULO IV. TECNOLOGAS EXISTENTES PARA EL MANEJO Y MEJORAMIENTO DE LOS CRUDOS PESADOS Y SUS DERIVADOS. 4.1. Delaying coke 27 4.2. Hidrotratamientos catalticos (hidrodesulfurizacin,
hidrodesmetalizacin, hidrodesnitrogenacin e hidrogenacin) 28
4.3 Orimulsin 30
4.4 Tecnologas en investigacin e innovadoras 31
4.4.1 Desulfurizacin de combustible por zeolitas 31
4.4.2 Aquaconversin 32
CAPITULO V. PROPUESTA BIOTECNOLGICA PARA MEJORAR LOS CRUDOS PESADOS 5.1 Que es la biotecnologa 34
5.2 Trabajos precedentes de biotecnologa aplicados al petrleo 34
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5.2.1 Recuperacin mejorada de petrleo utilizando bacterias 34
5.2.2 Biodesulfurizacin 36
5.2.3 Conversin qumica de los crudos pesados 39
CAPITULO VI. LAS BACTERIAS 6 .1 Efectos de la biodegradacin del petrleo comnmente conocidos 42
6.1.1Crecimiento bacteriano 43
6.1.2 Medios de cultivo 45
6.2 La forma en que las bacterias transforman los compuestos 45
6.2.1 Que son las enzimas 45
6.2.2 Definicin, estructura de una enzima, actividad enzimtica,
produccin de enzimas a gran escala, su utilizacin tecnolgica 47
CAPTULO VII JUSTIFICACIN EXPERIMENTAL 50 CAPTULO VIII EXPERIMENTOS Experimentos 54
CAPTULO IX ANLISIS DE RESULTADOS 80 CONCLUSIONES 98
RECOMENDACIONES 100
BIBLIGRAFA 101
GLOSARIO 104
ANEXOS 106
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INDICE DE TABLAS
TABLA TITULO PGINA
1. Comparacin entre crudos del Furrial (H/HX) y Morichal 25
2. Propiedades De Algunos Crudos En Venezuela 26
3. Variacin Del Contenido De Azufre 40
4. Variacin Del Contenido De Nquel y Vanadio 41
5. Determinacin De Las Fracciones (SARA) del crudo UTM851 41
6. Determinacin De Las Fracciones (SARA) del crudo OSC Y MWS 41
7. Experimento de Desulfurizacin 84
8. Experimento de Desulfurizacin del DBT 85
9. Crecimiento De Bacterias En Molculas Modelo 87
10. Cambios Observados De Densidad Cuando Se Coloca El Crudo Tratado
En Agua Destilada 91
11. Resultados Obtenidos Mediante El Tratamiento Bacteriolgico Medido En
Grados API 92
12. Medidas De Densidad De Los Crudas Tratados, Con Una Relacin
Agua/ Petrleo de 62/38 94
13. Medidas De Densidad De Los Crudas Tratados, Con Una Relacin
Agua/ Petrleo de 50/50 94
14. Medidas De Viscosidad 95
15. Anlisis Sara Del Petrleo Extrado De La Orimulsin 95
16. Anlisis Sara Del Petrleo Extrado De La Orimulsin 96
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INDICE DE ILUSTRACIONES
Numero TITULO PGINA
1. Faja Petrolfera Del Orinoco 12
2. Las Regiones De Petrleo Pesado En Venezuela 14
3. Modelo De Arreglo de Pozo Multilateral Usado Por Petrozuata 15
4. Transporte y Mejoramiento De Los crudos Pesados 18
5. Costo para mejorar un barril de petrleo a travs de delayed coke 19
6. Compuesto Aromtico Benceno (tronco) 20
7. Compuesto saturado Octano (ramitas) 21
8. Heteroatomo De azufre En Un Compuesto Aromtico DBT 21
9. Estructura Representativa De Un Asfltenos 24
10 Estructura Representativa De Un Asfltenos en 3D 24
11. Proceso De Delayed Coking 27
12. Hidrotratamiento Cataltico En Una Molcula 28
13. Una Gota De Crudo con Surfactante y Agua 30
14. Estructura De Una Zeolita ZM5-5 31
15. Proceso De Aquaconversion 33
16. Historia De Produccin Del Pozo 5 35
17. Historia De Produccin Del Pozo 3 36
18. Ruta 4s Para desulfurizacin 38
19. Ruta van Afferden 38
20. Ruta Kodama (1973) 38
21. Otro Cometabolismo Para El DBT Sugerido Por KODAMA 39
22. Compuestos Con Azufre Presentes En El Petrleo 39
23. Escala De Wenger 43
24. Actividad Enzimtica En Un Sustrato. 46
25. Estructura De Una Enzima (dioxigenasa) 47
26. Compuesto aromtico (naftaleno) 50
27. Mineralizacin del Naftaleno 50
28. Etapas De Los Experimentos 79
29. Crecimiento Bacteriano En Una Cpsula De Petri 81
30. Experimento De Desulfurizacin 85
31. Muestras De Crudo Tratado Con Extracto Celular 89
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32. Muestras De Crudo Tratado Con Extracto Celular de bacterias
Rizofera P1 89
33. Medio Despus Del Tratamiento Bacteriolgico 90
34. Muestra De Crudo En Agua Destilada Despus De Separar Las Fases 90
35. Porcentaje De Crudo Flotando En Agua Destilada 91
36. Muestra Tratada Y Muestra Control 92
37. Grados API Para Cada Una De Las Muestras 93
38. Muestras de crudo tratado por bacterias en agua destilada 93
39. Del Porcentaje De Asfltenos Del Crudo Tratado con BM2 Y Sin Tratar 96
40. Del Porcentaje De Asfltenos Del Crudo Tratado con 51 Y Sin Tratar 97
41. Proceso De Biodesulfurizacin 106
42. Clulas Transformando Una Molcula 107
43. Estructuras Aromticas Presentes En El Crudo 108
44. Rhodococcus Erythropolis IGTS8 109
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INTRODUCCIN
Las reservas de crudo pesado son de igual magnitud que las de crudo liviano y
mediano, sin embargo, lo que aporta a la energa que suple al mundo es menos del
5%. Venezuela posee alrededor del 78% del total de las reservas de crudo pesado y
extra pesado del mundo, y solamente el 22% de la produccin del pas es de crudo
pesado. Las reservas recuperables de petrleo de crudo pesado y extra pesado en
Venezuela son las mas grandes del mundo, cuenta con 270 mil millones de barriles, la
faja petrolfera del Orinoco tiene una anchura de 800 km. de este a oeste y 200 km. de
norte a sur.
En el pasado los crudos livianos y mediano haban tenido ventaja sobre los
crudos pesados por su disponibilidad, su barata produccin y procesamiento, sin
embargo esta situacin podra cambiar, con las tecnologas actuales y venideras de
produccin y mejoramiento de los crudos pesados. En el rea de produccin se
utilizan nuevas tecnologas tales como, los pozos horizontales, desviados,
multilaterales, inyeccin de vapor y otras, que han tenido buenos resultados. En el
rea de mejoramiento, se utiliza la aquaconversin, delayed coking, HDH, HDH plus,
tradicional Visbreakingk, hidrotratamientos e hidrocrakeos y otras. Estas tecnologas
tienen sus limitaciones tanto econmicas como de rendimiento, por lo tanto, es
necesario invertir dinero en el desarrollo e investigacin de nuevas tecnologas, que
contribuyan con el desarrollo de la produccin, y mejoramiento de los crudos pesados,
o que puedan ser mas eficientes y econmicas de las ya existentes.
Hoy en da existen diferentes procesos que han sido patentados, en el caso
de la desulfurizacin de los compuestos derivados del petrleo, como por ejemplo la
hidrodesulfurizacin que es llevada a cabo a altas temperaturas y altas presiones, o la
desulfurizacin en zeolitas, e incluso desulfurizacin con bacterias. Sin embargo estos procesos presentan sus limitaciones, debido a los altos costos, a los bajos niveles de azufre que son capaces de manejar y al tiempo de transformacin. Es necesario
encontrar un procedimiento econmico y que logre una desulfurizacin profunda. Ya
que en el mbito mundial las regulaciones ambientales se vuelven mas estrictas con
respecto a los niveles de azufre permitidos en los combustibles.
Otra dificultad asociada a los crudos pesados es su difcil transporte y manejo
de residuos del crudo en la refinera, debido a su alta densidad, viscosidad y
contenido de asfalto. El problema del transporte del petrleo pesado es manejado
empleando grandes cantidades de diluente. A travs del desarrollo de la biotecnologa,
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en el presente trabajo, se pretende lograr paso hacia dos puntos importantes la
bidesulfurizacin profunda y una bioconversin en los crudos pesados para mejorar
su densidad, viscosidad, disminuir el contenido de asfalteno y de azufre, para que la
biotecnologa sirva en un futuro como herramienta en la produccin y procesamiento
econmico de los crudos pesados.
A medida que ha sido posible transformar genticamente a los seres vivos y
hacer intercambio de material gentico entre especies, se han generado nuevos
procesos, entre ellos la aplicacin de biotecnologa a la industria petrolera.
El crecimiento del campo de la biotecnologa, en la dcada de los 70, est
ntimamente vinculado con el desarrollo de la ingeniera gentica. Uno de los usos de
la biotecnologa es la ingeniera de petrleo para produccin de bacterias, con el fin
de biodegradar el crudo pesado, para el manejo de los derrames de petrleo y para
tratamiento de ripios de perforacin.
Hoy se reconoce la necesidad de introducir tecnologas de limpieza en el
procesamiento del petrleo, reducir el consumo energtico y disminuir la
contaminacin. Por ello, la biotecnologa ha empezado a ser utilizada en proyectos de
investigacin que permitan el bioprocesamiento del petrleo disminuyendo la
contaminacin; por ejemplo, la remocin biolgica de azufre por bacterias; la remocin
de metales por enzimas y la transformacin de asfltenos en componentes ms ligeros
por accin biolgica. Se logra un doble propsito: el producto tiene mayor valor
agregado y el bioproceso es ms limpio y barato.
Tambin se ha empezado a utilizar la biorremocin de compuestos orgnicos
txicos, por medio de bacterias presentes en un filtro cuya actividad metablica
transforma y/o elimina estos compuestos. La biorremediacin de suelos contaminados
con petrleo es desarrollada para limpiar y/o disminuir el contenido de hidrocarburos
de diferentes niveles de toxicidad presentes, en los suelos, a niveles permisibles
despus de ocurrido un derrame. Tambin se han desarrollado trabajos de
recuperacin secundaria en pozos empleando bacterias, lo cual ha venido dando
buenos resultados.
Por lo antes mencionado, la presente investigacin plantea estudiar la actividad
bacteriolgica de una serie de microorganismos sobre el crudo pesado Cerro Negro,
con la intencin de mejorar sus propiedades fsico-qumicas. Y de esta forma contribuir
al desarrollo o mejoramiento de las tecnologas existentes en Venezuela, para producir
y mejorar los crudos pesados
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CAPITULO I:
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN
OBJETIVOS: 1.1. Objetivos Generales:
Demostrar el mejoramiento de los crudos pesados a travs de actividad
bacteriolgica
1.2. Objetivos Especficos:
Aplicar tratamiento bacteriolgico utilizando enzimas, extractos celulares y las
clulas en crudos pesados y en emulsiones agua petrleo. Con microorganismos
aislados en el laboratorio del IDEA, a los cuales se le ha demostrado que son
capaces de crecer tanto en crudos pesados como en molculas modelos de estos
por ejemplo fenantreno, naftaleno, heptano y dibenzotiofeno como nicas fuente
de carbono y en algunos casos de azufre.
Medir las propiedades fsico y qumicas de los crudos pesados tales como
densidad , viscosidad, API, y anlisis SARA antes y despus del tratamiento
bacteriolgico.
Establecer comparaciones entre ventajas y desventajas desde el punto de vista
tecnolgico de este proceso de mejoramiento bacteriolgico y otros procesos de
mejoramiento de los crudos aquaconversion , HDS, HDM, zeolitas, delay, coke y
otros. 1.3. Hiptesis: Es posible mejorar las propiedades fsico qumicas de los crudos pesados con los microorganismos aislados en el laboratorio del IDEA
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CAPITULO II
LOS CRUDOS PESADOS EN VENEZUELA
2.1. Magnitud de las reservas de crudo pesado
Las reservas ms grandes de petrleo del mundo estn dominadas por
petrleo pesado y extrapesado, dentro de grandes arenas sedimentarias ubicadas en
reservorios superficiales en el Norte y Sur de Amrica y en otras partes1.
El petrleo se clasifica por su valor econmico de acuerdo a su gravedad API,
la cual es una medida de la gravedad especfica del petrleo desgasificado2. Petrleos
con una gravedad API de 20 o menos se clasifican como pesados, y los extrapesados
de 10 o menos, un petrleo tpico liviano marino no biodegradado tiene una gravedad
API entre 36-38. Los Tar sands son arenas saturadas con petrleo extrapesado y
pesado. El petrleo pesado y extrapesado en Venezuela y Canad tiene una
gravedad API de entre 6-12, y representa las acumulaciones mas grandes de petrleo
pesado del mundo. La faja petrolfera del Orinoco es la acumulacin mas grande del
mundo con 1200 MMM de barriles (ilustracin 1), mientras en la regin de Atabasca
en Canad es la segunda con 900 MMM barriles3,4. Estas acumulaciones
empequeecen a los campos de petrleo liviano mas grandes del mundo tales como
Ghawar(Arabia Saudita) y Burghan (Kuwait), los cuales contiene aproximadamente
190 MMM cada uno3. Este crudo se origin en el periodo temprano del Cretaceo
terciario, y se cree que es de origen marino5.
ILUSTRACIN N 1. Faja petrolfera del Orinoco
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2.2 El negocio de los crudos pesados en Venezuela, tecnologas de produccin, refinacin y sus debilidades
Es sabido que las reservas ms grandes del mundo son de crudo pesado y
extrapesado. Esto fue confirmado recientemente en el ao 2000 una vez ms por
USGS6. En la actualidad las refineras usan crudo liviano como su principal fuente de
alimentacin, sin embargo hoy en da muchas refineras estn sustituyendo al crudo
liviano por el pesado, basados en las oportunidades de la explotacin de los crudos
pesados. El petrleo pesado tiene un alto contenido de azufre lo cual es una fuerte
desventaja con respecto al crudo liviano dulce, y requiere de procesos de
mejoramiento que puedan manejar altos volmenes de residuo de vaco. La diferencia
en el precio, bajo condiciones de un mercado en equilibrio entre lo que cuesta el
producto que sale de la refinera ya procesado y el costo marginal del mercado, es lo
que da la ganancia del negocio. El petrleo pesado producido en Venezuela es
procesado en refineras que necesariamente tienen equipos para manejar altas
cantidades de residuo de vaco o asfalto slido, los cuales son un producto de la
refinera8.
El riesgo comn de la explotacin de los crudos pesados integra al yacimiento
con la refinera, bien sea el caso de que tenga que ser levemente mejorado o el caso
en que el mercado exija una severa mejora. Esta integracin que presentan las
actividades del negocio, es lo que hace presentar fallas a la hora de aplicar nuevas
tecnologas en los correspondientes planes de negocio. El presente trabajo tiene el
objetivo de brindar una nueva tecnologa, que haga menos costosa la explotacin de
los crudos pesados8.
2.2.1. La produccin de petrleo pesado en Venezuela
Las reservas de crudo pesado estn localizadas en dos reas, al Oeste en la
base del lago de Maracaibo, y al Este al Norte de ro Orinoco. Esta ltima es la
llamada Faja Petrolfera del Orinoco que cuenta con 1200000 millones de barriles de
petrleo original en sitio. En Venezuela existe una amplia variedad de yacimientos de
petrleo pesado. Los reservorios de petrleo pesado en el Lago de Maracaibo son
arenas poco consolidadas y bastante homogneas. Los yacimientos de las Faja son
ms complejos, heterogneos, delgados, arenas no consolidadas y adems presentan
variaciones entre ellos debido a la extensin de la Faja8.
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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ILUSTRACIN N 2. Las Regiones de Petrleo pesado en Venezuela
Se han perforado y cementado pozos verticales desde que se descubri el
petrleo pesado en Venezuela. Pozos Verticales a hoyo abierto con liner ranurado y
empaque de grava fue el diseo ms utilizado en los 80. Los pozos verticales
cementados tuvieron una produccin promedio de 100-250 BPD, y los de diseo a
hoyo abierto una produccin promedio de 400-600 BPD. Los diseos de hoyo abierto
se usan todava en el Lago de Maracaibo, especialmente en reas con buenas
condiciones de presin8.
Pozos desviados de reentrada eran comnmente perforados a partir de pozos
verticales cementados ya existentes. Estos pozos de reentrada fueron colocados para
drenar el petrleo remanente a travs del arreglo vertical que ya exista. Alcanzando
una tasa de produccin promedio de 600-800 BPD8.
Pozos altamente desviados y pozos horizontales fueron perforados en
Venezuela desde principios de los 90. Para el ao 1997 ms de 500 pozos
horizontales haban sido completados en Venezuela y aproximadamente la tercera
parte de estos, estaban localizados en los reservorios de crudo pesado, en el Este del
Lago de Maracaibo y en La Faja. Los primeros pozos fueron construidos con un
promedio de 1000 pies de hoyo abierto en la seccin de produccin usando liner
ranurado. Este diseo todava es usado en el Lago de Maracaibo.
Produccin en la Faja petrolfera del Orinoco El ambiente de deposicin fluvial y deltaico el cual es bien conocido, en la
actualidad, presenta arenas no consolidadas, gruesas y menos heterogneas hacia el
Este, delgadas y heterogneas hacia el Oeste. Estas caractersticas han dado impulso
a diferentes tecnologas en la construccin de pozos, tales como cambios en el diseo
del pozo. Al igual que en Ta Juana han sido probadas muchas tecnologas tamao
escala en la Faja, como por ejemplo diferentes inyecciones de vapor para la
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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combustin en sitio. Avances recientes en la comprensin de las caractersticas del
manejo del gas en solucin del crudo presente en la Faja petrleo espumoso7,
sustenta la base de solo usar produccin fra, dejando de lado los proyectos termales
para un futuro solo si son necesario8.
Avances en el modelaje y caracterizacin de yacimientos, han abierto el amplio
uso de pozos horizontales. En general, la integracin de la data ssmica 3D y 2D,
datos dados por las herramientas en los pozos verticales, y los datos de los pozos
estratigrficos, han permitido una mejor visualizacin del reservorio, lo cual permite
disear el rea de drenaje y posicin del pozo horizontal, logrando un rea de contacto
optima con las reservas del yacimiento8
Los pozos inclinados y principalmente horizontales fueron construidos en los 90
en diferentes unidades de operacin, de la Faja incluyendo las asociaciones
estratgicas.
Los pozos horizontales fueron diseados originalmente para ser usados en
1000 pies de hoyo abierto en la zona productora usando liner ranurado para control de
arena con una produccin de 800-1200 BPD. Este mismo diseo es usado en pozos
horizontales todava, pero mas largos 2000 pies de hoyo abierto en la zona productora
y se obtuvieron producciones de 1200-1600 BPD. Recientemente se llego al lmite de
la capacidad de las unidades de levantamiento artificial, tales como las bombas de
cavidad progresiva. Avances en el diseo de bombas centrfugas electro sumergibles y
bombas de cavidad progresiva trajo como resultado bombas con mucha ms
capacidad y abri la puerta econmica para pozos multilaterales8.
Una campaa de pozos multilaterales fue empezada por PDVSA con sus
propias unidades de operacin. El diseo multilateral consiste principalmente en 2
brazos con un patrn de ala de gaviotas, con un nivel de unin 4. Esta es una mejora
hecha sobre las construcciones previas de pozos multilaterales, debido a la alta
calidad de la unin. ILUSTRACIN N 3. Modelo del arreglo de Pozos multilaterales usado
por Petrozuata.
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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Para producir las reservas de la Faja se crearon cuatro asociaciones
estratgicas con PDVSA, las cuales son: Cerro Negro, Ameriven, Petrozuata y Sincor.
Las cuatro asumieron el riesgo del negocio integrado, producen el petrleo en los
pozos ubicados en sus respectivas reas y despus lo mejoran usando delayed
coking. El crudo sinttico tiene dos destino para un leve mejoramiento en una refinera
especfica o un severo mejoramiento a travs del hidrocraking del gas oil despus
de la primera conversin lo cual produce un slido como residuo.
Desde del punto de arranque de la produccin las asociaciones definen los
lugares en los cuales los pozos productores son perforados. El tamao de las zonas y
el nmero de pozos productores varan de acuerdo a la asociacin, sin embargo
generalmente son iguales. Usualmente se realiza la perforacin dentro del pozo, el
cual es modulado, primero la superficie del hoyo, despus la parte intermedia y por
ultimo la zona productora. El arreglo y trayectoria de cada pozo es determinado, dentro
de cierto predeterminado diseo, con la ayuda del modelo del yacimiento. Una de las
prcticas ms comn es hacer por lo menos un pozo estratigrfico por cada arreglo de
pozos, previa a la produccin de los pozos productores. Optimizacin de la
estratigrafa estn reduciendo el tiempo de perforacin y completacin de los pozos,
de un mes hasta 7 das. Esto ha reducido significativamente la inversin que se
requiere por cada pozo8.
Cerro Negro, tiene arenas gruesas de entre 50 y 100 pies, y lugares donde se
han colocado de 14 a 20 pozos horizontales por arreglo. Los pozos horizontales estn
teniendo en promedio una longitud de entre 3000 y 4000 pies de la zona productora,
con una produccin de 1600 BPD. Petrozuata empez la produccin de pozos
horizontales en una zona ms heterognea y ms delgada. Aumentando la longitud
de la zona de produccin de los pozos horizontales, para mejorar la eficiencia de
produccin de los pozos, los hoyos abiertos tienen una longitud promedio de la zona
productora de 4000 pies y una produccin de 1200 BPD (se nota una reduccin
comparado con Cerro Negro). Para mejorar la tasa de produccin, tener un mejor
acceso al petrleo original en sitio, y mejorar la eficiencia de recobro, Petrozuata
decidi perforar pozos multilaterales. Los pozos multilaterales significan menos hoyos
perforados, lo cual reduce el efecto sobre el ambiente y usualmente se minimizan los
costos por barril. Con el tiempo se han alcanzado arreglos ms interesantes de pozos
para incrementar el rea de contacto de petrleo. Los diseos patrones bsicos
empleados son: ala de gaviota, doble estaca, y pie de gallina. El diseo de espina de
pescado fue probado, en esta rea, pero no es extensamente usado. Los pozos
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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multilaterales hacen posible tener un promedio de produccin de 3000 BPD, el cual es
usualmente levantado con bomba de cavidad progresiva8.
Sincor es la asociacin que se encuentra mas hacia el Oeste, tiene arenas muy
heterogneas y se han perforados arreglos con una buena estrategia de drenaje, con
una mezcla de pozos horizontales e inclinados en patrn mariposa, usando un pozo
estratigrfico en el centro de cada arreglo. Para mejorar las operaciones de
perforacin ellos han estado implementando un sistema de monitoreo de la perforacin
a tiempo real, el cual les permite hacer decisiones concertadas para mover la tierra del
pozo, y ubicacin de un mejor lugar de la red de produccin8.
Todas las asociaciones estratgicas usan diluente para reducir la viscosidad y
poder transportar el petrleo producido. Durante la primera fase de la produccin ellos
envan un crudo sinttico de aproximadamente 16-17 API. El uso y caractersticas de
las bombas de cavidad progresiva han impuesto restricciones en la inyeccin hoyo
abajo de diluente, debido a posibles problemas con los materiales y fallas que pueda
presentar la bomba. Si el material de la bombas es seleccionado apropiadamente, el
diluente puede ser inyectado hoyo abajo e incluso en pozos horizontales, (lo cual es
una aplicacin considerada por Sincor), para reducir todas las perdidas de presin
desde el cabezal del pozo hasta las instalaciones de procesamiento.
Una vez que la produccin se encuentra a cabeza de pozo, el lquido y el gas
son recolectados en cada arreglo de pozos y manejado a travs de bombas
multifasicas, con el propsito de distribuir los fluidos hasta la estacin de
procesamiento central. El amplio uso de bombas multifase (con 2000 Hp) permite el
desarrollo econmico para el gasto de capital y instalaciones de procesamiento
principal8.
Instalaciones convencionales de deshidratacin e instalaciones de desalacin
son usadas antes que el crudo diluido sea bombeado a las instalaciones principales de
procesamiento. En las instalaciones donde este crudo es mejorado, tambin el
diluente es recuperado y enviado de retorno para las reas de produccin.
2.2.2. Mejoramiento del crudo pesado de la Faja Petrolfera de Orinoco Para la incorporacin del crudo de la faja al mercado, se requiere de otras
actividades tecnolgicas aparte de las ya mencionadas, es necesario convertir el crudo
en uno ms liviano, lo cual requiere operaciones dificultosas asociadas con la directa
refinacin de los crudos pesados, ya que es imposible manejar estos crudos en una
refinera convencional.
17
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
18
Una de estas dificultades esta relacionada con la desproporcin entre el
destilado y la fraccin residual. Otra esta relacionada con la adicin de hidrogeno
necesaria para que las fracciones entren en las especificaciones, y el dao que
causan los contaminantes tales como azufre, metales y micro carbn en los
catalizadores8.
PDVSA en conjunto con las asociaciones estratgicas, cada una con diferentes
patrones de explotacin de la Faja, han acordado mejorar el crudo pesado en Jos el
principal centro de mejoramiento del pas, el cual se encuentra ubicado al lado este
del pas, all el crudo diluido es separado y la fraccin de mayor punto de fusin es
convertida en crudo liviano a travs de delayed coking. La mezcla de productos
livianos craqueados con la fraccin de livianos vrgenes menores, proveniente de los
crudos pesados son hidrotratados hasta un nivel que se ajuste con las
especificaciones de las asociaciones estratgicas. El amplio hidrotratamiento sobre
las diferentes fracciones livianas y las cantidades de residuo pesado del crudo, en el
crudo final sinttico producido, dependen del destino del crudo que la asociacin
particular estableci como el mejor mercado para la refinacin del mismo8
ILUSTRACIN N 4. Transporte y mejoramiento de los crudos Pesados
Los costos de produccin han sido reducidos hasta 1.75$ por barril. El total de
los costos de produccin son aproximadamente repartidos, en gasto de capital y
costos operativos .Los costos del proceso de delayed coking esta dominado por el
costo del capital original de la inversin y estn estrechamente relacionados con el
nivel de mejoramiento de los crudos. Para un producto final tpico de 21 API, el costo
marginal para mejorar un barril de petrleo a travs de delayed coking es menos de 2
$.Teniendo esto en cuenta el proyecto de la Faja es ya atractivo, el cual requiri una
inversin inicial de entre 9$ MMM y 12 $ MMM. Con una produccin actual de 560000
BPD de crudo mejorado. Lo anterior convierte ya a la Faja petrolfera del Orinoco en
un buen negocio para invertir8.
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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ILUSTRACIN N 5. Costo para mejorar un barril Petrleo a travs de delayin coke,
para un producto de 21 API
Menos de 2$
19
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
20
CAPITULO III
CARACTERIZACIN DE LOS CRUDOS PESADOS
3. Que son los crudos pesados 3.1. A nivel molecular A pesar de ser el petrleo el material base de una industria que mueve millones
de dlares anualmente, industria que durante ms de 100 aos ha procesado crudos y
desarrollado numerosos derivados, el conocimiento molecular ms bien es pobre,
sobre todo en lo relativo a sus fracciones ms pesadas. Puesto que los crudos
pesados o los residuos de vaco constituyen una mezcla compleja, con interacciones
fsicas importantes que le confieren propiedades nicas, como las inmensas
viscosidades a temperatura ambiente y el comportamiento viscoelstico de los asfaltos
hasta los 60C. A diferencia de los cortes livianos, donde es posible identificar cada
una de las familias de molculas presentes y predecir propiedades macroscpicas,
considerando mezclas homogneas; para los pasados no es posible hacer una
descripcin detallada, ni mucho menos la prediccin de las propiedades, sin sealar
las interacciones moleculares y las transiciones de fase esperadas9.
3.1.1 Modelo molecular de un crudo Cada molcula de un crudo esta compuesta por dos unidades bsicas: una
parte aromtica, comn en todos los crudos, que en su unidad mnima corresponde a
un anillo aromtico (tronco) como lo muestra la ilustracin N 6, y una unidad
constituida por saturados (parafinas y naftnicos) como lo muestra la ilustracin N 7,
caracterstica de cada crudo, o de cada corte de destilacin, por ejemplo en su
relacin H/C (rama). La rama bsica ser una cadena aliftica. Las molculas del
crudo corresponden a las combinaciones posibles de troncos y ramas, hasta un peso
molecular de unos 1500 g/mol 9.
ILUSTRACIN N 6. Compuesto Aromtico Benceno (tronco)
20
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
21
ILUSTRACIN N 7. Compuesto Saturado Octano (Ramitas)
Wiehe10 sugiere el modelo pendant core para explicar la formacin del coque.
En este modelo el core siempre evoluciona a coque despus de desprenderse, por
rompimiento trmico de casi todos los pendants.
Muchas ramas con muy pocos troncos constituyen los saturados. A medida que
aumenta l numero de troncos por molcula, se van construyendo sucesivamente los
aromticos, las resinas y los asfltenos. El coque corresponde a muchos troncos (o
casi solamente troncos) y muy pocas ramas. La proporcin de cada una de estas
familias de molculas constituye otra de las caractersticas especficas del crudo9.
Los heterotomos (S, N, O), en proporciones caractersticas de cada crudo se
encuentran mayoritariamente asociados a los troncos. El numero de molculas ser
proporcional al numero de troncos, as los asfltenos tienen el mayor numero de
heterotomos, seguidos por las resinas. En los aromticos hay pocos heterotomos9.
ILUSTRACIN N 8. Heteroatomo de Azufre en un compuesto Aromtico DBT
Una descripcin cuantitativa de la estructura molecular de un crudo, requiere la
evaluacin de las fracciones referidas anteriormente, tales como saturados,
aromticos, resinas y asfltenos (SARA)11.
21
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
22
3.1.2. Asociaciones moleculares en un crudo
mero de contactos (mximo acercamiento de las nubes electrnicas
respe
de sustituciones alqulicas, maximizan rpidamente l nmero de
conta
racciones determinan asociaciones
molec
Las interacciones moleculares en un crudo pesado son energticamente
importantes, sobre todo entre las molculas ms complejas, las resinas o los
asfaltenos por esta razn existe la probabilidad de formar dmeros, trmeros, etc. en l
lquido. Para que esto ocurra es necesario un ajuste preciso entre las molculas, que
tienen una parte aromtica plana con sustituciones naftnicas mas o menos rgidas
pero planas y substituciones alqulicas de gran movilidad. El ajuste preciso permite
maximizar el n
ctivas).
La interaccin molecular es energticamente importante por dos razones: al ser
l nmero de tomos por molcula grande, existe la posibilidad de conseguir un ajuste
con muchos contactos de mxima aproximacin. Como las molculas tienen ncleos
aromticos (regiones planas) la aproximacin de estas regiones, cuando no lo impide
la disposicin
ctos9.
La interaccin dominante es el tipo Lifshiz-van der Waals12, esta interaccin se
origina en las nubes electrnicas correspondientes, la parte principal se denomina
dpolo inducido, son pequeas deformaciones de la nube electrnica. Esta interaccin
es ms importante para nubes electrnicas ms extendidas (nubes de los anillos
aromticos, por ejemplo). Tambin se incluyen las posibles interacciones dipolo-
dipolo. Las interacciones cido- base, que incluyen como caso especial los enlaces de
hidrogeno, intervienen en menor grado12. Estas inte
ulares y eventualmente transiciones de fase.
Las asociaciones moleculares tpicas presentes en el crudo (a temperatura
ambiente): unidades de forma esfrica constituidas por tres o cuatro asfltenos con
dos o ms resinas13, son el resultado de un compromiso energtico entre las
interacciones moleculares y la energa necesaria para tomar la conformacin precisa
que permita el encaje de molculas. Estas asociaciones no son como las miscels
que se forman cuando surfactantes se encuentren disueltos en agua en
concentraciones por encima de la micelar crtica (cmc). En el caso del crudo existe una
diversidad inmensa de molculas, sin una unidad molecular repetitiva y cada molcula
tiene muchas conformaciones, por lo que para lograr la asociacin se requiere no solo
de molculas similares sino con ajuste espacial, no nico, pero si preciso. Esto
22
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
23
determina que la cintica de formacin (o de ruptura) de los agregados moleculares
s residuos de la destilacin del petrleo pueden ser lquidos o slidos. Los
residu
l, la
comp
ueden separar por extraccin fraccionada,
media
deshidrogenacin, a partir de hidrocarburos
arom
a a partir de l, se obtienen diferentes asfltenos, que
comp
da
tendencia a absorber hidrocarburos aromticos en menor peso molecular y esta
facultad es mas pronunciada cuanto menos severo ha sido el tratamiento trmico14.
caractersticos de un crudo sea muy diferente9.
3.1.3 Composicin de crudos pesados y de residuos Lo
os de la destilacin al vaco son slidos, de punto de fusin usualmente inferior a
180C.
Las proporciones relativas de los distintos compuestos de azufre y en genera
osicin qumica total, varan fuertemente de un tipo de crudo a otro. As, por
ejemplo, son conocidas las diferencias de aromaticidad que presentan los crudos.
Los crudos pesados y bitmenes se p
nte parafinas lineales, en aceites viscosos llamados maltenos y un precipitado
slido, que recibe el nombre de asfltenos.
Las fracciones ms comunes en que se pueden dividir una carga mediante
extraccin con parafinas livianas son: asfltenos, resinas y maltenos.
Los asfaltenos consisten en hidrocarburos de alto peso molecular, de un carcter
predominante aromtico, con un contenido de hidrgeno comparativamente bajo,
formado por la condensacin y
ticos-naftnicos de menor peso molecular. Como mezcla algo de oxigeno,
azufre y nitrgeno estn presentes14.
Dependiendo de la intensidad de tratamiento trmico al cual se somete el corte
bsico o el bitmen que se form
renden un rango continuo, con crecientes contenidos de carbono, carbenos,
carboides y por ultimo coque.
Un punto importante es que la mayora de los asfltenos tienen una marca
23
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
24
LUSTRACI IN N 9. Estructura representativa de un asfaltenos
3.2. Naturaleza de los crudos pesados
I
ramiento. Tal
como lo muestra la siguiente tabla entre un crudo liviano del Furrial y un crudo pesado
de Mor
LUSTRACIN N 10. Estructura representativa de un asfaltenos (3D)
3.2 Naturaleza de los crudos Pesados Las diferentes caractersticas entre los crudos pesados y livianos, hacen que se
requiera de tecnologas diferentes para su produccin, transporte y mejo
ichal, regin que forma parte de la Faja petrolfera del Orinoco15.
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
25
TABLA N 1. Comparacin entre crudos del Furrial y Morichal (H/HX)
3.2.1. Las tres caractersticas ms importantes relacionadas con la produccin, transp
el caso particular de la Orimulsin el
diluente es usado solo para produccin, y una formulacin agua Petrleo es usada
para pr 15
produccin del barril de petrleo pesado comparado con los crudos livianos. Si el
mejoramiento se hace en el pas productor es necesario una alta inversin para la
orte y mejoramiento de los crudos pesados son: Viscosidad: debido a su elevado valor de viscosidad tanto para los crudos
pesados como los extrapesados, se ha implementado un mtodo especial para tener
una tasa econmica de los pozos de la faja, el cual consiste en utilizar diluente con un
punto de ebullicin en el rango de Kerosen-Naptha, inyectarlo y recuperarlo en un
esquema de reciclaje. Si el lugar de mejoramiento del crudo se encuentra lejos del
rea de produccin, entonces el mismo diluente se emplea para transportar el crudo, y
si las distancias son muy grandes esto aumenta la cantidad de diluente necesario lo
cual genera un incremento en los costos. En
oducir un combustible transportable .
Produccin de residuo de Vaco: la alta produccin de residuo de vaco
asociada a la produccin de los crudos pesados y extrapesados, trae como
consecuencia que la capacidad de conversin final de las plantas tiene que ser alta
con respecto al volumen de materia prima de crudo. Esta conversin necesaria en los
residuos de vaco, requiere una gran inversin, lo cual aumenta el precio de
25
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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refinera, y si se lleva a cabo en refineras convencionales, lo ms probable es que
despus se necesite alguna conversin adicional15.
Calidad del residuo de vaco: la calidad del residuo de vaco es un tema
importante con respecto a la seleccin y eficiencia de la tecnologa de conversin. El
alto nivel de metales tales como vanadio y nquel, son caractersticas de los crudos
pesados de Venezuela. Lo cual produce un efecto negativo en la HDM/HDS, a travs
del envenenamiento de los catalizadores15.
TABLA N 2. Propiedades De Algunos Crudos En Venezuela
En la presente tabla se observan caractersticas de los crudos pesados tales
como su baja relacin H/C, alta viscosidad, alto contenido carbono residual, y alto
contenido de contaminantes (esencialmente S, N, Ni y V), gran cantidad de asfaltenos.
Adems de un bajo rendimiento en la produccin de destilados16.
26
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
27
CAPITULO IV
TECNOLOGAS EXISTENTES EN EL REA DE MEJORAMIENTO Y MANEJO DE
LOS CRUDOS PESADOS Y SUS DERIVADOS:
4.1. DELAYED COKING
Se basa en el continuo refinamiento a lo largo de varias dcadas, el diseo de
Delayed Coking acumula una data de 60 aos de instalaciones comerciales. El
proceso tiene la capacidad de manejar una amplia variedad de alimentaciones,
materiales crakedos, as como tambin lquidos derivados del carbn. Las unidades
de diseo de Delayed coking tienen las siguientes caractersticas, control
computarizado de las lneas, uno o dos quemadores calderas, modernos diseos de
tambores mecnicos, manejo de agua y sistemas de recobro de coke17.
ILUSTRACIN N 11. Proceso De Delayed Coking
El proceso delayed coking es un proceso de semi bao que usa tambores
alternativos, uno se apaga despus que se llena, entonces el otro se enciende.
El residuo de petrleo caliente alimenta el fraccionador donde se mezcla con
un condensado recirculado.
El flujo combinado luego es calentado en un horno para iniciar la formacin de
coke, por la parte de arriba de los tambores el vapor fluye para el fraccionador donde
este es separado en gas hmedo, naphta inestable, gasoil liviano, gasoil pesado y
27
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
28
parte de la mezcla es reciclada nuevamente. El vapor despus entra en el sistema de
enfriamiento y son recuperados el resto de los hidrocarburos17.
El coke es hidrulicamente cortado en los tambores y este se vierte en un hoyo
donde el agua es separada del coke y reciclada nuevamente.
4.2. HIDROTRATAMIENTO CATALTICO: Los crudos pesados y residuos atmosfricos o de vaco tienen muchas
similitudes en su composicin. Ellos generalmente poseen una muy baja relacin H/C
(1,4-1,6) con respecto a la que poseen los destilados medios y productos
lubricantes(1,8-2,1) quienes tienen el mayor valor econmico en el mercado. Por lo
tanto una meta en la conversin de residuos y crudos pesados es aumentar la relacin
de H/C. Esta meta puede ser lograda por dos vas rechazo de un carbn o adicin de
hidrogeno (hidrotratamiento), esta ultima es la mas atractiva por la calidad de los
productos que se obtienen16.
El hidrotratamiento se refiere a la variedad de procesos catalticos de
hidrogenacin mediante los cuales se saturan los hidrocarburos insaturados y/o se
remueve de los azufre, nitrgeno, oxigeno, y metales (principalmente Vanadio y
Nquel) de las diferentes corriente de petrleo en una refinera. Estos procesos
representan alguno de los procesos catalticos ms importantes.
EN el hidrotratamiento, por lo general ocurre un pequeo cambio en la
estructura molecular del sustrato, sin embargo en las reacciones de hidrocrakeo que
suelen ocurrir al mismo tiempo, las cuales son deseadas, en ellas ocurre un
disminucin notable en la distribucin del tamao molecular de la carga tratada. El
hidrotratamiento tiene un papel importante en el pretratamiento de la alimentacin de
otros procesos de refinera16. ILUSTRACIN N 12. Hidrotratamiento Cataltico en una molcula.
28
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
29
Los principales propsitos del hidrotratamiento en la refinera son:
4.2.1. Hidrodesulfurizacin:
Evita el envenenamiento de los catalizadores usados en procesos posteriores
Cumplir con las regulaciones ambientales
Reducir la corrosin durante la refinacin
Mejorar el olor de los productos
4.2.2. Hidrogenacin: Hidrogenacin de aromticos para aumentar el nmero de cetanos
Hidrogenacin de aromticos para cumplir con las regulaciones ambientales
Mejorar el punto de humo
Hidrogenacin de oleofinas para mejorar la estabilidad del producto e evitar la
formacin de gomas.
4.2.3. Hidrodesnitrogenacin : Evitar el envenenamiento de los sitios cidos de los catalizadores
Cumplir con las regulaciones ambientales(evitar la formacin de los NOx)
4.2.4. Hidrodesmetalizacin: Evitar la disposicin de metales (envenenamiento) sobre los sitios activos de
los catalizadores usados en procesos posteriores.
Evitar la destruccin de la estructura del soporte del catalizador.
Cumplir con las regulaciones ambientales
Tratar de aprovechar los metales como un producto adicional para su
comercializacin.
Una de las principales caractersticas de los procesos de hidrotratamiento es
que ellos trabajan a altas presiones y altas temperaturas, lo cual requiere de
instalaciones especficas de altos costos; Y por otro lado estn controlados por efecto
de difusin de masa y calor, lo cual disminuye la eficiencia del proceso16
Para remover el contenido de azufre presentes en el crudo, la refinera aplica
procesos catalticos que operan a altas temperaturas (300C a 340C) y altas
presiones (20 a100 atm de H2) para usar los catalizadores Co-Mo/Al2O3 o el Ni-
Mo/Al2O3. El proceso de hidrodesulfuracin es altamente eficiente en la eliminacin de
thiols, sulfides, y disulfides, pero es poco eficiente en los aromticos, tiofenos y
derivados aromticos. As que los compuestos aromticos permanecen en el
29
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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combustible de transporte en forma de tiofenos, benzenos y sus derivados alqulicos.
Para lograr la reduccin del contenido de azufre de acuerdo con las nuevas
regulaciones ambientales es necesario que el tamao del reactor se incrementado en
un factor de 5 a 15 veces el tamao, lo cual aumenta considerablemente los costos18.
4.3. Orimulsin Es una emulsin de agua en petrleo que se utiliza para manejar los crudos
pesados con mayor facilidad, ya que estos por su alta viscosidad y peso molecular,
dificultad su produccin, transporte y estudios que se le puedan realizar.
Una emulsin es una mezcla homognea de lquidos que en condiciones
normales son inmovibles. En esta mezcla uno de los lquidos se encuentra disperso en
el otro en pequeas gotas cuyo dimetro puede ser de 2 a 6 micrones19.
Una emulsin es estable cuando sus componentes no se separan, sino
mediante el empleo de algn procedimiento especial de tratamiento. Para esta
condicin de estabilidad son imprescindibles tres condiciones:
A) los lquidos deben ser inmisibles
B) La dispersin de una fase en la otra debe ser ayudada por suficiente agitacin.
C) Presencia de una tercera sustancia que promueva la formacin de la emulsin,
que se denomina surfactante.
ILUSTRACIN N 13. Una gota de crudo con surfactante y agua.
Existen en el petrleo surfactntes naturales, que se producen en el mismo en
cantidades pequeas (2 a 10 ppm). Estas bajo condiciones apropiadas son suficientes
para promover emulsiones fuertes. Los surfactntes rodean a las gotas, formando una
pelcula monomolecular, que acta como factor estabilizante19.
30
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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Los surfactntes ms comunes en el petrleo son: Asfaltos, sustancias Resinosas,
cidos orgnicos solubles en el petrleo, xido frrico, calcio y bario, sulfatos de
aluminio, bario, carbonato de calcio, slice y sulfuro de hierro, slidos microscpicos
oleofilicos. La estabilidad de una emulsin esta controlada por diversos factores tales
como, surfactntes, viscosidad, densidad, porcentaje de agua, edad de la emulsin y
oxigeno.
En el caso particular de la Orimulsin el diluente es usado solo para
produccin, y una formulacin aguaPetrleo es usada para producir un combustible
transportable15.
Esta emulsin es un combustible que puede ser utilizado, para generar energa
elctrica y compite con el carbn en eses mercado. Se han creado y probado
dispositivos que se colocan en la salida de los gases de las plantas elctricas cuando
se quema este combustible, para disminuir los niveles de contaminacin a rangos
aceptables
4.4. Tecnologas innovadoras y por desarrollar en los crudos pesados
4.4.1. Desulfurizacin de los combustibles de transporte (gasolina, diesel y combustible jet) bajo condiciones ambiental es (Zeolitas).
Hoy se insiste con razn en que los trminos zeolita y tamiz molecular no son realmente sinnimos. En realidad, para ser tamiz molecular no es necesario que el
material sea un aluminosilicato cristalino con una red abierta que permita el
intercambio de iones y una deshidratacin reversible, como es el caso de la zeolita.
ILUSTRACIN N 14. Estructura de una Zeolita (ZMS-5)
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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Un nuevo reto es usar la absorcin para eliminar los componentes con azufre
de los combustibles de transporte. Ya que la absorcin puede ser llevada a cabo
acondiciones de presin y temperatura ambientales lo cual la convierte en un proceso
econmico., el xito en esta rea podra estar dirigido hacia el mejoramiento en las
refineras y aplicaciones de combustible de clulas. Sin embargo todos los absorbent
comerciales disponibles hasta ahora estos han sido probados en la desulfurizacin y
los resultados no han sido satisfactorios hasta ahora, por otro lado se reporto el caso
de un absorbent que se encuentra en estudio el cual logro disminuir los niveles de
azufre hasta 0.11 ppm en combustibles de transporte, valor que cumple con las
regulaciones ambientales(500 a 15 ppm en los EEUU para el 2006) y las limitaciones
del combustible de clulas(0.1 a 0.2 ppm).Esta tecnologa es muy prometedora por
ahora se encuentra en investigacin18.
4.4.2. Aquaconversin:
Es una ampliacin del tradicional Visbreaking. Al igual que el Visbreaking el
residuo se crakea y es tratado trmicamente. Sin embargo no es igual que el crakeo
tradicional en el cual la reaccin de polimerizacin disminuye la produccin de
destilado y aumenta la cantidad de asfltenos, el proceso de aquaconversin
suprimen la reaccin de condensacin a travs de una suave hidrogenacin de los
radicales libres formados corrientemente en el crakeo trmico. Esta hidrogenacin es
alcanzada por un activador cataltico que transfiere los hidrgenos desde una
pequea cantidad agregada por la alimentacin, la suave hidrogenacin es alcanzada
sin que precipiten los asfltenos. El proceso de aquaconversin tiene aplicaciones
tanto de refinera como en el cabezal de pozo20.
Aplicaciones de refinera En la refinera, el proceso de aquaconversin puede remplazar o modificar el
tradicional Visbraking. El proceso de aquaconversin tiene la habilidad de reducir la
viscosidad de los componentes pesados del pool de combustible de la refinera
permitiendo a la refinera beneficiarse con un incremento de la produccin de
combustibles, con un mnimo incremento de la inversin. Adicionalmente este proceso
permite sacar provecho de la produccin adicional de destilado y productos livianos los
cuales tienen un nivel de conversin significativamente ms alto que el que se obtiene
con la tecnologa de Visbreaking15.
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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Aplicaciones en el cabezal de pozo El proceso de aquaconversin puede mejorar el crudo extra pesado para
producir crudo liviano sinttico. Las grandes acumulaciones de crudo extra pesado en
la faja petrolfera del Orinoco y otras reas del mundo, son difciles de transportarlas al
mercado. Se logran mejoras en la economa con respecto a los procesos tradicionales
de produccin, transporte y mejoramiento de los crudos pesados, la cual es atribuida a
un capital mas bajo de inversin y a la eliminacin del capital de operaciones y costos
asociados con las grandes cantidades de diluente 20.
ILUSTRACIN N 15. Proceso de Aquaconversin
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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CAPITULO V
PROPUESTA BIOTECNOLGICA PARA MEJORAR LOS CRUDOS PESADOS
5.1. Que es la biotecnologa?
Es toda aplicacin tecnolgica que utilice sistemas biolgicos y organismos
vivos o sus derivados para la creacin o modificacin de productos o procesos en usos
especficos.
En trminos generales biotecnologa se puede definir como el uso de
organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener
productos de valor para el hombre.
La biotecnologa moderna est compuesta por una variedad de tcnicas
derivadas de la investigacin en biologa celular y molecular, las cuales pueden ser
utilizadas en cualquier industria que utilice microorganismos o clulas vegetales o
animales. Otra forma de definirla es la aplicacin comercial de organismos vivos o sus
productos, la cual involucra la manipulacin deliberada de sus molculas de DNA. Por
tanto, se puede decir que la biotecnologa abarca desde la biotecnologa tradicional,
muy conocidas y establecidas, y por tanto utilizadas, como por ejemplo la fermentacin
de alimentos, hasta la biotecnologa moderna, basada en la utilizacin de las nuevas
tcnicas del DNA recombinante (ingeniera gentica), los anticuerpos monoclonales y
los nuevos mtodos de cultivo de clulas y tejidos.
5.2 Trabajos precedentes de biotecnologa aplicada al petrleo
En la industria petrolera existen varias patentes biodesulfurizacin y se esta
realizando investigacin en diferentes reas, en las cuales la biotecnologa es
aplicable, tales como mecanismos de biodegradacin de los hidrocarburos en el caso
de derrames, bioconversin de los crudos pesados para mejorara sus propiedades
fsico qumicas, recuperacin mejorada, biorremedacin de los suelos y las aguas,
tratamientos biolgicos de efluentes hdricos, biodesulfurizacin, tratamientos
biolgicos de residuos oleosos, goma xanta, exploracin geomicrobiologca del
petrleo y biofiltracin21
5.2.1 Recuperacin mejorada por bacterias
Una estimulacin microbial fue llevada a cabo en 1997 por PDVSA Occidente
en 33 pozos de 3 reservorios diferentes ubicados en Lagunillas, Venezuela,. Estos
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
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yacimientos producen petrleo con una gravedad API en un rango de 10 a 19. Se
evaluaron diferentes concentraciones de productos microbianos, con el propsito de
reducir el tiempo de incubacin (pozo cerrado) .Los pozos estimulados se encontraban
en el lago, y fueron inyectados usando un equipo de barcaza de propulsin de si
mismo, tanques mezcladores y bombas triples. La solucin fue inyectada por la tubera
hacia el yacimiento. Despus de haber inyectado el pozo permaneci cerrado de 5 a
10 das, dependiendo de la concentracin de bacteria, los resultados arrojaron un
incremento de 50% a 200% en la produccin .Lo cual indica que los microorganismos
son una alternativa adicional al tratamiento convencional22.
Existen varios mecanismos a travs de los cuales los microorganismos y sus
metabolitos pueden mejorar el recobro del petrleo. La tecnologa microbial emplea
cidos orgnicos, gases, biosurfactantes in situ para limpiar y estimular los pozos, ya
que a travs de estas sustancias se puede eliminar la deposicin de materia orgnica
(la fraccin pesada del crudo) e inhibir la deposicin de materia orgnica (carbonatos y
escamas de sulfato) en el pozo y cerca de las reas de produccin mejorando de esta
manera el drenaje de petrleo hacia el interior del pozo. En el caso de extraccin de
petrleo utilizando la inyeccin de agua, esta es mejorada con la presencia de
microorganismos en el agua, ya que los biosurfactantes y solventes producidos por
estos permite extraer el petrleo residual atrapado dentro del espaci poroso,
aumentando la eficiencia de barrido del proceso22.
Una de las principales diferencias entre los solventes qumicos tradicionales,
agentes surfactantes, emulsificadores, etc los cuales se usan para mejorara el recobro
de petrleo y los microorganismos, es que los tratamientos qumicos dependen
totalmente del movimiento de los fluidos a travs del yacimiento como la nica forma
de transporte, mientras que los microorganismos pueden cubrir reas mayores de
petrleo y movilizar el crudo que se pensaba perdido22.
ILUSTRACIN N 16. Historia De Produccin Del Pozo 5
35
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
36
En esta figura podemos ver el incremento de la produccin (lnea rosada) de
petrleo despus del ao 97 una vez aplicado el tratamiento bacteriolgico
ILUSTRACIN N 17. Historia De Produccin Del Pozo 3
Al igual que en la figura anterior se aprecia el incremento de la produccin de
petrleo despus del tratamiento bacteriolgico (lnea rosada ao 97).
5.2.2 Biodesulfurizacin
Investigaciones en el mejoramiento del petrleo, a travs de bioprocesos,
especficamente en actividades de desulfurizacin por microorganismos, se estn
haciendo a nivel mundial.
Entre estas encontramos la realizada por el departamento de ingeniera de la
universidad de Tottory Japn, quienes han progresado en aspectos prcticos y
bsicos en la desulfurizacin microbiolgica. Entre los cuales se tiene la remocin del
azufre en el petrleo, se ha discutido la importancia desde el punto de vista ambiental,
ya que la combustin de compuestos con azufre producen oxido, que es unos de los
principales productos de las lluvias cidas. Por esta razn la regulacin del contenido
de azufre de los combustibles se han vuelto ms exigente23. Los procesos, a travs de
desulfurizaciones qumicas han empezado a ser inadecuados, para una
desulfurizacin profunda que produzca combustibles con bajo contenido de azufre, es
por ello que ha cobrado auge la biodesulfurizacin. Se han encontrado varios
microorganismos capaces de desulfurizar el DBT, el cual es un compuesto
representativo de los compuestos orgnicos con azufre presentes en el petrleo, ha
travs de esta desulfurizacin se forman compuestos libres de azufre, por ejemplo el
36
-
Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
37
2-hidroxibifenil, estos microorganismos podran actuar como biocatalizadores,
asimilando el contenido de carbn y removiendo solo el azufre de los compuestos
heterocclicos. Por esta razn se proponen estudios enzimolgicos y genticos para
lograr optimizacin de la actividad de los microorganismos, los genes envueltos en la
desulfurizacin del compuesto DBT han sido aislados y se estn haciendo estudios
con la enzima correspondiente.
Otras investigaciones realizadas por M. J. Grossman y M. K. Lee,el 10 Julio de
1998 en el laboratorio de Stanford en California publicadas , se evalo la habilidad de
desulfurizacin de una bacteria llamada Rhodococcus, filtrada SRD-1 usando una
fraccin de destilado medio, entre 232 y 343 C (rango diesel) procedente del petrleo
de Oregon. El experimento consista en usar el diesel como nica fuente de azufre
para las colonias de bacterias. Compuestos como el tiofeno fueron removidos por el
tratamiento microbiolgico, el 50% de azufre que quedo despus del tratamiento est
en forma de oxido de azufre, la presencia parcial de oxido indica que el tiofeno se
encuentra en la ruta de desulfurizacin de estas bacterias. Se estuvo como resultado
que las 2/3 partes del azufre fueron removidos por el tratamiento microbial24.
En las investigaciones realizadas en la Universidad de Dakota del Norte, se
encontr un Rhodococcus filtrado del IGTS8 que posee una ruta enzimtica la cual
puede quitar el azufre del dibenzotiofeno sin romper los enlaces carbono-carbono.
Hicieron un estudio gentico de un fragmento de ADN de 4Kb BstBI-BsiWI
encontrando los genes que codifican para esta ruta metablica25.
Mientras tanto en estudios realizados en el centro de bioingeniera de Korea,
han aislado bacterias que desulfurizan el DBT, identificndola como Gordonas filtrados
CYKS1. Estas bacterias transforman al DBT en 2-Hidroxibifenil y tambin puede usar
otros compuestos orgnicos al igual que el DBT como fuente de azufre. En dos tipos
de aceite diesel un destilado medio y un gasoil liviano contena varios componentes de
azufre incluyendo el DBT una vez aplicado el tratamiento microbiolgico, el total de
contenido de azufre disminuye considerablemente de 0.15% a 0.06% en el destilado
medio y de 0.30% a 0.25% en peso en el gasoil26. Por lo cual se considera que estas
bacterias tiene un potencial de biosulfurizacin de los combustibles fsiles.
Rutas metablicas seguidas por los microorganismos para la desulfurizacin y mineralizacin del DBT
Los microorganismos llevan a cabo la desulfurizacin, transformando los
compuestos orgnicos, a travs de rutas metablicas, en las cuales intervienen en
enzimas que son producidas por estos. Uno de los compuestos mas estudiados es el
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
38
dibenzhotiofeno un compuesto aromtico, con un heterotomo de azufre. Este
compuesto se usa como un modelo representativo de los compuestos que contienen
azufre en el petrleo y se han encontrado a vas aerbicas por las cuales los
microorganismos eliminan el azufre del mismo.
ILUSTRACIN N 18. Ruta 4s para desulfurizacin.
Suprimida por sulfato
+
Sulfoxide Sulfone
2-Hydroxybiphenyl2'-Hydroxybiphenyl-2-sulfinic acid
S S S
HO
O O O
SO 2 HHO
S O 3 2 - S O 42 -
Sulfate
ILUSTRACIN N 19. Ruta van Afferden
S S
O
2'3'-Dihydroxy-biphenyl-2-sulfinic acid
HO2 S HO OH HO2 S
COO
O
S
O O
SO3 2 -
SO4 2 -OH
HCOOH
CO2
ILUSTRACIN N 20. Ruta Kodama (1973)
+ CH 3 COCOOH
S S
O HH HO H
S
O HO H
S
O HC O O HO
S
OO H
C O O H
S
O HC O O H
O S C H O
O H
3-Hydroxy-2-formyl-benzothiophene (HFBT)
No suprimida por sulfat ILUSTRACIN N 21. Otro Cometabolismo Para El DBT Sugerido Por KODAMA
38
-
Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
39
ILUSTRACIN N 22. Compuestos Con Azufre Presentes En El Petrleo
SHSH
S
S
SS
S
S SS
S
S
S
SulfoneSulfoxide
S S
O O O
5.2.3 Conversin bioqumica de los crudos pesados Histricamente a condiciones de yacimiento y de superficie, el rol de los microorganismos era considerado predominantemente negativo, dirigido a formacin
de los crudos pesados debido a la biodegradacin o acidez de los campos debido a
la accin sulfato reductora de los microorganismos27. Sin embargo estudios realizados
de recuperacin secundaria a travs de bacterias han demostrado, que si se hace una
seleccin de un grupo de microorganismos adecuada los efectos de stas pueden dar
resultados beneficiosos.. Estos efectos incluyen la formacin de gases, surfactantes,
solventes y cidos in situ, y juegan un papel importante en el desarrollo de la
tecnologa para mejorar el recobro. Anlogamente el uso de biomarcadores (y otros
parmetros geoqumicos) que se utilizan para el estudio en procesos de maduracin y
migracin del petrleo, y marcadores qumicos que son empleados para monitorear
39
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
40
cambios qumicos en el petrleo; han sido ampliamente estudiados en laboratorios con
el propsito de estudiar los posibles cambios en la composicin del petrleo debido a
un grupo seleccionado de microorganismos. Estos microorganismos que producen
conversin qumica en las principales fracciones del petrleo tales como saturados,
aromticos resinas y asfltenos son llamados biocatalizadores. Estas conversiones
suceden en forma inter e intra molecular, involucrando a los componentes polares del
crudo. El estudio de las molculas modelo del crudo y sobre crudo muestran una
complejidad entre las interacciones entre la bacteria y el crudo. El uso de mltiples
marcadores qumicos a permitido monitorear estas interacciones y para un
determinado grupo de bacterias estas suelen ocurrir en los sitios de los heterotomos
ocasionando la redistribucin de las principales fracciones del petrleo as como una
cin entre los
icroorganismos y el petrleo muestran el siguiente anlisis.
N 3. Variacin Del Contenido De Azufre
disminucin del azufre, nitrgeno y trazas de metales27.
En el trabajo realizado por Premuzic en conversin bioqumica de los crudos
pesados se tomaron muestras de petrleo de los siguientes ubicaciones, costa afuera
de California (OSC), Boscan de Venezuela (BOS), 2 crudos biodegradados pesados
Cerro Negro (CN) y California Monterrey, Midway Subset (MWS). Fueron analizados
los crudos tratados y sin tratar, sus contenidos de S, N y trazas de metales, el principal
contenido de las fracciones y su distribucin a travs de cromatografa gases y
espectrometra de masa, y el detector de elementos especficos. En algunos caso es
valor de Carbond Conradson tambin fue determinado27. La itera
m
TABLA
40
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
41
TABLA N 4. Variacin Del Contenido De Nquel y Vanadio
TABLA N 6. Determinacin De Las Principales Fracciones (SARA) del crudo OSC Y MWS
los compuestos aromticos, azufre, nitrgeno y
TABLA N 5. Determinacin De Las Principales Fracciones (SARA) del crudo UTM851
Todos los experimentos fueron realizados controlando el tiempo, presin y la
temperatura. Los resultados indican que una amplia bioconversin a ocurrido en el
petrleo por la accin de los biocatalizadores. En lneas generales hay un aumento de
los saturados y una disminucin de
contenido de las trazas de metales27.
41
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
42
En el presente trabajo de grado se pretende tambin lograr la bioconversin de
los crudos pesados a travs de catal os, para mejorar propiedades
fsicas y qumicas de los crudos.
LAS BACTERIAS
os, disminucin de los grados API, mientras que el
conten
te las
fraccio
nmente la mayora de
s microorganismos utilizan como fuente de alimento y energa a los compuestos
ianos del crudo y despus en un menor grado los pesados como lo sugiere la escala
e biodegradacin de Meter y Moldowan, escala de Wenger.
izadores cataltic
CAPITULO VI
6.1. Efectos de la biodegradacin del petrleo a travs de microorganismos
En su mayora los microorganismos producen, los siguientes cambios fsicos
en el crudo. La oxidacin del petrleo durante la biodegradacin esta dirigida hacia
una disminucin del contenido de hidrocarburos saturados y una pequea disminucin
en el contenido de aromtic
ido de azufre, nitrgenos, metales, cidos y viscosidad aumenta28,29,30, lo cual
explica la composicin de los crudos pesados, y la teora de que este es un crudo
severamente biodegradado .
Sin embargo estudios realizados en conversin de los crudos pesados por
Premuzic27, mejoramiento del recobro por estimulacin bacteriolgica por Gabriela
Trebau22, biodesulfurizacin por Fedorak y conversin de los compuestos por Fohg
entre otros. Demuestran que es posible atacar solo los compuestos aromticos de un
crudo, con un grupo selecto de microorganismos con una actividad especifica. Lo cual
es el objetivo del presente trabajo, encontrar un grupo de microorganismos que tenga
la capacidad de transformar las fracciones pesadas del crudo especficamen
nes aromticas ,lo cual traera como consecuencia otras mejoras en las
propiedades de los crudos pesados, tales como disminucin de la viscosidad ,e
implicaciones asociadas con la refinacin y produccin de los crudos pesados
Para encontrar microorganismos con esta capacidad es necesario, hacer una
bsqueda de un grupo seleccionado de bacterias, ya que com
lo
liv
d
42
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
43
ILUSTRACION N 23. Escala De Wenger
bacterias son importantes conocer para el desarrollo
exp
Algunos conceptos referidos a las
erimental del presente trabajo, tales como:
6.1.2. Crecimiento bacteriano:
Crecimiento es el aumento ordenado de todos los componentes bioqumicos de
un organismo. En las bacterias el resultado ms obvio del crecimiento, es el aumento
en el nmero de clulas, y su multiplicacin.
43
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
44
Existe una gran variedad de formas para cultivar bacteria y depende no solo de
los requerimientos intrnsecos del microorganismo, sino tambin del uso que se le d
al cultivo. Por ejemplo si se quiere cultivar un microorganismo para aislarlo, bajo la
forma de un cultivo puro, o si se desea estimar la poblacin viable de un cultivo, ser
mejor
factore
celular requiere de otros elementos denominados micronutrientes que son
requeri
iento este tipo
de cofactores se llaman auxotrficas. Las autrtofas tienen requerimientos
nutricionales muy simples como agua, dixido de carbono y sales inorgnicas
usar medios de cultivo slidos o semislidos, ya que este tipo permite el
crecimiento individualizado del microorganismo en colonias o clones. Por otro lado si
el objetivo es cosechar grandes poblaciones, o analizar la cintica del crecimiento,
debern emplearse medios de cultivo lquidos31.
Existen factores biofsicos que inciden en el crecimiento, que son controlados
por los componentes del medio tales como el PH, el agua y la presin osmtica. Otros
s son controlados por el medio ambiente la temperatura, el oxigeno y la presin.
El potencial de oxido, su reduccin es controlado por la composicin del medio y el
ambiente. El conjunto de estos factores inciden en la velocidad del crecimiento, la
produccin de biomasa, el patrn metablico y la composicin qumica del organismo.
El anlisis de los componentes de las clulas microbianas muestra que
alrededor del 95% del peso seco celular esta integrado por carbono, oxigeno,
hidrogeno, nitrgeno, azufre, fsforo, potasio, calcio, magnesio y hierro. El conjunto de
estos elementos es denominado macronutrientes, debido a que los microorganismos
los requieren en cantidades relativamente grande para su crecimiento. C, O, H, N, S y
P. Son componentes integrantes de protenas, carbohidratos, lpidos y cidos
nucleicos. Otros componentes como K, Ca, Mg y Fe, son requeridos para diversas
funciones tales como actividad enzimtica cofactores enzimticos, formacin de
complejos con el ATP, estabilizacin de ribosomas, integrantes de citocrmos. El
crecimiento
dos en cantidades mnimas o en trazas y ellos son Mg, Zn, Co, Mo, Ni, Cu los
cuales participan como cofactores en la actividad de algunas enzimas o como
cofactores en reacciones catalticas o para el mantenimiento de la estructura de la
protena31.
Algunas bacterias tienen requerimientos nutricionales particulares los cuales no
pueden sintetizar y que colectivamente son denominados factores de crecimiento: (1)
Aminocidos, requeridos en la sntesis de protenas; (2) purina y pirimidina, para la
sntesis de cidos nucleicos y (3) vitaminas que actan como parte de cofactores o
como cofactores enzimticos, las bacterias que requieren para su crecim
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
45
adecuadas. Los factores de crecimiento de los organismos hetertrofobos varan
cualitat
poseen
mplo
(pept
ctivos, son medios de composicin
definid
bacteria capaces de
utilizar ctosa como nica fuente de carbono.
n fase slido semi
slida
2. Forma en que las bacterias transforman los compuestos rias transforman los sustratos y compuestos del medio ambiente,
enzimas tienen un alto
ivamente dependiendo de la composicin del medio de cultivo31.
6.1.3. Medios de cultivo El trabajo de microbiologa depende de la capacidad de los microorganismos
para crecer y mantenerse en las condiciones de laboratorio, ellos solo es posible si se
medios de cultivo adecuados que cubran todos los requerimientos
nutricionales de los microorganismo en cuestin, adems, para el aislamiento e
identificacin de los distintos microorganismo es necesario contar con medios
especiales formulado con las caractersticas del hbitat natural del microorganismo32.
Desde el punto de vista de su composicin los medios de cultivo pueden ser
indefinidos los cuales son muy ricos en nutrientes debido a que en su composicin se
utilizan hidrolizados de protenas u otros compuestos orgnicos naturales por eje
ona, triptona, cacerina, leche, sangre, etc.) que suministran energa y fuente de
carbono; sales inorgnicas para satisfacer los requerimientos de iones y tambin
pueden contener extracto de levadura que satisfagan las posibles necesidades
vitamnicas. Ejemplo de estos medios son: Caldo de cultivo, LB, Agar levine, etc.
Existen diferentes tipos de medios los sele
a, que permiten el crecimiento de un determinado genotipo de un
microorganismo. Por ejemplo medio mineral suplementado con lactosa, en
concentracin conocida en el cual solo podrn crecer aqullas
la
Los medios de cultivo pueden prepararse en fase lquida, o e
utilizando agar como soporte. La seleccin de un medio de cultivo en general
depender del propsito que se consigue con un cultivo dado32.
6.
Las bacte
para obtener energa y alimento a travs de las enzimas, es importante la compresin
de las mismas para entender la manera en que trabajan los microorganismos.
6.2.1. Enzimas Las enzimas son catalizadores biolgicos, ellas tienen un poder cataltico muy grande incluso mejor que muchos catalizadores sintticos. Las
45
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
46
grado d ima para cada sustrato
as que ten ec orm ecfico sin
alterar otro. En nuestro caso esta caracterstica de las enzim til, se pueden
transformar una molcula especfica del crudo sin alterar otras. ILUSTRACION N 24. Actividad Enzimtica En Un Sustrato.
e especificidad de acuerdo al sustrato33 .Existe una enz
iendo la enzima ad uada se puede transf ar un sustrato esp
as es muy
1.- El enzima y su sustrato
2.- Unin al centro activo
3.- Formacin de productos
Definicin: una enzima es una protena, es decir, una secuencia de aminocidos, con una configuracin espacial muy precisa y con una actividad cataltica propia. En todas
las clulas, desde la ms sencilla hasta las ms complejas, como las que forman
nuestro organismo se consigue: (a) una o varias molculas de ADN, cido
desoxirribonucleico, compuesto de una secuencia de nucletidos de cuatro tipos
(adenina, citocina, guanina y timidina). (b) Una gran variedad de protenas (alrededor
de 3000 diferentes en la bacteria ms estudiada y con ms de 20 tipos distintos de
aminocidos). (c) lpidos o azucares o polmeros de estos. (d) 70% de agua y
molculas pequeos intermediarios, as como sales y ciertos metales, en muy baja
concentracin. Siempre se cumple que la informacin gentica acumulada en la
secuencia del ADN es copiada parcialmente en otra molcula intermedia llamada
mARN (cido ribunocleico mensajero) con la informacin necesaria para sintetizar un
tipo de protena. La secuencia de nucletidos determina a travs del cdigo gentico
universal la secuencia de aminocidos en la protena sintetizada (cada tres nucletidos
corresponden a un aminocido). La sntesis de las protenas se realiza en una
estructura supramolecular (compuesta de protenas y cidos nucleicos estructurales)
llamada ribosoma, las molculas que traducen el cdigo gentico son los cidos
ribonucleicos de transferencia (tARN) que pueden enlazar, de manera reversible en un
xtremo, un aminocido, correspondiente al cdigo (de transnucleotidos) que muestra e
46
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
47
en otro extremo de la molcula. El universo de enzimas (o protenas) diferentes es tan
rande q 34
6.2
r dos negativamente o
positivamente. A la secuencia de aminocidos se les conoce como su estructura
primaria. El nmero
secundaria de la prote mantienen unidos dos o
ms cadenas de amin
espacial o forma nativa
ILUSTRACION N nase)
.2.3. Actividad enzimtica
ue es posible encontrar cualquier especificidad .
.2. Estructura de una enzima
Para entender como podra funcionar una enzima es necesario entender su
estructura, como se logra la estabilidad necesaria para garantizar su especificidad.
Una protena esta constituida por una serie de aminocidos covalentes a travs del
enlace pptido comn a todos ellos, son 20 aminocidos; primeramente los
aminocidos con grupos no polares, que son tambin llamados grupos hidrofbicos,
ya que son los grupos menos solubles en agua. Los segundos son los grupos
polares o hidrfilo, ya que son solubles en agua formando enlaces de hidrogeno y
por ultimo, los aminocidos que se encuentran ca ga
g
y la posicin de estos enlaces constituye la estructura
na, algunas veces estos enlaces
ocidos. La estructura terciaria corresponde a su forma
y los arreglos tpicos espaciales34.
25 . Estructura de una Enzima (Dioxige
6
47
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Mejoramiento De Los Crudos Pesados Con Actividad Bacteriolgica.
48
Dentro de la clula todos los pasos intermedios, que van desde la glucosa, por
es del microorganismo usado para producirla, su produccin a gran escala
e a la produccin mediante grandes
biomasa, para asegurar la
cantida
ue
implica la utilizacin de sistemas enzimticos diversos que optimizan el procesamiento
en la
metales pesados (biorremediacin y fitorremediacin), reduciendo hasta 20 veces el
costo involucrado en la incineracin de dichos residuos. Por otra parte, se han hecho
ejemplo, hasta una protena o un cido nucleico se realizan mediante enzimas
especificas, la produccin o el numero de copias de cada enzima es muy variada.
6.3. Produccin de enzimas a gran escala Una vez caracterizada la enzima o el compuesto enzimtico, y hechas las
optimizacion
son un problema tcnico resuelto, correspond
fermentadores de unas 5 a 10 ton. Por da de peso seco de
d necesaria en el procesamiento de cantidades del orden de 100.000 barriles
diarios, en pocos das (10 das). Los fermentadore