CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro

INCREASING THE PRODUCTION OF DESULFURIZING BIOCATALYSTS BY MEANS OF FED-BATCH CULTURE

Over the past years, environmental regulations have driven a lot of effort for the development of new technologies for the upgrading of fossil fuels. Biotechnology offers an alternative way to process fossil fuels by means of a biodesulfurization technolgy where the production of the biocatalyst is one of the key topics. Traditionally, the production is carried out in batch culture where the maximum cellular concentration is restricted by inherent limitations of the culture type and the microorganism growth rate. This work adresses the production of two desulfurizing microorganisms: Rhodococcus erythropolis IGTS8 and Gordona rubropertinctus ICP172 using fed-batch culture. Fed-batch cultures were conducted in a 12 L fermentor using ICP4 medium containing glucose and DMSO as carbon and sulfur sources. As a result, cell concentration was increased 1.5 and 3 times with fed-batch cultures using constant and exponential flow respectively, achieving a maximum cell concentration of 7.3 g DCW/L of biocatalyst IGTS8 and 12.85 gDCW/L of the new biocatalyst ICP172. Both biocatalysts presented biodesulfurization activity in a spiked matrix (DBT/HXD) and in Diesel matrix with the detection of 2-HBP, which is the end-product of DBT degradation pathway.

El mercado de combustibles exige el desarrollo de nuevas tecnologías para la remoción de azufre orgánico. Dentro de las alternativas en desarrollo, la Biodesulfurización de Hidrocarburos (BDS) resulta promisoria por su selectividad y posible competitividad económica. La producción del biocatalizador es uno de los puntos claves en el desarrollo de la tecnología de BDS. Tradicionalmente la producción se realiza mediante cultivos lote en donde la concentración celular máxima es restringida por limitaciones inherentes al tipo de cultivo y por la velocidad de crecimiento del biocatalizador. En este trabajo se logró incrementar la concentración celular del biocatalizador comercial IGTS-8 y de la cepa nativa ICP172, utilizando cultivos por lote alimentado con 2 diferentes estrategias de alimentación. Los incrementos celulares con respecto al cultivo lote fueron de 1.5 veces y 3 veces en cultivos lote alimentado con flujo constante y exponencial respectivamente, logrando concentraciones celulares máximas de 7.3 gr/L con el biocatalizador IGTS-8 y 12.85 con el nuevo biocatalizador ICP172. Los biocatalizadores obtenidos presentaron actividad biodesufurizadora tanto en matriz ideal (DBT/HXD) como en matriz real (Diesel). El incremento en la productividad del biocatalizador significa un importante aporte desde el punto de vista de desarrollo del proceso de Biodesulfurización, considerando las altas concentraciones que se requieren para la reacción de contacto con la matriz a desulfurizar.

OZONE FOR PHENOL TREATMENT IN INDUSTRIAL WASTEWATER

In this study, ozone efficiency on the treatment of wastewater contaminated with high amounts of spent caustic (byproduct from hydrocarbons sweetening processes), is evaluated. The type of feedstock, pH, gas/liquid ratio and influence of catalyst use, are analyzed, in addition to the contact system used for the experiments. As a main conclusion, the feasibility of ozone in the treatment of industrial residues was established, especially in wastewater with high phenol contents.

Este estudio evalúa la eficiencia del ozono en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con altas cantidades de soda gastada (subproducto de los procesos de endulzamiento de hidrocarburos). Se analiza el tipo de carga, el pH, la relación gas/líquido y el uso de un catalizador, además del sistema de contacto utilizado en los experimentos. Como conclusión principal, se estableció la viabilidad del tratamiento con ozono, de residuos industriales, especialmente en aguas residuales con altas cargas fenólicas.

CINÉTICA DE LA GENERACIÓN DEL PETRÓLEO: PRINCIPIOS Y APLICACIÓN EN LAS CUENCAS COLOMBIANAS

La mayoría de los modelos que describen el proceso de conversión de kerógeno en petróleo están basados en las formulaciones de la cinética química de primer orden. Aunque la aplicación de estos modelos requiera el conocimiento de los parámetros cinéticos (energía de activación y factor de frecuencia) del kerógeno de la roca madre, es práctica común en los estudios de modelamiento de cuenca usar los parámetros cinéticos y publicados de los kerógenos estándar (Tipos I, II y III) en ausencia de datos medidos. Por medio de análisis de Pirólisis Rack-Eval bajo diferentes tasas de calentamiento y usando técnicas de optimización numérica se determinaron los parámetros cinéticos de muestras de rocas madres de edades cretácica y terciaria de las cuencas del Valle Superior del Magdalena y los Llanos. Los resultados obtenidos revelaron una significativa variabilidad de los parámetros cinéticos, independiente de su clasificación, según los índices de hidrógeno y oxígeno, en kerógenos Tipos I, II y III. Ejercicios de moldeamiento con los parámetros medidos y una tasa de calentamiento constante (274.25K/M.y. 1,25°C/M.c.) revelaron que la conversión del potencial generador de faces orgánicos con parámetros cinéticos distintos puede estar desfasada hasta en 20-30 M.a., volviendo la historia de generación y expulsión del petróleo más larga y compleja de lo que se podría suponer, si consideramos el comportamiento cinético de estas rocas como homogéneo. Tales diferencias tienen particular importancia sobre la definición del sincronismo (Jímiug) entre la generación del petróleo y la formación/destrucción de trampas, más aún, si tenemos en cuenta la complejidad de la evolución tectónica de las cuencas colombianas.

Most of the mathematical models that describe the conversion of kerogen into petroleum are based on the formulations of first-order kinetics. Although the application of such models requires the knowledge of the kinetic parameters (activation energies and frequency factor) of the kerogen, the usual practice in basin modeling studies is to use kinetic data of standard kerogen types (I. II or III) when measured data are not available. In this study, Rock-Eval pyrolysis under different heating rates and numerical optimization techniques were used to determine the kinetic parameters of Cretaceous and Tertiary source rocks of the Upper Magdalena and Llanos basins. The obtained kinetic parameters revealed a significant variability, which appears to be unrelated to the kerogen type classification based on hydrogen and oxygen indices Modeling exercises under a constant heating rate (1.25°C/M.y., 274.5K/M.y.) using the measured kinetic data indicates that kerogen conversion of organic facies with distinct kinetic parameters may be out of phase by 20-30M.y. Therefore. petroleum generation and expulsion history might be longer and more complex than if the kinetic behavior of these rocks was considered homogeneous. These differences are critical in defining the timing between petroleum generation an trap formation/destruction, particularly in the case of the Colombian sedimentary basins, characterized by a highly complex tectonic evolution.

**BIOLOGICAL TRANSFORMATION OF ANTHRACENE IN SOIL BY Pleurotus ostreatus UNDER SOLID-STATE FERMENTATION CONDITIONS USING WHEAT BRAN AND COMPOST**

Postreatus was grown in a soil mixture contaminated with anthracene, wheat bran I and compost, in varying combinations. Assays with added bacteria and reinocularon of the fungus were also included. The results indicated that in many of the combinations, most of the anthracene was removed at the earliest sample time, 15 days. The most effective combination was spiked (anthracene-added) soil, fungus and compost and the addition of acclimated bacteria to this mixture inhibited anthracene removal. Analyses of extracts by high-pressure liquid chromatography (HPLC) indicated that -anthraquinone, was the major metabolite formed. The results of this study indicate that solid-state fermentation of anthracene-contaminated soils using P. ostreatus in combination with wheat bran and compost additives can produce an accelerated rate of biological removal of anthracene from the soil.

Pleurotus ostreatus fue crecido en una mezcla de suelo contaminado con antraceno, salvado y compost en varias combinaciones. Los ensayos con bacterias y reinoculación del hongo fueron incluidos. Los resultados indicaron que en la mayoría de las combinaciones el antraceno fue removido en un tiempo de quince días. La combinación más efectiva fue el suelo dopado, hongo y compost; y la adición de bacterias a la mezcla inhibió la remoción del antraceno. Análisis del extracto por cromatografía líquida de alta presión (HPLC) indicaron que la antraquinona, fue el mayor metabolito formado. Los resultados de este estudio indicaron que la fermentación en estado sólido de suelos contaminados con antraceno usando Pleurotus ostreatus en combinación con salvado y compost pueden producir una rata acelerada en la remoción biológica del antraceno del suelo.

RECENT ADVANCES IN NATURALLY FRACTURED RESERVOIR MODELING

Large amounts of oil reserves are contained in naturally fractured reservoirs. Most of these hydrocarbon volumes have been left behind because of the poor knowledge and/or description methodology of those reservoirs. This lack of knowledge has lead to the nonexistence of good quantitative models for this complicated type of reservoirs. The complexity of naturally fractured reservoirs causes the need for integration of all existing information at all scales (drilling, well logging, seismic, well testing, etc.) to provide a reservoir description for such reservoirs. This paper presents an overview of recent advances in naturally fractured reservoir modeling, which were developed to characterize the dual porosity system and to improve hydrocarbon recovery. Two techniques, material balance and numerical simulation, are shown to be supportive of one another. The material balance technique is a good tool for history matching of production performance and defining the system, which is then used as input in the numerical model. However, material balance has significant disadvantages when it comes to prediction, which is the domain of numerical simulation modeling. We present the application of a recently introduced material balance equation based on a dual-system approach. In numerical simulation, the mathematical model to predict fluid flow in anisotropic media is enhanced by using permeability tensors. We also discuss a technique to construct permeability tensors from seismic, well log and well test analysis.

Existen considerables reservas de hidrocarburos que están contenidas en yacimientos naturalmente fracturados. La extracción de la mayoría de estos volúmenes han sido abandonadas debido al pobre conocimiento y/o metodología de descripción de estos depósitos de hidrocarburos. Esta falta de conocimiento ha conllevado a la carencia de buenos modelos cuantitativos usados en simuladores numéricos para este tipo no-convencional de yacimientos. Debido a la complejidad de los yacimientos naturalmente fracturados se hace necesario la integración de toda la información de diferentes fuentes (perforación, registros de pozo, sísmica, pruebas de presión, etc) para dar una descripción integral del mismo. Este artículo presenta un resumen de los recientes avances en el modelamiento de los yacimientos naturalmente fracturados, los cuales fueron desarrollados para caracterizar el sistema de doble porosidad y para mejorar el recobro de hidrocarburos. Dos técnicas: la de balance de materiales y la simulación numérica, son mostradas como soporte una de la otra. La técnica de balance de materiales es una buena herramienta para el ajuste histórico del comportamiento de la producción y para definir el sistema, el cual es usado como dato de entrada en el modelo numérico. Sin embargo, el balance de materiales tiene significativas desventajas cuando se realizan predicciones, ya que este es el dominio del modelo de simulación numérica. Además se presenta la aplicación de la ecuación de balance de materiales que tiene en cuenta un sistema dual. En cuanto a la simulación numérica, el modelo matemático que predice el flujo de fluidos en un medio anisotrópico, es mejorado en el presente artículo usando tensor de permeabilidad. Se discute una técnica para construir el tensor de permeabilidad a partir de datos sísmicos, registro de pozos y análisis de prueba de presión.

ESTUDIO DE LOS FENÓMENOS DE CRISTALIZACIÓN DE PARAFINAS EN EL COMPORTAMIENTO FLUIDODINÁMICO DE CRUDOS PARAFÍNICOS-FASE 1

Los resultados obtenidos al relacionar la formación de cristales de parafina con las mediciones tradicionales de punto de nube, punto de fluidez y viscosidad demuestran la importancia de analizar primeramente las interacciones entre la naturaleza química de los crudos, las variables físico - químicas y fluido dinámicas que dan lugar a diferentes formas y velocidades de cristalización. Adicionalmente, no sólo debe tomarse el valor puntual de la viscosidad a una cierta temperatura, sino el comportamiento reológico de los crudos durante el proceso de formación y destrucción de los cristales a causa de las velocidades de deformación. Para efectuar este estudio, se seleccionó un grupo de crudos parafínicos, los cuales se caracterizaron teniendo en cuenta los parámetros antes mencionados e igualmente se sometieron a distintas velocidades de enfriamiento para observar microscópicamente las morfologías resultantes, y a la vez relacionarlas con el comportamiento reológico, en un rango de condiciones similares a las que se pueden obtener durante el transporte de hidrocarburos por oleoductos. Para tal efecto, se realizaron no sólo pruebas de laboratorio sino se escalaron los resultados en el nivel de planta piloto en un simulador para analizar el comportamiento de los fluidos en condiciones dinámicas o estáticas, relacionadas con paradas prolongadas del oleoducto. El realizar este tipo de estudios permite mayor seguridad operacional, ahorros considerables de aditivos, energía, incremento de la capacidad de bombeo, también facilita la selección de la tecnología más adecuada para controlar la deposición de parafinas.

The results obtained by relating the formation of wax crystals using traditional measurements such as cloud point, pour point and viscosity show the importance of analyzing the interactions among the chemical nature of crude oils, the physical-chemical variables and the fluid dynamics that cause different shapes and rates of crystallization. In addition, the specific value of viscosity should be measured at a certain temperature, as well as the rheological behavior of the crude oils during the process of formation and destruction of crystals due to shear rate. In order to carry out this study, a group of waxy crude oils was chosen. They were characterized considering the parameters mentioned above, and they were subjected to different cooling rates to microscopically observe the resulting morphologies, and to relate them to rheological behavior in a range of similar conditions that are obtained during hydrocarbon transport through pipelines. For this effect, laboratory tests were carried out, in addition to the scaling of results at the pilot plant level in a simulator to analyze the behavior of the fluids in dynamic or static conditions, in relation to prolonged pipeline downtime. This type of studies improves operational safety, offers considerable savings on additives, power, an increase in pumping capacity, and it also facilitates the selection of the most appropriate technology to control wax deposition

NEW CONTACT SYSTEM IN CRUDE OIL DESALTING PROCESS

The effect of the ICP contactor and the mixture valve on the desalting process was evaluated as a contact system in the crude oil washing process. The evaluation was carried out in the two desalters at the Cartagena Refinery (GRC) and a desalter at the Barrancabermeja Refinery (GCB) of ECOPETROL. The pressure drop was measured and the efficiency of the desalting processes, dehydration and hydrocarbon crude intake in the water was calculated based on the BS&W measurement, salt content and hydrocarbon concentration in the water. Results showed that the contactor improved desalting, water in the crude oil was reduced and crude carry-over in the wastewater was reduced between 50 and 92% at the Barrancabermeja Refinery, and between 40 and 95% at the Cartagena Refinery, which mean savings of approximately US$ 373.000 dollars per year at both refineries, due to the fact that less water is loaded into the process. Furthermore, hydrocarbon loss in wastewater was reduced by about 3650 barrels per year. The pressure drop was reduced between 88 and 94 % in relation to the mixing valve.

Se evalúo el efecto que tiene en el desalado el uso del contactor ICP y la válvula de mezcla como sistema de contacto en el proceso de lavado del crudo. Para la evaluación se trabajó en dos desaladores de la refinería de Cartagena y en uno de la refinería de Barrancabermeja de ECOPETROL. Se midió la caída de presión y se calculó la eficiencia de los procesos de desalado, deshidratación y arrastre de hidrocarburo tomando como base la medida del BS&W, el contenido de sal y la concentración de hidrocarburo en el agua. Los resultados mostraron que con el contactor hubo una mejora en el desalado, se redujo el contenido de agua en el crudo y se redujo el arrastre de hidrocarburo en el agua residual, entre un 50 y 92 % en la refinería de Barrancabermeja y entre un 40 y 95 % en la refinería de Cartagena, lo que significó un ahorro aproximado de US$ 373.000 dólares anuales en las dos refinerías debido a que se carga menos agua al proceso. Además se redujo la pérdida de hidrocarburo en el agua de lavado en cerca de 3650 barriles por año. La caída de presión se redujo entre un 88 y 94 % con respecto a la válvula de mezcla.

ANÁLISIS GASODINÁMICO DEL RUIDO GENERADO EN LA VÁLVULA DE CONTROL DE LA PLANTA DE RUPTURA CATALÍTICA

Se ha analizado la fuerte contaminación ambiental producida por el ruido generado por el paso de los gases de combustión, a través de la válvula de control, en la planta de ruptura catalítica, Modelo IV de la Refinería de Barrancabermeja. Se aplican distintos modelos analíticos para determinar la dinámica del ruido y exponer una solución definitiva, técnicamente sustentada. El nivel de ruido puede ser reducido desde los 120 dB (A) actuales, hasta los aceptables 85 dB (A) de aplicarse los correctivos propuestos en este trabajo.

It has been analized the hard enviroment contamination by noise generated by gases passing through control valve in fluid flow catalitic cracking plant Model IV in Barracabermeja refinery. It was applicated analitic models to fixed dynamic noise and propose some definitive solutions. Noise level could be minimized from actually 120 dB (A) to admissibly 85 dB(A) by corrective application proposed in this work.

GEOQUÍMICA DE YACIMIENTOS DE LA FORMACIÓN CABALLOS EN EL CAMPO ORITO. PUTUMAYO-COLOMBIA

Un total de veinte muestras de aceite fueron recolectadas en el Campo Orito localizado en la Cuenca del Putumayo al sur de Colombia, con el fin de establecer mediante la caracterización geoquímica de crudos la existencia de compartimentalización del yacimiento en la Formación Caballos, así como definir la relación genética de los hidrocarburos producidos en las Formaciones Caballos y Pepino y los fenómenos que ocasionaron cambios en la composición del crudo antes y después de la producción. Las muestras fueron sometidas a análisis de parámetros totales (bulk), cromatografía gaseosa de crudo total, cromatografía gaseosa de fracción liviana, biomarcadores e isótopos de carbono. Los resultados son visualizados a través de diagramas estrella, gráficos xy, dendogramas y mapas de isovalores. Se encontró que las diferencias en composición de los hidrocarburos producidos de la Formaciones Pepino y Caballos se deben a que los crudos fueron originados por rocas fuente diferentes y con distintos grados de madurez termal. Se definieron dos compartimentos Domo Norte y Domo Sur para el yacimiento en la Formación Caballos. La compartimentalización está obedeciendo a fallas que influyeron en el momento de llenado de la trampa y que han actuado como sellos parciales para aislar los diferentes sectores y ocasionar heterogeneidad en la composición del crudo. Mediante la integración de esta información geoquímica con los modelos estáticos y dinámico del yacimiento se ha definido la sectorización para orientar el estudio de simulación del campo y se han identificado sectores de interés para realizar perforación de desarrollo en el Domo Norte.

A total of twenty oil samples from the Onto Field in the Putumayo Basin at the South of Colombia were analyzed to define the genetic relationship of the hydrocarbons produced from the Caballos and Pepino Formations, to establish the compartmentalization in the reservoirs of the Caballos Formation, so as to study the phenomena that caused the compositional changes of crude before and after the production. The samples were analyzed for bulk parameters, whole oil gas chromatography, light fraction gas chromatography, biomarkers and carbon isotopes. The results are presented using star diagrams, crossplots, cluster diagrams and iso-value maps. It was found that the compositional differences of the produced hydrocarbons from the Pepino and Caballos Formations are produced by the fact that the crude were originated by different source rocks each one with different grades of thermal maturity. There were defined two compartments: North Dome and South Dome for the Caballos Formation reservoir. The compartmentalization is caused by faults that play a role when the trap was filled. They have acted as partial seals isolating the different sectors and causing heterogeneity in the crude composition. The integration of this geochemistry information with the static and dynamic models of the reservoir lead to define different sectors to guide the simulation study of the field. Also some sectors of interest have been identified to carry out development new drilling opportunities in the North Dome.

ESTIMATION OF IMPROVED PRODUCTIVITY BASED ON MATERIALS SUBSTITUTION IN HIGH TEMPERATURE APPLICATIONS. USE OF ALLOY ASTM A-335 P91

En Ecopetrol-ICP se realizó una evaluación de las propiedades mecánicas y microestructurales de la aleación 9Cr-1 Mo modificada, ASTM A-335 Gr. P91, encontrando propiedades de resistencia mecánica, esfuerzos admisibles y resistencia a la termofluencia, muy superiores a las de una aleación 9Cr-1 Mo convencional, ASTM A-335 Gr. P9, recomendando la aleación P91 como material de reemplazo de la tubería de radiación del Horno de Viscorreducción de la Refinería de Cartagena (horno en proceso de cambio). Los resultados obtenidos permiten una reducción de espesor para los tubos de radiación de material P91 del 25% y un aumento del volumen interno del tubo cercano al 8%, lo cual es un parámetro a considerar en el Incremento de productividad y eficiencia del proceso. También se obtendría una reducción significativa en los costos de material entre un 5 y 10%. Además, las expectativas de vida útil de diseño y vida útil remanente se verían ampliamente favorecidas con el cambio de aleación.

In Ecopetrol-ICP was carried out an evaluation of the mechanical and microstructural properties of modified 9G--1 Mo alloy, ASTM A-335 Gr. P91, finding higher strength mechanical properties, allowable stresses and creep rupture strenght, than the conventional 9Cr-1 Mo alloy, ASTM A-335 Gr. P9, recommending the alloy P91 as substitute tube material in the radiation zone of the Visbreaking heater of Cartagena's Refinery (furnace in revamping process). The results obtained permit a thickness reduction of radiation tubes of material P91 close to 25% and increase the internal volume tube over up 8%, which is a parameter to consider in improving productivity and efficiency process. Also would be obtained a significant savings cost in the material among 5 and 1 0%. Additionally, expectations of both design and remaining useful life would be seen extensively favored with this change of alloy.