tesis para crudos

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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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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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


5

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

5


6

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

6


7

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

7


8

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

8


9

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,

9


10

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

10


11

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

11


12

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

12


13

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.

13


14

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

14


15

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.

15


16

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

16


17

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


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.

18


19

ILUSTRACIN N 5. Costo para mejorar un barril Petrleo a travs de delayin coke,

para un producto de 21 API

Menos de 2$

19


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


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


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


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


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.

24


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


26

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


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


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


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


30

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


31

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)

31


32

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.

32


33

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

33


34

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

34


35

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


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


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

37


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


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


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


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


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


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


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

44


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


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


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


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

tesis para crudos

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