ANÁLISIS DEL CONTENIDO DE AZUFRE (S)
EN LA GASOLINA POR EL MÉTODO DE
HIDRODESULFURACIÓN
ANALYSIS OF SULFUR (S) CONTENT IN GASOLINE BY
THE HYDRODESULFURATION METHOD
Sandra Peña Murillo
Universidad De Guayaquil, Ecuador
Eddie Zambrano Nevárez
Universidad De Guayaquil, Ecuador
Gonzalo Villa Manosalvas
Universidad De Guayaquil, Ecuador
Julio Baquerizo Figueroa
Universidad De Guayaquil, Ecuador
Lindao Rodríguez William Kevin
Universidad De Guayaquil, Ecuador
pág. 1500
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i6.14920
Análisis del Contenido de Azufre (S) en la Gasolina por el Método de
Hidrodesulfuración
Sandra Peña Murillo1
sandra.penam@ug.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-7848-8021
Universidad De Guayaquil
Ecuador
Eddie Zambrano Nevárez
eddie.zambranon@ug.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-0358-0402
Universidad De Guayaquil
Ecuador
Gonzalo Villa Manosalvas
gonzalo.villam@ug.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-9321-9436
Universidad De Guayaquil
Ecuador
Julio Baquerizo Figueroa
julio.baquerizof@ug.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-2594-7623
Universidad De Guayaquil
Ecuador
William Kevin Lindao Rodríguez
lindao.rodriguez@ug.edu.ec
Universidad De Guayaquil
Ecuador
RESUMEN
A lo largo de los años, el contenido de azufre en la gasolina ha impactado directamente en las emisiones
de dióxido de azufre (SO₂), uno de los contaminantes atmosféricos más perjudiciales para el medio
ambiente y la salud humana. Este compuesto no solo contribuye significativamente a la contaminación
del aire, sino que también reduce el rendimiento y la vida útil de los equipos que utilizan este
combustible. Ante esta problemática, el objetivo de la presente investigación es analizar el contenido
de azufre en la gasolina mediante el método de hidrodesulfuración (HDS), a través de una revisión
bibliográfica exhaustiva. Para ello, se seleccionaron fuentes relevantes aplicando criterios de inclusión
y exclusión que aseguran la calidad metodológica de los estudios consultados. La hidrodesulfuración
se presenta como una técnica eficaz para reducir el contenido de azufre en combustibles fósiles,
permitiendo alcanzar niveles que cumplen con las normativas ambientales más estrictas. Tras la
recopilación de los artículos, se realizó una revisión crítica, evaluando los métodos de
hidrodesulfuración y extrayendo información clave sobre su eficacia y eficiencia en comparación con
otras técnicas. Se identificaron patrones y contrastaron hallazgos en los estudios científicos
seleccionados, lo que permitió construir una base sólida para el análisis del contenido de azufre en la
gasolina. Este proceso resaltó las contribuciones significativas que el método HDS ofrece, destacando
su capacidad para minimizar las emisiones contaminantes. De esta manera, la investigación subraya la
importancia de aplicar tecnologías de tratamiento que reduzcan el contenido de azufre en la gasolina,
mitigando sus efectos ambientales.
Palabras clave: hidrodesulfuración, azufre, gasolina, contaminación
1
Autor Principal
Correspondencia: sandra.penam@ug.edu.ec
pág. 1501
Analysis of Sulfur (S) content in Gasoline by the Hydrodesulfuration
Method
ABSTRACT
Over the years, the sulfur content in gasoline has directly impacted sulfur dioxide (SO₂) emissions, one
of the most harmful air pollutants for the environment and human health. This compound not only
contributes significantly to air pollution, but also reduces the performance and lifespan of equipment
that uses this fuel. Faced with this problem, the objective of this research is to analyze the sulfur content
in gasoline using the hydrodesulfurization (HDS) method, through an exhaustive bibliographic review.
To do so, relevant sources were selected by applying inclusion and exclusion criteria that ensure the
methodological quality of the studies consulted. Hydrodesulfurization is presented as an effective
technique to reduce the sulfur content in fossil fuels, allowing levels to be reached that comply with the
strictest environmental regulations. After collecting the articles, a critical review was carried out,
evaluating the hydrodesulfurization methods and extracting key information about their effectiveness
and efficiency compared to other techniques. Patterns were identified and findings were contrasted in
the selected scientific studies, allowing a solid foundation to be built for the analysis of the sulfur
content in gasoline. This process highlighted the significant contributions that the HDS method offers,
highlighting its ability to minimize pollutant emissions. In this way, the research underlines the
importance of applying treatment technologies that reduce the sulfur content in gasoline, mitigating its
environmental effects.
Keywords: hydrodesulfurization, sulfur, gasoline, pollution
Artículo recibido 02 octubre 2024
Aceptado para publicación: 10 noviembre 2024
pág. 1502
INTRODUCCIÓN
El contenido de azufre en la gasolina es un factor crítico que no solo afecta la eficiencia de los motores
de combustión interna, sino que también tiene implicaciones significativas para la calidad del aire y el
cumplimiento de estándares ambientales (Wang, 2022). La presencia de azufre en los combustibles
contribuye a la emisión de óxidos de azufre, así como de partículas contaminantes, y puede
comprometer la efectividad de los sistemas de control de emisiones de los vehículos (Yan, 2020). Para
ello, el desarrollo de métodos precisos y eficientes para analizar el contenido de azufre en la gasolina
se vuelve imperativo.
A lo largo de los años, diversos métodos analíticos como la espectroscopia de fluorescencia de rayos X
(XRF), la cromatografía iónica y la espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-
MS), han sido empleados con el propósito de cuantificar el azufre en los combustibles (Yan, 2020). Sin
embargo, es esencial abordar las limitaciones existentes en términos de sensibilidad, selectividad y los
efectos de matriz; y avanzar hacia técnicas más precisas y eficaces. En este sentido, el presente estudio
se centra en el análisis del contenido de azufre en la gasolina mediante el método de hidrodesulfuración
catalítica.
La hidrodesulfuración es un proceso industrial ampliamente utilizado en las refinerías para eliminar
compuestos orgánicos de azufre de combustibles derivados del petróleo (Wang, 2022). Sin embargo,
su aplicación como técnica analítica para la determinación de azufre ha sido poco explorada. Este
método ofrece un enfoque prometedor para la cuantificación precisa de los niveles de azufre en la
gasolina, dado que la cantidad de hidrógeno consumido en la reacción puede correlacionarse
directamente con la concentración inicial de azufre. (Quintero, 2013)
La necesidad de una evaluación crítica de este método radica en su potencial para mejorar la exactitud
y los límites de detección de los análisis de azufre en los combustibles, contribuyendo así a la reducción
de emisiones contaminantes y al cumplimiento de las normativas medioambientales cada vez más
estrictas (Race, 2023). En este artículo, se presentará una revisión detallada de la literatura existente
sobre el tema, se expondrán los objetivos específicos de la investigación y se proporcionará una visión
general del fundamento químico del método de hidrodesulfuración, estableciendo así las bases para una
comprensión completa de la relevancia y el alcance de este estudio.
pág. 1503
METODOLOGÍA
El presente artículo científico consta de un enfoque de carácter cualitativo, puesto que busca determinar
el método de hidro desulfuración de la gasolina para el análisis del contenido de azufre en la gasolina.
El azufre, representado por el símbolo químico S y con número atómico 16, presenta diversos isótopos
estables con diferentes porcentajes de abundancia en la naturaleza.
Entre ellos se encuentran:
el󰇛󰇜 󰇛󰇜 󰇛󰇜
󰇛󰇜
La presencia de azufre en la corteza terrestre oscila entre 0.03% y 0.1%, siendo comúnmente hallado
en forma libre en regiones volcánicas. (Valenzuela, 2018)
El objetivo principal de la Hidrodesulfuración es eliminar el azufre de la corriente de alimentación a la
Unidad correspondiente, ya sea para cumplir con las especificaciones de los productos comerciales o
para salvaguardar la integridad de los catalizadores en las unidades subsiguientes, como se observa en
el tratamiento de la nafta en el Reformado Catalítico.
La gasolina es un combustible derivado del petróleo que contiene diversos compuestos orgánicos de
azufre (COS) como mercaptanos, sulfuros, disulfuros y tiofenos. (Romo, 2012). Estos compuestos
resultan perjudiciales al liberar óxidos de azufre durante la combustión, contribuyendo a la
contaminación atmosférica y la lluvia ácida. Además, desactivan los catalizadores que controlan las
emisiones vehiculares.
Para remover los COS de la gasolina y obtener combustibles de ultra bajo azufre (ULSD), se utiliza un
proceso denominado hidrodesulfuración (HDS). Consiste en hacer reaccionar los COS con hidrógeno
sobre un catalizador a alta temperatura y presión. Los COS son convertidos principalmente a ácido
sulfhídrico (H2S) que luego se separa, dejando una gasolina con niveles de azufre extremadamente
bajos. (Vivas, A. et al., 2012).
Principios de hidrodesulfuración
La hidrodesulfuración es un procedimiento que emplea hidrógeno y catalizadores para procesar crudos
pesados y ligeros, así como cortes de destilación, con el objetivo de mejorar diversos atributos del
producto, como el olor, el color y la estabilidad (Pascual, 2018).
pág. 1504
Durante este método, se eliminan compuestos de azufre como el sulfuro de hidrógeno, el nitrógeno y
las diolefinas. Sin embargo, el carbono y los metales, eliminados de forma incompleta en etapas
anteriores, se acumulan en los catalizadores a lo largo del proceso. Estos elementos compiten por los
sitios activos del catalizador frente a los compuestos de azufre, lo que provoca una reducción de su
eficacia. En consecuencia, es esencial una combinación o regeneración constante de los catalizadores
para mantener su actividad durante el tratamiento. (Alvarez, E. Cedeño, P. et al., 2021).
La eficacia de la hidrodesulfuración depende de varios factores, como la naturaleza de la fracción de
petróleo sometida a tratamiento (composición y tipos de compuestos de azufre presentes), la
selectividad y actividad del catalizador utilizado (concentración de sitios activos, propiedades del
soporte, etc.), las condiciones de reacción (presión, temperatura, relación hidrocarburo/hidrógeno, etc.)
y el diseño del proceso. (Barbosa, 2014). Es primordial destacar que el debe eliminarse
continuamente, ya que actúa como inhibidor de las reacciones de HDS y puede contaminar el
catalizador. El catalizador, que acelera la reacción mediante la formación de compuestos intermedios,
se emplea para facilitar la reacción y se regenera al finalizar para garantizar que no se agote a lo largo
del proceso. La alúmina es un ejemplo ilustrativo de catalizador (Acea, 2021).
Reacciones durante el proceso de hidro desulfuración
La hidrodesulfuración (HDS) es un método que se aplica en el refinado del petróleo para disminuir el
contenido de azufre que se encuentra en diferentes fracciones del petróleo (Pérez y Villa, 2015). Este
proceso tiene lugar en la unidad de Tratamiento Hidrotérmico (HDT), y a continuación se describen
algunas reacciones representativas que tienen lugar durante este proceso.
Ilustración 1. Reacciones de hidrodesulfuración
Durante este procedimiento, la entrada a la unidad de Tratamiento Hidrotérmico (HDT), que consiste
en una mezcla de materia prima e hidrógeno, se dirige a través de un catalizador de Co-Mo a ajustes
pág. 1505
adecuados de presión y temperatura. El objetivo principal es romper los enlaces carbono-azufre y saturar
con hidrógeno las valencias vacantes resultantes (Demirbas., Balubaid., et al, 2015). La meta es
convertir el compuesto de azufre en los hidrocarburos apropiados, lo que conduce a la producción de
sulfuro de hidrógeno como resultado secundario. Además, el proceso de hidrodesulfuración incluye una
reacción exotérmica, en la que la velocidad de reacción aumenta a medida que se incrementan la
temperatura y la presión parcial de hidrógeno (Dávila J. et al., 2012).
La eficacia de la hidrodesulfuración depende de varios factores, como la composición y los tipos de
compuestos de azufre de la fracción de petróleo que se va a tratar, la selectividad y la actividad del
catalizador empleado, y las condiciones de reacción y la configuración del proceso (Meneses, E. et al.,
2007). Lograr un equilibrio en los parámetros operativos es crucial para garantizar la estabilidad, una
baja temperatura de funcionamiento y la eficacia global de la hidrodesulfuración, teniendo en cuenta
consideraciones económicas.
Además, cabe destacar la instalación de medios dentro de la unidad HDT para capturar y eliminar el
sulfuro de hidrógeno generado durante el proceso. Esto implica el uso de dietanolamina (DEA) pobre
en sulfuro de hidrógeno para absorber el gas rico en , seguido de la regeneración de la DEA rica
para eliminar el . En la unidad de recuperación de azufre, el sulfuro de hidrógeno se transforma en
azufre sólido mediante el proceso Claus, alcanzando una eficiencia estimada de recuperación de azufre
de alrededor del 94% Pascual, 2018).
La conversión de sulfuro de hidrógeno () en azufre se produce a través de la combustión regulada
con aire, donde un tercio del sufre oxidación a dióxido de azufre (). A continuación, el dióxido
de azufre reacciona con el sulfuro de hidrógeno restante, dando lugar a la producción de azufre y vapor
de agua. (Demirbas., et al, 2015).
Ilustración 2. Reacciones del proceso Claus
pág. 1506
Descripción del método de hidrodesulfuración a nivel de laboratorio.
La selección cuidadosa del catalizador es esencial, ya que influye en la velocidad y la eficacia de las
reacciones de hidro desulfuración. Previamente al proceso, el petróleo crudo se somete a un
pretratamiento para eliminar impurezas y contaminantes. (Jacome, 2016)
Durante la reacción, los compuestos azufrados en el petróleo reaccionan con el hidrógeno, generando
productos desulfurados y subproductos ligeros. El monitoreo constante de la temperatura, presión y
composición del gas en el reactor asegura condiciones óptimas y permite ajustes según sea necesario
(Verma, D. et al., 2022). La eficiencia del proceso se verifica mediante análisis exhaustivos de los
productos tratados, y cualquier agotamiento del catalizador se aborda mediante procesos de
regeneración. La hidrodesulfuración es esencial para cumplir con normativas ambientales al producir
productos petrolíferos más limpios y respetuosos con el medio ambiente. (Cárdenas & Martínez, 2017)
MATERIALES Y EQUIPOS
Gasolina o nafta: corriente que contiene compuestos orgánicos de azufre y se desea hidro
desulfurar.
Hidrógeno gas: se mezcla con la alimentación en una relación típica de 300-1000 pies cúbicos
estándar de H2 por barril de alimentación. Actúa como reactivo.
Catalizador: típicamente a base de sulfuros de molibdeno, cobalto/molibdeno u otros soportados
sobre alúmina. Se utiliza un lecho fijo en el reactor.
Reactor: diseñado para soportar altas temperaturas (260-370°C) y presiones (30-130 atm) de
operación.
La corriente de nafta o gasolina se precalienta a unos 260-370°C y se mezcla con hidrógeno gas.
La relación hidrógeno/alimentación suele ser de 300-1000 pies cúbicos estándar de hidrógeno por
barril.
La mezcla se hace pasar a alta presión (30-130 atm) sobre un lecho fijo de catalizador en un reactor.
Los catalizadores típicos son a base de sulfuros de molibdeno o cobalto/molibdenos soportados
sobre alúmina.
En el reactor, el azufre orgánico reacciona con el hidrógeno sobre el catalizador formando ácido
sulfhídrico (H2S) según reacciones como: R-S-R' + H2 → R-H + R'-H + H2S
pág. 1507
El H2S se separa del efluente, el cual contiene la nafta o gasolina hidro desulfurada con niveles de
azufre reducidos. El azufre se recupera normalmente como azufre elemental.
Las condiciones de operación (temperatura, presión, relación H2/alimentación, catalizador) se
optimizan para maximizar la conversión de azufre según las especificaciones del combustible. Una
HDS más severa requiere condiciones más drásticas.
La HDS reduce los compuestos sulfurados de la gasolina de niveles iniciales de hasta 1000 ppm a
valores por debajo de 10 ppm en gasolinas de ultra bajo azufre. (Valenzuela, 2018)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El contenido de azufre en la gasolina es un tema de suma importancia para la industria de los
combustibles, estos estándares de contenido de azufre en la gasolina llegan a variar según el país y la
región. En Ecuador, el límite máximo permisible de azufre en la gasolina es de 50 ppm, en cambio, en
Colombia este límite máximo de contenido de azufre es de 90 ppm. (Fernández- et al., 2009)
Durante el 2012 los datos obtenidos por (Arrellano, n.d.) Se observó que mientras más sea el octanaje
de la gasolina, también incrementa el contenido de azufre de esta. Esto da como resultado, que las
emisiones de SO2 también incrementen. Este problema se debe a que para obtener mayor octanaje se
usa más nafta tratada en la mezcla, cuyos porcentajes de azufre es mayor de todas las naftas de refinería.
Además de que los datos registrados, señalan que las provincias con mayor consumo de gasolina
generan más emisiones de SO2, siendo estas las provincias de Guayas y Pichincha. (Petroecuador, 2018)
Tabla 1 Emisiones de SO2 por provincia
Provincia
Emisión SO₂
Gasolina 1 (t)
Emisión SO₂
Gasolina 2 (t)
Emisión SO₂
Gasolina 4 (t)
% Emisión SO₂
Gasolina
Azuay
85904
108811
128856
6.8
Bolívar
18056
20405
26684
1.4
Cañar
12195
12697
15698
0.9
Carchi
13608
14727
18684
1.0
Chimborazo
37987
53113
63768
3.4
Cotopaxi
59851
50486
59736
3.2
El Oro
114795
121311
137826
7.3
Esmeraldas
62114
72103
86283
4.6
Galápagos
821
1114
1263
0.1
Guayas
377113
403124
454853
24.1
Imbabura
24636
37115
55303
2.9
pág. 1508
Provincia
Emisión SO₂
Gasolina 1 (t)
Emisión SO₂
Gasolina 2 (t)
Emisión SO₂
Gasolina 4 (t)
% Emisión SO₂
Gasolina
Loja
37969
48931
56953
3.0
Los Ríos
65576
72708
84044
4.5
Manabí
93482
116451
131033
7.0
Morona
Santiago
9278
11461
13733
0.7
Napo
8464
11356
12491
0.7
Orellana
11386
14363
16429
0.9
Pastaza
21230
23450
26443
1.4
Pichincha
85330
134933
158634
8.4
Santa Elena
82347
92550
121173
6.4
Santo
Domingo
83557
97480
123166
6.5
Sucumbíos
6293
7344
8992
0.5
Tungurahua
53237
64581
78618
4.2
Zamora
Chinchipe
6022
7628
9033
0.5
Total General
1254194
1588646
1881291
100.0
Actualmente las normas INEN, se basan en la norma técnica Euro III, que en países más desarrollados
está obsoleta, la Euro III es menos exigente que las normas vigentes en otros países, además que las
normas INEN no contemplan otros aspectos dentro de la gasolina como el contenido de oxígeno, el
índice antidetonante o la estabilidad de oxidación, esto da como resultado, que el impacto ambiental no
es considerado causando a su vez mayor consumo de energía, agua y recursos naturales, así como
también la generación de residuos peligros. (INEN, 2014)
Desde el 2017, Ecuador posee una de las gasolinas de menor calidad en el mercado de la zona, esto
debido a la norma euro III mencionada anteriormente, que por sus grandes cantidades de impurezas,
esta gasolina no solo genera un gran impacto ambiental sino que también disminuye el tiempo de vida
útil de los motores donde se utilizan. (Serrano, 2022)
Impacto ambiental
La importancia medioambiental de la hidrodesulfuración radica en su papel en la disminución de las
emisiones de dióxido de azufre resultantes de la utilización de combustibles en diversos medios de
pág. 1509
transporte e instalaciones petrolíferas. La mitigación de estos compuestos es vital para prevenir efectos
medioambientales adversos, como la lluvia ácida. (Ambientales, n.d)
Inhibición del proceso
En el proceso de hidrodesulfuración, cualquier sustancia que consuma agua afecta negativamente a la
reacción. Ejemplos de tales sustancias son el nitrógeno, el carbono y los enlaces aromáticos (Babich, I.
Moulijin, J. et al., 2003). Para minimizar este consumo, es importante regular el tiempo, la temperatura
y la presión de . En el caso de la inhibición por , si la reacción tiene una mayor concentración de
este gas, es necesario elevar la temperatura del proceso para mantener la conversión y conservar la
calidad (Vivas J. et al., 2012). Sin embargo, esta medida va acompañada de la formación de coque en
el catalizador.
Además, la presencia de compuestos que contienen nitrógeno o compuestos aromáticos también afecta
a la reacción. Los compuestos nitrogenados actúan como inhibidores de la hidrodesulfuración porque
el nitrógeno de estos compuestos, especialmente los de naturaleza básica, interactúa más fuertemente
con la corriente de debido a su energía de adsorción que el azufre de los compuestos azufrados. Para
compensarlo, es necesario aumentar la temperatura para mantener el proceso de hidrodesulfuración en
las mismas condiciones. (Quintero, 2013)
El proceso de hidrodesulfuración es esencial para cumplir con los estándares ambientales al reducir las
emisiones de azufre en los productos petrolíferos. La complejidad y los detalles del proceso pueden
variar según la escala de producción y los requisitos específicos de la refinería o la planta de
procesamiento. (Dávila Vivas Keidy J, 2012). Mediante reacciones de hidrogenolisis, hidrogenación y
ruptura de enlaces C-S, la HDS permite reducir significativamente el contenido de azufre en la gasolina
tratada, logrando niveles por debajo de 10 ppm partiendo de concentraciones iniciales de hasta 1000
ppm (Yan, 2020). De esta manera es posible obtener gasolina con especificaciones de ultra bajo azufre
(ULSD), lo cual mejora el desempeño de motores y sistemas de control de emisiones. El principal
producto de la reacción de HDS es ácido sulfhídrico, del cual puede recuperarse azufre elemental
mediante procesos posteriores. Adicionalmente, el tratamiento aumenta el porcentaje de saturados en la
gasolina, mejorando así su estabilidad a la oxidación y corrosión.
pág. 1510
CONCLUSIONES
La hidrosulfuración es un proceso esencial en la industria del petróleo y gas, que desencadena una serie
de transformaciones químicas para reducir o eliminar los compuestos de azufre presentes en los
productos derivados del petróleo crudo. Estos compuestos de azufre, como los mercaptanos y sulfuros,
pueden tener impactos adversos tanto en el medio ambiente como en la eficiencia de los motores y
equipos industriales.
Para la refinación del petróleo, la hidrosulfuración se lleva a cabo en unidades específicas llamadas
unidades de hidrotratamiento. Estas unidades están diseñadas para funcionar a temperaturas elevadas y
presiones moderadas, y suelen utilizar catalizadores de metales como el níquel o el molibdeno. El
proceso implica la reacción química de los compuestos de azufre con hidrógeno, formando sulfuros más
ligeros y, en última instancia, generando productos más limpios y de mejor calidad.
La importancia de la hidrosulfuración radica en su contribución a la reducción de emisiones
contaminantes durante la combustión de productos derivados del petróleo, lo que ayuda a cumplir con
los estándares ambientales y regulatorios. La presencia de azufre en los combustibles puede dar lugar a
la emisión de dióxido de azufre (SO2) durante la combustión, contribuyendo a problemas ambientales
como la lluvia ácida y la contaminación atmosférica.
Además de su papel crítico en la refinación del petróleo, la hidrosulfuración también tiene aplicaciones
en otras áreas industriales. En la producción de productos químicos, este proceso se utiliza para mejorar
la pureza de diferentes compuestos, asegurando que los productos finales cumplan con estándares de
calidad específicos. También se emplea en la síntesis de productos farmacéuticos, donde la pureza y la
eliminación de impurezas, incluidos los compuestos de azufre, son cruciales para garantizar la seguridad
y eficacia de los medicamentos.
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