Processus de réduction du sulfure d'hydrogène
Cet article met en lumière les processus de réduction du sulfure d'hydrogène. Les processus d'abattement sont les suivants: 1. Processus à sec et 2. Processus humides.
Processus de réduction n ° 1. Procédés à sec :
Le procédé par voie sèche pour éliminer l'H 2 S d'un gaz résiduaire est mis en oeuvre en faisant réagir de l'H 2 S avec de l'oxyde ferrique activé. Le produit de la réaction est du sulfure ferrique.
Fe 2 O 3 + 3 H 2 S --–> Fe 2 S 3 + 3 H 2 O …………… .. (5.51)
Le procédé peut être réalisé soit dans un réacteur à lit fixe, soit dans un réacteur à lit fluidisé.
A. Processus en lit fixe :
Le processus se déroule en deux étapes. Au cours de la première étape, du gaz chargé de H2S est passé à la température ambiante à travers un lit contenant de l'oxyde ferrique réactif (formes a et y) mélangé avec des matériaux fibreux ou granulaires humidifiés avec environ 40% d'eau.
Lorsqu'une partie importante de l'oxyde ferrique a été convertie en sulfure, le flux de gaz résiduaire est fermé et la deuxième étape de fonctionnement est lancée. Au cours de cette étape, de l'air à la température ambiante passe à travers le lit, ce qui entraîne la régénération de l'oxyde ferrique et la libération du soufre élémentaire selon la réaction ci-dessous:
2 Fe 2 S 3 + 3 O 2 —–> 2 Fe 2 O 3 + 6 S …………… .. (5.52)
Le soufre élémentaire libéré peut être récupéré par extraction au solvant. Pour que ce processus se déroule sans heurts, il faut au moins deux lits, de sorte que, lorsque la réaction de réduction a lieu dans un lit, l’autre lit se régénère.
B. Procédé en lit fluidisé :
Dans cette configuration, deux lits fluidisés en circulation sont nécessaires. Dans le premier lit, H 2 S réagit avec des granulés d'oxyde ferrique activé à environ 340-360 ° C. À partir de ce lit, les granulés contenant du sulfure ferrique et de l'oxyde ferrique n'ayant pas réagi s'écoulent dans le second lit où les particules de sulfure sont torréfiées à environ 800 ° C pour régénérer l'oxyde ferrique et récupérer le S sous forme de SO 2 . Les particules d'oxyde ferrique sont renvoyées dans le premier lit et le SO 2 est envoyé dans une usine d'acide.
Processus d'abattement n ° 2. Processus humides :
Il existe de nombreux procédés par voie humide pour éliminer l’H 2 S des gaz résiduaires. Certains de ces processus sont décrits ci-dessous.
A. Processus Girbotol:
Ce processus consiste à absorber de l'H2S dans une solution d'amine, puis à extraire à l'eau le H2S dissous. L'aminé à utiliser dans une situation particulière dépend du fait que les gaz résiduaires contiennent du COS et / ou du CO 2 en plus de H2S.
Une solution aqueuse d'amine monoéthanol aminée à 15-20% peut être utilisée si le gaz à épurer ne contient pas de COS, car le COS forme de la di-éthanol-urée thermostable. Étant donné que la monoéthanolamine présente une pression de vapeur élevée, le H 2 S régénéré par chauffage indirect à la vapeur de la solution imprégnée doit être lavé pour permettre la récupération de l'amine entraînée.
Le lavage peut être effectué avec de l’eau, mais si l’H 2 S doit être récupéré sous forme de gaz sec, alors on utilisera soit du di-éthylène glycol, soit du triéthylène-glycol, en tant que liquide de lavage au lieu d’une solution monoéthanolamine. Étant donné que la monoéthanolamine absorbe également le CO 2, elle n’est pas un absorbant approprié en présence de CO 2 .
La diéthanolamine est un meilleur absorbant que la monoéthanolamine car sa pression de vapeur est inférieure à celle de la monoéthanolamine. La di-éthanolamine peut être utilisée même lorsque du COS est présent avec H2S, car le COS ne forme pas de di-éthanol-urée. Si un gaz résiduaire à épurer contient à la fois de l'H 2 S et du CO 2, il convient d'utiliser une solution aqueuse à 30% de triéthanolamine ou de méthyl-di-éthanolamine pour l'absorption sélective de H2S.
B. Processus de phosphate de potassium:
Lorsque du CO 2 est présent avec H2S, une solution aqueuse à 40% de phosphate de potassium peut être utilisée comme absorbant. Cette solution absorbe préférentiellement l'H 2 S. De la solution imprégnée, H 2 S est éliminé à la vapeur vive.
C. Procédé au carbonate de sodium :
Lorsque H2S n'est pas accompagné de CO2, une solution aqueuse de Na2C03 à 3 à 3, 5% peut être utilisée comme absorbant.
Au cours de l'absorption, du sulfure d'hydrogène et du bicarbonate de sodium se forment:
Na 2 CO 3 + H 2 S Na HCO 3 + Na HS …………… .. (5.53)
Pour la régénération du carbonate et la récupération de H2S, la solution usée doit être extraite à la vapeur sous vide. Une autre méthode de régénération de la solution usée consiste à l'oxyder avec de l'oxygène en présence d'environ 0, 5% d'oxyde ferrique en suspension, ce qui permet de régénérer Na 2 CO 3 et de précipiter le soufre élémentaire.
Un autre processus (lorsque le CO 2 est présent avec l'H 2 S) consiste à utiliser une solution de carbonate d'ammonium pour l'absorption au lieu d'une solution de carbonate de sodium. Pour la régénération de la solution usée, l'oxydation est réalisée avec de l'oxygène en présence de Fe 2 O 3 . Un autre procédé (procédé Thylox) utilise une solution de thioarsénate de sodium comme absorbant. Dans ce procédé pour la réaction d'oxydation-régénération, aucun catalyseur n'est requis.
Les réactions peuvent être représentées sous:
Réaction d'absorption :
Na 4 As 2 S 5 O 2 + H 2 S --–> Na 4 As 2 S 6 O + H 2 O …………… .. (5.55)
Réaction de régénération :
Na 4 As 2 S 6 O + ½ O 2 —–> Na 4 As 2 S 5 O 2 + S …………… .. (5.56)
Processus D. Stretford :
Le procédé de Stretford est un procédé sélectif H 2 S. Il peut réduire la teneur en H2S résiduelle dans un gaz traité à un niveau très bas. La température de fonctionnement est relativement basse, environ 40 ° C. L'absorbant utilisé dans ce processus pour éliminer l'H 2 S est une liqueur alcaline aqueuse contenant du carbonate de sodium, du bicarbonate, du vanadate et du sel de sodium de l'acide anthraquinone-disulfonique (ADA) ayant un pH compris entre 8, 5 et 9, 5.
Le gaz à traiter est lavé à contre-courant avec la solution dans un absorbeur où pratiquement la plus grande partie de l'H 2 S est éliminée. La teneur en H2S résiduelle peut être inférieure à 1 ppm.
De l'absorbeur, la solution s'écoule dans un oxydant (réservoir de réaction) où la régénération de l'absorbant et la formation de soufre élémentaire ont lieu en raison d'un mélange intime avec l'air.
Le soufre élémentaire produit dans l'oxydant est séparé par flottation et est éliminé sous forme de mousse contenant environ 10% en poids de solide. La solution régénérée après élimination du soufre est pompée vers l'absorbeur.
E. Processus LO-CAT:
On prétend que ce procédé est le plus approprié pour éliminer l’H 2 S quand il est présent en ppm dans un flux de gaz d’échappement. Il a été mis au point pour éliminer les problèmes d’odeur dus à la présence d’H 2 S. Il s’agit d’un procédé de réduction-oxydation en phase liquide qui conduit à la conversion d’H 2 S en soufre élémentaire.
Le liquide de lavage est une solution aqueuse diluée de fer organique-chélaté. Le fer oxyde l'H 2 S tandis que lui-même est réduit. La solution usée de l'épurateur est ensuite oxydée avec de l'air, l'absorbant étant régénéré pour être réutilisé et du soufre élémentaire étant produit.
Ce processus est spécifique à l'H2S. Il ne supprime pas les autres composés soufrés tels que COS, CS 2, mercaptans. Il peut réduire le H 2 S à un niveau très bas dans le gaz traité. Il est supérieur aux autres procédés d'oxydoréduction en raison de son activité catalytique supérieure et de sa non toxicité.
Parmi les différents procédés de réduction de H2S disponibles à présent, celui-ci s'est révélé assez économique, en particulier pour le traitement d'un flux de gaz important ayant une faible teneur en H2S.
F. Processus Cataban :
L'agent catalytique utilisé dans ce procédé est une solution aqueuse contenant 2 à 4% de fer ferrique chélaté. Le chélate peut être utilisé dans une large plage de pH de 1, 0 à 11, 0 et dans une plage de température allant de moins de la température ambiante à environ 130 ° C, car il est stable dans la plage susmentionnée. Au cours du processus, l'ion ferrique oxyde l'H 2 S en soufre élémentaire et se réduit en ion ferreux. Simultanément, l'oxydation à l'air des ions ferreux en ions ferriques a lieu.
Les réactions peuvent être représentées comme:
2 Fe 3+ + H 2 S --–> 2 Fe 2+ + S + 2 H + …………… .. (5.57)
2 Fe 2+ + ½O 2 + H 2 O --–> 2 Fe 3+ + 2 OH - …………… .. (5.58)
Ce procédé peut être utilisé en particulier pour la réduction de l’H 2 S à faible concentration si l’objectif n’est pas de récupérer le soufre. Lorsque le flux de gaz entrant contient de l'oxygène, aucune aération n'est requise pour l'oxydation des ions ferreux.
Processus G. Giammarco-Vetrocoke :
Une solution de carbonate de potassium contenant de l’arséniate de potassium est utilisée pour l’absorption de H2S dans le procédé Giammarco-Vetrocoke. Il est utilisé pour éliminer l’H 2 S du gaz de four à coke, du gaz de synthèse et du gaz naturel. La teneur en H 2 S du gaz traité peut être aussi faible que 1 ppm, même en présence de CO 2 à une concentration élevée et à une température de fonctionnement proche de 150 ° C.
Pour la régénération de la liqueur usée, celle-ci est oxydée avec de l'O 2 (air). Le soufre élémentaire est produit comme produit final.
Les réactions chimiques intervenant au cours du processus d’absorption-régénération peuvent être résumées comme suit:
KH 2 AsO 3 + 3H 2 S -> KH 2 As S 3 + 3 H 2 O …………… .. (5.59)
KH 2 As S 3 + 3 KH 2 As O 4 --–> 3 KH 2 As O 3 S + KH 2 As O 3 …………… .. (5.60)
3 KH 2 As O 3 S --–> 3 KH 2 As O 3 +3 S …………… .. (5.61)
3 KH 2 As O 3 + 1 ½ O 2 --–> 3 KH 2 As O 4 …………… .. (5.62)
Le mécanisme réactionnel réel et les étapes sont complexes et la réaction globale peut être exprimée en tant que
3H 2 S + 1 ½ O 2 —–> 3 S + 3 H 2 O …………… .. (5.63)
Le rôle du carbonate est de maintenir un pH correct.
