Team:Nantes/h2s

H2S

Définition

Gaz incolore et toxique composé de 2 atomes d’hydrogène et un atome de soufre

Contexte / Objectifs

Les algues vertes en décomposition sur les plages engendrent des rejets d’H2S.
Or ce gaz est toxique et mortel à une certaine concentration.
C’est la raison pour laquelle il est judicieux de transformer ce composé dangereux, par des processus chimiques en soufre élémentaire, présentant moins de risque.

Explications scientifiques

1ère possibilité : Absorber l’H2S

Isoler le H2S du mélange avec la matière carbonée Absorber par de l’eau : H2S (g) + H2O ↔ H2S (aq) Le mettre dans un bonbonne de gaz

Oxydation du sulfure d’hydrogène par des catalyseurs De carbone poreux 1ère étape : Chimisorption de l’oxygène par la surface du carbone 2ème étape : Détermination du taux global de l’H2S avec l'oxygène chimisorbé Soufrés poreux Le soufre se dépose dans les pores des matériaux poreux et provoque un effet autocatalytique. Les radicaux de soufre sont les sites de chimisorption (fixation chimique d'une molécule gazeuse à la surface d'un solide) de l'oxygène

Expérimentation

Les deux réactions impliquées dans l'oxydation du sulfure d'hydrogène sont : (1) Sulfure d'hydrogène + site oxydé → produits + site réduit (2) Site réduit + oxygène → site oxydé

Températures : A des températures inférieures à 200°C, la sélectivité vis-à-vis du soufre est toujours supérieure à 90% en supposant que le sous-produit principal est le SO2. En dessous de 200°C, le taux d'oxydation du soufre est trop faible pour contribuer à l'oxydation de l'hydrogène sulfuré. A des températures supérieures à 300°C, le SO2 peut être un intermédiaire dans la réaction.

Pressions : Variation des ordres de réaction entre 0 et 1 en fonction de la pression partielle des gaz.

Conclusion : L'étape d'oxydation est une réaction entre l'oxygène moléculaire et le soufre adsorbé

L'étape de réduction est une réaction entre le H2S adsorbé de manière dissociative et l'oxygène chimisorbé, produisant de l'eau et du soufre.

En dessous de 200°C, la formation de SO2 est lente par rapport à l'oxydation de H2S en soufre. C'est ce qui explique la grande sélectivité envers le soufre. Au-dessus de 300°C, le clivage des liaisons S-S se produit facilement et une voie alternative dans laquelle le SO2 agit comme un intermédiaire commence à contribuer au taux de réaction global.

Source : The Mechanism of the Catalytic Oxidation of Hydrogen Sulfide II. Kinetics and Mechanism of Hydrogen Sulfide Oxidation Catalyzed by Sulfur 1, 1975

De charbon actif Le sulfure d’hydrogène s’adsorbe sur la surface interne en charbon où il peut s’oxyder en présence d’oxygène pour donner du soufre. Les éléments des cendres tels que l’oxyde de fer peuvent accélérer et améliorer l’élimination de H2S. En imprégnant le charbon actif avec des substances chimiques appropriées, il est possible d’augmenter la rentabilité de l’élimination du sulfure d’hydrogène avec différents sels, oxydes métalliques ou substances alcalines.

Expérimentation

Réactions principales : 2 H2S (g) + O2 ↔ ¼ S8 + 2 H2O 2 H2S + 3 O2 ↔ 2 SO2 + 2 H2O 2 H2S + SO2 ↔ 3 S + 2 H2O

À basse température, la réaction (1) est la plus probable

Réactions secondaires : ¼ S8 + 2 O2→ 2 SO2 2 SO2 + O2 + 2 H2O → 2 H2S

Mécanisme de catalyse hétérogène :

lodel.irevues.inist.fr

2ème possibilité : Cristallisation du soufre à partir d’une solution
Réaction irréversible en phase liquide de H2S et de SO2

Expérimentation
Procédé de récupération du soufre de l'Université de Californie à Berkeley (UCBSRP) :
1ère étape : Absorption de H2S dans un solvant organique polaire
2ème étape : Le H2S dissous est converti en soufre élémentaire avec du SO2 dissous dans le même solvant
3ème étape : Le soufre élémentaire est récupéré du solvant par cristallisation
L’eau et les gaz co-absorbés sont récupérés par flashage et stripping
4ème étape : Le SO2 nécessaire à la deuxième étape est généré en brûlant un tiers du soufre produit lors de l'étape de cristallisation

Choix du solvant :
Le solvant doit dissoudre correctement le H2S, le SO2 et le soufre
Le solvant doit présenter une faible volatilité et être miscible à l'eau, être non toxique et d'un coût raisonnable
→ Le solvant du procédé est une solution d'éther de polyglycol qui contient un catalyseur homogène (3-Pyridyl Carbino, Quinoline, N,N Dimethyl Aniline)

Avantages
Réduction du nombre d'étapes de traitement permet une meilleure fiabilité de fonctionnement
→ Diminution des coûts d'investissement
Réduction des opérations unitaires à forte intensité énergétique
→ Diminution des coûts d’opérations
Efficacité élevée de l'élimination du H2S

Source :
Continuous Crystallization of Sulfur Formed by the Liquid-Phase Reaction of Hydrogen
Sulfide and Sulfur Dioxide, 1989

Limites et risques
Le sulfure d’hydrogène présente de nombreux risques et danger pour la santée, comme le montre le schéma ci-dessous:

Source :gazdetect.com

Contacts lien qui renvoie
Noms d’entreprises qui absorbe le sulfure d’hydrogène :
Entreprise CAMFIL : Capte le sulfure d’hydrogène lors du processus de méthanisation

Biblio


The Mechanism of the Catalytic Oxidation of Hydrogen Sulfide II.
Kinetics and Mechanism of Hydrogen Sulfide Oxidation Catalyzed by Sulfur 1, 1975
http://lodel.irevues.inist.fr/pollution-atmospherique/docannexe/file/1964/263_bouzaza.pdf
Continuous Crystallization of Sulfur Formed by the Liquid-Phase Reaction of Hydrogen Sulfide and Sulfur Dioxide, 1989
https://en.gazdetect.com/gas-information/h2s-hydrogen-sulfide-gas-detector/

Conclusion
L’une des applications du soufre est la production d’acide sulfurique. Ce secteur utilise à lui seul près de 90 % de la production de soufre.
Cet acide est utilisé pour plus de la moitié par le secteur agricole, pour la production d’engrais phosphatés.
Les autres débouchés de l’acide sulfurique sont :
Les aérosols-gaz réfrigérants, l’alimentation animale, les détergents, la métallurgie (décapage et solvants), la pâte à papier (blanchiment), les peintures (TiO2, pigments), le raffinage (alkylation des pétroles), les textiles (caprolactame, polyamides).

On retrouve les autres applications du soufre dans les domaines : agriculture, horticulture et viticulture