Élimination du sulfure d’hydrogène des biogaz - Partie 2

Innovation DESOTEC : élimination rentable du sulfure d’hydrogène

Il est largement admis que tout charbon actif éliminera, dans une certaine mesure, du sulfure d’hydrogène à partir de biogaz. Le sulfure d’hydrogène s’adsorbera 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. La capacité d’élimination de H₂S du charbon actif ordinaire n’est généralement pas intéressante, car elle est trop faible. En imprégnant le charbon actif avec des substances chimiques appropriées, il est possible d’augmenter la rentabilité de l’élimination du sulfure d’hydrogène des biogaz, les capacités et les taux d’élimination.

Les chimistes et les ingénieurs du département R&D de DESOTEC ont étudié différents matériaux de base, différents sels, oxydes métalliques ou substances alcalines, et différentes voies d’imprégnation afin d’améliorer les propriétés d’élimination du sulfure d’hydrogène des produits utilisés dans le processus de purification des biogaz.

Processus d’élimination du sulfure d’hydrogène

Dans le cadre du processus d’élimination du sulfure d’hydrogène, le H₂S est d’abord physiquement absorbé sur l’eau adsorbée, qui subit la dissociation selon les réactions suivantes :

H₂S (g) + H₂O ↔ H₂S (aq)

H₂S (aq) ↔ H⁺ + HS^-

HS^- ↔ H⁺ + S^2-

La formation de soufre et d’eau résulte de l’oxydation du sulfure d’hydrogène en présence d’oxygène libre :

Réactions principales :

2 H₂S + O₂↔ ¼ S₈ + 2 H₂O (1)

2 H₂S + 3 O₂ ↔ 2 SO₂ + 2 H₂O (2)

2 H₂S + SO₂ ↔ 3 S + 2 H₂O (3)

Réactions secondaires :

¼ S₈ + 2 O₂→ 2 SO₂

2 SO₂ + O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄

À basse température, la réaction (1) est la plus probable. La capacité d’élimination du sulfure d’hydrogène d’un charbon actif est fonction des conditions d’exploitation dans lesquelles le produit est utilisé comme :

l’humidité relative,
le rapport molaire H₂S/O₂,
la température,
la charge en sulfure d’hydrogène du charbon (et donc le volume de pore),
le type d’imprégnation,
et d’autres paramètres d’exploitation.

Les chimistes et les ingénieurs du département R&D de DESOTEC ont réalisé de nombreuses recherches pour concevoir, élaborer et produire un charbon actif avec des propriétés exclusives d’élimination du H₂S des biogaz. L’élimination du sulfure d’hydrogène des biogaz peut être réalisée sur le biogaz humide qui quitte le digesteur ou sur le gaz séché. Étant donné que la première étape du processus d’élimination du H₂S est l’absorption du H₂S dans l’eau adsorbée, il est important d’appréhender l’impact de l’humidité relative sur le processus de purification du biogaz.

Figure 1 Adsorption de la vapeur d’eau à 20°C	La quantité d’eau adsorbée sur le charbon actif est fonction de l’humidité relative et de la température du gaz. L’équilibre d’adsorption de la vapeur d’eau sur les charbons actifs présente généralement une hystérésis. La taille et la forme de la courbe d’hystérésis qui sépare les branches d’adsorption et de désorption dépendent dans une très large mesure de la taille et de l’interconnexion des pores et, partant, de la matière première et du processus d’activation utilisé pour fabriquer le produit. La Figure 1 présente l’équilibre d’adsorption de la vapeur d’eau d’AIRPEL 10-3 à 20°C.Différents produits au charbon actif ont été testés dans le cadre d’un essai pilote dynamique pour l’élimination de H₂S avec différents niveaux d’humidité. La Figure 2 montre les courbes de perçage caractéristiques du H₂S pour l’un des produits en développement testés qui ont été obtenues avec différentes humidités relatives. Les résultats indiquent une cinétique d’élimination de H₂S accrue avec une humidité plus élevée.Une fois que le sulfure d’hydrogène est absorbé sur l’eau adsorbée, il peut être oxydé en soufre. La formation de soufre et d’eau résulte de l’oxydation du sulfure en présence d’oxygène libre.À la lumière des réactions d’oxydation ci-dessus, l’on peut comprendre que le rapport molaire H₂S/O₂ influencera la cinétique d’élimination globale. La Figure 3 montre les courbes de perçage de H₂S d’un des produits en développement. En modifiant la composition du produit utilisé dans ce travail d’essai initial, les chimistes de notre département R&D ont trouvé une manière d’améliorer les performances globales de nos produits pour cette application. Les résultats des courbes de perçage de H₂S dans des conditions similaires sont présentés à la Figure 4. Sur la base de nos recherches, nous avons finalement développé AIRPEL^® ULTRA DS, un charbon actif imprégné et extrudé qui augmente la capacité d’adsorption pour les composés soufrés et est spécialement conçu pour les applications de purification de gaz et d’air. Quand les bonnes conditions sont réunies, on peut atteindre des taux de charge de plus de 100 % en poids de soufre.
Figure 2 Courbes de perçage caractéristiques de H2S
Figure 3 Courbes de perçage caractéristiques de H2S
Figure 4 Courbes de perçage caractéristiques de H2S

N'hésitez pas à nous contacter pour plus d'informations sur l'élimination du sulfure d'hydrogène et des solutions de traitement des biogaz en général !

Dans les usines de DESOTEC, la totalité du charbon usagé est analysée afin que les mesures adéquates puissent être prises pour manipuler et extraire le charbon saturé des filtres mobiles. Toutes les molécules qui ont été adsorbées par le charbon actif sur les sites des clients sont désorbées dans les fours de réactivation de DESOTEC. Ces contaminants sont ensuite entièrement détruits, conformément à la législation nationale et européenne, par un dispositif d'incinération et de neutralisation. L'ensemble de l'installation et ses émissions font l'objet d'une surveillance continue en ligne, ce qui garantit que seule de la vapeur d'eau inoffensive est visible à la sortie de la cheminée.