Étude de l’oxydation du sulfure d’hydrogène par le chlore en phase aqueuse. Détermination des constantes cinétiques et développement d’un logiciel de simulation de lavage chimique de H2S en milieu alcalin

Study of hydrogen sulfide oxidation by aqueous chlorine. Determination of kinetic constants and development of a simulation software for chemical H2S washing in alkaline medium

• Auteur / Autrice : Mohamed Azizi
• Direction : Annabelle Couvert, Mohamed Ben Amor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hypochlorite de sodium

Sulfure d'hydrogène

Chloration

Absorption

Oxydation

Transfert de masse

Cinétique chimique

Résumé

Ce travail rentre dans le cadre de l’optimisation des procédés de traitement du sulfure d’hydrogène afin de lutter contre la pollution de l’air. Le sulfure d’hydrogène est généralement considéré comme un polluant toxique indésirable à cause de sa forte odeur caractéristique d’oeuf pourri. Il est responsable de corrosion lorsqu’il est fortement concentré. Il entraîne ainsi la dégradation progressive de canalisations. Actuellement l’absorption avec réaction chimique dans une solution d’hypochlorite de sodium constitue la technique la plus utilisée. La mise au point des tours de lavages chimiques destinées à traiter le H2S requiert la connaissance précise de la cinétique de réactions chimiques mises en jeu. La première partie du travail a consisté à développer un logiciel de simulation d’une tour de lavage chimique d’H2S dans les solutions alcalines ne contenant pas l’hypochlorite de sodium. Des simulations numériques sont menées afin de comprendre l’impact des différents paramètres sur le phénomène de transfert de masse du sulfure d’hydrogène, pour des gammes proches des conditions industrielles. Les résultats de l’approche développée ont montré la nécessité d’ajouter un oxydant chimique pour augmenter la vitesse du transfert gaz-liquide. La deuxième partie de la thèse a consisté dans une première étape, à caractériser un réacteur gaz-liquide agité mécaniquement par une turbine Rushton. Ainsi, des coefficients de transferts locaux coté liquide (kL) et gaz (kG) de H2S et l’aire interfaciale (ao) ont été déterminés. Dans une deuxième étape, l’étude a permis de déterminer des constantes cinétiques d’oxydation de H2S par ClOH/ClO- jusqu'ici inconnues. Enfin, la cinétique d’oxydation de l’anion bisulfure (HS-) par ClOH a fait l'objet de la troisième partie de thèse. Des expériences en compétition entre les réactifs ont permis de déterminer la constante cinétique d’oxydation à pH basique. Les résultats trouvés ont permis de constituer une base de données sur la cinétique d’oxydation du sulfure d’hydrogène par le chlore, qui devra aider les industriels dans leurs prévisions lors de la conception des tours de lavages au chlore alcalin.

This Ph. D is an investigation on the optimization of hydrogen sulfide treatment processes in order to the fight against air pollution. Hydrogen sulfide is generally considered an undesirable toxic pollutant for its strong odor of rotten eggs. At higher concentration, it is responsible for corrosion which leads to progressive deterioration of pipes. Currently, the most used technique is chemical absorption with a sodium hypochlorite solution. The development of chemical scrubbing towers treating H2S requires precise knowledge of the kinetics of involved chemical reactions. The first part of this work was to develop a software simulation of a chemical scrubbing tower H2S in alkaline solutions without sodium hypochlorite. Numerical simulations were conducted to understand the impact of various parameters on mass transfer step of hydrogen sulfide at operating parameters near to industrial conditions. The results of the developed approach showed the need to add a chemical oxidant in order to enhance the mass transfer between gas and liquid phases. The second part of the Ph. D consisted firstly to characterize a gas-liquid reactor which it had been mechanically agitated by a Rushton turbine. Thus, the coefficients of local transfer which has a liquid side (kL) and gas (kG) H2S and the interfacial area (ao), were determined. In a second step, the study showed us the kinetic constants for the oxidation of H2S by ClOH/ClO-. Finally, the kinetics oxidation of the anion bisulfide (HS-) by ClOH had been investigated. Experiments between competing reagents had been established in order to identify the kinetic constant oxidation at basic pH. The founded results make a small library on the kinetics of hydrogen sulfide oxidation by chlorine. They can help industrial world to the scaling-up of scrubbing towers of chlore alkaline.