Brevet FR2058410A1 — publié le 19710528

On connaît différents procédés peur éliminer l'hydrogène sulfuré contenu dans des gaz et récupérer simultanément du soufre. Dans les procédés dits par absorption, l'hydrogène sulfuré est éliminé du gaz à purifier par lavage à l'aide d'un agent d'absorption 5 approprié ; après la désorption, il est oxydé en soufre, par exemple par le procédé Claus. Mais comme ce procédé ne donne pas une réaction complète, les gaz résiduairee obtenus dans l'opération contiennent encore des proportions relativement élevées d'hydrogène sulfuré et d'anhydride sulfureux. 10 Dans les procédés dits par oxydation, l'hydrogène sulfuré est absorbé dans un liquide de lavage et oxydé directement dans ce liquide, sans séparation préalable, en soufre à l'aide d'air ou d'anhydride sulfureux. Ces procédés peuvent être mis en oeuvre en deux stades ou en un seul stade. Dans un mode opératoire en deux stades, 15 l'hydrogène, sulfuré est d'abord enrichi par absorption dans le milieu de réaction ; dans un second - stade, il est oxydé ; dans le mode opératoire en un seul stade, l'agent oxydant est mélangé avant lavage au gaz à purifier et l'oxydation s'effectue concureiament à l'absorptior dans une seule zone. Parmi les solvants déjà mentionnés on citera 20 l'eau, les solutions aqueuses salines, des polyols et des solvants organiques comme la N-méthylpyrrolidone. Eventuellement, on ajoute encore au solvant servant d'agent d'absorption des catalyseurs d'oxydation tels que les sels ferriques, des sels de l'arsenic ou des sels des acides naphtoquinone ou anthraquinone disulfoniques. Mais 25 ces solvants connus possèdent des inconvénients variés. Ainsi, du fait "que les taux de conversion sont mauvais dans certains cas, le procédé est limité à des gaz à très faible teneur en hydrogène sulfuré, ce qui par contre exige des tours de lavage de grande dimension. En outre, dans certains solvants, à la suite de réactions secondaires, il se 30 forme un soufre très impur, difficile à purifier simplement par lavage à l'eau, de sorte qu'il faut faire appel à des opérations supplémentaires d'extraction, les difficultés de séparation du soufre, obtenu fréquemment sous forme très fine, posent d'autres problèmes, la volatilité ou l'instabilité chimique du solvant ou du catalyseur 35 conduisent à des pertes et par conséquent à des frais supplémentaires accompagnés, dans le cas de la volatilité, à des pollutions indésirables de l'atmosphère. Finalement, lorsqu'on opère sur des solutions ■contenant de l'arsenic, il faut encore tenir compte de la toxicité 70 29528 2 2058410 de cet élément. Et on n'oubliera pan par ailleurs que. dans certains cas, lorsqu'on opère sur des mélanges gazeux-contenant de l'anhydride carbonique, ce dernier constituant doit être séparé au préalable. 5 'l'hydrogène sulfuré à l'aide d'oxygène ou d'anhydride sulfureux ou de gaz contenant de l'oxygène et/ou de l'anhydride sulfureux en présence d'un solvant et qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus» 10 résultats recherchés lorsqu'on effectuait l'oxydation en présence de triamides de l'acide orthophosphorique, de formule'générale dans laquelle les symboles R représentent des atomes d'hydrogène et/ ou des groupe alkyle contenant jusqu'à 3 atomes de carbone. Parmi les triamides de:l'acide phosphorique qui ont donné les meilleurs résul-20 tats, on citera ceux qui portent au moins 3 groupes alkyle et on préfère encore les triamides contenant 6 groupes alkyle aux triamides qui n'en contiennent que 3. Ainsi, par exemple, la conversion de l'hydrogène sulfuré-s'effectue déjà régulièrement et rapidement en présence des dérivés hydrogénés, par exemple des dérivés M;îr',H"-25 trialkylés, mais en raison de leur forte viscosité, on préfère les dérivés plus fortement alkylés des triamides phosphoriques. les solvants particulièrement appréciés sont donc les dérivés hexaalkylés, par exemple l'hexaméthyltriamide et l'hexaéthyltriamide phosphoriques. Ces solvants peuvent également être utilisés en mélange entre eux 30 ou avec d'autres solvants comme l'eau. Entre autres, l'hexaméthyltriamide phosphorique dans lequel on a introduit de 0,1 à 70 fo en poids d'eau possède de très bonnes propriétés. le procédé selon l'invention donne d'excellents résultats dans la désulfuration complète de gaz ou de mélanges gazeux dont la 35 teneur en hydrogène "sulfuré peut varier dans des limites étendues. Ainsi par exemple, on peut désulfurer aussi complètement des mélanges gazeux contenant par exemple 0,0001 % en volume d'hydrogène sulfuré seulement et des gaz contenant 5 % en volume et plus d'hydrogène sul- la présente invention visé à un procédé permettant d'oxyder la demanderesse a maintenant trouvé qu'on parvenait aux 15. N(R')2 H(R)2 f(R)2 BAD ORIGINAL 70 29528 3 2058410 furé. le procédé selon l'invention s'applique particulièrenent avantageusement aux gaz qui, en plus de l'hydrogène, sulfuré, contiennent encore de l'anhydride sulfureux, par exemple les gaz résiduaires des fours de Claus. 5 . On peut utiliser comme agent oxydant l'oxygène, l'air ou l'anhydride sulfureux ; ce dernier est de préférence utilisé en quantité théorique mais l'oxygène est normalement utilisé en excès, par exemple en quantités représentant jusqu'à, deux fois la quantité Théorique . 10 le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre indus- triellement par des modes opératoires variés. Ainsi, par exemple, le gaz à purifier peut être mélangé d'abord avec la quantité nécessaire d'agent oxydant et envoyé ensuite dans une tour d'absorption remplie de corps de garnissage dans laquelle le solvant recyclé ruisselle à 15 contre-courant, le soufre formé dans la réaction et qui est entraîné par ce solvant est ensuite séparé par filtration. Mais on peut également envoyer les gaz mélangés avec l'agent oxydant, à l'état de fine division, par exemple dans une colonne à bulles, dans le solvant, et faire barboter en fines bulles dans le milieu de réaction. Ici éga-20 lement, le solvant est débarrassé du soufre précipité à certains intervalles. Un autre mode de réalisation convenant particulièrement poulies gaz à très faible teneur en hydrogène sulfuré consiste à imprégner par le solvant des matières de support à grande surface spécifique, 25 comme la pierre ponce, le charbon actif ou le kieselguhr, sur lesquelles on envoie ensuite le gaz à purifier accompagné de l'agent oxydant. le procédé selon l'invention est mis en oeuvre à pression nor-. maie ou supérieure à la normale, à température ambiante ou à chaud. En général, cependant, on opère à pression normale et dans un domaine 30 de températures de 15 à 120°G, de préférence de 60 à 120°C. Pour maintenir constante la teneur en humidité du solvant utilisé, on opère de préférence à une température à laquelle la vapeur d'eau introduite avec les gaz à purifier et l'eau de réaction sont éliminées du mélange de réaction. 35 le soufre est obtenu à l'état cristallin et peut être sépare facilement des liqueurs-mères par des techniques usuelles telles que la filtration, la centrifugation, la décantation, etc.. les quantités de solvant retenues, en général faibles, peuvent être éliminées i BAP ORIGINAL I 70 29528 4 2058410 simplement par-lavage à l'eau. Le soufre purifié dans ces conditions atteint des degrés de pureté de plus de 99,9 . Un autre avantage du procédé selon l'invention consiste en ce que l'on peut traiter directement un gaz contenant de l'anhydride carbonique, en d'autres-termes 5 qufil n'est plus nécessaire de séparer au préalable, dans une opération spéciale, l'anhydride carbonique éventuellement présent dans le gas à purifier. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre en continu on en discontinu . 10 Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter 5 dans ces exemples, les indications de parties et de cfo s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple 1 Dans une colonne à bulles de 3 cm de diamètre et d'une hau-15 teur de 50 cm au-dessus de la plaque de distribution, on a placé i GO ml d'un mélange de 1 0 $ d'eau et 90 i<> d'hexaméthyltriamide phosphorique. Au--travers de la plaque de distribution, on envoie à 30°G, par heure, 70 1 d'un mélange gazeux contenant 0,5 i° en volume d'anhydride carbonique, 0,66 % en volume d.'hydrogène sulfuré, 0,33 $ en vo-20 luae d'anhydride sulfureux et 98,51 en volume d'azote, ce; qui correspond à la composition d'un gaz résiduaire du procédé Claus. Dans les gaz qui s'échappent de la colonne à bulles, on ne peut plus déceler ni hydrogène sulfuré, ni anhydride sulfureux. Au bout de 60 heures, on interrompt l'opération pour séparer par filtration le sou-25 fre du solvant. Après lavage à l'eau et séchage, on obtient un soufre 'en cristaux fins d'une pureté de 99,99 Exemple 2 Dans l'appareil décrit dans l'exemple 1, contenant 100 ml d'un mélange de 30 % d'eau et 70 % d'hexaméthyltriamide phosphorique, 30 on envoie à l'heure 70 1 d'azote contenant 5-0 parties par million d'hydrogène sulfuré, auquel on a ajouté 25 parties par million d'anhydride sulfureux. Ici encore, on ne peut plus déceler ni hydrogène sulfuré ni anhydride sulfureux dans les gaz qui sortent de l'appareil. 35 Exemple 3 Dans une tour d'absorption de 2 m de longueur et 60 mm de diamètre.remplie de corps de garnissage on envoie à 80°C, à l'heure, "un mélange gazeux de 80 l.de vapeur d'eau, 20 1 d'anhydride carbonique 70 29528 5 2058410 3j3 1 d'hydrogène sulfuré, 1,65 1 d'anhydride sulfureux et 295,05 1 d'azote. Dans la tour également, on fait ruisseler, à l'heure, 60 1 d'un mélange solvant consistant en 15 d'eau et 85 d1 hexaméthyltriamide phosphorique. Le soufre élémentaire formé est séparé du solvant 5 -par filtration en dehors de la tour et le solvant filtré est renvoyé dans la tour. Même après une durée d'opération d'un mois, les gas sortant de l'appareil n'ont pas changé de composition et contiennent moins de 10 parties par million d'hydrogène sulfuré et moins de 10 parties par million d'anhydride sulfureux. Dans les- conditions opé-10 ra.toires indiquées, on n'observe pas d'augmentation de la teneur en eau dû solvant. Les pertes de solvant par décomposition ou volatilité sont inférieures à 0,5 ^ pendant la période de fonctionnement indiquée. Exemple 4 Dans la colonne à bulles décrite dans l'exemple 1 et conte-15 nant 300 ml d'un mélange de 98 °/o d'hexaméthyltriamide phosphorique et 2 ^ d'eau, on envoie à 120°C, à l'heure, 70 1 d'azote contenant 5 % en volume d'hydrogène sulfuré et auquel on a mélangé 25 % d'air, en volume. La teneur en hydrogène sulfuré des gaz sortant de la colonne reste constamment inférieure à 10 ppm. Le soufre formé peut 20 être porté à une pureté de plus de 99,9 f° par lavage à l'eau. Exemple 5 On traite comme décrit dans l'exemple 4 70 l/h d'un mélange gazeux de 69 1 d'azote et 1 1 d'azote à 70°C, contenant 50 ppm d'hydrogène sulfuré. Ici encore, et après des jours de fonctionnement, 25 les gaz sortant de l'appareil sont exempts d'hydrogène sulfuré. Exemple 6 Dans la colonne à bulles de l'exemple 1,contenant 250 ml d'une solution de 75 ml d'eau et 75 ml de triméthyltriamide phosphorique, on envoie 25 l/h du gaz mentionné dans l'exemple 1. La tempé-30 rature de travail est de 90°G. Après passage dans la colonne, pendant toute une durée d'opération de 8 heures, la teneur en hydrogène sulfuré du gaz reste inférieure à 0,01 i<> en volume. Ici également, le soufre obtenu est à l'état de fins cristaux à haute pureté. Exemple 7 35 On envoie dans la colonne à bulles de l'exemple 1, comme décrit dans cet exemple, à température ambiante, 70 l/h du gaz mentionné dans le même exemple ; la colonne à bulles contient 200 ml d'un mélange de 90 fo d'hexaéthyltriamide phosphorique et 1 0 fo d'eau. % ' 70 2952-8 6 2058410 Les gaz sortants ne colorent plus en jaune une solution d'acétate de cadmium ; ils sont donc pratiquement exempts d'hydrogène sulfur Le soufre cristallin obtenu est bien filtrable. 70 29528 2058410 E I HATIONS 1. - Procédé perfectionné pour oxyder l'hydrogène sulfuré en soufre à l'aide d'oxygène ou d'anhydride sulfureux ou de gaz contenant de l'oxygène et/ou de 11 anhydride sulfureux en présence de solvants, caractérisé en ce qii'on effectue l'oxydation en présence de triamides de l'acide orthophosphorique répondant à la formule géné- dans laquelle les symboles R représentent des atomes d'hydrogène et/ ou des groupes alkyle contenant, jusqu'à 3 atomes de carbone. l'on utilise des triapjides phosphoriques contenant au moins 3 groupes alkyle. 3.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ' ce que l'on utilise 1'hexaméthyltriamide et/ou l'hexaéthyltriamide phosphoriques. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on effectue -l'oxydation à pression normale et à des températures de 15 à 120°C. raie 0 - P N(R)2 - n(R)2 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que