Brevet FR2639630A1 — publié le 19900601

PROCEDE DE CONVERSION ELECTRIQUE DE L'HYDROGENE SULFURE UTILISE COMME GAZ PLASMAGENE ET APPAREILLAGE POUR LA MSE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. La présente invention a pour objet la conversion de l'hydrogene sulfuré (H2S) pur ou en mélange, en ses composants éleentaires, soufre et hydrogene, dans l'arc d'une torche a plasma en utilisant ledit H2S comme gaz plopmagène, sans injection d'une autre gaz plasmagene. On a decouvert qu'il était possible de réaliser la conversion électrique de l'hydrogene sulfuré sans l'intervention d'un gaz plasmagene autre que H2S lui même. La suppression des gaz plasmagènes auxiliaires permet d'augmenter le débit de H2S et par conséquent la capacité et le rendement de 11 appareillage utilisé. En outre on améliore le taux de transformation de l'hydrogène sulfuré, ce taux atteignant environ 95% en poids. I1 en résulte que l'hydrogène (H2) produit ne renferme pas plus d'environ 5% de H2S et peut être utilisé tel quel, sans recyclage, pour de nombreuses utilisations dans des raffineries. L'invention a également pour objet un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé susindiqué. D'autres objets de l'invention apparattront au cours de la description et des exemples. Le procédé de l'invention permet la conversion de l'hydrogène sulfuré sans l'intervention obligatoire d'autres réactifs ou catalyseurs. En particulier, l'invention ne fait pas intervenir ltoxygine, ni pratiquer une combustion partielle qui nécessiterait une injection d'air ou d'oxygène, responsable de l'apparition de produits oxydants indésirables tels que COS et S02. L'invention est applicable aux charges gazeuses contenant de l'hydrogène sulfuré, ces charges gazeuses pouvant être naturelles ou provenir d'hydrodésulfuration industrielle. Le procédé de l'invention permet également de générer directement l'hydrogène à partir de gaz naturels quelconques chargés en hydrogène sulfuré sans avoir préalablement à les purifier et permet de plus de récupérer l'hydrogène contenu dans l'hydrogène sulfuré. Le procédé de l'invention permet également la conversion de H2S pur ce qui est d'un grand intérêt. L'invention peut être mise en oeuvre également en présence de certains réactifs existant naturellement dans la charge gazeuse tels que C02, CH4 ou même C02+CH4. La charge gazeuse peut contenir jusqu'à 20% d'eau ainsi que du méthane et de l'ammoniac. L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexés. La figure 1 représente un diagramme de l'appareillage comprenant la torche à plasma et l'installation de refroidissement et de récupération du soufre ainsi que les installations annexes. Le procédé selon l'invention ne nécessite l'utilisation d'aucun gaz auxiliaire plasmogène. Ceci présente un intérêt économique évident car il évite l'alimentation et la récupération éventuelle des gaz auxiliaires et permet de simplifier l'appareillage. La figure 2 représente sur une échelle plus grande une coupe verticale de la torche à plasma. La figure 3 représente également sur une échelle plus grande une coupe vertical de l'installation de refroidissement et de récupération du soufre. L'appareillage représenté sur la figure I comprend une torche à plasma I comprenant un moyen d'introduction 2 de H2S comprenant un débimètre, des vannes, des conduits, des buses; une cathode 3, une anode 4 et un générateur électrique (non représenté) fournissant une tension V et une intensité de courant I contrôlées par des moyens de réglage et de limitation appropriée. L'anode 4 comporte une buse de sortie 5 par où sort le H2S introduit par le conduit 2. En dessous de la buse 5 se trouve une enceinte 7 qui renferme un serpentin de refroidissement 6 permettant de liquéfier les vapeurs de soufre provenant de la conversion de H2S. L'enceinte 7 a un fond tronconique qui débouche dans un réceptacle 8 par où passe le soufre liquide qui aboutit dans une enceinte de stockage 9. Sur le côté supérieur du réceptacle 8 s'ouvre un conduit 11 par où passe le gaz H2 résultant de la conversion de H2S, mélangé avec une petite quantité de H2S non converti. Ce mélange passe dans un piège 12 à R2S, en l'occurence une tour d'absorption où ruisselle un réactif, par exemple l'hydroxyde de sodium qui piège les vapeurs de H2S non converti. La tour d'absorption se termine par un siphon et un écoulement 13 où l'on peut prélever des échantillons. Le conduit 11 comporte également un moyen 14 de prélèvement de gaz. L'installation comprend également un bac de solution de Na0H 15 qui par l'intermédiaire d'une pompe 16 alimente en NaOB la tour d'absorption 12. Au réceptacle 8 aboutit un conduit 10 où peut être injectée de l'azote pour purger le soufre liquide des gaz dissous. La figure 2 représente une coupe éclatée de la torche de plasma 1. Sur cette figure 2 on voit la cathode 3, l'anode 4 avec la buse de sortie 5, le serpentin de refroidissement 6 ainsi que l'arrivée et le départ du refroidissement 17 de l'anode 4, ainsi qu'un coupe-feu 18. Sur la figure 3 qui représente une coupe verticale de l'installation de refroidissement et de récupération du soufre on voit l'ensemble du serpentin de refroidissement 6 avec le coupe-feu 18 destiné à protéger le récipient 19 de la chaleur de l'arc électrique. Dans le réceptacle 8 du soufre liquide aboutit le conduit 10 d'azote, protégé par un chapeau 20. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples non limitatifs ci-après. On a réalisé au moyen de l'appareillage indiqué ci-dessus trois opérations de conversion de H2S avec des débits croissants. Ces trois exemples sont résumés sur le tableau (I). On voit sur ce tableau que l'hydrogène sulfuré a été converti en hydrogène et soufre avec un rendement variant de 93,4% à 96,8D en volume; le rendement de conversion augmentant légèrement avec le débit de H2S. On constate également que l'énergie utilisé exprimée en kW.H/m3 H2S varie de 15,2 à 8,0, la quantité d'énergie par unité de volume nécessaire étant inversement proportionnelle au débit de H2S. La quantité d'énergie électrique nécessaire pour la conversion de H2S est cependant fonction également de l'installation utilisée. Tableau 1 H25 à l'entrée (l/h) 829 1740 2537 \2 pour entrainement (l/h) 740 740 740 H25 à la sortie (l/h) 55 56 81 H25 à la sortie (% vol) 6,6 3,2 3,2 H2 à la sortie (% vol) 93,4 96,8 96,8 Con@ersion H25 (% vol) 93.4 96.8 96.8 Longueur de l'arc (mm) 9 9 9 1 (Amp) 140 140 140 0 (Volt) 90 140 145 Puissance utilisé (kw) 12.6 19.6 20.3 Energie utilisée(KW.h/m@H25 15.2 11,3 8.0 REVENDICATIONS 1. Procédé de conversion électrique de l'hydrogène sulfure (H2S), pouvant être mélangé à d'autres constituants, en hydrogène et en soufre, dans une torche à plasma, caractérisé en ce que l'hydrogène sulfuré à convertir est utilisé comme gaz plasmagène unique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on convertit I'hydrogène sulfuré qui se trouve en mélange avec d'autres constituants d'un gaz naturel ou industriel. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le soufre provenant de H2S est recueilli sous forme liquide. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendicatiions 1 à 3, caractérisé en ce que la portion d'hydrogène sulfuré qui n'a pas été convertie est piégée de façon à éviter la pollution atmosphérique. 5. Appareillage pour la mise en oeuvre d'une conversion électrique de l'hydrogène sulfuré (H2S) seule ou en mélange avec d'autres gaz, en soufre et hydrogène, caractérisé en ce qu'i comprend essentiellement - une torche à plasma (1) formée essentiellement d'une cathode (3), d'une anode (4) comportant une buse de sortie (5) et d'un générateur de courant relié auxdites cathode et anode; - un moyen d'introduction de H2S; - un système de refroidissement (6) permettant de liquéfier les vapeurs de soufre, - un réceptacle (8) communiquant à sa partie inférieure avec une enceinte de stockage (9) pour le soufre, - un piège (12) à H2S non converti entratné par H2, ce piège contenant un réactif qui fixe l'hydrogène sulfuré sous forme d'un dérivé non polluant du soufre, une alimentation du piège (12) en réactif nécessaire. 6. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise comme piège à H2S une tour d'absorption alimentée en NaOH. 7. Appareillage selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte des installations de chauffage, de mesure et de régulation permettant de maintenir à l'état liquide le soufre recueilli dans le réceptacle (8).